Achtergrond - Inleiding

SBW-project ‘Werkelijke Sterkte’

Het programma Sterkte & Belastingen Waterkeringen (SBW) wordt in opdracht van de Waterdienst van Rijkswaterstaat door Deltares uitgevoerd. Het bestaat uit een aantal inhoudelijk gerichte projecten, die zich richten op het invullen van belangrijke kennisleemtes bij het vijfjaarlijks toetsen van de primaire waterkeringen. Deze kennisleemtes betreffen zowel de belasting- als de sterktekant bij het toetsen. Door kennisleemtes in te vullen wordt het toetsingsinstrumentarium uitgebreid en verbeterd. De huidige verbeterslag wordt gemaakt ten behoeve van het Voorschrift Toetsen op Veiligheid (VTV) Primaire Waterkeringen 2011.

Eén van de projecten is het SBW-project ‘Werkelijke Sterkte’, dat erop gericht is het toets- spoor van macrostabiliteit binnenwaarts te verbeteren. Het omvat onderzoek naar de drie volgende kennisleemtes die, vanwege de bestaande raakvlakken binnen het SBW-project ‘Werkelijke Sterkte’, zijn gebundeld:

• toetsen macrostabiliteit van dijken aan grenstoestanden voor sterkte en vervorming;

• schuifsterkte van grond bij lage effectieve spanningen;

• analyse macrostabiliteit van dijken met de Eindige Elementen Methode (EEM).

  De onderzoeksresultaten van deze drie deelprojecten binnen het SBW-project ‘Werkelijke Sterkte’ zullen gezamenlijk leiden tot een Technisch Rapport.

Deelproject ‘Analyse macrostabiliteit van dijken met EEM’

Bij het toetsen op de macrostabiliteit van primaire waterkeringen komt de Eindige Elementen Methode aan bod als eenvoudige rekenregels of glijvlakberekeningen tekort schieten, bijvoorbeeld bij toepassing van constructieve elementen in waterkeringen. Er bestaat momenteel echter geen veiligheidsfilosofie en stappenplan voor het uitvoeren van eindige elementenberekeningen voor het toetsen van waterkeringen. Dit betekent dat met het rekenresultaat van eindige elementenberekeningen nog niet goed kan worden getoetst aan de wettelijk vereiste veiligheid. Dit vormt een drempel voor het gebruik en de acceptatie van de Eindige Elementen Methode als toetsingsinstrument.

Het hoofddoel van het SBW-deelproject ‘Analyse macrostabiliteit van dijken met EEM’ is dan ook het ontwikkelen van een richtlijn, bestaande uit een veiligheidsfilosofie en een bijbehorend stappenplan, op basis waarvan ten behoeve van het toetsen van een waterkering stabiliteitsanalyses met behulp van 2D plane strain eindige elementenberekeningen kunnen worden uitgevoerd. Hierbij is de ambitie uitgesproken om de Eindige Elementen Methode te gebruiken als ultimate limit state model, waarbij de veiligheid op de gebruikte klassieke glijvlakmodellen (Bishop, Lift Van, Spencer) wordt afgestemd.

N.B. Bij het ontwerpen en toetsen van primaire waterkeringen dienen grotendeels dezelfde aspecten te worden beschouwd. Het belangrijkste verschil tussen beide is echter de te beschouwen planperiode, welke invloed heeft op de partiële veiligheidsfactoren die moeten worden meegenomen.

De samenhang met de twee andere deelprojecten binnen SBW-project ‘Werkelijke Sterkte’ is groot. De resultaten uit beide deelprojecten zijn noodzakelijk om een aantal onzekerheden dat met eindige elementenberekeningen worden geïntroduceerd te verkleinen of op te heven, en daarmee om de meerwaarde van de Eindige Elementen Methode als toetsingsinstrument te realiseren.

Inpassing deelproject in het SBW-onderzoek

De doelstelling van activiteit EEM12 binnen deelproject ‘Analyse macrostabiliteit van dijken met EEM’ is het komen tot een in de praktijk bruikbare richtlijn om met een 2D plane strain eindige elementen analyse primaire waterkeringen, al dan niet voorzien van constructieve elementen, te kunnen toetsen op macrostabiliteit en op de sterkte van eventueel daarin aanwezige constructieve elementen. Het resultaat is de onderliggende richtlijn.

In deze richtlijn ten behoeve van [V&W-VTV 2011] ligt de nadruk op waterkeringen zonder constructies of met eenvoudige constructies, zoals damwanden. In daarop volgende toetsronden kan dit worden uitgebreid naar meer complexe versterkingsconstructies, zoals INSIDE-technieken. Om deze uitbreiding later mogelijk te maken is wel al veel aandacht besteed aan de inpassing van constructieve elementen in de veiligheidsfilosofie.

De bruikbaarheid van de richtlijn is gaandeweg het onderhavige deelproject getoetst door het uitvoeren van interne (activiteit EEM05.b) en externe validaties (activiteiten EEM08.a en EEM08.b). Deze validaties hebben bestaan uit het uitwerken van één of meerdere cases op basis van een voorlopige versie van de veiligheidsfilosofie (resultaat activiteit EEM03) en het bijbehorende stappenplan (resultaat activiteit EEM04). De keuze voor de case(s) ten behoeve van de validaties zijn binnen activiteit EEM05.a gemotiveerd.

Naast de toets van de bruikbaarheid, is een belangrijk resultaat uit de analyse van de interne en externe validatie vanuit activiteit EEM05 en activiteit EEM08 het commentaar op de voorlopige versie van de veiligheidsfilosofie en het bijbehorende stappenplan alsmede de aanbevelingen voor de definitieve richtlijn. De verantwoording van de wijze waarop het commentaar en de aanbevelingen zijn verwerkt in de onderliggende definitieve versie van de richtlijn heeft plaatsgevonden in een aparte rapportage binnen activiteit EEM09.