Zoeken in deze site

Constructieve functies van de elementen - Analyse van het constructief ontwerp

Constructieve functies van de elementen

Het waterkerend vermogen van een dijk wordt primair bepaald door de kruin. De kruinhoogte bepaalt de kans op overlopen en de mate van overslag. Hoofddoel van de elementen van het dwarsprofiel is dan ook het op de juiste hoogte en het op zijn plaats houden van de kruin. Tegelijkertijd dient de grondconstructie zodanig gedimensioneerd te zijn dat deze bestand is tegen de ontwerpbelastingen. Dit betekent, dat onder die belasting de samenhang der elementen niet verbroken mag worden en dat de elementen zelf niet in hun constructieve functie mogen worden aangetast. Hierna wordt besproken wat de rol van de verschillende elementen is bij het dragen van deze belastingen en het voorkomen van schade. In hoofdstuk 3 worden de belastingen verder uitgewerkt en de relatie met schadeontwikkeling wordt weergegeven in figuur 3.1.1.

Het uitgangspunt dat de constructie uit grond wordt opgebouwd betekent dat rekening moet worden gehouden met de specifieke eigenschap van grond, dat het gedeeltelijk uit water bestaat. Doordat het water van alle elementen van de constructie met elkaar in verbinding staat vergroot dit de interactie tussen de elementen. Bovendien leiden bepaalde belastingen tot verhoging van de (grond)waterspanning die ook doorloopt door de verschillende elementen.

Kruin

De kruin voorkomt bij de juiste hoogteligging overlopen en een te groot overslag debiet. Kruinhoogte, -breedte en de samenstelling van de bekleding moeten zo gekozen worden dat de overslag binnen de ontwerpcriteria blijft. Indien de kruin faalt treedt niet alleen schade op door erosie aan het element zelf, maar ook aan het binnentalud, het overgangstalud en de binnenberm. De combinatie van erosie en infiltrerend water kan tot afschuiven op micro- of macroschaal leiden. Het teruglopen van de sterkte van de grond door het oplopen van de waterspanningen is daarbij een risicofactor waarmee bij de keuze van de grondsamenstelling van de andere elementen rekening moet worden gehouden.

Dijkkern

De dijkkern is de draagconstructie waarop de verschillende elementen van het dwarsprofiel zijn opgelegd. Eerste vereiste is dat de kern zelf stabiel is, zowel onder de belastingen van de dijkelementen als onder de externe belastingen. De afmetingen van de kern en de taluds worden daartoe berekend met behulp van de sterkteparameters van de grondsoort van de kern en van de verschillende lagen van de ondergrond. Bij de keuze van de grondsoort en de uitvoeringswijze moet rekening worden gehouden met zettingsvloeiingsgevoeligheid. De wijze van berekenen van de macrostabiliteit is opgenomen in hoofdstuk 5.

Het gewicht van de kern zorgt samen met de schuifweerstand van de ondergrond enerzijds voor de sterkte tegen zijdelings wegschuiven van de dijk bij de Maatgevende Hoogwaterstand MHW. Anderzijds belast de kern (samen met de andere elementen) de ondergrond waardoor in het algemeen behoorlijke zettingen zullen optreden. De noodzakelijke extra hoogte voor deze zetting en de klink van de kern zelf moet dan ook in de hoogte van de kern worden gevonden.

Bij de dimensionering en de materiaalkeuze van de kern moet er verder rekening mee worden gehouden, dat de verhouding van de doorlatendheden van de kern, de ondergrond en de taluds van invloed is op de ontwikkeling van de waterspanningen in de dijk. En zolang de grondspanning hetzelfde blijft, verminderen oplopende waterspanningen de schuifsterkte. Hierbij gaat het niet alleen om macrostabiliteit, ook de microstabiliteit is in het geding. Gedacht moet worden aan afschuiven van het buitentalud bij snelle val van het buitenwater wanneer de waterspanningen in de kern hoog zijn opgelopen of aan afschuiven of uitspoelen van het binnentalud door dijkskwel bij hoge waterstanden.

De voetbreedte van de kern bepaalt mede de lengte van de kwelweg voor grondwater dat door watervoerende zandlagen onder de dijk door naar de polder loopt en daarmee de weerstand van de waterkering tegen erosie door zandmeevoerende wellen (piping).

De grondsamenstelling van de dijkkern zal in het algemeen niet geschikt zijn om belastingen als golven, stromingen etc. te weerstaan. De kern wordt daarom beschermd door beklede taluds. Om diverse constructieve redenen kunnen daarin ook bermen zijn opgenomen.

Taluds en bermen

De taluds en bermen hebben als gezamenlijk kenmerk dat zij een belangrijke functie hebben in de stabiliteit van de dijk. In het algemeen geldt, hoe flauwer de taludhelling en hoe breder de berm, des te groter de stabiliteit. Tevens vormen de taluds en de bermen met hun bekleding de beschermende schil van de dijkkern.

Buitentalud

Het ontwerp van het buitentalud heeft een directe relatie met de belasting door golven, dit overigens in samenhang met plaats en afmetingen van de buitenberm. De golfoploop en daarmee het overslagdebiet kan gereduceerd worden door toepassing van een flauwere taludhelling en dit kan weer resulteren in een lagere kruinhoogte. De keuze van de bekleding heeft eveneens invloed op de golfoploop en dient afgestemd te zijn op de diverse hydraulische belastingen.

Bij het ontwerpen van de taludhelling op macrostabiliteit dient aanleg van een buitenberm erin betrokken te worden omdat ze er beide invloed op hebben. Hierbij moet ook aandacht worden besteed aan de uitvoeringsfase waarin tijdelijke verhoogde waterspanningen optreden. In die fase kan het toepas- sen van een bredere buitenberm een groter effect op de stabiliteit hebben dan een wat flauwere taludhelling.

Bij de materiaalkeuze dient wat betreft de doorlatendheid rekening te wor- den gehouden met de invloed daarvan op de waterspanningen in de hele grondconstructie, wat weer van belang is voor de macro- en microstabiliteit zowel buiten- als binnenwaarts.

Buitenberm

Een buitenberm wordt vanuit de waterkerende functie toegepast bij zee- en meerdijken om de golfoverslag te verminderen. De plaats van de berm wordt bepaald op grond van de hydraulische belastingen. Bij het ontwerp moet het effect van een berm worden beoordeeld samen met het effect van verschillende taludhellingen.

De buitenberm beïnvloedt door zijn gewicht de macrostabiliteit van het buitentalud, de mate waarin is afhankelijk van de plaats en de afmetingen. De invloed op de korrel- en waterspanningen in de dijkkern en -basis strekt zich ook uit tot de stabiliteit van het binnentalud. Voor de doorlatendheid geldt hetzelfde als hiervoor bij het buitentalud is gesteld. Tenslotte bepaalt de berm mede de lengte van de kwelweg wat van belang is voor de ver- eiste weerstand tegen piping.

Lage buitenberm/plasberm/kreukelberm

Wanneer op het buitentalud een harde bekleding wordt toegepast dan moet de beëindiging daarvan worden beschermd tegen aantasting door golven of stroming. Daarvoor dient de plasberm, bij zeedijken even boven laagwater, bij meerdijken op het laagste meerpeil. Het is een overgangsconstructie met een ‘halfhard’ karakter tussen de harde bekleding en de grond van het verdere beloop of het voorland. Hiervoor wordt een kraagstuk met steenbestorting toegepast of een bekleding van riet of rijshout met puin.

Binnentalud

Bij hoge waterstanden al of niet in combinatie met golfoverslag wordt de sterkte van het binnentalud op verschillende manieren aangesproken. Als eerste dreigt erosie door het overslaande water. De taludbekleding moet derhalve erosiebestendig zijn. Door de infiltratie van het overslagwater dreigt lokale instabiliteit, mogelijk gevolgd door verdergaande infiltratie, verweking en stabiliteitsverlies op macroschaal. Door een juiste keuze van de beperkte doorlatendheid van de bekleding en grotere doorlatendheid en bergend vermogen van de dijkkern en eventueel drainage aan de teen van het talud, wordt dit risico beperkt. Bij de keuze van de grondsoort dient ook aan de verwekingsgevoeligheid aandacht te worden besteed. Uiteindelijk is de helling van het talud dan maatgevend voor de veiligheid tegen bezwijken van het binnentalud.

Bij zeer hoge waterstanden is de taludhelling (mede) bepalend voor de zijdelingse stabiliteit van de grondconstructie in zijn totaliteit. In die belastingstoestand wordt de weerstand tegen afschuiven verminderd door de daarbij optredende hoge waterspanningen in de dijk en de ondergrond. Ook uittredend kwelwater in het binnentalud kan dan tot lokale instabiliteit leiden. Wanneer deze mechanismen onvoldoende met een enkelvoudig binnentalud kunnen worden opgevangen kan de stabiliteit worden vergroot door een binnenberm en/of een overgangstalud in het ontwerp op te nemen.

Overgangstalud

Een overgangstalud wordt toegepast om de weerstand tegen afschuiven van het binnentalud te vergroten en/of het optreden van micro-instabiliteit met name door het uittredende kwelwater te voorkomen. De hoogte van het overgangstalud wordt meestal bepaald door de hoogte waarop de kwel mogelijk uit het talud treedt.

Binnenberm

Een binnenberm kan worden toegepast om de stabiliteit van het binnentalud te verzekeren. Bij het dimensioneren van de berm wordt dan niet alleen de vergroting van de schuifweerstand in mogelijke schuifvlakken beoordeeld maar ook de mate waarin efficiënt gebruik kan worden gemaakt van de bijdrage aan het tegenwerkend moment binnen de glijcirkel (zie § 5.3.3).

De tweede reden om een binnenberm toe te passen hangt samen met de grondwaterstroming en de waterspanningen in de dijkbasis. Kwel met een groot verhang leidt tot risico’s voor inwendige erosie of piping in een watervoerende laag. De breedte van de binnenberm kan zo worden gekozen dat de lengte van de kwelweg groot genoeg wordt om piping te voorkomen. De waterspanningen kunnen ook leiden tot opdrijven of opbarsten van de afdekkende laag van de dijkbasis of het achterland. De afmetingen van de binnenberm moeten dan worden afgestemd op de hoogte van de waterspanning en de breedte van de zone waarover de afdekkende laag onvoldoende stabiliteit heeft.

Berm-/dijksloot

De bermsloot heeft een gunstige invloed op de grondwaterstand en de waterspanningen in de dijk en het achterland. Terwijl dit positief uitwerkt op de stabiliteit kan de kleinere laagdikte van de afsluitende lagen ter plaatse van de slootbodem daarop een ongunstig effect hebben doordat opbarsten of opdrukken eerder zal optreden.

De bermsloot kan ook het uittreepunt voor piping zijn. Bij het ontwerpen moet dus rekening worden gehouden met de daarvoor van belang zijnde lengte van de kwelweg.

  • Dijk/Dam
  • Alle watersystemen
  • Externe geometrie
  • 0 | Beschrijving
  • tekst

Bron

Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies (P-DWW-2001-045)

Hoofdstuk
Analyse van het constructief ontwerp
Auteur
Asperen L. van, E.O.F. Calle, J.R. Deutekom, E. van Hijum, G.J.C.M Hoffmans, R.H.J. Kremer, B.A.N. Koehorst, M.T. van der Meer, J. Niemeijer, M.A. Van
Organisatie auteur
Fugro Ingenieursbureau B.V., Arcadis Heidemij Advies B.V., Grontmij, Ingenieursbureau Amsterdam en Infram.
Opdrachtgever
Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen
Verschijningsdatum
Juni 2011
PDF