SBW Analyse macrostabiliteit van dijken met Eindige Elementen Modellen Achtergronden bij Activiteit EEM 04.a

Abstract

Het programma Sterkte & Belastingen Waterkeringen (SBW) wordt in opdracht van de Waterdienst van Rijkswaterstaat door Deltares uitgevoerd. Het bestaat uit een aantal inhoudelijk gerichte projecten, die zich richten op het invullen van belangrijke kennisleemtes bij het vijfjaarlijks toetsen van de primaire waterkeringen. Door kennisleemtes in te vullen wordt het toetsingsinstrumentarium uitgebreid en verbeterd. De huidige verbeterslag wordt gemaakt ten behoeve van het VTV 2011. Het SBW-project Werkelijke Sterkte richt zich op het verbeteren van het toetsspoor van macrostabiliteit binnenwaarts. Dit SBW-project omvat drie deelprojecten, waaronder het deelproject Analyse macrostabiliteit van dijken met Eindige Elementen Modellen (EEM). Dit type geavanceerde modellen komt aan bod als eenvoudige rekenregels of glijvlakberekeningen tekort schieten, bijvoorbeeld bij toepassing van constructieve elementen in dijken. Er bestaan momenteel echter geen richtlijnen voor het toetsen van dijken met EEM, zodat met het rekenresultaat nog niet goed kan worden getoetst aan de wettelijk vereiste veiligheid. Dit vormt een drempel voor het gebruik en de acceptatie van EEM als toetsingsinstrument. Het hoofddoel van dit deelproject is het komen tot een in de praktijk bruikbare richtlijn, bestaande uit een veiligheidsfilosofie en een bijbehorend stappenplan, waarmee primaire waterkeringen met EEM kunnen worden getoetst op macrostabiliteit en de sterkte van eventueel daarin aanwezige constructieve elementen. In het genoemde stappenplan [SBW-stap, 2009], waarin wordt beschreven hoe een EEM-berekening te maken voor de stabiliteit van een waterkering, worden keuzes gemaakt. Het onderliggende rapport geeft de achtergronden voor deze keuzes. Het beschrijft de uitgevoerde berekeningen voor de numerieke aspecten die horen bij bezwijkanalyses, welke dienen als onderbouwing voor de keuzes in het stappenplan. In dit rapport worden een aantal aspecten bestudeerd: .. invloed van (niet-)associatieve plastische rekken op de sterkte; .. invloed van gedraineerde en ongedraineerde sterkte; .. belastingsturing en sterktereductie. Deze aspecten zijn bestudeerd aan de hand van twee karakteristieke eenvoudige cases, namelijk een talud met een ondiep mechanisme en een talud met een diep mechanisme. Verder is getracht de modellen zo eenvoudig mogelijk te houden. Uit deze studie blijkt dat het constitutieve model in de EEM invloed heeft op de sterkte van het materiaal. Verder wordt gevonden dat gedraineerde analyses van niet-associatieve materialen problemen geven voor materialen met een wrijvingshoek van 300 of meer. Ongedraineerde analyses voor deze materialen lijken geen probleem op te leveren voor de sterkteontwikkeling, maar de wateroverspanningen laten een sterk ruimtelijke variërend beeld zien. De betrouwbaarheid van de EEM voor deze materialen is beperkt.