Het stappenplan voor de controle op macrostabiliteit - Schematiseringtheorie en stappenplan bij het schematiseren

Ontwerpen

Het stappenplan kent 6 stappen, die in de volgende paragrafen uiteen gezet worden. De stappen zijn:

1. Opstellen basisschematisering en ontwerp;
2. Nagaan of reductie van de schematiseringfactor nuttig is;
3. Identificeren onzekerheden en aan de hand daarvan bepalen van de schematiseringfactor;
4. Controle schematiseringfactor;
5. Optimalisatie en nader onderzoek;
6. Rapportage.

Stap 1a: Opstellen basisschematisering

Met gebruikmaking van het beschikbare grondonderzoek en gegevens over de waterspanningen en geometrie wordt een schematisering gemaakt. Dit is een normale, veilige schematisering, op basis van de richtlijnen uit de Leidraden en Technische Rapporten, zoals dat ook gebruikelijk was vóór de introductie van de schematiseringfactor. Dit wordt hier de ‘basisschematisering’ genoemd. Bij het opstellen van de basisschematisering worden keuzes gemaakt omtrent onder andere:

• maatgevend of representatief dwarsprofiel;
• geometrie;
• laagdikten;
• waterspanningen.

Opmerking:

In paragraaf 3.2 is betoogd dat de ‘gebruikelijke werkwijze’niet tot een eenduidige keuze van de basisschematisering hoeft te leiden. Er zijn immers geen sluitende recepten of richtlijnen voor de afweging van onzekerheden. Eenduidigheid is ook niet echt nodig, omdat de analyse met het stappenplan aan zal geven of de gekozen basisschematisering, gezien de onzekerheden, een goede keuze is, onvoldoende conservatief, of wellicht juist te conservatief. Met welke basisschematisering we beginnen is dus theoretisch niet van belang, de procedure leidt tot een acceptabele keuze met bijbehorende schematiseringfactor. Praktisch is een zo goed mogelijke keuze voor de eerste basisschematisering uiteraard wel van belang, omdat de stappen- procedure dan het minst bewerkelijk is. Afweging bij die keuze op basis van goede ingenieursintuïtie blijft dus belangrijk, maar het ontbreken ervan is niet desastreus. Een strikte voorwaarde is wel dat alle (substantiële) onzekerheden (afwijkende schematiseringscenario’s en bijbehorende kansen) goed in beeld gebracht zijn.

Stap 1b: Opstellen ontwerp

Met het geschematiseerde profiel wordt een ontwerp opgesteld, rekening houdend met de schadefactor volgens het Addendum en een schematiseringfactor van 1,3. Naast deze eis ten aanzien van de stabiliteit, zijn er meestal eisen of wensen vanuit de omgeving, over de vormgeving van de dijk en/of de versterkingsvarianten die uitgewerkt moeten worden. Met deze eisen en wensen moet vanzelfsprekend ook rekening gehouden worden bij het ontwerp.

Stap 2: Nagaan of reductie van de schematiseringfactor nuttig is

Een betere beschrijving en onderbouwing van de onzekerheden die een rol spelen in de schematisering of een reductie van die onzekerheden kan een schematisering- factor opleveren die lager is dan de waarde van 1,3.

Het is echter mogelijk dat hiertoe aanvullend grondonderzoek nodig is. Niet in alle gevallen is een lagere schematiseringfactor nodig of nuttig. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn als een eventuele reductie in het ontwerp niet nodig of gewenst is. Voorbeelden hiervan zijn:

• het ontwerp (de vormgeving) is tot stand gekomen vanuit andere overwegingen dan de stabiliteit en aanpassing is niet mogelijk of wenselijk, bijvoorbeeld:

• de maximale verlaging van de schematiseringfactor, zonder aanpassing van de schematisering, geeft een dermate geringe aanpassing van het ontwerp dat dit niet opweegt tegen de extra inspanning die nodig is om een lagere schematise- ringfactor te kunnen verantwoorden.

Indien reductie van de schematiseringfactor niet nodig of nuttig is, hoeven de stappen 3 – 4 niet doorlopen te worden en kan direct naar stap 5, de rapportage, worden gegaan.8

Stap 3a: Identificeren onzekerheden

In stap 1 is de basisschematisering opgesteld. Bij het opstellen ervan zijn keuzen gemaakt betreffende:

• bodemopbouw: niveau van laagscheidingen en het al dan niet aanwezig zijn van bepaalde lagen;
• waterspanningen en ligging freatische lijn;
• geometrie van de dijk;
• grootte van de verkeersbelasting;
• mate van consolidatie van grondlagen;
• eventuele uitvoerings- of onderhoudsaspecten (voor zover die van invloed kunnen zijn op waterspanningen bij ontwerp- of toetsbelastingen);
• eventuele beheeraspecten (voor zover die van invloed kunnen zijn op water- spanningen bij ontwerp- of toetsbelastingen).

Hiertoe worden de onzekerheden in alle onderdelen van de schematisering beschreven en wordt ingeschat of voor bepaalde onderdelen een ongunstigere situatie mogelijk is, dan in de basisschematisering is opgenomen.

Vragen die hierbij beantwoord moeten worden zijn:

• welke mogelijke substantiële afwijkingen van de basisschematisering kunnen een nadelige invloed op de berekende stabiliteitsfactor hebben?
• Is het denkbaar dat, gezien de kennis en beschikbare informatie, de werkelijkheid conform die afwijkingen is? Voor elk van de geïnventariseerde afwijkingen dient die vraag beantwoord te worden. Alleen wanneer de afwijking (zo goed als) zeker uitgesloten kan worden, wordt de afwijking verder buiten beschouwing gelaten.

Bij de inventarisatie van mogelijke afwijkingen van de basisschematisering moeten we ook denken aan afwijkingen die het gevolg kunnen zijn van

• uitvoeringsfouten of van het plan afwijkende uitvoeringen bij het realiseren van de dijk,
• van onvoldoende onderhoud, of
• beheersbeslissingen die voor de stabiliteit van de dijk zeer nadelig kunnen uitpakken (bijvoorbeeld wijzigingen in peilbeheer)

Opmerkingen hierbij:

Inhoudelijk

• Ook zaken die bij het grondonderzoek niet aan het licht zijn gekomen, maar op basis van gebiedskennis, geologische kennis en dergelijke niet uitgesloten kunnen worden, zijn hierbij van belang;
• De grondeigenschappen moeten hierbij niet worden beschouwd: variaties in de grondeigenschappen zijn middels het onderzoek, de daarop uitgevoerde statistische analyse en het toepassen van partiële materiaalfactoren al in rekening gebracht;
• Indien onzekerheden op andere wijze worden ingeperkt, hoeven de effecten hiervan niet beschouwd te worden;

• De variaties in de diverse parameters zal meestal minder groot zijn, als een kleiner traject wordt beschouwd. Voor een berekening van een profiel dat maatgevend is voor een klein traject wordt daarom in principe een lagere schematiseringfactor gevonden, dan wanneer een profiel voor een langer traject maatgevend wordt gesteld. Dit is vanzelfsprekend afhankelijk van de basisschematisering en de mate waarin die veilig is opgesteld. Meer profielen doorrekenen levert minder onzekerheden per berekening en daarmee een meer gedetailleerd ontwerp. Met betrekking tot de methode voor het bepalen van de schematiseringfactor
• De te beschouwen afwijkingen moeten elkaar onderling uitsluiten. Bijvoorbeeld: een onzekerheid in de ligging van het binnendijkse maaiveld kan leiden tot het definiëren van een afwijking in de hoogteligging tot0,2 m, met een kans van voorkomen van 10%. Er mag dan niet ook een afwijking in de hoogteligging van bijvoorbeeld tot 0,4 m met een kans van voorkomen van 1% worden gedefinieerd. Dit betreft dezelfde onzekerheid, alleen met een andere grootte. Voor dergelijke afwijkingen die continu kan verlopen (in tegenstelling tot bijvoorbeeld het al dan niet aanwezig zijn van een veenlaag), moet worden bepaald wat maatgevend is:

• In sommige gevallen zal dit op basis van een inschatting kunnen gebeuren, maar als dat niet mogelijk is, dan moeten beide mogelijkheden separaat worden beschouwd.
• Het is mogelijk dat 2 scenario’s die gecombineerd worden in één berekening een grotere invloed hebben op de schematiseringfactor dan beide scenario’s afzon- derlijk; als 2 scenario’s worden gecombineerd, dan is de kans op voorkomen van deze combinatie gelijk aan het product van de afzonderlijk kansen, omdat de scenario’s onafhankelijk zijn;
• Ook scenario’s die ‘’vrijwel uitgesloten’’ zijn (zie tabel 3.1), maar wellicht een grote invloed hebben op de stabiliteit, moeten worden beschouwd (kleine kans maar grote gevolgen);
• Als er twijfel is of een bepaald scenario een relevant effect op de stabiliteit kan hebben, is het aan te raden dit scenario ook in beschouwing te nemen.
• De invloed van een bepaald scenario op de stabiliteit kan afhankelijk zijn van het rekenmodel. Als meerdere rekenmodellen van toepassing kunnen zijn (bijvoorbeeld Bishop versus de drukstaafmethode of opbarsten versus opdrijven) dan is het noodzakelijk de schematiseringfactor bij beide modellen afzonderlijk te bepalen.

Een schematisering die van de basisschematisering afwijkt wordt een scenario genoemd. Voor ieder scenario wordt de kans van optreden geschat. Dit gebeurt op basis van ‘expert judgement’’, maar wel beargumenteerd op basis van onderzoek en/of gebiedskennis. Het betreft scenario’s die een ongunstige invloed op de stabiliteit hebben ten opzichte van de basisschematisering.

In tabel 3.1 is als referentie de (reken)kans van optreden van een bepaalde gebeurtenis gekoppeld aan een verbale expressie (vrij naar Lacasse et al [15]).

Tabel 3.1 Toekenning kansen aan verbale expressies

De inventarisatie van de scenario’s geeft een lijst van mogelijke scenario’s, inclusief per scenario een schatting van de kans van optreden. In de tabellen 3.3 en 3.4 is een fictief voorbeeld gegeven.