Case 1 vervolg - Bijlage 2

Opdrijven c.q. opbarsten

De veiligheid tegen opdrijven is gedefinieerd als de grondspanning op het grensvlak van slappe lagen en zand (eerste watervoerende pakket) gedeeld door de waterspanning in het eerste watervoerende pakket. Deze veiligheid is derhalve afhankelijk van de potentiaal in het eerste watervoerende pakket onder maatgevende omstandigheden, alsmede van de eventuele aanwezigheid van tussenzandlagen en het gewicht van de erboven gelegen slappe grondlagen.

Voor het bepalen van de opdrijfveiligheid is gebruik gemaakt van de in paragraaf c1.3.3.1 bepaalde stijghoogten in het eerste watervoerende pakket en de tussenzandlagen onder maatgevende omstandigheden. De hiervoor gehanteerde ontwerpwaterstanden zijn in paragraaf c1.1.2 weergegeven. Tevens zijn de volumegewichten van de ondergrond, zoals die in een aantal boringen zijn aangetroffen, gebruikt. De resultaten zijn in figuur c1.5 weergegeven.

Figuur c1.5 Berekeningsresultaten opdrijven. Opdrijfveiligheid kleiner dan 1 betekent: opdrijven; opdrijfveiligheid kleiner dan 1,2 betekent: onvoldoende veiligheid tegen opdrijven.

Uit figuur c1.5 volgt dat voor een aantal trajecten / locaties de veiligheid tegen opdrijven dermate klein is (1,00) dat de grenspotentiaal wordt bereikt. De grenspotentiaal is de potentiaal in het zand waarbij het bovenliggende pakket slappe grondlagen nog net niet wordt opgedrukt. Met name in vak H wordt dit geconstateerd. Voor een groot deel van het traject echter wordt de grenspotentiaal niet bereikt getuige de opdrijfveiligheden die groter zijn dan 1,00.

Voor deze trajecten liggen de opdrijfveiligheden tussen 1,0 en 1,2 met enkele uitschieters naar boven.

Opgemerkt wordt dat de maaiveldhoogte ter plaatse van de onderzoekspunten niet altijd het laagste in het dwars- profiel is. Veelal is de maaiveldhoogte op een afstand van circa 20 m uit de teen lager. In de piping- en stabiliteit- analyses dient hiermee rekening te worden gehouden.

Veilige schematiseringen

De schematiseringen zijn hier in eerste instantie gericht op de beoordeling van de macrostabiliteit van het buiten- en binnentalud.

Voor zover opdrijven in het achterland optreedt zijn de waterspanningen daarop aangepast.

Voor de beoordeling van de overige mechanismen uit tabel c1.1 kan gebruik gemaakt worden van dezelfde schematiseringen.

Schematiseringen 1.2 en 3.1 - Macro-instabiliteit binnentalud

De macrostabiliteit van het binnentalud is onderzocht voor de situatie tijdens MHW en extreme neerslag (zie figuren c1.6 en c1.7). Voor de berekeningen zijn de waterspanningen in de holocene en pleistocene grondlagen als volgt geschematiseerd:

• Het polderpeil is NAP –2,08 m

• Het freatische vlak in de kruin van de dijk ligt op een hoogte van NAP +0,5 m tot NAP +2,5 m. Hiervoor wordt verwezen naar tabel c1.2.

• De stijghoogte in het pleistocene zand en over de indringingslengte (grenslaag) onder normale dagelijkse omstandigheden bij GHW varieert van NAP +0,44 tot NAP +0,49 m.

• De stijghoogte in het slappe lagenpakket verloopt lineair vanaf het freatische vlak tot aan de stijghoogte behorende bij een buitenwaterstand van NAP +1,07 m (Gemiddeld Hoog Water) aan de bovenzijde van de indringingslengte (grenslaag). Over de indringingslengte verloopt de waterspanning vervolgens lineair tot de potentiaal in de zandlaag.

• Onder MHW omstandigheden neemt de stijghoogte in het pleistocene zand of eventuele tussenzandlaag toe.

  Indien opdrijven optreedt neemt de stijghoogte toe tot aan de grenspotentiaal.

• Schematiseringen 2.1, 2.2 en 3.2 – Macro-instabiliteit buitentalud

  Onder extreme neerslag omstandigheden (niet gecorreleerd aan MHW) is aangenomen dat het freatisch vlak in de dijk met 0,8 m toeneemt (zie figuur c1.7). De maximale grondwaterstijging in de polder is tot aan het gemiddeld laagste maaiveld aangenomen.

  In onderstaande schematisering staan de verschillende te onderzoeken toestanden vermeld met de schematisering van de freatische waterstanden. De potentiaal kan in al deze gevallen aan de hand van drie kenmerkende potentiaallijnen (pn-lijnen) worden beschreven:

  pn-1 de freatische lijn;

  pn-2 de stijghoogte aan de onderzijde van het slappe lagen pakket, juist boven de indringingslaag;

  pn-3 de stijghoogte in de watervoerende zandlaag.

  

  Figuur c1.6 Principe schematisering waterspanningsverloop bij ontwerppeil (Tabel c1.1, schematisering 1.2)

  

  Figuur c1.7 Principe schematisering waterspanningsverloop bij extreme neerslag (tabel c1.1, schematisering. 3.1)

  De macrostabiliteit van het buitentalud is onderzocht voor de situatie tijdens:

• een val van ontwerppeil naar GHW (Gemiddeld Hoog Water), zie figuur c1.8;

• een LLW (Laag Laag Water) op de rivier in combinatie met een gemiddelde hoogte van de freatische grondwaterstand ter plaatse van kruin van de dijk (op basis van de aanname dat de normale rivierstand (GHW) langdurig heeft geheerst en het hoogwater maar gedurende korte tijd), zie figuur c1.9;

• extreme neerslag waarbij een rivierwaterstand is aangehouden van GLW, zie figuur c1.10.

  Voor de stabiliteitsberekeningen van het buitentalud is de schematisering van de waterspanningen in de holocene en pleistocene grondlagen als volgt aangehouden:

• LLW = NAP –0,40 m;

  GLW = NAP –0,09 (ter plaatse van circa hmp 9,5 + 50 m) en NAP –0,19 (ter plaatse van circa hmp 15,4+00 m); GHW = NAP +1,07 m.

• Het freatische vlak in de kruin van de dijk ligt op een hoogte van NAP +0,5 m tot NAP +2,5 m bij

  ontwerpwaterstand. Hiervoor wordt verwezen naar tabel c1.2.

• De stijghoogte in het pleistocene zand en over de indringingslengte (grenslaag) onder normale dagelijkse omstandigheden bij GHW varieert van NAP +0,44 tot NAP +0,49 m.

• De stijghoogte in het slappe lagenpakket, onder de kruin van de dijk, verloopt lineair vanaf het freatische vlak tot aan de stijghoogte behorende bij een buitenwaterstand van NAP +1,07 m (Gemiddeld Hoog Water) aan de bovenzijde van de indringingslengte (grenslaag)). Over de indringingslengte verloopt de waterspanning vervolgens lineair tot de potentiaal in de zandlaag.

  Bij een schaardijk wordt de stijghoogte aan onderzijde in het slappe lagenpakket (bovenzijde van de indringingslaag (grenslaag)) gelijk aan de stijghoogte behorende bij een buitenwaterstand van NAP + 1,07 m (GHW), verminderd met het verschil tussen GHW en de in de analyse gehanteerde buitenwaterstand.

• Verificatie

  Waterspanningen in het watervoerend pakket

  Waterspanningen in de binnendijkse kleilaag

  Impliciete veiligheden

  Onder extreme neerslag omstandigheden (niet gecorreleerd aan MHW) is aangenomen dat het freatisch vlak in de dijk met 0,8 m toeneemt (zie figuur c1.10).

  

  Figuur c1.8 Principe schematisering waterspanningsverloop bij val van MHW naar GHW (tabel c1.1, schematisering 2.1)

  

  Figuur c1.9 Principe schematisering waterspanningsverloop bij val van GHW naar LLW (tabel c1.1, schematisering 2.2)

  

  Figuur c1.10 Principe schematisering waterspanningverloop bij extreme neerslag (tabel c1.1, schematisering 3.2)

  Waarnemingen van verschijnselen, zoals vorming van wellen bij hoog water of vorming van natte plekken ter plaatse van een uittreepunt op het binnentalud van een dijk, die gepaard gaan met één van de aan waterspanningen gerelateerde processen, kunnen gebruikt worden om het model te verifiëren. De hoofdlijn hierbij is dat de waarneming begrepen moet kunnen worden op basis van het rekenmodel. Indien dit niet het geval is, bestaat de kans dat het rekenmodel niet correct is, bijvoorbeeld door een foutieve schematisering of door verkeerde grondeigenschappen. In dat geval is nader onderzoek nodig om het model bij te werken.

  Verwacht wordt dat voor deze case veel optimalisatie van parameters kan worden bereikt door op een aantal locaties nader onderzoek uit te voeren, bestaande uit het plaatsen van raaien met peilbuizen en het uitvoeren van lange duur metingen met zelfregistrerende apparatuur (zogenaamde diver-metingen). Vooralsnog wordt gedacht aan metingen in 6 tot 10 dwarsprofielen met 3 peilbuizen per dwarsprofiel.

  Hierbij wordt opgemerkt dat in een aantal gevallen reeds opdrijven zal optreden bij lagere stijghoogten dan bij de ontwerpwaterstand. In deze gevallen is een lagere berekende stijghoogte derhalve geen garantie voor optimalisatie. Hiermee dient rekening te worden gehouden bij het plannen van een vervolgonderzoek.

  Als uitgegaan wordt van een volledige aanpassing van de waterspanning, is het verloop van de waterspanningen lineair. In het bovenrivierengebied zal dit meestal het geval zijn. Bij relatief dikke kleilagen kan in sommige gevallen een tijdsafhankelijke berekening van de consolidatie worden gedaan. Een inschatting of dit zinvol is kan worden gedaan door de hydrodynamische periode van de kleilaag te vergelijken met de duur van een hoogwatergolf en aan de hand daarvan de indringingslengte te berekenen. In plaats van de consolidatiecoëfficiënt moet met een zwellingconstante worden gerekend. Die is in ieder geval enkele malen groter dan de consolidatiecoëfficiënt. Voor waterstanden die al enkele malen zijn opgetreden, kan de aanpassing van de waterspanning zelfs nog veel sneller verlopen.

  Bij de schematisatie van de waterspanningen in een dijk in een benedenrivierengebied is de impliciete veiligheid beperkt. De metingen worden uitgevoerd voor de bestaande situatie. De berekeningen zijn een extrapolatie waarbij rekening gehouden wordt met het niet-stationaire karakter van de maatgevende golf. De toekomstige situatie kan verschillen van de situatie waarbij gemeten wordt. Indien het water in de toekomstige situatie beter in de ondergrond kan indringen (en met het toenemend aantal saneringen van de rivierbodem voor een dijkversterking is dat geen vreemde gedachte) is de waterspanning tijdelijk misschien ongunstiger dan die waarvan op basis van metingen wordt uitgegaan.