De geometrie van een dijk speelt een belangrijke rol bij de generieke analyse van de initiële mechanismen voor een steenzetting, asfaltbekleding en/of grasbekleding. Voor het uitvoeren van deze analyse dient een dijkprofiel geschematiseerd te worden. Wanneer een voorland aanwezig is, kan het relevant zijn om ook het profiel van dit voorland te schematiseren. Hieronder wordt ingegaan op aandachtspunten met betrekking tot de schematisatie van zowel het voorland- als dijkprofiel.
Benader situatie op peildatum
Het gaat bij het vaststellen van een profiel in principe om een zo accuraat mogelijke weergave van de te verwachte situatie tot aan de peildatum, gebaseerd op recente metingen. Als binnen de periode tot aan de peildatum een significante verandering verwacht wordt (door bijvoorbeeld zetting of klink, zoals het geval kan zijn bij een zeer recent gebouwde dijk) dan kan hiermee bij de schematisering rekening worden gehouden. Bij een recent aangelegde dijk die nog onderhevig is aan klink en consolidatie van de ondergrond, kan gebruik worden gemaakt van zettingsprognoses die in het kader van het ontwerp zijn uitgevoerd. Het kan hierbij nodig zijn het hele profiel aan te passen naar een ‘gezet’ profiel.
Naast de genoemde zetting en klink van recent aangelegde dijken, zijn dijken ook door andere fenomenen onderhevig aan daling (of stijging), zoals zetting als gevolg van peilveranderingen, kruip van veen en kleilagen onder een dijk, winning van gas en zout en tektonische effecten. Deze fenomenen zijn gebiedsafhankelijk en liggen doorgaans totaal in de orde van 0 tot 1 cm per jaar, met soms uitschieters naar boven. Deze vrij langzame daling van de dijk wordt geschat door extrapolatie van opvolgende reeksen van hoogtemetingen van de dijk die in het kader van eerdere beoordelingen zijn uitgevoerd naar de peildatum. Een praktische aanpassing is om alle profielpunten te verlagen met de voorspelde daling. Opgemerkt wordt dat specifiek bij bodemdaling van het maaiveld niet alleen onder de dijk plaatsvindt. Voor dit verschijnsel geldt dat dit ook gevolgen kan hebben voor de ligging van het voorland en niet alleen het geschematiseerde dijklichaam.
Bij de schematisatie van het dijk- en voorlandprofiel dient dus rekening te worden gehouden met alle verwachte veranderingen tot aan de peildatum. Als de verwachte veranderingen aanzienlijk zijn, wordt aanbevolen om naast de verwachte verandering ook een conservatief scenario voor de geometrieverandering door te rekenen. Aldus kan worden nagegaan of de onzekerheid een significante invloed heeft op de faalkans. Als de invloed van de onzekerheid groot is, wordt desgewenst aan de verschillende scenario’s een kans van optreden toegekend. Uit de gebruikelijke methodiek van ‘Werken met scenario’s’ volgt een gewogen faalkans.
Mijd details
Het gemeten profiel wordt geschematiseerd in de vorm van een reeks van profielpunten {x,z} die onderling zijn verbonden met rechte lijnen. De rechte lijnen tussen de profielpunten worden segmenten genoemd. Het wordt aanbevolen het gemeten profiel met zo min mogelijk profielpunten (en dus segmenten) te schematiseren, maar desondanks wel zodanig veel dat het profiel goed wordt weergegeven. Dit vergt enig gevoel voor dit aspect. Dit kan verkregen worden door berekeningen met wat meer -of minder- segmenten uit te voeren en de verschillen te analyseren. Profielpunten zijn in principe alleen nodig ter plaatse van duidelijke overgangen in helling en/of ruwheid. De schematisatie bevat bij voorkeur geen kleine details.
Ligging dijkteen
Bij de bepaling van de golfbelasting voor dijkbekledingen kan, wanneer een voorland minimaal één golflengte breed is, rekening worden gehouden met de golfreducerende werking van het aanwezige voorland. Of een voorland een golfreducerende werking heeft hangt onder andere af van de gemiddelde helling van het voorland over een lengte van 20 a 30m. Het voorlandprofiel bevat de geometrie van het voorland tot de dijkteen. Merk op dat wanneer het voorlandprofiel wordt gecombineerd met het dijkprofiel voor de grasbekleding het effect van het voorland ook kan worden meegenomen bij het bepalen van het gemiddelde golfoverslagdebiet of de verdeling van de overslaande golfvolumes.
In de toegepaste software (Riskeer en Hydra-NL) heeft de ligging van de dijkteen invloed op de hydraulische belasting op de dijk. Hiermee is de schematisatie van belang. Er wordt aanbevolen om de ligging van de teen te schematiseren op basis van metingen. In het geval gegevens niet beschikbaar zijn kan er gekozen worden voor een conservatieve (lage) ligging van de teen. De schematisatie van de teen is ook van belang voor de juiste berekening van de stabiliteit van de steenzetting. Enerzijds gaat het om het niveau van de aansluiting van het voorland op de dijk, wat kan afwijken van het niveau dat aangehouden is voor de hydraulische belasting. Anderzijds is het niveau van de onderrand van de steenzetting van belang. Deze kan onder of boven het voorlandniveau liggen.
Voorland
Bij de bepaling van de golfbelasting voor dijkbekledingen kan, wanneer een voorland minimaal één golflengte breed is, rekening worden gehouden met de golfreducerende werking van het aanwezige voorland. Het voorlandprofiel bevat de geometrie van het voorland tot de dijkteen.
Merk op dat wanneer het voorlandprofiel wordt gecombineerd met het dijkprofiel voor de grasbekleding het effect van het voorland ook kan worden meegenomen bij het bepalen van (verdelingen van) het golfoverslagdebiet.
Regels voor schematisatie
Het gemeten voorlandprofiel wordt geschematiseerd in de vorm van een reeks van profielpunten {x,z} die onderling zijn verbonden met rechte lijnen. De rechte lijnen tussen de profielpunten worden segmenten genoemd.
Voor de schematisatie geldt dat veranderingen in helling binnen het voorlandprofiel als profielpunten kunnen worden beschouwd.
Een gemeten voorlandprofiel kan volgen uit een waterpassing, laseraltimetrie (zoals het Actueel Hoogtebestand Nederland, AHN) en/of lodingen.
Een voorlandprofiel bestaat uit één of meerdere segmenten met (een) helling(en) flauwer dan 1:10. De afstand tussen de profielpunten is minimaal 10 meter (in x-richting). Het voorlandprofiel mag geen negatieve hellingen bevatten. Als het voorlandprofiel een segment bevat dat te steil is om als segment van een voorland te schematiseren, dan wordt aanbevolen om het betreffende segment te negeren dan wel te schematiseren als een segment met een helling 1:10.
Negatieve helling
Negatieve hellingen in segmenten (dalend) mogen niet geschematiseerd worden. Als negatieve hellingen voorkomen dient het laagste punt in het voorlandprofiel horizontaal geschematiseerd te worden.
Dammen
Wanneer een dam aanwezig is tussen de uitvoerlocatie en de dijkteen, dan kan het verstandig zijn het effect hiervan op de hydraulische belasting (en in het bijzonder de golven) in rekening te brengen. Het gaat hierbij nadrukkelijk uitsluitend om een dam die zich tussen de uitvoerlocatie en de dijkteen.
Het verdisconteren van een dam betreft de transformatie van de hydraulische condities van de uitvoerlocatie naar de teen van de waterkering. De parameters (waterstand, golfhoogte, golfperiode en golfrichting) blijven bij deze transformatie gelijk, maar de waardevan de parameters kan veranderen. Bij de huidige invulling van de transformatie kan de waarde van de golfhoogte veranderen; de waarde van waterstand en de golfperiode verandert niet.
De verdiscontering van een dam en/of voorland is op zichzelf geen toetsspoor, maar de verdiscontering maakt onderdeel uit van de hydraulische belastingen voor de volgende faalmechanismen:
Afschuiven langs een diep glijvlak of ondiep glijvlak/bekleding (bij significante golfoverslag).
Uitspoelen kernmateriaal en afdrukken bekleding.
Golfklappen op asfaltbekleding.
Grasbekleding erosie buitentalud.
Grasbekleding erosie kruin en binnentalud.
Stabiliteit steenzetting.
Hoogte kunstwerk.
Sterkte en stabiliteit puntconstructies.
Niet-waterkerende objecten, bebouwing.
Bij de analyse van het initiële mechanisme moet in principe rekening worden gehouden met het effect van een eventuele dam op de hydraulische belasting op de waterkering. Hierbij geldt een aantal uitzonderingen:
In het geval dat een dam niet standzeker is bij stormcondities, dan, dient nader beschouwd te worden of de dam na bezwijken nog een golfreducerende werking heeft.
Ook kan mogelijk gerekend worden met een tijdelijke golfreducerende werking voor die condities waarvoor de dam nog wel standzeker is.
Toepassingsbereik dammen
De 1D-benadering maakt de rekenmethode minder geschikt voor de volgende situaties:
Een dam met een nabijgelegen uiteinde of opening.
Een dam met variërende kruinhoogte.
Een dam die niet parallel aan de waterkering ligt.
Figuur 1 Grafische weergave van de 1D-schematisering.
De beperkingen die voortvloeien uit de verwaarlozing van het windeffect laten zich minder eenvoudig verwoorden. Wel is duidelijk dat de rekenmethode minder geschikt is voor situaties waar sprake is van (een combinatie van) de volgende aspecten:
Een grote rol van (aanlandige) wind in de hydraulische belasting.
Een grote afstand (ruwe indicatie: honderden meters) tussen uitvoerlocatie en dijkteen.
Een sterke golfreductie door een dam.
Andere beperkingen van de rekenmethode zijn:
Niet-lineaire invloeden, verandering van de golfperiode en verandering van de waterstand worden niet berekend.
Er worden slechts drie standaard types dammen ondersteund (namelijk rechte wand, havendam, caisson), in de vorm van een empirische formule voor golftransmissie.
Indien er een dam aanwezig is dient men te bepalen of deze wel of niet geschematiseerd dient te worden. Hierbij gelden de volgende toepassingsvoorwaarden:
De dam ligt tussen de uitvoerlocatie en de teen van de waterkering.
De dam dient als een trapeziumvormige dam, een caisson of een verticale wand te worden geschematiseerd, zie Figuur 2. De dam mag geen drijvende dam of drijvende golfbreker zijn.
Het bassin achter de dam is in zoverre open dat de waterstand achter de dam en voor de dam te allen tijde gelijk mag worden verondersteld.
Er zijn geen zodanige openingen in of naast de dam dat daar golfdoordringing door kan optreden die een significant aandeel kan vormen in de golfbelasting op het beschouwde dijkvak. In geval van twijfel wordt aanbevolen de dam niet te schematiseren.
Er is geen voorland tussen de uitvoerlocatie en de dam aanwezig. Een voorland tussen de uitvoerlocatie en de dam kan niet in de gehanteerde rekenmethode worden verdisconteerd. De eventuele effecten van dit voorland op de golven (verandering in golfhoogte en -richting) worden dus niet in rekening gebracht.
De dam is standzeker. Men dient na te gaan of de dam ook tijdens beschouwde extreme stormcondities in een zodanige staat aanwezig is dat dezelfde hydraulische respons valt te verwachten. Het is bijvoorbeeld denkbaar dat de dam door een zware storm (golfaanval) bezwijkt en de golfreducerende functie verliest. In geval van twijfel over de standzekerheid van de dam, dan wordt aanbevolen de dam niet te schematiseren. Er kan overwogen worden om een scenarioanalyse toe te passen mits de aanwezigheid van de dam leidt tot het voldoen aan de norm.
Figuur 2 Keuze uit drie damtypen: 1) dam, 2) caisson en 3) wand [De Waal, 1999].
Het is gewenst om een dam die in de faalkansberekening wordt meegenomen ook in de legger vast te leggen.
Schematisering dammen
Het type dam dient geschematiseerd bestaat de keuze uit een trapeziumvormige dam, een caisson of een verticale wand. Een overzicht hiervan is gegeven in Figuur 2. Indien het niet helder is met welk type de dam geschematiseerd dient te worden dient een conservatieve keuze gemaakt te worden. Bij een kruin onder de verwachte maatgevende waterspiegel is de meest conservatieve keuze het type ‘wand’. Bij een kruin boven de verwachte waterspiegel is de meest conservatieve keuze het type ‘dam’.
De hoogte van de dam dient opgegeven te worden in m + NAP. In geval van variërende kruinhoogte dient de laagste waarde gehanteerd te worden. Het gaat bij de kruinhoogte in principe om een zo accuraat mogelijke weergave van de actuele situatie op het tijdstip van de toetsing, bij voorkeur gebaseerd op recente metingen. Alleen als op korte termijn significante verandering verwacht wordt (door zetting of klink, zoals het geval kan zijn bij een zeer recent gebouwde dam) kan wordt aanbevolen hier bij de faalkansbereking rekening mee te houden.
Dammen met openingen
Als een (of meerdere) dam(men) een opening hebben kunnen de hydraulische randvoorwaarden afgeleid worden met HB Havens. Hierbij is lokale golfgroei tussen dam en dijklichaam een aandachtspunt mits de dam ver van dijklichaam ligt.
Van ieder segment dient de ruwheidsfactor ingevoerd te worden. De ruwheidsfactoren liggen tussen 0,5 (voor zeer ruw) en 1,0 (voor glad).
Tabel 1 Ruwheidsfactoren.
Code
Omschrijving
Invloedsfactor
Vergelijkingsmateriaal
1
Asfaltbeton
1,0
Referentietype
2
Mastiek
1,0
Asfalt
3
Dicht steenasfalt
1,0
Referentietype
4
Open geprefabriceerde steenasfaltmatten
0,9
Geen foto / Fixtone
5
Open steenasfalt
0,9
Referentietype / Fixtone
6
Zandasfalt (tijdelijk of in onderlaag)
1,0
Referentietype
7
Breuksteen, gepenetreerd met asfalt (vol en zat)
0,8
Breuksteen / asfalt / Vilvoordsesteen
8
Baksteen/betonsteen, gepenetreerd met asfalt (vol en zat)
1,0
Ondoorlatend en vrijwel glad
9
Breuksteen, gepenetreerd met asfalt (patroonpenetratie)
0,7
Breuksteen / asfalt, enkele laag 0,8
10
Betonblokken met afgeschuinde hoeken of gaten erin
1,0
Amorflex
11
Betonblokken zonder openingen
1,0
Referentietype
11,1
Haringmanblokken
0,9
Referentietype
11,2
Diaboolblokken
0,8
1/4 blokken omhoog, maar hoger, dus ruwer
11,3
Plat gezette blokken met afstandhouders
1,0
11,4
Blokken op hun kant
1,0
11,5
Blokken op hun kant met afstandhouders
1,0
11,51
Blokken op hun kant met afstandhouders en ingegoten met gietasfalt
1,0
11,6
Verkalit mgv
0,9
11,7
Verkalit GOR
12
open blokkenmatten, afgestrooid met granulair materiaal
0,9
Amorflex
13
Blokkenmatten zonder openingen in de blokken
0,95
Dichte betonblokken
14
Betonplaten van cementbeton of gesloten collodiaal beton (in situ gestort)
1,0
Dichte betonblokken
15
Collodiaal beton (open structuur)
1,0
Asfalt, weinig doorlatend
16
Betonplaten (prefab)
1,0
Dichte betonblokken
17
Doorgroeisteen, beton
0,95
Steen zelf enige ruwheid, maar gras maakt het gladder
18
Breuksteen, gepenetreerd met cementbeton of collodiaalbeton (vol en zat)
0,8
Breuksteen / asfalt / Vilvoordsesteen
19
Breuksteen, met patroonpenetratie van cementbeton of collodiaalbeton
0,7
Breuksteen / asfalt; enkele laag 0,8
20
Gras, gezaaid
1,0
Referentietype
21
Gras, zoden of gezaaid, in kunststofmatten
1,0
Gras
22
Bestorting van grof grind en andere granulaire materialen
0,8
Kleiner dan breuksteen, minder ruw. Voorwaarde: stabiel
23
Grove granulaire materialen c.q. breuksteen verpakt in metaalgaas
0,7
Kleiner dan breuksteen, wel doorlatend
24
Fijne granulaire materialen c.q. zand/grind verpakt in geotextiel, zandzakken
0,9
Enige doorlatendheid en ruwheid
25
Breuksteen (stortsteen)
0,55
Referentietype. Enkele laag 0,7
26
Basalt, gezet
0,9
Referentietype
26,01
Basalt, gezet, ingegoten met gietasfalt
0,95
Basalt, zonder doorlatendheid
26,02
Basalt, gezet, ingegoten met collodiaal beton of cementbeton
0,95
Basalt, zonder doorlatendheid
27
Betonzuilen en andere niet-rechthoekige blokken
27,1
Basalton
0,9
Basalt
27,2
PIT Polygoon zuilen
0,9
Basalt
27,3
Hydroblock
0,9
Basalt; Ecoblok 0,9
27,4
Ronaton
0,9
Basalt
27,5
C-Star
0.9
Basalt
27,6
Hillblock
zie formule γf
Basalt
27,7
Basalton+
0,9
Basalt
27,8
Ronataille
zie formule γf
Basalt
27,9
Hillblock 2.0
zie formule γf
Basalt
27,01
Betonzuilen of niet-rechthoekige, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
27,11
Basalton, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
27,21
PIT Polygoon zuilen, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
27,31
Hydroblock, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
27,02
Betonzuilen of niet-rechthoekige blokken, ingegoten met beton
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
27,12
Basalton, ingegoten met beton
1,0
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
28
Natuursteen, gezet
28,1
Vilvoordse
0,85
Referentietype
28,2
Lessinische
0,85
Vilvoordse
28,3
Doornikse
0,9
Basalt
28,4
Petit graniet
0,90
Basalt
28,5
Graniet
0,95
Basalt, iets minder open
28,6
Noordse of Drentse steen
0,75
Enkele laag breuksteen, iets minder doorlatend
28,01
Natuursteen, gezet, en ingegoten met gietasfalt
28,11
Vilvoordse, ingegoten met gietsafsalt
0,95
Asfalt, vrijwel glad en ondoorlatend
28,21
Lessinische, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt
28,31
Doornikse, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt
28,41
Petit graniet, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt
28,51
Graniet, ingegoten met gietasfalt
1,0
Asfalt
28,61
Noordse of Drentse steen, ingegoten met gietasfalt
0,85
Enkele laag breuksteen, veel minder doorlatend
28,02
Natuursteen, gezet, en ingegoten met beton
28,12
Vilvoordse, ingegoten met beton
0,95
Asfalt, vrijwel glad en doorlatend
28,22
Lessinische, ingegoten met beton
1,0
Asfalt
28,32
Doornikse, ingegoten met beton
1,0
Asfalt
28,42
Petit graniet, ingegoten met beton
1,0
Asfalt
28,52
Graniet, ingegoten met beton
1,0
Asfalt
28,62
Noordse of Drentse steen, ingegoten met beton
0,85
Enkele laag breuksteen, veel minder doorlatend
29
Koperslakblokken
1,0
Dichte betonblokken
30
Klei onder zand
Niet van toepassing
31
Bestorting van natuursteenmassa
0,55
Dubbele laag breuksteen, bijvoorbeeld kreukelberm
32
Klinkers, beton of gebakken
1,0
Dichte betonblokken, voegen dicht met gras
33
Zand
Niet van toepassing
34
Steenfundering, gebonden
Niet van toepassing
37,1
Quattroblocks
0,9
Basalt
37,2
Ronaton XL
0,9
Basalt
37,3
Hillblock Forte
zie formule γf
Basalt
56
Kade, keermuur, kistdam
Niet van toepassing
Veel ruwheidsfactoren zijn gegeven in tabel 1. Voor Hillblocks, RONATaille, en Verkalit GOR (code 27,6; 27,9; 37,3; 27,8; 11,7) kan de ruwheidsfactor worden bepaald met de volgende vergelijking:
Waarin Hm0 de significante golfhoogte aan de teen van het talud is op basis van het golfspectrum, q is het gemiddelde overslagdebiet per meter dijk [m3/m/s], en dkanaal is het volume van de kanalen per m2 taludoppervlak [m].
De waarden voor ckanaal zijn gegeven in Tabel 2. Enkele waardes voor dkanaal zijn gegeven in Tabel 3.
Deze waardes zijn alleen afgeleid voor Hillblock type 27,6. De vorm van de kanalen is voor de andere types gelijk. Maar voor type 27,9 is een andere voet toegepast, waardoor de kanalen groter zijn dan voor Hillblock 2.0 (27,6). Voor Hillblok Forte (37,3) is de hoogte-breedte verhouding van het blok tevens aangepast, waardoor de kanalen gelijk zijn voor een Hillblock 2.0 van 20 cm en een Hillblock Forte van 26 cm. Hiermee is rekening gehouden in de gegeven waardes in tabellen 2 en 3.
De bovenstaande formule is geldig voor:
waarin de γbinvloedsfactor voor een berm representeert en ξom is de brekerparameter op basis van de golfperiode Tm-1,0 . Voor ξom geldt:
In het bereik
gaat de ruwheidsfactor lineair naar 1.
Tabel 2: Waarden voor de constante Ckanaal voor het bepalen van de ruwheidsfactor
Steenzetting
ckanaal
Hillblocks (27,6; 27,9; 37,3 )
0,69*
RONATaille (27,8)
0,72
Verkalit GOR (11,7)
0,75
* Waarde alleen afgeleid voor type 27,6. Vorm van de kanalen is voor de andere types gelijk, waardoor Ckanaal gelijk aangenomen kan worden.
Tabel 3: Waarden voor het kanaalvolume per m2 dkanaal voor het bepalen van de ruwheidsfactor (voorbeeldwaardes, dkanaal is twee maal zo groot bij 2 maal grotere toplaagdikte)
Steenzetting
Toplaagdikte (m)
dkanaal (m2/m)
Hillblock (27,6)
0,2
0,045
Hillblock 2.0 ( 27,9)
0,2
0,045*
Hillblock Forte (37,3)
0,26
0,045*
RONATaille (27,8)
0,15
0,022
Verkalit GOR (11,7)
0,15
0,021
*Geen waardes beschikbaar voor dit type, houdt (conservatief) waardes voor Hillblock (27,9) aan, al dan niet verschaald op gelijke wijze als onder tabel 2 staat.