De uitwerking voor macro- instabiliteit in de Leidraad Rivieren vervolg - Partiële veiligheidsfactoren voor controle op macro-instabiliteit bij dijken

Bij aantoonbaar lagere variatiecoëfficiënten voor de c’ en tan(ϕ’) kunnen aangescherpte basismateriaalfactoren worden bepaald. Zie achtergrondrapport materiaalfactoren rivierdijken [21]

In het geval van natuurlijke niet-organische klei, waarvoor is aangetoond dat de variatiecoëfficiënten Vc≤ 0,275 en Vtan(ϕ)≤  0,15 geldt γm,c= 1,15 en γm, tan(ϕ) = 1,15

De basismateriaalfactoren in tabel A.1 voor schuifsterkteparameters gelden voor multi stage triaxiaalproeven, waarbij een rekgrens van 2 à 5% is aangehouden bij de bepaling van c’ en tan(ϕ’). Deze beperking hangt samen met de relatieve spreiding (variatiecoëfficiënt) van deze parameters en op zich niet met het proeftype. De variatiecoëfficiënten in tabel A.1 zijn schattingen die gebaseerd zijn op proeven- verzamelingen (van genoemd proeftype). Hierbij gaat het om zogenaamde ‘punt- spreidingen’. Bij de berekening van de partiële veiligheidsfactoren is wel nog rekening gehouden met spreidingsreductie als gevolg van uitmiddeling langs een glijvlak.

De basismateriaalfactoren zijn onlosmakelijk verbonden met de schadefactor, die zich laat berekenen als:

waarin βeis de vereiste betrouwbaarheidsindex is die behoort bij de toelaatbare kans op macro-instabiliteit. De vereiste betrouwbaarheidsindex βeis wordt op verschillende manieren berekend.

Vanuit het verleden wordt in een deel van het benedenrivierengebied met een aan de dijkringfilosofie gerelateerde aanpak voor macro-instabiliteit gewerkt. Deze filosofie is geïntroduceerd in het in 1989 uitgebrachte deel 2 van de Leidraad voor het Ontwerpen van Rivierdijken. Dit deel van de leidraad was bedoeld voor het beneden-rivierengebied. In het in 1985 uitgebrachte deel 1 van de leidraad was, voor wat betreft de grondmechanische controle op stabiliteit nog uitgegaan van een (klas-sieke) aanpak die dijkvakbenadering wordt genoemd. Dit deel van de leidraad was gericht op het bovenrivierengebied. Hoewel het onderscheid tussen boven- en benedenrivierengebied niet bepalend zou hoeven zijn voor de keuze tussen dijkvak-of dijkringfilosofie is het historisch wel zo gegroeid dat aan de dijkvakfilosofie het etiket ‘bovenrivierengebied’ en aan de dijkringfilosofie het etiket ‘benedenrivieren-gebied’ kleven. In de praktijk is het zo dat de aan een dijkringfilosofie gerelateerde veiligheidscriteria voor stabiliteitscontrole alleen gebruikelijk zijn in het beheers-gebied waar de Provincie Zuid-Holland toezicht houdt. In de in 2007 uitgebrachte Leidraad Rivieren is deze situatie, althans voor het ontwerpen van dijken of dijk-versterkingen, bestendigd. Voor het toetsen op veiligheid geldt het vigerende toetsvoorschrift (VTV 2006 [6]). Hierin is gekozen voor de dijkvakbenadering. In lijn met deze keuze wordt voor het toetsen op veiligheid voorgesteld schadefactoren te bepalen op basis van de aan de dijkvakfilosofie gerelateerde benadering.

Vereiste schadefactoren bij de aan de dijkringfilosofie gerelateerde benadering: De βeis is afhankelijk van het beschermingsniveau voor het betreffende dijkring-gebied en de lengte van de waterkering rond dit gebied, waarvoor binnenwaartse afschuiving een potentieel faalmechanisme is. Het beschermingsniveau wordt uit-gedrukt in de norm voor de overschrijdingskans van de waterstanden die de dijken veilig moeten kunnen keren (te weten 1/10.000, 1/4000, of 1/2000 per jaar). Uitgangspunt is een ‘referentie’ toelaatbare bijdrage aan de doorbraakkans in de dijkring als gevolg van macro-instabiliteit van het binnentalud, die gelijk is aan 10 procent van deze norm voor de overschrijdingskans. Deze toelaatbare kans wordt gelijkelijk verdeeld gedacht over de lengte van de dijkring en daarmee kunnen we een toelaatbare kans op macro-instabiliteit berekenen voor een willekeurige dwars-profiel. De formule hiervoor is:

Daaruit volgt voor βeis :

In deze vergelijkingen zijn:

De kans op doorbraak, gegeven het optreden van macro-instabiliteit van het binnen=talud, Ff⎪inst reflecteert dat een macro-instabiliteit niet noodzakelijk tot een door-braak van de dijk hoeft te leiden. In de vroegere leidraad is onderscheid gemaakt tussen het optreden van macro-instabiliteit die het directe gevolg is van een hoog-watersituatie en macro-instabiliteit als gevolg van, bijvoorbeeld, extreme neerslag. De eerste vertegenwoordigt een gevaarlijker situatie dan de laatste. Om die reden is in de oude leidraad (LOR2 [13]) voor de eerste situatie Pf⎪inst = 1 geadviseerd en voor de laatste Pf⎪inst = 0,10. Later zijn zoneringen ingevoerd bij de beoordeling van stabiliteit van dijklichamen, waarbij een kritieke zone, zone 1 en een minder kritieke zone, zone 2, werd onderscheiden (Handreiking Constructief Ontwerpen [18]). Hierbij is ook de keuze Pf⎪inst= 1 voor zone 1 en Pf⎪inst= 0,10 voor zone 2. Nog weer later is de indeling in zones verder verfijnd (zones 1a en 1b, en 2a en 2b) waarbij dezelfde keuzen zijn gemaakt (Zonering Binnen-talud [19]).

In figuur A.1 zijn schadefactoren weergegeven die met de formules A.6 t/m A.8 zijn berekend (N.B. het item ‘dijkvakbenadering’ wordt later besproken). In figuur A.1 is uitgegaan van Pf⎪inst = 1, dat wil zeggen dat na afschuiven er geen reststerkte aan- wezig is (dus afschuiven impliceert doorbraak). Analoog zijn in figuur A.2 de schade- factoren weergegeven waarbij uitgegaan is van Pf⎪inst =0,10 (er is wel reststerkte, de kans op doorbraak na afschuiven is 0,10 ).

Aansluitend bij de werkwijze in de vroegere richtlijnen moeten de schadefactoren als volgt gebruikt worden:

1. Indien de stabiliteitsanalyse betrekking heeft op een hoogwatersituatie (toetspeil of ontwerppeil) wordt de schadefactor afgelezen in figuur A.1. Wanneer zonering wordt toegepast, wordt de schadefactor voor zone 1 (respectievelijk 1a en 1b) afgelezen in figuur A.1. Voor zone 2 (respectievelijk 2a en 2b) wordt de schade- factor afgelezen in figuur A.2. Echter, indien eisen gesteld worden aan de grond- mechanische stabiliteit in deze zone, vanwege nevenfuncties (bijvoorbeeld fun- dering voor een verkeersweg), of vanwege de invloed van een afschuiving op andere potentiële faalmechanismen, dan moet de schadefactor minimaal 1.0 zijn. Voor zone 3 geldt, indien er sprake is van nevenfuncties die eisen stellen aan de grondmechanische stabiliteit, ook een schadefactor van 1.0. Zijn er in zone 3 geen nevenfuncties waardoor eisen gesteld worden aan de grondmecha- nische stabiliteit, en heeft een afschuiving in deze zone geen invloed op de sta- biliteit in zones 1 en 2, of op andere potentiële faalmechanismen dan worden voor deze zone geen eisen gesteld.
2. Indien de stabiliteitsanalyse betrekking heeft op een belastingsituatie die niet (noodzakelijk) samenhangt met een extreme waterstand, dan kan de aan te houden schadefactor afgelezen worden uit figuur A.2. Wanneer hierbij zonering wordt toegepast, dan gelden voor zones 2 en 3 dezelfde eisen als voor zone 3 onder punt 1.

Figuur A.1 Schadefactoren als functie van de lengte van de waterkering binnen een dijkring die potentieel gevoelig is voor macro-instabiliteit en de beveiligingsnorm van het dijkringgebied (gebaseerd op P f ⎪inst =1)

Figuur A.2 Schadefactoren als functie van de lengte van de waterkering in een dijkring die potentieel gevoelig is voor macro-instabiliteit en de beveiligingsnorm van het dijkringgebied (gebaseerd op P f ⎪ inst=0,10)

Vereiste schadefactoren bij de aan de dijkvakfilosofie gerelateerde benadering Hierbij wordt geen onderscheid gemaakt naar lengte van de dijkringen. Voor het bovenrivierengebied, waar de beveiligingsnorm 1/1250 is, geldt, in verband met continuïteit met het verleden, een eis voor de betrouwbaarheidsindex βeis= 4,60 (overeenkomend met een schadefactor γn=1,08).

Deze eis komt overeen met de betrouwbaarheidsindex die we vinden, wanneer we in vergelijking A.7 de volgende waarden invullen:

• Fnorm = 1/1250
• L = 56.000 m

Conform het VTV 2006 [6] worden de voorgeschreven schadefactoren voor afwij- kende beveiligingsnormen gevonden door in de formules voor de dijkringbenade- ring te werken met een vaste lengte van de dijk van 56 km. In de figuren A.1 en A.2 zijn de hiermee overeenkomende schadefactoren bij de verschillende beveiligings- niveaus weergegeven. Tevens zijn ze in tabel A.2 samengevat.

Tabel A.2 Schadefactoren bij een benadering die gerelateerd is aan de dijkvakfilosofie

Schadefactoren voor Zee- en Meerdijken

Voor zee- en meerdijken is de Leidraad Zee- en Meerdijken [20] van kracht. Hierin wordt voor wat betreft de aan te houden materiaal- en schadefactoren verwezen naar de oude deel 2 van de oude leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken. In lijn met bovenstaande kan voor het ontwerpen van dijken of dijkversterkingen gebruik gemaakt worden van de materiaalfactoren die gegeven zijn in tabel A.1 en de bijbehorende schadefactoren uit de figuren A.1 en A.2, en als gekozen wordt voor de dijkvakfilosofie tabel A.2. Voor het toetsen van zee- en meerdijken ligt het voor de hand om analoog aan het toetsen van rivierdijken, de schadefactoren uit tabel A.2 te gebruiken.

Basismateriaal- en schadefactoren voor stabiliteitscontrole van het buitentalud

Zowel voor ontwerpen als voor toetsen op macro-instabiliteit buitenwaarts, wordt, indien de materiaalfactoren uit tabel A.1 worden gebruikt, het gebruik van de schadefactoren in tabel A.2, in de kolom P f ⎪ inst = 0,10, aanbevolen.

Havendammen

Hiervoor gelden, voor wat betreft controle op macro-instabiliteit van zowel binnen als buitentalud, dezelfde toetscriteria als voor macro-instabiliteit buitenwaarts bij dijken. Bij toetsing geldt dit alleen voor havendammen aan zee, in estuaria en benedenrivieren. Havendammen in meren en bovenrivieren behoeven niet getoetst te worden in het kader van de toetsing op veiligheid. Ook bij het ontwerpen kunnen deze criteria worden aangehouden; een dijkringfilosofie is hiervoor niet relevant.