Afdekken van onzekerheden - Methode ‘Bewezen Sterkte’ (deterministisch)

Afdekken van onzekerheden

De gangbare werkwijze bij de beoordeling van de waterkerende veiligheid van een dijk komt er op neer dat op basis van beschikbare informatie, en de (gebieds) ervaring en inzichten van de adviseur, ten aanzien van alle relevante gegevens een meer of minder veilige schematisering wordt vastgesteld. Deze veilige of conserva- tieve schematisering vormt vervolgens mede het uitgangspunt voor bijvoorbeeld de beoordeling van de stabiliteit van de dijk.

Een voor de hand liggende fout is dat deze aanpak ook wordt toegepast bij de berekening van de stabiliteitfactor voor de historische situatie. In dat geval echter voldoet deze aanpak niet meer. Zoals immers al aangegeven moet worden aan- genomen dat de situatie ten aanzien van bepaalde relevante gegevens toen best wel eens gunstiger kan zijn geweest dan voor de huidige maatgevende situatie

veiligheidshalve moet worden aangenomen. Het praktische gevolg hiervan is dat niet-systematische onzekerheden moeten worden afgedekt door bij de stabiliteitsanalyse van de historische situatie uit te gaan van voor de stabiliteit gunstige schematiseringen. Dit is dus tegengesteld aan de manier waarop normaliter onzekerheden worden afgedekt.

Deze benadering met voor de stabiliteit gunstige schematiseringen voor de historische situatie leidt uiteraard tot een ‘hoge’ waarde van de stabiliteitfactor voor de historische situatie Υstab,his, en daarmee tot een ‘lage’ waarde en dus veilige inschatting voor de correctiefactor Υcor.

Het hier beschreven principe van veilig schematiseren in zowel toetssituatie als historische belastingsituatie is in Tabel 3 meer veralgemeniseerd weergegeven

Tabel 3

Afdekken niet-systematische onzekerheden in de toetssituatie en historische situatie

Een bijkomend gevolg van de aanwezigheid van niet-systematische onzekerheden, en de wijze waarop die moeten worden afgedekt, is dat ook systematische onzeker- heden niet langer op voorhand op een veilige manier worden afgedekt met een conservatieve schematisering. Een conservatieve schematisering van bijvoorbeeld de laagopbouw is weliswaar veilig bij toepassing van de standaardwijze van beoordelen van de huidige maatgevende situatie, maar is dit niet noodzakelijk meer wanneer de historische situatie bij de beoordeling wordt betrokken. Het is immers mogelijk dat een minder conservatieve inschatting van de laagopbouw harder doorwerkt in de verlaging van de correctiefactor dan in de verhoging van de stabiliteitfactor voor de huidige maatgevende situatie.

Een praktische werkwijze om dit type onzekerheid af te dekken is uit te gaan van verschillende mogelijke scenario’s. Dit houdt in dat de ‘Bewezen-Sterkte’-analyse voor verschillende denkbare scenario’s wordt uitgevoerd, en dat vervolgens de voor het bewijs meest ongunstige, maar redelijkerwijs niet uit te sluiten scenario veiligheidshalve voor waar wordt aangenomen. Indien dit tot een onbevredigend resultaat leidt zou een vervolgstap in het bewezen-sterkte-onderzoek kunnen zijn dat aanvullend grondonderzoek wordt uitgevoerd om zo’n scenario (met grote betrouwbaarheid) te kunnen uitsluiten.

In Tabel 4 is voor de vier beschouwde typen van gegevens het type onzekerheid weergegeven, evenals de wijze waarop daarmee moet worden omgegaan om deze onzekerheid voldoende af te dekken. Direct onder de tabel is per gegevens- type een nadere toelichting gegeven.

Tabel 4

Afdekken van onzekerheden bij correctiefactor aanpak

Onzekerheden betreffende laagopbouw

Onzekerheden betreffende laagopbouw zijn te beschouwen als systematisch en kunnen dus worden afgedekt door middel van de scenario-aanpak. Een praktische benadering is naast de bestaande conservatieve schematisering ook een ‘gemiddelde’ en een ‘optimistische’ schematisering vast te stellen waarop de ‘BewezenSterkte’-methode wordt toegepast. Naar aanleiding van de resultaten voor de verschillende scenario’s kan vervolgens worden besloten het ongunstigste scenario te accepteren, dan wel te proberen deze door middel van daarop gericht grondonderzoek te elimineren.

Voor de duidelijkheid wordt opgemerkt dat het vastgestelde maatgevende scenario voor toepassing van de methode ‘Bewezen Sterkte’, als dit een op zich optimistisch scenario is, mogelijk tot direct een voldoende resultaat zal leiden wanneer dat scenario wordt onderworpen aan de standaard beoordeling voor de huidige maat- gevende situatie. Het spreekt vanzelf dat een dergelijke ‘uitwisseling’ tussen de twee aanpakken niet de bedoeling is. De methode ‘Bewezen Sterkte’ is gebaseerd op een relatieve beoordeling van de veiligheid: de stabiliteitfactor voor de huidige maatgevende situatie moet met voldoende waarschijnlijkheid tenminste een factor

Υn·Υdgroter zijn dan de stabiliteitfactor voor een overleefde historische situatie waarin de belastingen vergelijkbaar of ongunstiger waren. Aan de andere kant is

de standaard beoordeling een absolute beoordeling: de berekende stabiliteitfactor voor de huidige maatgevende situatie moet namelijk groter zijn dan Υn·Υd.

Onzekerheden betreffende laageigenschappen

Voor wat betreft de onzekerheid ten aanzien van de grondeigenschappen per laag geldt precies hetzelfde als voor laagopbouw van dijk en ondergrond: het verschil tussen historische en huidige situatie is normaal gesproken te verwaarlozen, al zal ook dit uitgangspunt iedere keer geverifieerd dienen te worden. Dit houdt in dat in beginsel ook voor het volumegewicht en de schuifsterkte het effect van onzeker- heden middels een scenarioaanpak in kaart moet worden gebracht, en zo nodig in voldoende mate moet worden afgedekt.

Echter in beginsel. Het onderliggende idee van de methode ‘Bewezen Sterkte’ is namelijk dat de tegenstelling tussen enerzijds een te lage stabiliteitfactor en anderzijds de constatering dat de dijk toch is blijven staan, uitsluitend kan zijn veroorzaakt door een onderschatting van de schuifsterkte van de grond, wanneer alle overige onzekerheden die een rol spelen in voldoende mate worden afgedekt. Daarmee is de berekende correctiefactor te beschouwen als een impliciete opwaardering van de schuifsterkte, en hoeft de onzekerheid ten aanzien van de schuifsterkte niet nader in beschouwing te worden genomen door deze mee te nemen in de scenario-aanpak.

Tenslotte wordt opgemerkt dat het in principe mogelijk is de impliciete opwaarde- ring van de schuifsterkte expliciet te maken, door terug te rekenen welke schuif- sterkte nodig is om de opgewaardeerde stabiliteitfactor te vinden (dit kan bijvoor- beeld wenselijk zijn indien de informatie uit een veilig gekeerd historisch hoogwater wordt gebruikt om de ontwerpberekeningen van een dijkversterking aan te scher- pen). Indien een schuifvlak door gelaagde grond gaat begint echter de vraag een rol te spelen welke verdeling van de mate van opwaardering over de verschillende lagen de juiste is. Een evenredige opwaardering is uiteraard slechts een van de vele mogelijkheden en in veel gevallen waarschijnlijk onjuist. Een generiek recept voor hoe hiermee om te gaan is op dit moment nog niet voorhanden.

Onzekerheden betreffende waterspanningen

De onzekerheden betreffende waterspanningen worden in beginsel opgevat als niet-systematische onzekerheden. Deze opvatting behoeft nuancering omdat de geohydrologische respons van de dijk en de ondergrond op variaties van de buiten- waterstand, hetgeen in belangrijke mate bepalend kan zijn voor de optredende waterspanningen, een in beginsel systematische onzekerheid is. Toevallige effecten, zoals invloed van neerslag, zijn zonder meer niet-systematisch.

Een belangrijke reden om onzekerheden betreffende de geohydrologische respons in beginsel toch als min of meer niet-systematisch op te vatten is dat kleine ver- anderingen, zowel binnen het beoordelingsprofiel als ook daarbuiten, grote invloed kunnen hebben op de geohydrologische respons. Denk bijvoorbeeld aan de invloed van structuurvorming in de afdekkende kleilaag, het dempen, graven of uitdiepen van een kwelsloot, het optreden van zettingen, baggerwerkzaamheden in het voorland van de dijk etc. Het zal in de meeste gevallen erg moeilijk zijn om met voldoende zekerheid uit te sluiten dat er bij de inventarisatie van verschillen tussen de historische situatie en huidige situatie geen enkele (uit oogpunt van waterspanningen) mogelijk belangrijke verandering is gemist.

Vanwege deze deels bekende maar deels ook onbekende veranderingen die invloed hebben op de geohydrologische respons, dient de schematisering van het waterspanningsbeeld in de historische situatie veiligheidshalve te worden gebaseerd op optimistische in plaats van conservatieve uitgangspunten ten aan- zien van de geohydrologische respons. Dit betekent dat bij het bepalen van de waterspanningen in de historische situatie, aan de hand van de geohydrologische configuratie van de dijk, moet worden nagegaan op welke punten die configuratie vroeger mogelijk gunstiger kan zijn geweest dan voor de toekomst moet worden aangenomen. Dit betekent bijvoorbeeld eveneens dat voor de analyse van de historische situatie ook de aanname van een conservatieve stationaire berekening kritisch moet worden bekeken en dat zo nodig uitgegaan moet worden van instatio- naire rekenmodellen. Deze werkwijze heeft uiteraard een negatief effect op de correctiefactor.

Een uitzondering kan worden gemaakt voor die gevallen waarin heel weinig bekend is over de geohydrologische systematiek van de dijk. Voor de toetsing zal men dan geneigd zijn alle mogelijke duidelijk verschillende scenario’s te beschouwen en het ongunstigste scenario als uitgangspunt voor de toetsing te nemen. Het is niet reëel om dan, ten behoeve van de ‘Bewezen-Sterkte’-analyse, voor de historische situatie uit te gaan van het meest gunstige scenario. In dat geval verdient het aanbeveling om de ‘Bewezen-Sterkte’-analyse te baseren op het doorrekenen van de verschillende scenario’s, conform de beschreven werk-

wijze bij onzekerheden over de ondergrondopbouw. Wel moet binnen de scenario’s weer nauwgezet gekeken worden naar mogelijke detailverschillen tussen historische en toekomstige situatie.

Bij de schematisering van de waterspanningen spelen daarnaast ook andere, min of meer onvoorspelbare, componenten een rol, waarbij met name wordt gedacht aan de cumulatieve invloed van voorafgaande neerslag op de ontwikkeling van de freatische lijn. Indien er weinig of geen informatie te vinden is over de opgetreden neerslag in de periode voorafgaand aan het historisch hoogwater moet veiligheidshalve worden aangenomen dat er geen of nauwelijks neerslag is geweest. Als indicatie kan worden aangehouden dat variaties van de freatische lijn ter plaatse van de binnenkruinlijn als gevolg van normale (niet extreme) neerslagvariaties ± 0,25 m (ten opzichte van gemiddeld) kunnen bedragen. Dat impliceert dat voor de freatische waterspanningen in de historische situatie uitgegaan zou moeten worden van een freatische stijghoogte ter plaatse van de binnenkruinlijn die circa 0,5 m lager ligt dan aangenomen wordt voor de toetssituatie. Ook dit heeft een negatief effect op de correctiefactor.

Voor aanwijzingen over de schematisering van waterspanningen wordt verwezen naar het ‘Technisch Rapport Waterspanningen bij Dijken’ [16]. Deze aanwijzingen zullen toegespitst zijn op de gangbare werkwijze van voldoende conservatief schematiseren van het waterspanningsbeeld. Op welke manier nu een voldoende optimistische schematisering van de historische situatie moet worden gemaakt kan onmogelijk in de vorm van een generiek recept worden beschreven. Hierbij zal dus noodzakelijk de ervaring en het inzicht van de adviseur een belangrijke rol spelen.

Onzekerheden betreffende bovenbelasting

Volgens de huidige regels moet bij de beoordeling van de stabiliteit van een dijk rekening worden gehouden met een bovenbelasting van 13 kN/m² over een strookbreedte van 2,5 meter. Veiligheidshalve moet er bij de analyse van de historische situatie van uit worden gegaan dat er geen bovenbelasting aanwezig is geweest. Ook dit uitgangspunt heeft een ongunstig effect op de berekende waarde van de correctiefactor.