Case 4 - Bijlage 2

Case 4: Boezemkade

Stap 1: Beschrijving bodemopbouw, geometrie en grondwaterstroming

Grondopbouw en geometrie

De boezemkade die wordt beschreven, ligt in het veenweide gebied tussen Aalsmeer, Utrecht en Leiden. De beschrijving van het profiel is ontleend aan een boezemkade langs de Kromme Mijdrecht. Het is al bekend dat de kade met ca. 0,40 m moet worden verhoogd. Gevraagd is de waterspanningen te bepalen ter beoordeling van de eindstabiliteit van de verhoogde/versterkte kade. In figuur c4.1 is een principeschets gegeven.

Figuur c4.1 Principeschets boezemkade

De opbouw van de ondergrond aan de polderzijde is aan de hand van de sonderingen met waterspanningsmetingen als volgt geschematiseerd:

1. Veen van NAP –1,50 m (MV) tot NAP –5,00 m.
2. Klei (Calais) van NAP –5,00 m tot NAP –7,90 m.
3. Veen van NAP –7,90 m tot NAP – 8,20 m.
4. Klei (Calais) van NAP –8,20 m tot NAP –8,90 m.
5. Basis veen van NAP –8,90 m tot NAP –9,70 m.
6. Pleistoceen zand beneden NAP –9,70 m.

Uit aanvullend grondonderzoek ter plaatse van de kruin blijkt dat de kade bestaat uit een zandlichaam op een dunne kleilaag. Onder de kade bestaat de grondopbouw uit:

1. Niet cohesieve grond of zand (oud wegfunderingsmateriaal) NAP 0,00 m (kruinhoogte) tot NAP –2,00 m.
2. Klei van NAP –2,00 m tot NAP –2,20 m.
3. Veen van NAP –2,20 m tot NAP –5,00 m.
4. Klei (Calais) van NAP –5,00 m tot NAP –8,70 m.
5. Basisveen van NAP –8,70 m tot NAP –9,10 m.
6. Pleistoceen zand beneden NAP –9,10 m.

Op de kade ligt een rijweg met een breedte van 4,70 m. Parallel aan de boezemkade loopt een poldersloot (breedte op maaiveld circa 4,0 m) waarvan de bodem op NAP –3,00 m ligt (bodembreedte circa 1,50 m). De bodem van de boezem ligt eveneens op NAP –3,00 m.

De huidige kadehoogte van NAP 0,00 m moet worden verhoogd tot NAP +0,40 m. Deze verhoging (verzwaring) zal worden uitgevoerd in klei. Op het zandlichaam van de kade wordt een kleilaag aangebracht vanaf de waterlijn onder een helling van 1:2. Dit heeft tot gevolg dat de buiten- en binnenkruinlijn circa 0,60 m polderwaarts worden verlegd. Zie figuur c4.1.

Waterstanden en stijghoogten

Boezempeilen:

• Streefpeil bedraagt NAP -0,40 m.
• Maatgevend Boezempeil (MBP) bedraagt NAP +0,00 m. De ontwerpfrequentie van MBP is niet bekend, maar aangezien de ontwerpfrequentie voor de neerslag 1/300 per jaar is en MBP samenvalt met maatgevende neerslag kan de ontwerpfrequentie van MBP worden benaderd met 1/300 per jaar.
• Polderpeil NAP –2,35 m à NAP –2,40 m.

Bij het bepalen van de ligging van de freatische lijn wordt uitsluitend gebruik gemaakt van peilbuizen en waterspanningsmeters.

Grondwaterstroming en (geo)hydrologische randvoorwaarden

De ligging van de freatische lijn wordt bepaald door:

• de afmetingen van de kade;
• het waterstandsverschil;
• de duur van het waterstandsverschil;
• de doorlatendheid van de kade;
• de indringing van regenwater in de kade, of een reeds aanwezige verhoging van de freatische lijn in de dijk tengevolge van eerdere regenval.

De ligging van de freatische lijn wordt bepaald door de grondwaterstroming door de kade. Afhankelijk van de mate waarin regenwater de dijk binnen kan dringen kan een verhoging van de freatische lijn optreden. De ligging van de freatische lijn is bepaald aan de hand van peilbuizen en waterspanningsmeters die in het kleilichaam zijn geplaatst. Deze ligging is bepaald in relatie met de buitenwaterstand.

Verkeersbelasting – of een andere tijdelijke belasting – zal aanleiding geven tot een verhoging van de waterspanningen in het dijklichaam.

Omdat het verschil tussen dagelijkse omstandigheden en ontwerpomstandigheden relatief gering is, kan een grote betekenis worden toegekend aan de gemeten grondwaterstanden.

In het pleistocene zand heerst een onderspanning, net zoals in het merendeel van de boezemkaden binnen dit beheersgebied. Indien de stijghoogte al een rol zou spelen, zou deze hoogstens een gunstige invloed kunnen hebben met betrekking tot evenwicht. Deze invloed is buiten beschouwing gebleven.

Aanwezige meetgegevens

Er zijn geen bruikbare oude meetgegevens. Om de stationaire situatie te bepalen zijn peilbuizen geplaatst in:

• de kruin, in de zandkern van de kade;
• de binnenkruinlijn eveneens in het zand van de kade;
• ter hoogte van de overgang binnentalud naar maaiveld in het veenpakket (N.B. In een veenpakket is het in het algemeen minder zinvol om peilbuizen te plaatsen, alleen na hele lange tijd zijn deze betrouwbaar, mits de omstandigheden niet wijzigingen).

De stijghoogte in het pleistocene zand is gemeten op 1 locatie:

• ter hoogte van de overgang van binnentalud naar maaiveld.

Gedurende 5 weken is de freatische lijn geregistreerd. Om de invloed van neerslag te bepalen zijn in de profielen behalve de freatische lijn ook de waterspanningen gemeten. Daartoe zijn waterspanningsmeters geplaatst op twee verschillende locaties, zowel diep als ondiep:

• onder de binnenkruinlijn;
• onder de buitenkruinlijn.

Aandachtspunten bij de geohydrologische analyse

Doorslaggevend bij een boezemkade is de bepaling van de ligging van de freatische lijn.

Bij het beoordelen van een boezemkade behoort een visuele verkenning. In deze verkenning dient aandacht te worden besteed aan:

• plaatselijk deformeren van het talud, scheuren in de weg, uitzakken van de onderzijde van de kade (aanwijzing

voor een zeer geringe marge in de stabiliteit);

• natte plekken in de zomer, ijsvorming in de winter (aanwijzing voor lekkage);
• afkalving (kan aanleiding tot latere schade zijn);
• kraters in de sloot (duidt op piping).

Tot slot moet ook worden rekening worden gehouden met een mogelijk toenemende doorlatendheid bij hogere boezemstand (ten gevolge van bijvoorbeeld het aanspreken van hooggelegen doorlatende lagen, zoals oude wegfunderingen). Omdat het hier al een zandkade betreft, zal dit naar verwachting geen grote rol spelen.

Stap 2: mechanismen en belastingscombinaties

Overzicht relevante mechanismen

Opmerkingen ten aanzien van relevante mechanismen zijn:

• macro-instabiliteit binnentalud is zeer belangrijk;
• in principe zal bij laaggelegen achterland en relatief weinig wegende ondoorlatende deklagen (vaak veen) de stabiliteit onder opdrijfcondities aan de hand van het drukstaafmechanisme moeten worden beschouwd;
• in principe moet, afhankelijk van de breedte van de kade, het verschil tussen boezempeil en polderpeil en de dikte en het gewicht van de ondoorlatende deklaag, ook piping worden beschouwd;
• uit gevoeligheidsanalyses en uit de praktijk blijkt dat de ligging van de freatische lijn + potentialen een relatief grote invloed te hebben op de stabiliteit;
• macro-instabiliteit van het buitentalud wordt gewoonlijk niet beschouwd, een snelle val van het boezempeil komt in de praktijk niet vaak voor (al kan falen van de kade op een zekere plaats wel tot snel dalen van het boezempeil leiden, en daarmee tot grote schade of zelfs bezwijken elders leiden).

Met betrekking tot de overweging om bij extreme neerslag geen stabiliteitsanalyse uit te voeren voor het buitentalud, wordt opgemerkt dat de afname van de stabiliteit door het stijgen van de freatische lijn in de kade nagenoeg nihil zal zijn door het grote tegenwerkende watermoment van de boezem. Te meer omdat de situatie van een maatgevend boezempeil is gekoppeld aan neerslag.

Door het geringe verschil tussen Maatgevend Boezempeil en streefpeil van ongeveer 0,40 m wordt niet met een val van de waterstand gerekend.

In deze case blijkt uit archiefonderzoek (vergelijking ligging onderkant boezem met bovenkant eerste watervoerende zandlaag) dat opdrijven en piping geen rol spelen.

Algemeen: oorzaken van waterspanningen bij kaden

In tabel c4.1 is een opsomming gegeven van oorzaken van waterspanningen bij boezemkaden. In de tabel is een opsplitsing gemaakt tussen waterspanningen veroorzaakt door grondwaterstroming en met grondspanning samenhangende waterspanningen.

Tabel c4.1 Oorzaken van waterspanningen bij boezemkaden

Onderscheid freatische lijn en stijghoogte in de ondergrond

Freatische lijn

De case betreft een oorspronkelijke kleikade, die door voortdurend ophogen en aanvullen met funderingsmateriaal, voor de over de kade lopende weg, een relatief doorlatende kern heeft gekregen. Capillaire opstijging speelt nauwelijks een rol.

Stijghoogte in het eerste watervoerend pakket

De stijghoogte in het eerste watervoerend pakket wordt sterk beïnvloed door de diepgelegen polders aan weerszijden van de watergang. Uit TNO-kaarten blijkt een stijghoogte van ongeveer van NAP –5,0 m. Deze is geverifieerd met peilbuismetingen.

In de kade ligt het freatisch vlak veel hoger dan de stijghoogte in het eerste watervoerend pakket.

Drukhoogte in de weinig doorlatende lagen

• Ten gevolge van verkeersbelasting

Omdat er op de kade een rijweg ligt en deze ook in de nieuwe situatie gepland is zal er rekening moeten worden gehouden met een verkeersbelasting. Deze verkeersbelasting wordt alleen beschouwd als tijdelijke belasting (werkt dus alleen door als verhoging van de waterspanning in het slappe lagen pakket).

• Ten gevolge van ophoging

De beoogde verhoging/versterking van de kade zal tijdens de uitvoering en in de periode erna extra waterspanningen veroorzaken.

In het kader van de uitvoeringsbegeleiding wordt het ophoogtempo door deze waterspanningen bepaald, als mede door de voorwaarde dat het werkverkeer over de kade moet kunnen rijden. In de praktijk wordt er gewoonlijk geen rekening mee gehouden dat een kade ook zou kunnen bezwijken ten gevolge van de combinatie van wateroverspanningen die na het ophogen nog aanwezig kunnen zijn en een extreme belasting die groter is dan de belasting in de normale situatie. Strikt genomen is dit geen veilige aanpak. In de praktijk valt het wel wat mee: wateroverspanningen na ophoogwerkzaamheden nemen in het algemeen in de tijd af.

Bovendien is de belangrijkste in de tijd veranderende belasting de neerslagcomponent. Neerslag zal in het algemeen wel tot een verzwaring van het gewicht van de kade leiden en daardoor tot een ongunstigere evenwichtssituatie, maar niet tot een toename van de drukhoogte aan de onderzijde van de waterondoorlatende lagen.

Relevante waterspanningsschematiseringen

In tabel c4.2 is een overzicht gegeven van de relevante waterspanningsschematiseringen.

Tabel c4.2 Relevante waterspanningsschematiseringen excl. uitvoering

Kwantitatieve invulling:

• Relevante waterstanden: zie paragraaf c4.1.2
• Extreme neerslag: 7-daagse bui met overschrijdingsfrequentie 1/300
• Verkeersbelasting: wordt in geotechnische stabiliteitsberekening apart ingevoerd; waterspanningen uit verkeersbelasting wordt gesuperponeerd (aanpassingspercentage 0).