Case 2 vervolg - Bijlage 2

Relevante waterspanningsschematiseringen

In tabel c2.2 is een overzicht gegeven van de relevante waterspanningsschematiseringen.

Tabel c2.2 Relevante waterspanningsschematisering

Stap 3: Modelkeuze, schematisering en verificatie

c2.3.1 Modelkeuze

Freatische lijn

Verreweg het belangrijkste aspect is het berekenen van de freatische lijn. Omdat er een redelijke hoeveelheid gegevens aanwezig is, is het niet zinvol om het blackboxmodel (bijlage 1) toe te passen. Er zijn niet voldoende metingen aanwezig om door extrapolatie van de metingen tot een antwoord te komen. Deze mogelijkheid valt daarom af.

Analytische modellen voor het berekenen van de freatische lijn zijn niet voorhanden. De meest logische keus in dit geval is daarom de keuze voor een numeriek model voor het berekenen van de freatische lijn en de kwelstroom door het dijklichaam en cunet.

Samendrukbaar pakket

Daarnaast zal iets gezegd moeten worden over het verloop van de waterspanningen in het samendrukbare pakket. Omdat de meeste weerstand wordt veroorzaakt door de veenlaag onder aan het samendrukbare pakket, is de meest logische optie om een hydrostatische waterdruk in het samendrukbare pakket aan te nemen tot de veenlaag. In de veenlaag wordt vervolgens lineair geïnterpoleerd tussen de stijghoogte in het watervoerende pakket en de stijghoogte direct boven de veenlaag.

Stijghoogte watervoerend zandpakket

Tenslotte moet de stijghoogte in de watervoerende zandlaag bekend zijn. Zoals eerder is aangegeven, is het niet waarschijnlijk dat er een relatie is tussen de buitenwaterstand en de stijghoogte. De beschikbare peilbuismetingen geven onvoldoende informatie om deze relatie te kwantificeren, maar duidelijk is wel dat de stijghoogte in de zandlaag veel minder toeneemt dan de buitenwaterstand. Een veilige benadering is aan te nemen dat de stijghoogte toch evenveel stijgt als de buitenwaterstand. In dit geval betekent dit een toename in de stijghoogte met 2,9 m tot circa NAP – 2,1 m. Indien deze veilige aanname de conclusies niet beïnvloed, dan is nader onderzoek niet nodig. In dit geval treedt ook bij deze stijghoogte nog geen opbarsten op en is er ten aanzien van piping in ieder geval geen negatieve invloed. De hogere stijghoogte heeft op de macrostabiliteit een negatieve invloed. Omdat uit stabiliteitanalyse is gebleken dat ook met de hogere stijghoogte de stabiliteit nog voldoende is, is in dit geval geen extra onderzoek gedaan.

In het vervolg van deze paragraaf wordt uitsluitend in gegaan op de bepaling van de freatische lijn en de kwelstroom door het zandcunet. Voor de overige aspecten is, zoals hierboven is beschreven, een zeer veilige benadering gekozen en is in dit geval geen nader onderzoek gedaan.

Schematisering

Bij de schematisering in het numerieke model spelen de volgende aspecten:

• laagopbouw;
• doorlatendheden;
• drainage;
• binnen- en buitendijkse waterstanden.

De laagopbouw wordt uit het geotechnisch onderzoek verkregen en wordt zo realistisch mogelijk gemodelleerd. Bij onzekerheden in laagdikten worden veilige keuzen gedaan. Een veilige keuze is in dit geval een keuze waarbij de ligging van de freatische lijn en de kwelstroom wordt overschat. Het samendrukbare pakket en dan met name de veenlaag die nog aanwezig is onder het cunet, speelt hierbij ook een rol, omdat door het verschil in stijghoogte boven en beneden de samendrukbare laag inzijging optreedt buitendijks en ter hoogte van de dijk. Binnendijks zal een kleine kwelstroom naar boven aanwezig zijn, die van minder belang is in het geheel. Bij het vaststellen van de doorlatendheden spelen in principe dezelfde overwegingen. Wel is het zo dat de onnauwkeurigheden in de doorlatendheden veel groter zijn dan die in de laagdikten.

Samengevat kan de volgende volgorde van belangrijkheid worden opgesteld:

1. dikte en doorlatendheid afdekkende klei/keileem en sliblaag op het buitentalud;
2. doorlatendheid zand in het dijklichaam en cunet;
3. dikte en doorlatendheid van de veenlaag onder het cunet;
4. dikte en doorlatendheid samendrukbaar pakket;
5. transmissiviteit watervoerend zandpakket.

Een speciaal aandachtspunt is de beëindiging van het zandlichaam binnendijks. Vanwege de drainerende werking kan dit een grote invloed hebben.

De geometrie moet vanzelfsprekend goed bekend zijn, maar die kan relatief eenvoudig worden vastgesteld.

De modellering van de drainage is vaak een lastig punt, omdat vaak de capaciteit niet of niet goed bekend is. In eerste instantie kan een aanname gedaan worden, gebaseerd op de bekende informatie. Bij een goed werkende drainage, met een capaciteit die ruim boven de benodigde ligt, kan de drainage gemodelleerd worden door de stijghoogte ter plaatse van de drainage gelijk te stellen aan het niveau van de drainage.

De binnen- en buitendijkse waterstanden liggen vast.

Bepaling van parameters en ijking model

In paragraaf c2.1.4 is aangegeven hoe de doorlatendheden van de grondsoorten zijn vastgesteld. Verwacht mag worden dat dit eerder gemiddelde waarden zijn dan veilige waarden. Het model wordt geijkt met de beschikbare (meet)gegevens:

• ligging freatische lijn;
• afvoer drainage;
• de constatering dat de binnenteen zeer vochtig is.

De metingen zijn gedaan in een situatie met een gemiddelde waterstand van NAP – 0,2 m. Tijdens de metingen was nog een sliblaag aanwezig op het onderwatertalud. De dikte en doorlatendheid hiervan zijn niet bekend.

Het blijkt dat met een sliblaag die een weerstand van 80 dagen heeft de gemeten waarden redelijk worden teruggerekend. De doorlatendheid van het keileemcunet buitendijks is met een factor 2 verlaagd, omdat het anders nauwelijks mogelijk bleek te zijn om de gemeten ligging van de freatische lijn te reproduceren. In de berekening speelt infiltratie van regenwater geen rol. In de gemeten hoogte van de freatische lijn heeft mogelijk regen wel een rol gespeelt. Informatie hierover is echter niet voorhanden. Door in het model geen rekening met regen te houden, wordt in ieder geval een veilige keuze gedaan.

Figuur c2.3 Schematisering freatische lijn bij gemiddelde buitenwaterstand

Opgemerkt wordt dat de hoeveelheid metingen beperkt is. De ligging van de freatische lijn is slechts op één locatie bekend. Verder is er geen informatie over de invloed van regen, de invloed van een verhoogde buitenwaterstand of de invloed van golfoverslag. Om enige veiligheid in te bouwen wordt de doorlatendheid van het keileemcunet in de definitieve berekeningen niet verlaagd en wordt de doorlatendheid van het zandcunet met een factor 2 verhoogd.

Veilige schematiseringen

Schematisering 1.1 – MWH omstandigheden

In de situatie met MHW kan het numerieke model worden toegepast, waarbij de sliblaag op het onderwatertalud wordt verwijderd omdat die ondertussen niet meer aanwezig is.

Het resultaat is in de onderstaande figuur weergegeven.

Figuur c2.4 Schematisering van de freatische lijn bij MHW

De freatische lijn onder de kruin stijgt met 2 m, waarvan 0,25 m voor rekening van het verwijderen van het slib komt. De hoeveelheid water die door de drains afgevoerd moet worden stijgt met een factor 10 tot circa 2 m3/m/dag. Bovendien treedt er nu een aanzienlijke hoeveelheid water uit aan het begin van de binnenberm, namelijk circa 1 m3/m/dag.

Schematisering 1.2 – MWH omstandigheden en golfoverslag

Golfoverslag heeft een invloed op de ligging van de freatische lijn en moet daarom in principe ook bij schematisering 1.1 worden meegenomen. Het overslaande water zal naar verwachting grotendeels infiltreren in de afdeklaag en via het zandcunet worden afgevoerd. Het golfoverslagdebiet is groot ten opzichte van het kweldebiet door het cunet en het zandlichaam. De invloed op de ligging van de freatische lijn kan daarom ook groot zijn. Wel is het zo dat de maximale golfoverslag slechts gedurende een korte periode optreedt als de storm het hevigst is. Bij het bepalen van de invloed op de ligging van de freatische lijn spelen aspecten als infiltratie en afstroming over het binnentalud en de mate waarin het dijklichaam al verzadigd is een rol. Een goede bepaling van de invloed op de ligging van de freatische lijn is niet mogelijk. Het is wel verstandig om met enige stijging rekening te houden.

De invloed van golfoverslag op de stabiliteit van de deklaag is van groot belang. De vraag hierbij is welk waterspanningsverloop zich in de deklaag zal instellen. Een goede berekening hiervan is niet eenvoudig. Vaak wordt in eerste instantie een volledige verzadiging en een hydrostatisch drukverloop in de deklaag aangehouden. Zeker bij een goede drainage van de deklaag naar de zandige kern van de dijk, zal zich echter een lagere waterspanning instellen bij de overgang naar de kern van de dijk. Het exacte verloop is met name afhankelijk van de grootte van de golfoverslag en van de doorlatenheden van de deklaag en de kern van de dijk. Met name de doorlatendheid van de deklaag is moeilijk te bepalen, in verband met heterogeniteit en macrostructuren. Voor een enkel geval is middels een praktijkproef de stabiliteit van de deklaag bepaald, waarbij ook waterspanningen zijn gemeten. In het algemeen zal echter een veilige benadering worden aangehouden. Wat een veilige benadering is, hangt af van het probleem dat wordt beschouwd. Voor de stabiliteit van de toplaag onder invloed van infiltratie is een lage doorlatendheid meestal maatgevend, omdat dan eerder verzadiging van de toplaag optreeedt, wat de stabiliteit van de toplaag verminderd. Voor de ligging van de freatische lijn is een lage doorlatendheid juist maatgevend, omdat dan meer infiltratie optreedt en de freatische lijn hoger komt te liggen. Dit is nadelig voor de overall stabiliteit van het binnentalud, maar ook wordt de kans dat de toplaag afgedrukt wordt groter.

Schematisering 2.1 – Val buitenwater

Het verloop van de freatische lijn in het dijklichaam wordt gelijk gehouden aan het verloop dat tijdens MHW omstandigheden is gevonden. De buitenwaterstand is echter gedaald tot het streefpeil. Ter plaatse van het buitentalud loopt de freatische lijn juist onder maaiveld. Verder wordt rekening gehouden met onderhoudsverkeer op de buitenberm.

De val van het buitenwater neemt slechts een beperkte periode in beslag. Toch kan de bovenvermelde schematisering aan de veilige kant zijn. Desnoods kan een instationaire berekening van de ligging van de freatische lijn worden gedaan indien de stabiliteit van het buitentalud kritiek blijkt te zijn. Overigens zal de stabiliteit van het buitentalud bij meerdijken meestal niet een belangrijk aspect zijn, omdat de val van het buitenwater beperkt is tot hooguit 2 à 3 m.

Schematisering 3.1 – Extreme neerslag bij hoogwater

Het bepalen van de invloed van een extreme neerslag is niet eenvoudig omdat er geen informatie is over de invloed van de neerslag op de freatische lijn. Uit ervaringen elders zou kunnen worden afgeleid dat een stijging van de freatische lijn met 1 m mogelijk is indien de drainage onvoldoende capaciteit heeft. Dit betreft slechts een enkele ervaring in het veld, gedetailleerde metingen zijn – voor zover bekend – niet beschikbaar. De combinatie van extreme neerslag en een maatgevend hoogwater is niet waarschijnlijk, zodat daar niet mee gerekend wordt. Een combinatie van een gemiddeld hoogwater met extreme neerslag zou mogelijk wel reëel zijn. Een statistische onderbouwing ontbreekt overigens, zodat ook voor dit punt onzekerheden aanwezig zijn.

Om enig inzicht te verkrijgen in het geheel is een berekening gedaan met een buitenwaterstand van 1 m.

De freatische lijn ligt bij deze berekening ruim 1 m lager dan bij de berekening voor MHW omstandigheden. Indien hier nog 1 m bij zou komen in verband met neerslag, dan is de situatie dus enigszins vergelijkbaar met de MHW situatie. Hieruit kan in ieder geval geconcludeerd worden dat extreme neerslag in combinatie met een gemiddeld hoogwater niet zondermeer genegeerd kan worden.

Schematisering 3.2 – Extreme neerslag bij streefpeil

De schematisering is in hoofdlijn gelijk aan schematisering 2.1 (val buitenwater). Omdat de kans dat een MHW samenvalt met extreme neerslag minder waarschijnlijk is, kan in dit geval uitgegaan worden van een val van GHW naar streefpeil. Eveneens als bij de schematisering 3.1 zijn geen gegevens bekend over een mogelijke stijging van de freatische lijn door neerslag. De doorlatenheid van de toplaag van de dijk (asfalt, harde bekleding en gras), de doorlatendheid van de kern van de dijk en het al dan niet aanwezig zijn van een drainage spelen een rol. Veelal is de stabiliteit van het buitentalud of van de deklagen op het buitentalud niet kritisch, zodat hieraan geen speciale aandacht besteedt hoeft te worden. Aangeraden wordt om middels een gevoeligheidsanalyse na te gaan in hoeverre deze schematisering een rol speelt. Zonodig kan een veilige schematisering aangehouden worden of lokaal onderzoek gedaan worden, waarbij een instationaire berekening van de ligging van de freatische lijn meer inzicht kan geven.

Verificatie

Verificatie van de resultaten is niet mogelijk, omdat er geen meetgegevens beschikbaar zijn anders dan degene die al bij de ijking van het model zijn gebruikt.

Het is in ieder geval nodig om de capaciteit van de drainage te bepalen, om na te gaan of het berekend debiet afgevoerd kan worden. Overigens kan natuurlijk uit de beoordeling van de faalmechanismen blijken dat de freatische lijn verlaagd moet worden ten opzichte van de berekening, of dat andere maatregelen nodig zijn.

Aanbevolen wordt om enkele peilbuizen te plaatsen in het dijklichaam, waarmee de ligging van de freatische lijn onder verschillende omstandigheden bepaald kan worden. Hiermee kan op termijn een uitspraak gedaan worden over de invloed van regen en wellicht over de invloed van hoogwater. Het model kan met deze gegevens verder geijkt worden. Het is aan te bevelen om peilbuizen in de diepe zandlaag te plaatsen om na te gaan of de deklaag niet is doorbroken. Dit is zeker nodig als er op het meer werkzaamheden worden uitgevoerd waarbij de deklaag aangetast kan worden.

In het model zitten nog een aantal veiligheden:

• de doorlatendheid van de keileem en van het dijklichaam zijn in de uiteindelijke berekening verhoogd;
• de sliblaag op het onderwatertalud is niet in rekening gebracht; momenteel is deze ook niet aanwezig, maar na verloop van tijd is het aannemelijk dat deze weer terugkomt;
• er is gerekend met een stationaire situatie, maar omdat de duur van een hoogwater relatief kort is zouden instationaire effecten een rol kunnen spelen;
• voor de stijghoogte in het watervoerende zandpakket is een zeer veilige benadering aangehouden: aangenomen is dat de stijghoogte evenveel stijgt als de buitenwaterstand.