- 1. Mechanismen geotechnische instabiliteit
- 1.1 Introductie
- 1.2 Instabiliteit in binnenwaartse richting
- Beschrijving afschuiven langs diep glijvlak binnenwaarts
- Vervolgmechanismen na binnenwaarts afschuiven langs diep glijvlak
- Kritisch glijvlak en vervolgmechanismen bij afschuiven langs diep glijvlak
- Controle van de binnenwaartse stabiliteit na een binnenwaartse afschuiving
- Afschuiven en/of afdrukken van de bekleding en uitspoelen
- Controle op uitspoelen na een binnenwaartse afschuiving
- Controle van erosie kruin en binnentalud na een binnenwaartse afschuiving
- Afschuiven langs een diep glijvlak bij opdrukken achterland
- Binnenwaarts afschuiven en drainagetechnieken
- 1.3 Afschuiven buitenwaarts en afschuiven voorland
- 2. Veiligheidsanalyse mechanisme afschuiven langs een glijvlak
- 2.1 Technieken voor de veiligheidsanalyse
- 2.2 Model- en veiligheidsfactoren
- Partiële veiligheidsfactoren voor geotechnische stabiliteit
- Materiaalfactor voor afschuiven langs diep glijvlak
- Modelfactor voor afschuiven langs diep glijvlak
- Schadefactor voor afschuiven langs diep glijvlak
- Schadefactor voor een constructief versterkte dijk (langsconstructie)
- Schematiseringfactor voor afschuiven
- Veiligheidsanalyse afschuiven en/of afdrukken van de bekleding en uitspoelen
- Voorbeeld schematiseringfactor voor afschuiven
- Rekenblok schematiseringfactor voor afschuiven diep glijvlak
- 3. Belastingen
- 3.1 Inleiding
- 3.2 Waterspanningen
- 3.2.1 Inleiding waterspanningen
- 3.2.2 Bepalen waterspanningen
- Grondwaterstroming algemeen
- Waterspanningen meten en/of monitoren
- Geohydrologie bij de dijk monitoren
- Bewaken ontwerpuitgangspunten waterspanningen
- Instrumenten om waterspanningen te meten
- Valkuilen bij interpreteren van waterspanningsmetingen
- Voorbeeld van valkuilen bij interpreteren van waterspanningsmetingen
- Schematiseren van de waterspanningen
- Schematiseren waterspanningen stap 1: Beschrijving bodemopbouw, grondwaterstroming en geometrie
- Schematiseren waterspanningen stap 2: Mechanismen en belastingcombinaties
- Schematiseren waterspanningen stap 3: Modelkeuze, schematisering en verificatie
- Onzekerheid waterspanningsschematisering
- Eerste schatting van waterspanningen
- Analytische modellen voor de interpretatie van peilbuiswaarnemingen
- Interpretatie gemeten stijghoogteverloop voor cyclische belasting (Model 3B)
- Niet-stationaire benadering met behulp van de transiënte lekfactor (Model 3C)
- Interpretatie van peilbuiswaarnemingen bij het onderstromen van hoog voorland
- Berekenen waterspanningen
- Theorie achter het berekenen van waterspanningen
- Rekenprogramma's grondwaterstroming
- 3.2.3 Freatisch vlak in de dijk
- Ligging freatisch vlak in de dijk
- Eerste schatting van het freatisch vlak
- Rekenregel voor bepalen van de hoogte freatisch vlak in kleidijk
- Infiltratie naar het freatisch vlak
- Invloed van golfoverslag op het freatisch vlak
- Invloed van neerslag op het freatisch vlak
- Freatisch vlak na snelle val buitenwaterstand: analytische oplossing
- 3.2.4 Stijghoogten in watervoerende laag
- Stijghoogten bepalen in het watervoerend pakket
- Eerste schatting van de stijghoogte in het watervoerend pakket (Model 3A)
- Schematiseren stijghoogteverloop in zandlaag na opdrukken
- Berekenen van de grenspotentiaal
- Modellen van het stijghoogteverloop in een zandlaag onder een ondoorlatende dijk
- Model van stationaire stroming onder dijk met deklaag op watervoerende laag in voor- en achterland (Model 4A)
- Model van stationaire stroming onder dijk gelegen op watervoerende laag (Model 4B)
- Model van stationaire stroming onder dijk met binnendijks de grenspotentiaal (Model 4C)
- Model voor stroming onder dijk, de respons op een sinusvormige hoogwatergolf (Model 4D)
- Model voor stroming onder de dijk, de respons op sinusvormige hoogwatergolven (Model 4E en 4F)
- Berekenen van de opdruklengte bij stationaire stroming (Model 3D)
- Rekenvoorbeeld van de opdruklengte bij stationaire stroming
- Berekenen van de opdruklengte bij niet-stationaire stroming
- Rekenvoorbeeld van de opdruklengte bij niet-stationaire stroming
- Waterspanningen voor buitenwaartse stabiliteit
- 3.3 Overige belastingen
- 4. Karakteriseren van dijklichaam en ondergrond
- 4.1 Externe geometrie
- 4.2 Ondergrond en grondlichaam
- Geologische beschrijving van de ondergrond
- Veen
- Bepalen van grondeigenschappen
- Basisopzet van grondonderzoek
- Strategie opzet grondonderzoek
- Gebruik van beschikbare informatie bij grondonderzoek
- Grondonderzoek van grof naar fijn
- Algemene aanbevelingen bij het gebruik van sonderingen voor parameterbepaling
- 4.3 Bodemopbouw
- 4.4 Schuifsterkte parameters
- Grondgedrag en rol van in situ toestand
- Schuifsterke in CSSM-model
- Keuze gedraineerd of ongedraineerd grondgedrag
- Gedraineerde schuifsterkte
- Cohesie van grond
- Hoek van inwendige wrijving
- Hoek van inwendige wrijving bepalen uit metingen
- Ongedraineerde schuifsterkte
- Normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkte ratio S
- Voorbeelden bepalen schuifsterkte ratio S
- Sterktetoename-exponent m
- Grensspanning, POP en OCR
- Grensspanning in het ontwerp
- Toename ongedraineerde schuifsterkte in de tijd
- Stapsgewijs bepalen ongedraineerde schuifsterkteparameters
- Ongedraineerde sterkte uit gebiedspecifieke correlaties met sonderingen
- Ongedraineerde schuifsterkte uit correlaties met sonderingen
- Ruimtelijke variabiliteit van de sondeerweerstand
- Su en POP bepalen uit één sondering
- Su en POP bepalen uit meerdere sonderingen
- Grensspanning, POP en OCR uit schuifsterkteparameters afgeleid uit sonderingen
- Ongedraineerde schuifsterkte van zware zandige siltige klei
- Schuifsterkte in de (initieel) onverzadigde zone
- Piek-schuifsterkte versus grote-rek-schuifsterkte
- Schuifsterkte bij ondiepe glijvlakken en afschuiven bekleding
- 4.5 Doorlatendheid
- 4.6 Vervormingseigenschappen
- 4.7 Overige grondparameters
- 4.8 Karakteristieke schattingen van grondparameters
- 5. Rekenmodellen voor geotechnische instabiliteit
- Rekenmodellen afschuiven
- Methode Bishop
- Methode LiftVan, rekenmodel afschuiven langs diep glijvlak
- Methode Spencer, rekenmodel afschuiven
- Glijvlak zoekroutines
- Rekenen aan afschuiven bij opdrukken achterland
- Rekenmodellen voor afschuiven en/of afdrukken van de bekleding en uitspoelen
- Rekenmodel afdrukken bekleding
- Rekenmodel uitspoelen en afschuiven van zand zonder kleibekleding
- Rekenmodel uitspoelen zand door bekleding
- 6. Oplossingen voor dijkverbetering
- 6.1 Uitvoering
- Uitvoering dijkverbetering
- Veiligheid waterkering tijdens dijkverbetering
- Stabiliteit tijdens de uitvoering dijkverbetering
- Uitvoeringsbegeleiding dijkverbetering
- Kwaliteitscontrole bij uitvoering dijkverbetering
- Koppeling tussen ontwerp en uitvoering van dijkverbetering
- Overhoogte bij uitvoering dijkverbetering
- Aanbrengen en verdichten van grond
- 6.1 Uitvoering
- 7. Beheer
Stapsgewijs bepalen ongedraineerde schuifsterkteparameters
Dit artikel behandelt hoe stapsgewijs steeds nauwkeuriger parameterwaarden kunnen worden bepaald voor de ongedraineerde schuifsterkte.
Van grof naar fijn werken
In dit artikel wordt ingegaan op de parameters die betrekking hebben op de ongedraineerde schuifsterkte. Dat zijn de ongedraineerde schuifsterkte ratio S, de sterktetoename-exponent m, en de grensspanning σ’vy (die met de pre-overburden pressure POP en de overconsolidatieratio OCR samenhangt, zie het artikel Grensspanning, OCR en POP). De volgende stappen kunnen worden doorlopen om deze parameters te bepalen:
- Toepassen van standaardwaarden voor S Normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio [-], m Sterktetoename-exponent [-] en POP Pre overburden pressure [kN/m2] (de laatste om de grensspanning σ’vy Grensspanning [kN/m2] te bepalen).
- Verfijnen door de pre-overburden pressure POP Pre overburden pressure [kN/m2] of grensspanning σ’vy Grensspanning [kN/m2] te bepalen uit beschikbare sonderingen met conservatieve correlaties.
- Verfijnen met veld- en laboratoriumonderzoek en specifieke correlaties.
Stap 1: Toepassen van standaardwaarden
Voor de eerste stap van een stabiliteitsanalyse is voor het bepalen van schuifsterkteparameters nog geen gegevensinwinning nodig. Voor de ongedraineerde schuifsterkte ratio S en de sterktetoename-exponent m zijn standaardwaarden beschikbaar (zie de betreffende links). Dit zijn realistische (niet-conservatieve) schattingen die zijn gerelateerd aan geologische afzetting, grondsoortbeschrijving en volumegewicht. In tegenstelling daarmee wordt voor het bepalen van de grensspanning σ’vy voor de eerste stap van de beoordeling wel een voorzichtige (conservatieve) standaardwaarde van de pre-overburden pressure (POP) gebruikt. De grensspanning is een parameter met veel variatie. Zonder lokaal onderzoek kan daarom alleen een voorzichtige schatting worden gegeven.
Een eerste veilige schatting van de grensspanning volgt uit:
σ’vy Grensspanning [kN/m2] = σ’vi In situ verticale effectieve spanning [kN/m2] + POP Pre overburden pressure [kN/m2]Waarin:
σ’vi In situ verticale effectieve spanning [kN/m2] In-situ effectieve verticale spanning onder normale gemiddelde omstandigheden [kN/m2].
POP Pre overburden pressure [kN/m2] Pre overburden pressure [kN/m2].
De onderstaande tabel geeft indicatieve waarden voor POP Pre overburden pressure [kN/m2] voor enkele veel voorkomende afzettingen en grondsoorten. De waarden in de tabel zijn gebaseerd op laboratoriumproeven van diverse projecten. In de tabel is ook de koppeling met de SOS-eenheden gemaakt. Deze waarden gelden voor dagelijkse omstandigheden met normale gemiddelde buitenwaterstand.
In de software Riskeer worden de waarden van de POP Pre overburden pressure [kN/m2] voor de effectieve spanningscondities bij de waterstand bij de norm (of voor probabilistische berekeningen een andere verhoogde buitenwaterstand), omgerekend uit de ingevoerde waarden van POP Pre overburden pressure [kN/m2], die horen bij de normale gemiddelde situatie. De software doet dit op basis van het berekende verschil in waterspanningen en effectieve spanningen voor de situatie met de normale gemiddelde buitenwaterstand en voor de situatie met de hoogwaterstand.
De variatiecoëfficiënt van POP Pre overburden pressure [kN/m2] (en grensspanning) bedraagt 0,45 voor Hollandveen en dijksmateriaal en 0,30 voor de overige afzettingen (rekening houdend met uitmiddeling van onzekerheid langs een schuifvlak). Voor de bepaling van de karakteristieke waarde kan worden uitgegaan van N Aantal (onafhankelijke waarnemingen) [-] = 20.
De verwachtingswaarden in de tabel zijn relatief laag ten opzichte van de totale bandbreedte en de karakteristieke ondergrenswaarden zijn relatief laag ten opzichte van de verwachtingswaarden. Dit laat enerzijds zien dat er veel onzekerheid is. Anderzijds geven de grote bandbreedte en de verschillen tussen verwachtingswaarden en karakteristieke ondergrenswaarden ook aan dat aanvullend onderzoek mogelijk tot optimalisatie kan leiden.
Indien na het uitvoeren van stap 1 optimalisatie van de uitgangspunten nodig is, is het raadzaam om met gevoeligheidsberekeningen te onderzoeken welke optimalisatie het meest effectief is en ook haalbaar is.
Stap 2: Verfijnen POP Pre overburden pressure [kN/m2] of grensspanning op basis van sonderingen
De voor de hand liggende activiteit in de tweede stap van een stabiliteitsanalyse is het lokaal bepalen van de pre-overburden pressure of grensspanning. De standaardwaarden voor de grensspanning in de eerste stap zullen vrijwel altijd naar boven bijgesteld kunnen worden na het uitvoeren van vervolgonderzoek. Hiervoor kunnen sonderingen worden gebruikt. Er dienen twee raaien van sonderingen in lengterichting van de dijk beschikbaar te zijn, één raai in de kruin en één binnendijks (of buitendijks in geval van het mechanisme afschuiven langs een glijvlak buitenwaarts). Omdat het over veel data per sondering en in het algemeen ook om veel sonderingen gaat, is het aan te bevelen de sondeerresultaten digitaal beschikbaar te hebben. Met een voorzichtige standaard waarde voor een correlatiecoëfficiënt kan de grensspanning uit de sonderingen worden afgeleid.
De sonderingen zijn bedoeld om op een groot aantal locaties in een dijkvak, SOS-segment of dijktraject de schuifsterkte van de grond te meten. Met de correlaties kan voor iedere sondering op een willekeurige plaats de lokale ongedraineerde schuifsterkte worden vastgesteld. Op basis hiervan wordt de lokale waarde van de grensspanning of POP Pre overburden pressure [kN/m2] bepaald. Deze lokaal bepaalde POP Pre overburden pressure [kN/m2] of grensspanning wordt met een statistische bewerking omgerekend naar een karakteristieke ondergrenswaarde van POP Pre overburden pressure [kN/m2] op het niveau van een dijkvak, SOS-segment of dijktraject. Zie voor meer details: Ongedraineerde sterkte bepalen uit correlaties met sonderingen.
De pre-overburden pressure of grensspanning kan ook worden bepaald met behulp van samendrukkingsproeven (oedometer proef of constant rate of strain proef). Hiervoor zijn boringen met ongeroerde monstername nodig.
Een lokale waarde van de grensspanning of POP Pre overburden pressure [kN/m2] kan alleen worden toegepast als er op de schaal van een potentieel schuifvlak voldoende steekproeven (sonderingen of laboratorium proeven) zijn.
De lokale waarde van de POP Pre overburden pressure [kN/m2] wordt samen met de generiek bepaalde parameters S Normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio [-] en m Sterktetoename-exponent [-] in de stabiliteitsberekeningen toegepast.
Als nieuwe waarden voor de grensspanning dan wel POP Pre overburden pressure [kN/m2] zijn bepaald, kunnen hiermee de berekeningen van de eerste stap van de stabiliteitsanalyse worden herberekend.
Stap 3: Verfijnen sterkteparameters met locatie-specifieke correlaties
In stap 3 kunnen de voorzichtige correlaties uit stap 2 worden aangescherpt door het uitvoeren van veld- en laboratoriumonderzoek, bestaande uit boringen, nauwkeurige sonderingen met meting van de waterspanning, triaxiaalproeven op klei, direct simple shear proeven op veen en samendrukkingsproeven. Met gebieds-specifieke correlaties kunnen de waarden van de pre-overburden pressure of grensspanning nogmaals omhoog worden bijgesteld. Meer hier over in Ongedraineerde sterkte bepalen uit correlaties met sonderingen en Gebiedspecifiek transformatiemodel voor ongedraineerde sterkte uit sonderingen.
In deze derde stap is uitgebreid veld- en laboratoriumonderzoek nodig. Op basis van alle data worden de schuifsterkteratio S Normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio [-] en de sterktetoename-exponent m Sterktetoename-exponent [-] bepaald. Daarnaast worden op basis van de onderzoeksresultaten correlaties opgesteld tussen de laboratoriumresultaten en de sondeerweerstand. Met deze parameters en aangescherpte correlaties kan de beoordeling van het mechanisme afschuiven worden uitgevoerd. Uiteraard kan er ook voor worden gekozen om eerst alleen de parameters S Normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio [-] en m Sterktetoename-exponent [-] te optimaliseren op basis van de laboratoriumresultaten en in een vervolgstap de correlatie met de sondeerweerstand pas te optimaliseren.
De sonderingen kunnen eventueel ook alleen worden gebruikt om de ruimtelijke variabiliteit van de schuifsterkte in kaart te brengen en te onderzoeken of er trends in de variabiliteit van de schuifsterkte aanwezig zijn, zie het artikel Ruimtelijke variabiliteit van de sondeerweerstand. Vervolgens kunnen op basis van deze analyse de locaties voor de boringen worden gepland. Door de locaties van de boringen te kiezen op basis van het sondeeronderzoek, kan ervoor worden gezorgd dat de laboratoriumproeven zowel sterkere als zwakkere locaties vertegenwoordigen. De schuifsterkte parameters worden alleen bepaald op basis van de laboratoriumproeven op ongeroerde monsters uit de boringen. Door deze aanpak heeft de onzekerheid van de correlatie tussen de sondeerweerstand en de ongedraineerde schuifsterkte (zie Ongedraineerde sterkte bepalen uit correlaties met sonderingen) geen invloed op de karakteristieke waarden van de schuifsterkte parameters. In situaties waar er aanwijzingen zijn dat er lokaal zwakkere zones zijn met afmetingen in de orde van grootte van een potentieel afschuifvlak kan deze aanpak niet worden gevolgd (zie het artikel Ruimtelijke variabiliteit van de sondeerweerstand).
Ook in deze stap geldt dat de pre-overburden pressure of grensspanning ook kan worden bepaald met samendrukkingsproeven (oedometer proef of constant rate of strain proef).
Voor het uitvoeren van deze stap 3 is het efficiënt om als waterkeringbeheerders samen te werken. Tot nu toe is het gebruikelijk dat waterkeringbeheerders ieder voor zich alle benodigde grondmechanische gegevens verzamelen. Door samen te werken kan de omvang van het grondmechanisch onderzoek worden beperkt. Nederland kan grofweg worden ingedeeld in een beperkt aantal geologische deelgebieden. Binnen deze geologische deelgebieden kunnen gegevens van de ondergrond van verschillende beheerders worden uitgewisseld, omdat de SOS-eenheden en grondsoorten die in de beheersgebieden/dijkringen voorkomen grotendeels overeenkomen. Om samen te werken is het wel van belang dat de data op een uniforme wijze verzameld en opgeslagen wordt. Wanneer de grondmechanische gegevens onderling vergelijkbaar zijn, bevordert dit ook de vergelijkbaarheid van de stabiliteitsanalyses.