Stap 2: Mechanismen en belastingcombinaties - Vaststelling veilige schematisering

Stap 2: Mechanismen en belastingcombinaties

Het doel van stap 2 is het maken van een overzicht van alle relevante situaties waarvoor een ‘veilige schematisering van de waterspanningen’ moet worden gemaakt, alsmede een indicatie van het effect van deze situaties op de sterktebeoordeling van de dijk.

De activiteiten in deze stap zijn:

• maken van een selectie van mechanismen waarvoor het van belang is waterspanningen te schematiseren;
• maken van een selectie van oorzaken van waterspanningen;
• opstellen van (maatgevende) belastingcombinaties;
• kwantitatieve invulling van de belastingcombinaties.

Voor deze activiteiten is informatie nodig over processen en belastingen die invloed hebben op de waterspanningen. De volgende belastingen hebben invloed op waterspanningen:

• hoogwater (grondwaterstroming / infiltratie / duur);
• dagelijkse waterstand, waterstandsfluctuaties;
• val na MHW (grondwaterstroming)/ extreem laag water;
• neerslag (infiltratie);
• golfoverslag (infiltratie);
• verkeersbelasting (consolidatieprocessen, scheepsbotsing);
• grondophoging (consolidatieprocessen / vervormingen);
• belastingen in verband met veranderingen in rivierloop.

In stap 2 wordt vastgesteld voor welke situaties (combinaties van externe belastingen) veilige schematiseringen van de waterspanningen moeten worden opgesteld. Ten behoeve van de selectie van deze situaties is in tabel 3.2 de relatie gegeven tussen belastingen, waterspanningen en mechanismen.

Tabel 3.2 Invloed van belastingen op waterspanningen en mechanismen

Normaliter staan bij het ontwerp en toetsen van waterkeringen de volgende belastingsituaties centraal:

• extreem hoogwater (MHW);
• val na MHW / extreem laag water;
• extreme neerslag;
• ophogingswerkzaamheden in uitvoeringsfase;
• rivierloopveranderingen, veranderingen in het achterland (polderpeil, zandwinning).

Een combinatie van ontwerpbelastingen is meestal niet aannemelijk. Zo zal bijvoorbeeld de kans klein zijn dat het optreden van het ontwerppeil precies samenvalt met het optreden van extreme neerslag.

Tabel 3.3 geeft ter illustratie een overzicht van de relevante waterspanningsschematiseringen voor een benedenrivierdijk. Voor nadere aanwijzingen wordt verwezen naar de uitgewerkte cases in bijlage 2.

Tabel 3.3 Voorbeeld van relevante waterspanningsschematiseringen voor een benedenrivierdijk

Toelichting bij tabel 3.3:

ad 1.1 en 2.3: opbarsten / opdrijven, piping / zettingsvloeiing

Opdrijven / opbarsten wordt gedomineerd door de waterspanningen in het watervoerend pakket. Het mogelijk optreden van piping / zettingsvloeiing hangt mede af van de samenstelling en constitutie van het zand. Gewoonlijk bijkomende waterspanningsverhogende belastingen zoals extreme neerslag en verkeersbelasting spelen geen rol van betekenis. Voor de lange termijn zijn veranderingen in het geologisch en (geo)hydrologisch systeem (geul, verdieping achterland, zandwinning) van belang.

ad 1.2: verkeersbelasting

Een hoogwatersituatie zal normaliter gecombineerd worden met een verkeersbelasting, omdat de dijk begaanbaar moet blijven tijdens hoogwater voor het nemen van noodmaatregelen. Indien het niet mogelijk is om met zwaar verkeer op de dijk of onderdelen daarvan te komen, kan de verkeersbelasting (voor die onderdelen) achterwege blijven. Dit kan zich bijvoorbeeld voordoen op een kruin, die te smal is voor voertuigen. Wateroverspanningen ten gevolge van een verkeersbelasting worden in rekening gebracht in de vorm van een aanpassingspercentage van 0% aan de belasting.

ad 2.1, 2.2 3.1 en 3.2: stabiliteit buitentalud en binnentalud

Voor de stabiliteit van het buitentalud is een ongunstige combinatie van hoge grondwaterstand in de dijk na een snelle daling van de buitenwaterstand of de situatie bij extreme neerslag bepalend.

Neerslag kan een opbolling van de freatische lijn in het dijklichaam veroorzaken, maar kan ook het polderpeil verhogen als de capaciteit van de gemalen tijdelijk onvoldoende is. Indien een hoogwater volledig gecorreleerd zou zijn met zware regenval, dan zouden de waterspanningseffecten van beide belastingen gezamenlijk in rekening gebracht moeten worden. Een combinatie van ontwerpbelastingen is meestal niet aannemelijk, maar het komt soms voor dat een hoge waterstand door een intensieve regenperiode vooraf is gegaan, zodat dijken verzadigd en zwakker zijn.

In het geval dat zich onder normale condities een opbolling van de freatische lijn bevindt in het dijklichaam (in oude dijklichamen is dat meestal het geval), dient men bij hoogwater rekening te houden met deze opbolling.

ad 2.3: zettingsvloeiing

Een val na hoogwater kan een aanleiding zijn voor het optreden van een zettingsvloeiing. Voor de verdere beoordeling van zettingsvloeiingen speelt de precieze kwantitatieve schematisering van waterspanningen evenwel nauwelijks een rol.

ad 3.1 en 3.2: extreme neerslag

Behalve de invloed van het ontwerppeil op de waterspanningen, dient ook de invloed van extreme neerslag in een evenwichtsbeschouwing te worden betrokken. Door langdurige waterspanningsmetingen in de kruin en de teen van de dijk is het mogelijk inzicht te krijgen in het effect van neerslag. Naast waterspanningen dient dan ook de hoeveelheid neerslag in een bepaalde natte periode ter plaatse te worden gemeten.

Zoals al eerder aangegeven is het niet goed mogelijk deze metingen te vertalen naar de effecten van een maatgevende bui. Door extrapolatie van het verband tussen de hoeveelheid neerslag en de stijging van de waterspanning, kan hooguit een indruk worden verkregen. Op de schematisering van de globale effecten van extreme neerslag op de waterspanningen is reeds in paragraaf 2.4.5 ingegaan.

ad 4.1: uitvoering

In de uitvoering worden de waterspanningen beïnvloed door een toename van de grondspanningen. Deze geven een directe toename van de waterspanningen in het slappe lagenpakket (consolidatieproces, zie TRWG). Dit betekent, dat er na een dijkverbetering sprake kan zijn van ongeconsolideerde grondlagen ten gevolge van grondaanvullingen. Dit is in principe een tijdelijk effect.

Met deze tijdelijke wateroverspanningen dient rekening te worden gehouden. Dat wil zeggen dat deze moeten worden gesuperponeerd op de waterspanningen uit grondwaterstroming. Het is mogelijk om rekening te houden met het seizoen waarin de grondophogingen worden uitgevoerd. Zo worden werkzaamheden aan primaire waterkeringen in principe alleen uitgevoerd in het zomerseizoen. In dit seizoen zijn de buitenwaterstanden in het algemeen lager dan in het stormseizoen (oktober – april).

In de praktijk wordt doorgaans een minder strenge eis voor de uitvoeringsstabiliteit gehanteerd dan voor de eindstabiliteit, met als randvoorwaarde een lagere maatgevende buitenwaterstand.

De duur van het consolidatieproces is in veel gevallen, zeker in het Benedenrivierengebied, langer dan de uitvoeringsperiode. De duur van de consolidatie wordt aangeduid met de hydrodynamische periode. Dit betekent dat ook na de uitvoering gedurende die periode, wateroverspanningen in het slappe lagen pakket aanwezig zijn. Omdat voor die periode wel gerekend wordt met de maatgevende buitenwaterstand voor de permanente situatie, zal de berekende bezwijkkans gedurende die periode groter zijn dan in de permanente situatie. In vigerende leidraden wordt hiermee in de regel geen rekening gehouden.