Inleiding - Dimensionering

In het totale realisatie- en instandhoudingsproces van een waterkering (zie figuur 4.2.1) speelt de dimensionering op drie manieren een rol:

• globaal bij het beschouwen van alternatieven,
• meer in detail bij het tot op besteksniveau uitwerken van de uitein- delijk gekozen oplossing, en
• eventueel bij variabel onderhoud (renoveren en vervangen).

Dit hoofdstuk geeft de regels voor de dimensionering van (onderdelen van) een dijk; het is opgezet vanuit de volgende gedachtengang:

1. uit de veiligheidsfunctie volgen de eisen met betrekking tot het waterkerend vermogen; deze eisen zijn voor de dimensionering pri- mair; indien mogelijk wordt gekozen voor een constructie in grond (zie voor de overwegingen hiervoor § 5.2); de nu vigerende benadering voor de hydraulische belasting is de overbelastingbenadering per dijkvak, waarbij de maatgevende belas- ting wordt gekarakteriseerd door een acceptabel geachte waarde voor het golfoverslagdebiet, afhankelijk van de constructie van de dijk, het gebruik van de dijk en het karakter van het achterliggende gebied;
2. alle functies samen zijn bepalend voor de uiteindelijke vormgeving (een grondprofiel of een profiel met bijzondere constructies) en de plaats van de kering (het tracé)
3. na de keuze van de vorm en het tracé volgt de constructieve uit- werking, inclusief de inrichting met het oog op het dagelijks beheer.

In figuur 5.1.1 staan deze drie stappen in een schema, dat nadrukkelijk in samenhang moet worden bezien met het schema uit figuur 4.2.1.

Eisen bij de functie ‘waterkeren’

Vanuit de veiligheidsfunctie geredeneerd moet de dijk beschikken over voldoende waterkerend vermogen om het achterland beveiliging te bie- den tegen overstroming. In de Wet op de waterkering [1] is de vereiste norm voor de beveiliging vastgelegd in de vorm van een belasting: de overschrijdingskans van een extreem hoge waterstand (de maatgeven- de hoogwaterstand MHW, zie figuur 5.2.2), die moet kunnen worden gekeerd (de gebiedsfrequentie). De veiligheidseis, die aan zee- en meerdijken wordt gesteld, volgt uit de door de indertijd door de Deltacommissie voorgestelde benadering. Elk dijkvak moet de hydraulische belastingen behorend bij de gebiedsfrequentie uit de Wet op de waterkering veilig weerstaan. Op onderdelen, zoals de gezamenlijke statistiek van de hydraulische belastingen (wind, waterstand, golven) en de toelaatbare overslagdebieten, is de benadering van de Deltacommissie door een modernere formulering vervangen.

De uitwerking van de veiligheidseis valt in twee onderdelen uiteen: een eis, waaraan het overslagdebiet moet voldoen ter bepaling van de kruinhoogte, en een eis, waaraan de overige onderdelen van de waterkering moeten voldoen. In woorden en formulevorm:

• De kans, dat het voor het betreffende dijkvak vastgestelde toelaatbare overslagdebiet wordt overschreden (er treedt dan ‘overbelasten’ op), moet kleiner zijn dan de in de wet gegeven norm. Het toelaatbare overslagdebiet volgt uit de kenmerken van het dijkvak en het achtergelegen gebied. Dit geeft als voorwaarde (1): P{q ≥ q_t| h ≤ MHW} ≤ norm
• De kans op falen van de kering als gevolg van het optreden van alle overige faalmechanismen (zoals piping, onvoldoende sterkte en stabiliteit van het dijklichaam en de bekleding) als geen overbelasten optreedt moet zeer klein zijn. Dit geeft als voorwaarde (2): P{falen t.g.v. overige mechanismen | q < q_t} ≤ 0,1*norm met:
  • P{...} = kans dat in een jaar de tussen {} geplaatste gebeurtenis zich voordoet
  • q = overslagdebiet, volgend uit de geometrie en de hydraulische randvoorwaarden
  • q_t = toelaatbaar overslagdebiet, volgend uit algemene constructiekenmerken en uit kenmerken van het achterliggende gebied
  • h = waterstand
  • norm = de gebiedsfrequentie als vastgelegd in de Wwk

Er is sprake van falen als niet meer wordt voldaan aan de functionele criteria. Voor het veiligheidscriterium betekent dit, dat de waterkering niet meer het in de wet bedoelde waterkerend vermogen bezit.

De faalcriteria zijn per faalmechanisme (zie § 5.2 en figuur 5.2.5) gedefinieerd. Het waterkerend vermogen (de sterkte) van een dijk wordt bepaald door de hoogte van de kruin, en de stabiliteit en de waterdichtheid van het (beklede) dijklichaam en de fundering (ondergrond).

De wijze van vormgeving van het dwarsprofiel vanuit de veiligheidsfunctie, met inachtname van voor de vorm relevante globale eisen uit de overige functies, staat in § 5.2. De benodigde informatie over de in rekening te brengen belastingen en de (grondmechanische) sterkte wordt behandeld in het Basisrapport.

De dimensionering start met de verkenning van de mogelijkheid van een grondprofiel. Hiertoe wordt in stap (a) vanuit de veiligheidsfunctie een grondconstructie ontworpen met ruime afmetingen. Vervolgens wordt in stap (b) nagegaan of de eisen vanuit de overige functies in acceptabele mate inpasbaar zijn in een grondconstructie. Is dit het geval dan moet worden gecontroleerd of het profiel daadwerkelijk voldoet aan alle veiligheidseisen, met andere woorden alle faalmechanismen moeten worden gecontroleerd.

Als niet wordt voldaan aan de veiligheidseisen of als het profiel ‘te goed’ is, moet door optimalisatie aan zowel de belastingkant als aan de sterktekant in een iteratief proces tot een uitgekiend grondprofiel worden gekomen danwel worden besloten dat (plaatselijk) moet worden overgestapt op een bijzondere constructie.

Eisen bij de overige functies

Vanuit de overige functies gelden eisen en wensen met betrekking tot de architectuur van de dijk: de kruinbreedte, de vormgeving van de taluds, de bekleding en de bermen, en het tracéverloop. In grote lijnen zijn deze reeds meegenomen bij het schetsontwerp in stap (a). In § 5.3 staat de verdere uitwerking. Een en ander zal normaliter, na het doorlopen van de vijf stappen uit § 4.5, leiden tot aanpassing van de grondconstructie in vorm en situering, en/of tot een dwarsprofiel met bijzondere constructies en zelfs in sommige gevallen leiden tot een geheel nieuw dijktracé.

De constructieve uitwerking

Enkele bouwstenen ten behoeve van de constructieve uitwerking van de dwarsprofielen staan in de paragrafen 5.4 tot en met 5.8:

• Het dwarsprofiel moet worden beschermd door een bekleding (§ 5.4).
• De aansluiting van een dijklichaam aan kunstwerken, duinen en hoge gronden vraagt aangepaste constructies (§ 5.5).
• In een aantal gevallen moet op, in of rond het dijklichaam een plaats worden gevonden voor, of rekening worden gehouden met, reeds bestaande objecten die niet bijdragen aan de functie waterkeren (§ 5.6).
• In § 5.7 staat een overzicht van dwarsprofielen met een bijzondere vorm, die alleen of in samenhang met het geoptimaliseerde grondprofiel kunnen worden toegepast bij specifieke functionele eisen.
• De inrichting met het oog op het dagelijks beheer wordt behandeld in § 5.8.