· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

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.

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.

In dit rapport zijn de resultaten van een studie naar het gedrag van een homogene kleilaag onder invloed van golfbelastingen en golfklappen samengevat. Deze studie vond plaats in het kader van langlopend onderzoek naar de rest sterkte van een kleilaag onder gezette steen bij waterkeringen. Het rapport bevat allereerst een analytische uitwerking van de gangbare Biot theorie over het gedrag van een poreus medium onder golfbelasting. De eventueel aanwezige structuur in de klei is hierbij vertaald in gehomogeniseerde materiaalparameters. Uit de theorie is een "fluïdisatie-criterium" afgeleid: over een zekere diepte kan het verschil in opgelegde waterdruk aan het oppervlak en de waterdruk op enige diepte zodanig zijn, dat het effectieve gewicht van de tussenliggende grond plus de aanwezige treksterkte wordt overschreden. Naast deze Biot uitwerking bevat het rapport ook een nieuwe, volledig analytische oplossing om uitgaande van genoemd fluïdisatie criterium het verloop van het fluïdisatie front als funktie van de tijd te berekenen. Een parametrische studie op basis van de genoemde analytische benadering leverde onder meer als conclusie op, dat met name het luchtgehalte van het grondwater en de stijfheid van het korrelskelet van doorslaggevend belang zijn voor het optreden van sterke drukgradiënten en dus voor fluïdisatie. In de literatuur zijn aanwijzingen gevonden, dat de stijfheid van het korrelskelet groter is onder een golfklap dan onder normale golfbelasting. Kwantitatieve gegevens voor klei zijn echter niet beschikbaar. Een nadere beschrijving van de relatie tussen belastingsnelheid en stijfheid van het korrelskelet is in dit rapport opgenomen. Enkele verschillen in gedrag van de klei onder quasi-statische belasting en onder golfklappen zijn in dit rapport aangegeven. Naast een mogelijk verschil in stijfheid van het korrelskelet is ook sprake van grotere drukgradiënten onder golfklappen. Daarnaast kan de belastingamplitude bij golfklappen een orde hoger zijn dan bij quasi-statische golfbelasting. Bij golfklappen treden zeer lokale belastingen op, waardoor schuifspanningen in de kleilaag ontstaan. Fluïdisatie leidt tot een aanzet tot opdrukken van een dunne toplaag. Daarmee is nog niet gezegd, dat het omhoog gedrukte materiaal ook wegspoelt. Hiervoor is ten eerste nodig, dat de toplaag voldoende ver opgedrukt wordt om de samenhang in de toplaag te verbreken. Daarnaast moet het losgeslagen materiaal bijvoorbeeld door langsstroming langs het talud worden afgevoerd. Rekening dient gehouden te worden met de tijd die nodig is voor de toestroming van water. Wanneer de toplaag door de overdruk omhoog wordt gedrukt, zal er water vanuit de kleilaag toe moeten stromen om de groeiende holte onder de opgedrukte laag op te vullen. Indien het water niet snel genoeg kan toestromen, dan zal het drukverschil onmiddellijk sterk afnemen. Gebleken is, dat laatstgenoemd effect aanzienlijk is. Derhalve dient bij nader onderzoek prioriteit gegeven te worden aan een beschouwing van de faalmechanismen in de gefluïdiseerde toestand. Het effect van herhaalde belastingwisselingen en de daaruit volgende degradatie van de klei (vermoeiingseffeet) is daarbij één van de aandachtspunten. Andere aandachtspunten zijn het effect van onverzadigde zones in de klei en de voortplanting van drukken in een deels gescheurde klei.

De in voorliggende rapportage beschreven studie is onderdeel van het onderzoek “SBW Faalmechanismen Technisch Rapport Grondonderzoek en Geotechnisch Schematiseren bij Dijken” (TRGS). Doel van dit technisch rapport is het verschaffen van richtlijnen en handreikingen voor grondonderzoek en het hieruit afleiden van schematiseringen van (onder)grond en waterspanningen ten behoeve van het grondmechanisch toetsen (en ontwerpen) van dijken, waarbij op inzichtelijke wijze omgegaan wordt met onzekerheden. Deze rapportage bevat de resultaten van activiteit 3 uit het projectplan; het inventariseren, beschrijven en analyseren van bruikbare technieken voor grondonderzoek ten behoeve van het verkrijgen van bodemparameters en geohydrologische gegevens. Meer specifiek gaat het hierbij om verdere uitwerking van de volgende onderdelen: - Overzicht van meest gebruikte grondonderzoeksmethoden en een doorkijk naar nieuwe ontwikkelingen hierin. De in het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies (TRWG) beschreven methoden vormen hiervoor de basis. Het overzicht is vormgegeven op basis van een indeling naar informatietypen. - Analyse van de basisopzet voor grondonderzoek in samenhang met de te analyseren faalmechanismen, parameters en de projectfase (bepaalt benodigd detailniveau). Aan de hand van een serie vragen, die de toetser en/of ontwerper van waterkeringen iedere fase van het project kan doorlopen, worden handreikingen afgeleid voor een onderbouwde aanpak voor een grondonderzoeksopzet. - Beschrijven van voorbeelden om voor een aantal situaties ‘best practices’ te illustreren.