Deze paragraaf geeft een beschrijving van het mechanicamodel van het te toetsen mechanisme.
De toets van het faalmechanisme macro-instabiliteit is een controle van de weerstand tegen afschuiven van een grondlichaam. In de Eenvoudige toets (toetslaag 1) vindt deze beoordeling plaats op basis van een geometrische toets, waarmee wordt nagegaan of het profiel van de waterkering voldoet aan veilige afmetingen. In de Gedetailleerde toets (toetslaag 2) wordt de beoordeling van de macrostabiliteit uitgevoerd met een glijvlakanalyse.
Een controle op afschuiven van een grondlichaam met een glijvlakmodel is een analyse van de verhouding van de mobiliseerbare schuifsterkte van de grond ten opzichte van de aandrijvende kracht van de potentieel afschuivende grondmoot. De stabiliteitsfactor of de faalkans zijn een maat of de stabiliteit van een grondlichaam voldoet aan de gestelde eisen.
Cirkelvormig glijvlak of gedeeltelijk horizontaal glijvlak?
Instabiliteit van een talud van de waterkering kan ontstaan door verhoging van het freatisch vlak in de dijk en de verhoging van de stijghoogte in een watervoerende zandlaag (met andere woorden: de waterspanningen in de dijk en de ondergrond) bij maatgevende omstandigheden. In het gehanteerde rekenmodel leidt deze toename van de waterspanningen tot een afname van de sterkte. Door de toename van de waterspanningen neemt namelijk de effectieve spanning in de grond af. En daarmee neemt ook de mobiliseerbare schuifsterkte van de grond af. Het evenwicht tussen de mobiliseerbare schuifsterkte van de grond en de aandrijvende kracht van de potentieel afschuivende grondmoot kan verstoord raken door deze afname van de mobiliseerbare schuifsterkte. De afname van de effectieve spanning en de mobiliseerbare schuifsterkte kan dus leiden tot deformatie, scheurvorming en afschuiven van een dijktalud.
Door de toename van de stijghoogte in een watervoerende zandlaag kan ook de slecht doorlatende deklaag aan de binnenzijde van een dijk worden opgedrukt als de opwaartse waterdruk in de watervoerende zandlaag gelijk wordt aan het gewicht per m2 van de deklaag. Bij opdrijven van de deklaag kan geen schuifspanning worden overgedragen van de deklaag naar de onderliggende zandlaag. Het opdrijven kan ook resulteren in opbarsten van de deklaag in het achterland. Bij opbarsten gaat de structuur (of samenhang) van de deklaag verloren en neemt de mobiliseerbare schuifsterkte in de deklaag af. Door opdrijven en opbarsten verliest de waterkering de steun aan de binnenzijde van de dijk (passieve zone). Ook hierdoor neemt de stabiliteit van de waterkering af. Situaties waarbij de slecht doorlatende deklaag aan de binnenzijde van de dijk (bijna) wordt opgedrukt, worden niet goed beschreven met cirkelvormige glijvlakken, maar moeten worden berekend met een het glijvlak drukstaaf-model (LiftVan).
Gedraineerde of ongedraineerde schuifsterkte?
Een belangrijke overweging bij het uitvoeren van de toetsing van macrostabiliteit is de afweging tussen een gedraineerde of ongedraineerde analyse.
De deformatie van de verzadigde grond die bij afschuiven optreedt, kan wateroverspanningen of wateronderspanningen genereren. De vervormingssnelheid bepaalt of die waterspanningen kunnen dissiperen uit de slecht doorlatende grondlagen. Zo wordt onderscheid gemaakt in een snelle of langzame afschuiving van een dijktalud. Langzaam is hier in de orde van weken, maanden of zelfs jaren. Wanneer de deformatie langzaam gaat, zullen de waterspanningen die door de deformatie van de grond worden opgewekt dissiperen. De hydrodynamische periode is dan kleiner dan de belastingsduur. Wanneer een afschuiving zich snel voltrekt, is de afschuiving binnen enkele uren of een dag voorbij. Binnen een dergelijk tijdsbestek zullen waterspanningen in slecht doorlatende lagen niet dissiperen. Voor een snel optredende afschuiving moet in slecht doorlatende grondlagen dus worden gerekend met ongedraineerd grondgedrag. De waterspanningen die door de vervormingen worden gegenereerd beïnvloeden dus de mobiliseerbare schuifsterkte in de slecht doorlatende grondlagen.
Voor het toetsen van primaire waterkeringen zijn de snel optredende afschuivingen maatgevend. Ongedraineerde stabiliteitsanalyses zijn daarmee noodzakelijk voor slecht waterdoorlatende lagen zoals klei en veen. Bij het optreden van een afschuiving in waterkeringen zal in de eventueel aanwezige zandlagen geen ongedraineerd gedrag optreden. In een ongedraineerde stabiliteitsanalyse zullen voor de goed doorlatende lagen, zoals zandlagen, daarom gedraineerde sterkte-eigenschappen worden toegepast.
Dat neemt echter niet weg dat door hoogwater de waterspanning in het zand kunnen stijgen. De effectieve spanning neemt daardoor dan af. In het zand neemt de mobiliseerbare schuifsterkte in dat geval dus om een andere reden af naarmate de buitenwaterstand stijgt.
Bij het ongedraineerd gedrag van de slecht doorlatende lagen speelt de mate van overconsolidatie van de grond een rol. Deze bepaalt de grootte van de wateroverspanningen of wateronderspanningen die door de grond worden gegenereerd als gevolg van het ongedraineerd afschuiven. Aangezien de dichtheid samenhangt met de mate van overconsolidatie, hangt bij ongedraineerd gedrag de mobiliseerbare schuifsterkte danook af van de dichtheid.
Te toetsen mechanismen
Bij het toetsen van de macrostabiliteit wordt geen onderscheid gemaakt tussen deformatie, scheurvorming of afschuiving van een waterkering.
De beoordeling van de macrostabiliteit in toetslaag 2a is alleen een controle of de stabiliteit met betrekking tot afschuiven voldoet aan de gestelde eis. Wanneer de berekende faalkans lager is dan de eis, dan mag men ervan uitgaan dat geen deformatie, scheurvorming of afschuiving zal optreden. Wanneer de berekende faalkans hoger is dan de eis, dan moet men bij hoogwater alert zijn op deformatie van de waterkering. Deformatie kan dan een eerste signaal zijn dat scheurvorming of een afschuiving zullen optreden.
De beoordeling van de macrostabiliteit volgens toetslaag 2b, de volledig probabilistische toetsing per dijktraject, is een controle of de berekende kans op afschuiven, samen met die van de overige faalmechanismen, voldoet aan de gestelde trajecteis.
Bij de beoordeling van de macrostabiliteit worden alleen schuifvlakken beschouwd die tot falen van de waterkering kunnen leiden. Kleine schuifvlakken die niet tot falen van de waterkeringen kunnen leiden worden niet beschouwd.
Bij de toetsing van de macrostabiliteit volgens toetslaag 2, vindt geen beoordeling van de reststerkte na een eerste afschuiving plaats.
