Macro-stabiliteit - Stabiliteit

Falen van de waterkering kan optreden door het afschuiven van een grote hoeveelheid grond (macro-instabiliteit) of door het meenemen van gronddeeltjes met het uittredende water (micro­-instabiliteit). In de navolgende twee paragrafen worden deze twee vormen van instabiliteit afzonderlijk belicht.

Macro-stabiliteit

Om enig inzicht in de problematiek betreffende niet-waterkere­nde objecten in waterkeringen te krijgen zijn een aantal stabiliteitsanalyses gemaakt. In eerste instantie is een initiële situatie beschouwd (zie figuur 24). Dit wordt gezien als een nulsituatie. Voor de geometrie is uitgegaan van een 5 meter hoge dijk met taluds van 1 op 3. Als grondslag met de bijbehorende parameters is uitgegaan van situaties zoals deze in West-Nederland voorkomen.
Een aantal veranderende aspecten hebben invloed op de stabili­teit van de waterkering:

1. de belastingen;
2. de geometrie;
3. het grondgedrag;
4. het waterspanningsverloop.

Niet-waterkerende objecten hebben op al deze aspecten hun invloed zij het in mindere mate op de bodemopbouw. Teneinde een kwantitatieve indicatie te verkrijgen omtrent de invloed van deze aspecten zijn ze vertaald in de volgende veranderin­gen ten opzichte van een nulsituatie:

ad. a

1. windbelasting op bomen;
2. belasting ten gevolge van eigengewicht van lichte bebouwing;
3. belasting ten gevolge van eigengewicht van zwaardere bebouwing;
4. combinatie van lichte bebouwing en windbelasting;
5. verkeersbelasting op de kruin.

ad. b

1. sleuf in de kruin;
2. sleuf in de teen.

ad. c

1. geroerde grond in de kruinsleuf;
2. geroerde grond in de teensleuf.

ad. d

1. verhoging van de freatische lijn met ½, 1, 1½ meter.

Voor elk van deze veranderingen zijn oriënterende berekeningen gemaakt voor de binnenwaartse stabiliteit. In figuren 24 tot en met 29 is de geschematiseerde doorsnede van een aantal varianten weergegeven.

Belastingen

De extra belastingen die een aandrijvend moment geven, zijn in principe de windbelasting, het eigen gewicht en de verkeersbe­lasting. De extra belastingen ten gevolge van bebouwing zijn schematisch in een stabiliteitsanalyse op te nemen. De windbelas­ting zal bij vrij lage bebouwing een ondergeschikte rol spelen gezien het feit dat deze in verhouding maar een kleine bijdrage tot het aandrijvend moment kan spelen (zie tabel 3). De invloed van het eigen gewicht en de aanpassing van het profiel kunnen gunstig en ongunstig werken en kan per situatie verschillen. De trend in het voorbeeld is een ongunstiger evenwichtsfactor bij een groter eigen gewicht. Wat opvalt is dat, de verkeersbelasting een relatief grote invloed heeft op de evenwichtsfactor.

Geometrie

De geometrie kan veranderen door ontgrondingen. Ontgronding ten gevolge van een leiding kan door een drietal oorzaken optreden, namelijk als gevolg van:

1. graafwerkzaamheden;
2. omvallen van bomen;
3. breuk, explosie of lekkage van leidingen.

Teneinde de invloed op de stabiliteit van een sleuf van 1 meter diep en 3 meter breed in de kruin en in de teen van de dijk te kwantificeren is voor 2 dwarsdoorsneden de stabiliteitsfactor berekend. De resultaten van de berekening staan weergegeven in figuren 26 en 27 en in tabel 3. De stabiliteitsfactor bij het sleuf in de kruin neemt zelfs toe ten opzichte van de nulsituatie ten gevolge van een afname van het aandrijvend moment; bij de sleuf in de teen neemt de stabiliteitsfactor circa 10% af. Bij een sleuf in de kruin of de teen van de dijk zal de maatgevende glijcirkel over het algemeen deze sleuf snijden. In dat geval zal het effect op de macro-stabiliteit bij een sleuf in de teen van de dijk negatief zijn, omdat een stuk passieve weerstand c.q. schuifsterkte verloren gaat; de stabiliteitsfactor neemt daardoor af. Het effect op de macro-stabiliteit van een sleuf in de kruin van de dijk zal meestal positief zijn doordat een deel van het aandrijvend moment weggehaald wordt, terwijl het verlies aan schuifsterkte relatief klein is.

Grondgedrag

Bij een wederaanvulling van een sleuf of bij verweking door lekkage of explosie zullen de grondparameters voor wat betreft de sterkte kleiner worden. Om de invloed op de stabiliteit van een halvering van de schuifsterkte in de sleuf of plastische zone te kwantificeren worden twee stabiliteitsberekeningen vergeleken. Hierbij is dezelfde geometrie gekozen als in de figuren 26 en 27 alleen is hier de sleuf weer aangevuld met een materiaal dat de helft van de oorspronkelijke schuifsterkte bezit. Het resultaat is weergegeven in tabel 3. Hieruit blijkt dat voor deze geometrie een halvering van de sterkteparameters ter plaatse van de sleuf nagenoeg geen effect heeft op de stabiliteit.

Waterspanningsverloop

Teneinde het effect van een veranderende freatische lijn op de veiligheid van de waterkering te kwantificeren zijn 4 stabiliteitsberekeningen gemaakt waarin deze lijn wordt verhoogd. In deze berekening is uitgegaan van verhogingen van de freatische lijn van 0,5 tot 2,0 m ten opzichte van de normale situatie bij maatgevend hoogwater (zie figuren 28 en 29). De verhoging van 0,5 m komt overeen met de verhoging die toegepast wordt als rekening gehouden wordt met hevige neerslag [2], [3] en [4]. Een verhoging van 2,0 m zou bij een lekkende waterleiding kunnen voorkomen.

Conclusies

Uit de resultaten van de rekenvoorbeelden blijkt dat vooral bij de verandering van de waterspanningen een grotere invloed op de evenwichtsfactor waarneembaar is. Daarnaast is de invloed van verkeersbelasting duidelijk aanwezig. Opgemerkt wordt dat de berekeningen slechts een indruk geven van de orde van grootte waarmee de veiligheid van een dijk verandert bij een stijgende freatische lijn: bedacht moet worden dat voor andere geometrieën of grondslagen de uitkomsten zullen verschillen.