Aard van dit artikel en relatie met andere documenten

Dit artikel en de volgende artikelen gaan typologisch en kwalitatief in op verschillende oplossingen en geeft aandachtspunten bij de selectie en het ontwerp ervan. De onderliggende specifieke technieken per type oplossing worden als voorbeelden benoemd, maar niet uitputtend en zijn niet individueel uitgewerkt. Er zijn verschillende Ontwerp-, Beoordelings- en OnderhoudsRichtlijnen (OBOR’s) beschikbaar die detailinformatie over individuele technieken bevatten. Zie bijvoorbeeld de OBOR’s van De Innovatieversneller (DIV). Het verdient aanbeveling altijd de beschikbare OBOR’s te raadplegen bij het ontwerpen van maatregelen.

In dit artikel onderscheiden we de volgende maatregelentypen:

• Kwelwegverlenging (binnen-, buitendijks of verticaal)
• Filtertechnieken
• Drainagetechnieken
• Heaveschermen

Per maatregeltype is informatie opgenomen over:

• Algemene werking techniek.
• Relatie met andere faalmechanismes.
• Aandachtspunten voor ontwerp en uitvoering
• Aandachtspunten voor beheer.

Inventarisatie, selectie en afweging mogelijke maatregelen

Na het in beeld brengen van de veiligheids- en versterkingsopgave kunnen mogelijke maatregelen geïnventariseerd, geselecteerd en afgewogen worden. De publicatie Aanpak en Afweegkader van De Innovatieversneller beidt daarvoor handvatten.

Voor de selectie van geschikte maatregelen kan, op basis van de locatiespecifieke kenmerken een shortlist worden opgesteld met behulp van het model zoals weergegeven in Figuur 1. Daarin zijn de nu beschikbare pipingmaatregelen ingedeeld aan de hand van:

1. Het toepassingsbereik van de verschillende maatregeltypen aan de hand van de dikte van de deklaag en dikte van de zandbaan, en
2. De relatieve doelmatigheid van de verschillende maatregeltypen.

Met de relatieve doelmatigheid wordt hier ‘tegen relatief lagere kosten' bedoeld. Heaveschermen zijn per strekkende meter vaak duur ten opzichte van de maatregeltypen. Wel is het zo dat de verschillen binnen de maatregeltypen ook aanzienlijk kunnen zijn. Zo is een stalen heavescherm veel duurder dan kunststof heavescherm. Figuur 1 geeft dat als volgt weer: De ‘bovenop’ zichtbare maatregelen (de belastingremmende of kwelwegverlengende maatregelen) zijn vanuit kosteneffectiviteit meestal meer doelmatig, heavetechnieken zijn relatief het minst doelmatig.

Algemene aandachtspunten voor het ontwerp

Het ontwerp van maatregelen ter voorkoming van opbarsten, heave en piping verloopt volgens dezelfde methoden en rekenregels als die in de artikelen Opdrijven en barsten, Heave en Rekenregel van Sellmeijer zijn beschreven.

Maatregelen bij nieuwe of bestaande constructies zullen in het algemeen volgens de methode van Sellmeijer of volgens het heavecriterium worden ontworpen. Bij verticale constructies is eveneens de rekenregel van Lane toepasbaar. Met name bij dijken in het getijdengebied kan het noodzakelijk zijn om rekening te houden met tijdafhankelijkheid.

Bij het ontwerpen van maatregelen moeten allereerst de randvoorwaarden aan belasting- en sterktekant worden vastgesteld. Aan de belastingkant is dat een ontwerpmaat voor waterstandsverschillen over de waterkering, die tot opbarsten, heave (verticaal zandtransport) en terugschrijdende erosie kunnen leiden.

Normaliter spelen de hoogwaterstand (rivier-, zee- of meerstand) en de binnenwaterstand (of maaiveldpeil) een rol. Verwachte ontwikkelingen daarin gedurende de beoogde planperiode dienen daarbij te worden geschat (verwachte toenames van rivier-, zee- of meerstanden, maaivelddaling en aanpassingen van peilbeheer). De Handleiding Veiligheidsontwerp geeft handvatten voor de omgang met onzekerheden.

Aan de sterktekant kunnen randvoorwaarden ten aanzien van de ruimte voor maatregelen (en verwachte ontwikkelingen hierin) beperkingen voor het ontwerp vormen. Veiligheidsfactoren ten aanzien van het ontwerp van een pipingmaatregel zijn opgenomen in het artikel Semi-probabilistisch veiligheidsformat voor piping. Alleen wanneer het belang (zoals kosteneffectiviteit of omgevingsaspecten) dit noodzakelijk maakt, kan overwogen worden veiligheidsfactoren verder te optimaliseren, waarbij nagegaan dient te worden of de hierin genoemde piping-gevoelige lengtes houdbaar zijn gedurende de beoogde planperiode voor de maatregel. Ook moet worden nagegaan of te verwachten latere benodigde aanpassingen niet door de ontwerpkeuze worden beperkt.

Het ontwerpproces om te komen tot een waterveiligheidsontwerp van een pipingmaatregel bestaat in hoofdlijn uit twee delen:

1. het opstellen van het ontwerp;
2. een veiligheidsanalyse waarbij de betrouwbaarheid van het systeem wordt getoetst door het risico van mogelijke defecten aan het systeem te onderzoeken (FMECA-aanpak).

Zoals onderstaande figuur aangeeft zijn er iteratieslagen mogelijk tussen het opstellen van het ontwerp en de betrouwbaarheidsanalyse van het systeem.

Voor het eerste deel, het opstellen van een ontwerp van een heavescherm, worden de belangrijkste faalpaden beschouwd. Om te komen tot een ontwerp dat voldoet aan de gestelde ontwerpcriteria kunnen de volgende stappen worden doorlopen:

1. Bepalen van een startpunt ten aanzien van positie, dimensies en eigenschappen vann de maatregel;
2. Schematiseren van ondergrond en bepalen van scenario’s;
3. Analyse ontwerpcriteria per scenario;
4. Evaluatie van resultaten en eventuele bijstelling van positie, dimensies of eigenschappen van het scherm;
5. Vaststellen van het ontwerp, oftewel de positie, dimensies en eigenschappen van het scherm.

Het tweede deel (stap 6 t/m 8) bestaat voornamelijk uit het toetsen (en eventueel aanpassen) van het ontwerp aan de overige faalpaden die kunnen optreden, en die nog niet zijn meegenomen in deel 1. Denk aan tweede-orde effecten, uitvoeringsfouten of bedreigingen gedurende de gebruiksfase. Voor deel 2 kan de FMECA-aanpak worden gevolgd (beschreven het Veiligheidsraamwerk innovatieve pipingmaatregelen), waarmee alle bedreigingen voor het systeem worden beschouwd. Daarbij is het ook belangrijk om stil te staan bij overige ontwerpaspecten anders dan waterveiligheid.

Voor iedere bedreiging moet de faalkansbijdrage worden beschouwd. Als het effect van een bedreiging dusdanig groot is dat niet aan de vereiste faalkans kan worden voldaan, dan zijn er verschillende mogelijkheden om tot een voldoende waterveilig ontwerp te komen:

• Aanpassing van het ontwerp (terug naar stap 1);
• Beheersmaatregel toepassen tijdens de uitvoering of beheerfase (terug naar stap 7);
• Keuze voor ander type maatregel

Aan het eind van een succesvol ontwerpproces (stap 9) wordt het totaalontwerp vastgesteld samen met de te treffen beheersmaatregelen en wordt een verificatieplan opgesteld.