· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

In het kader van de dijkverbetering c.q. -verzwaring langs de rivieren worden momenteel studies uitgevoerd naar de veiligheid van bestaande dijken. Nagegaan wordt hierbij in hoeverre de dijken voldoen aan de (nieuwe) richtlijnen. Ook van de waterkeringen rond de Krimpener-/Lopikerwaard wordt nagegaan of deze voldoen aan de ontwerpnormen. In het dijkvak "Schoonhoven" in de Krimpenerwaard, aan de noordzijde van de Lek, bevinden zich een keersluis en twee coupures. In figuur 1 is een situatietekening gegeven met de keersluis, de coupures en het achterliggende stadsdeel van Schoonhoven. De waterkering rond dijkring Krimpener-/Lopikerwaard bevat ook nog andere kunstwerken; deze worden in onderhavige analyse buiten beschouwing gelaten. Doelstelling van dit rapport is om via een risico-analyse inzicht te verschaffen in de invloed van de keersluis en de coupures op de veiligheid van het achterliggende gebied. Er wordt geen uitspraak gedaan over de normstelling.

Bundelt alle aspecten over waterspanningen, zoals die in de laatste decennia zijn ontwikkeld en in vigerende leidraden en voorschriften voor dijkbeheer en –ontwerp zijn genoemd. Voor verschillende typen dijkprofiel zijn concrete situaties in detail uitgewerkt. In dit rapport is in het bijzonder ingegaan op de praktische toepassing bij toetsen en ontwerpen. Een waterkering wordt echter mede gekarakteriseerd door discontinuïteiten, zoals scherpe variatie in de geologie, constructieovergangen en kruisingen (leidingen e.d.).

Hoofdstuk 2 bevat een leeswijzer waarin het gebruik van dit rapport vanuit diverse invalshoeken wordt belicht. Tevens bevat dit hoofdstuk een begrippenlijst en een paragraaf over de rekenmodellen samenhangende veiligheidsfilosofie voor waterkeringen. De verschijnselen opbarsten piping, heave en achterloopsheid worden in hoofdstuk 3 beschreven. Ingegaan wordt op de verschillende aspecten die hierbij een rol spelen. Dit hoofdstuk is met name bedoeld om achtergrondkennis te verschaffen en het inzicht in de 'materie te vergroten. De diverse methoden en rekenregels, inclusief de vereiste invoerparameters, maar ook de beperkingen, worden in hoofdstuk 4 besproken. In hoofdstuk 5 wordt ingegaan op de toepassing van de methoden. De nadruk ligt hierbij op het toetsen van bestaande waterkeringen, in het kader van de wettelijk voorgeschreven 5-jaarlijkse veiligheidstoetsing voor primaire waterkeringen. Het verschil tussen toetsen en ontwerpen wordt belicht en de diverse mogelijkheden om de kans op piping te verkleinen worden weergegeven. Hoofdstuk 6 geeft een overzicht van schadebeelden, zowel tijdens hoogwater als tijdens dagelijkse omstandigheden. Tevens wordt een overzicht van noodmaatregelen tijdens een hoogwater gegeven. Dit hoofdstuk is vooral van belang voor beheer en inspectie van waterkeringen De toepassing van het Technisch Rapport wordt in hoofdstuk 7 geïllustreerd aan de hand van enkele voorbeelden. Diverse detailinformatie, met name over rekenmodellen, de bepaling van parameters en over beschikbare software, is in bijlagen opgenomen. In de oorspronkelijke opzet was het de bedoeling om in dit Technisch Rapport de 'state of the art' weer te geven, dat wil zeggen, verzamelen van gepubliceerde kennis en kunde in eerder verschenen Leidraden en (onderzoeks)rapportages. Bij het samenstellen van dit rapport zijn toch een aantal aspecten naar voren gekomen die nadere uitdieping behoefden. Dit betreft in hoofdlijnen : het systematisch opzetten van een kwelweganalyse bij kunstwerken het beoordelen van toelaatbaarheid van bomen en beplanting op en nabij de waterkering het beoordelen van veiligheidsaspecten bij leidingkruisingen en leidingen parallel aan de waterkering het opzetten van schadecatalogus t.b.v. beheer en inspectie de afstemming van het gebruik van rekenmodellen op het veiligheidsfilosofisch kader. In dit rapport is uitgegaan van de algemeen gangbare definities van mechanismen zoals opbarsten, piping en heave. Op de interferentie van deze mechanismen met andersoortige geotechnische mechanismen, zoals bijvoorbeeld potentiële instabiliteit van taluds of van kwel- of stabiliteitsschermen wordt in dit rapport niet nader ingegaan.

Binnen het onderzoeksprogramma Steenbekledingen heeft voorliggend rapport betrekking op de verdere uitwerking van onderdeel 5.1: 'Algemeen Onderzoek; Toepassing probabilistische rekenmethoden; Kapstok probabilisme'. Een eerste opzet van dit onderdeel is reeds eerder gerapporteerd [Fugro 2004]. Het totale onderzoeksprogramma is nader beschreven in [Fugro 2003]. Dit rapport is als volgt opgebouwd. In hoofdstuk 2 wordt het onderzoek gedefinieerd en afgebakend, en worden de probleem- en doelstelling beschreven. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op de toegeleverde lijst met geselecteerde cases, aan de hand waarvan de verdere inhoudelijke uitwerking van de probabilistische kapstok gestalte zou moeten krijgen. Uit deze lijst is vervolgens een case geselecteerd die in het kader van dit deelonderzoek daadwerkelijk concreet wordt uitgewerkt. Na een eerste deterministische beoordeling van deze case en een schets van de beschikbare mogelijkheden voor probabilistische beoordeling zijn een tweetal besprekingen gehouden met diverse deskundigen op het gebied van bekledingen. Naast een overzicht van de belangrijkste bevindingen uit deze besprekingen zijn tenslotte ook de resultaten van de verdere behandeling van de geselecteerde case beschreven. In hoofdstuk 4 worden interpretatie, conclusies en consequenties van de bevindingen uit de case beschouwd. Tenslotte wordt in hoofdstuk 5 nog eens expliciet teruggekoppeld naar het in het tweede hoofdstuk geformuleerde onderzoeksdoel. Een overzicht van het totale onderzoeksprogramma is gegeven in bijlage 1. De belangrijkste gegevens van de in het kader van deze studie geselecteerde eerste vier cases zijn verzameld in bijlage 2. De deterministische toets van de hieruit geselecteerde eerste daadwerkelijk uit te werken case met behulp van het excel-programma 'Steentoets' is weergegeven in bijlage 3. De verslagen van de genoemde besprekingen met de bekledingdeskundigen zijn opgenomen in bijlage 4. De mede naar aanleiding van die besprekingen verder uitgewerkte gebeurtenissenboom, die basis zou moeten vormen van de probabilistische uitwerking van de gekozen case, is gegeven in bijlage 5.

Dit Technisch Rapport is geheel gericht op de waterkerende functie en beoogt een bundeling te zijn van de geotechnische aspecten van waterkerende grondconstructies. Andere functies zoals wonen, verkeer, landbouw etc. komen derhalve uitsluitend ter sprake, voor zover er een wisselwerking is met de waterkerende functie. Nieuwe ontwikkelingen op het gebied van onderzoek, rekentechnieken en normeringen, zijn voor grondconstructies volop aanwezig, wat de afgelopen decennia heeft geleid tot vele verschillende publicaties. Hiernaar wordt op relevante plaatsen in dit rapport verwezen. De geotechnische aspecten worden in ieder geval zover behandeld als nodig is voor het toepassen van de diverse rekenmethoden. Voor achtergronden wordt verwezen naar publicaties die dieper op de materie ingaan. Aspecten die gerelateerd zijn aan grondconstructies, maar niet specifiek geotechnisch zijn (bijvoorbeeld belastingen op grondconstructies), worden samengevat weergegeven, waarbij indien van toepassing verwijzingen naar achtergrondpublicaties zijn opgenomen. Het Technisch Rapport is bestemd voor iedereen die beroepsmatig met waterkeren bezig is en dient als een hulpmiddel bij het volgen of begeleiden van het technisch ontwerp, als hulpmiddel bij het toetsen en het levert informatie voor beheer en onderhoud. Het Technisch Rapport is bedoeld voor primaire waterkeringen. In hoofdlijnen is dit rapport echter ook bruikbaar voor secundaire waterkeringen en boezemkaden. Hierbij moet echter bedacht worden dat de veiligheidsfilosofie en het veiligheidsniveau kan afwijken en dat de hydraulische belasting voor secundaire waterkeringen en boezemkaden een duidelijk ander karakter heeft.

In dit rapport is de kennis gebundeld die is opgedaan bij het onderzoek naar de toepassing van kistdammen en diepwanden in waterkeringen. Het beschrijft onder meer een methode om een dergelijk kunstwerk te ontwerpen en/of te toetsen op een vooraf vastgesteld betrouwbaarheidsnivo. In hoofdstuk 2 wordt ingegaan op de functies van dijken in het algemeen en op de functies die een kistdam of diepwand in een waterkering kan vervullen. In hoofdstuk 3 wordt inzicht gegeven in de verschillende krachten, belastingen en bezwijkmechanismen op een kistdam of diepwand in een dijk. Verder worden de effecten van de constructie op de mechanismen van de dijk in beschouwing genomen. In hoofdstuk 4 worden alvorens de mogelijke aanpak voor de bepaling van de veiligheidsnorm en de veiligheidsfactoren te beschrijven, de veiligheidsnormen volgens de vigerende normen en leidraden in beeld gebracht. Tevens worden de tekortkomingen van deze vigerende normen ten opzichte van de gewenste benadering geïnventariseerd. In hoofdstuk 5 wordt een overzicht gegeven van de bestaande rekenmodellen die toepasbaar zijn voor de berekening van een kistdam of diepwand in een waterkering. In het vervolg van dit hoofdstuk wordt een uiteenzetting gegeven van de problemen die bij de modellering en berekening kunnen rijzen en de (on)mogelijkheden die er zijn om deze op te lossen. In hoofdstuk 6 wordt een opsomming gegeven van de voor het ontwerp en/of toetsing benodigde parameters. In hoofdstuk 7 wordt aangegeven welke aspecten, randvoorwaarden vormen voor de keuze en het ontwerp van een kistdam- of diepwandconstructie. In hoofdstuk 8 wordt vervolgens een ontwerpprocedure voorgesteld in de vorm van een stappenplan. De grote lijn van de berekening en een aantal aandachtspunten bij de schematisering worden eerst gegeven waarna per methode (klassiek, deterministisch en probabilistisch) een berekeningsstrategie/stappenplan volgt. In hoofdstuk 9 zijn een aantal specifieke detailleringsaspecten van kistdammen en diepwanden als dijkversterking nader toegelicht. In hoofdstuk 10 worden aanwijzingen gegeven voor de uitvoering van kistdammen of diepwanden in dijken. In hoofdstuk 11 tenslotte zijn enkele aspecten van beheer en onderhoud opgenomen.

Gedetailleerde en geavanceerde methoden voor de beoordeling van de macrostabiliteit binnenwaarts. Dit Technisch Rapport Actuele Sterkte van Dijken bevat een viertal methoden voor de invulling van een nauwkeuriger dimensionerings- en toetsmethodiek ten aanzien van de macrostabiliteit binnenwaarts: 1. restbreedteanalyse; 2. methode bewezen sterkte; 3. methode lokaal onderzoek; 4. probabilistische stabiliteitsanalyse. De restbreedteanalyse is te beschouwen als een gedetailieerde toetsmethode. Bij deze methode wordt de stabiliteitsberekening gecombineerd met een geometrische toets ter beantwoording van de vraag of er na een eventuele afschuiving, en hervonden nieuw evenwicht, genoeg dijk blijft staan om de maatgevende waterstand of het Toetspeil veilig te kunnen keren en de dijk dus toch te kunnen goedkeuren. Deze methode is als min of meer kant en klaar toepasbare procedure in dit Technisch Rapport omschreven. De methode zal met name met succes toegepast kunnen worden in geval van overgedimensioneerde dijken waarvan de maatgevende stabiiiteitsfactor kleiner is dan vereist. Met 'overgedimensioneerd' wordt hier bedoeld een dijk die hoger en/of breder is dan vereist. De methode bewezen sterkte is een geavanceerde toetsmethode. Deze methode komt erop neer dat de berekende stabiiiteitsfactor van een dijk bij de maatgevende hoogwaterstand, opgewaardeerd wordt op grond van het overleefd hebben van een historische hoogwaterstand. Ook deze methode is als een min of meer kant en klaar toepasbare procedure in dit Technisch Rapport omschreven. Daarbij zullen echter wel de nodige aanvullende controles en analyses moeten worden uitgevoerd om mogelijk voor het bewijs ongunstige verschillen tussen de historische situatie en de toetssituatie te inventariseren en af te dekken. De beschreven methode is daardoor nogal behoudend geworden en zal vaak niet opleveren wat er op voorhand van venwacht wordt. Verdere aanscherping is wellicht mogelijk, maar hiervoor is nader onderzoek nodig. De methode lokaal onderzoek is een gedetailleerde toetsmethode. Op basis van lokaal onderzoek kan de schematisering van laagopbouw, schuifsterkte-eigenschappen en waterspanningen mogelijk worden aangescherpt. Dit houdt verband met de relatief grote veiligheidsmarges die in rekening moeten worden gebracht als gebruik wordt gemaakt van regionale en/of geschatte gegevens. Bij de afweging ten aanzien van toepassing van lokaal onderzoek zit hem overigens de crux niet in het uitvoeren van het lokaal onderzoek zelf of het toepassen van de resultaten ervan, maar juist in de afweging vooraf of de venwachté aanscherping van de beoordeling, en de (financiële) winst die dat oplevert, opweegt tegen de kosten van het lokaal onderzoek. Helemaal nieuw is deze methode overigens niet. Ook in het Technisch Rapport Waterl'terende Grondconstructies komt dit principe aan de orde. De probabilistische stabiliteitsanalyse tenslotte is een geavanceerde toetsmethode. Met deze methode wordt de stabiliteit getoetst aan een kanscriterium in plaats van aan een stabiliteitscriterium. Het voordeel van de probabilistische stabiliteitsanalyse is dat de bijdragen van de verschillende onzekerheidsbronnen aan de totale onzekerheid inzichtelijk en gekwantificeerd kan worden. De verschiilende onzekerheden kunnen dan meer op maat worden afgedekt zodat een overmatige cumulatie van veiligheidsmarges wordt voorkomen. De probabilistische stabiliteitsanalyse is meer als conceptuele aanpak gepresenteerd dan als kant en klaar toepasbaar recept.