Veiligheid en kostenoptimalisatie uitvoering dijkversterking

De situatie tijdens de uitvoering van dijkversterkingswerkzaamheden is grondmechanisch gezien vaak minder stabiel dan de eindtoestand. Dit komt door de tijdens het ophogen gegenereerde wateroverspanningen in ondoorlatende lagen in de ondergrond die slechts langzaam dissiperen. Is de kans op instabiliteit tijdens de uitvoering te hoog, dan is het faseren van de uitvoering door op te hogen in meerdere slagen een veel gekozen oplossing. De kans op instabiliteit kan beter worden ingeschat naarmate men meer zekerheid heeft omtrent het verloop van het proces van dissiperen van de wateroverspanningen.

Werkzaamheden aan een dijklichaam leiden veelal dus tot een lagere stabiliteit. Maar in principe geldt dat de veiligheid van de dijk (of het waterkerend vermogen) niet minder mag worden tijdens de uitvoering. Dit houdt in dat tijdens de winterperiode, in het stormseizoen, van 15 oktober tot 15 maart (rivierdijken) of 15 april (zee- en meerdijken) in principe geen werkzaamheden mogen worden uitgevoerd. Een andere aanduiding voor deze periode is het gesloten seizoen. Werkzaamheden die de veiligheid op geen enkele wijze aantasten kunnen in overleg met de beheerder wel worden toegestaan.

Ook buiten het gesloten seizoen, in de zomer mag de veiligheid door werkzaamheden niet ontoelaatbaar worden aangetast. In die periode zijn de hydraulische belastingen over het algemeen geringer waardoor tijdens werkzaamheden de sterkte, de stabiliteit per saldo wat geringer mag zijn. Het artikel Stabiliteit tijdens de uitvoering gaat wat dieper in op de relevante belastingen.

Van de stabiliteitseisen kan worden afgeweken indien extra maatregelen worden getroffen om de veiligheid te garanderen. Zo kan bij rivierdijken de komst van een hoogwater(golf) een bepaald aantal dagen vooraf worden voorspeld. De veiligheid van de waterkering is gegarandeerd als de aannemer in staat is de sterkte van de dijk binnen enkele dagen bijvoorbeeld op de oude sterkte te brengen.

Als tijdens of na de werkzaamheden de bekleding van het buitentalud niet aanwezig of gereed is in de winterperiode, moet een tijdelijke bescherming worden aangebracht.

Voor de aan te houden veiligheden ten aanzien van de stabiliteit tijdens uitvoeringssituaties dient onderscheid te worden gemaakt tussen afschuivingen die de veiligheid van de waterkering aantasten en afschuivingen die uitsluitend schade aan het werk tot gevolg hebben. Bij de eerste is de bescherming van het achterland in het geding en moet het veiligheidscriterium zoveel mogelijk aansluiten bij de faalkanseis voor het betreffende dijkvak. Een wel gehanteerde richtlijn voor de veiligheid is de veiligheid die het dijkvak had voor het moment van verbetering.

Bij afschuivingen die uitsluitend schade aan het werk tot gevolg hebben, gaat het om een economische afweging, gesteld dat de veiligheid op de bouwplaats niet in het geding is. De kosten van de uitvoering worden bij uitsluitend schade afgezet tegen de kosten van reparaties ten gevolge van afschuivingen.

Bij de economische optimalisatie is het tempo van ophogen veelal een relevante parameter. Een laag tempo heeft hoge kosten tot gevolg, maar de verwachte kosten van schadeherstel stijgen naarmate de kans op instabiliteit toeneemt bij een hoger van het tempo van ophogen.

Uit onderzoek is gebleken dat zo’n economisch optimum bij relatief grote instabiliteitskansen wordt bereikt, namelijk in de orde van 10^-2 tot 3*10^-2. Deze kansen liggen ordes hoger dan toelaatbare instabiliteitskansen, die aansluiten op faalkanseis voor het betreffende dijkvak (10^-5 tot 10^-6 per jaar).

Bij het beoordelen van de stabiliteit gedurende een geplande uitvoeringssituatie moet dus worden nagegaan in hoeverre kritieke glijvlakken of glijcirkels het waterkerende vermogen van de (oude) dijk aantasten. Als regel wordt gesteld, dat glijvlakken die, eventueel na een secundaire afschuiving, de kruin aantasten, moeten voldoen aan de strenge faalkanseis gebaseerd op de voor de uitvoeringsperiode relevante waterstanden. Hier kan alleen van af worden geweken indien middels een risicoanalyse is aangetoond dat de veiligheid voldoende blijft.

Naast de veiligheid (stabiliteit) van de waterkering tijdens de uitvoeringsfase speelt ook de veiligheid van het bouwproces en belendingen een belangrijke rol. Zie hiervoor het [Handboek Dijkenbouw, 2018].

Invloed van de wijze van grondverzet op de veiligheid tijdens uitvoering

Voor de stabiliteitbeoordeling tijdens een uitvoering is het van belang de optredende water(over)spanningen in het (oude en nieuwe) dijklichaam en de ondergrond veilig in te schatten. De mate van onzekerheid met betrekking tot waterspanningsontwikkeling is sterk afhankelijk van de wijze van aanbrengen van nieuw dijkmateriaal: opspuiten of droog inrijden.

Bij droog inrijden is de generatie van wateroverspanningen in de ondergrond betrekkelijk goed voorspelbaar. Moeilijker is het om de mate van dissipatie van wateroverspanningen als functie van de tijd na het aanbrengen van een ophoogslag te voorspellen. Om die reden is een aanzienlijke veiligheidsmarge wenselijk ten aanzien van de consolidatiecoëfficiënt voor het ontwerp van het uitvoeringstraject.

Afhankelijk van het al dan niet monitoren van de waterspanningen tijdens de uitvoering, wordt een hogere of lagere partiële materiaalfactor voor de consolidatiecoëfficiënt gehanteerd. Toepassen van een lagere materiaalfactor is alleen gerechtvaardigd als op basis van de waargenomen waterspanningen tijdens de uitvoering direct geëigende maatregelen worden genomen als zich onverwachte ongunstige ontwikkelingen met betrekking tot de stabiliteit voordoen.

Bij opspuiten is de ontwikkeling van waterspanningen in de ondergrond en dijklichaam aanzienlijk ongunstiger en onzekerder, doordat het tempo van ophogen dikwijls veel hoger ligt, het stort verzadigd is en de werkwijze minder flexibel is dan bij inrijden, waardoor de mogelijkheid kleiner is om effectief in te grijpen bij onverwachte waterspanningsontwikkelingen.

De partiële materiaalfactor voor de consolidatiecoëfficiënt die voor de veiligheidsanalyse voor hydraulische verwerking wordt gehanteerd, moet ook weer afhankelijk zijn van de intensiviteit van de bewaking van de uitvoeringsbegeleiding. Echter, hij zal normaliter altijd hoger zijn dan die voor droog grondverzet.