De uitwerking voor macro- instabiliteit in de Leidraad Rivieren - Partiële veiligheidsfactoren voor controle op macro-instabiliteit bij dijken

Format voor controle op macro-instabiliteit

In de LR [1] en het bijbehorende Addendum bij het TRWG [4] is, evenals dat in voor-gaande Leidraad voor het Ontwerpen van Rivierdijken [13] het geval was, een iets anders opgezet format gebruikt voor het controleren van de macro- stabiliteit van dijktaluds.

Aan de belasting kant (hydraulische belasting en verkeersbelasting) wordt uitgegaan van voorgeschreven ontwerpwaarden (de maatgevende hoogwaterstand, de in rekening te brengen verkeersbelasting). Belastingfactoren zijn hierbij niet aan de orde, omdat onzekerheden over belastingparameters al voldoende verdisconteerd (geacht) zijn in de voorgeschreven ontwerpwaarden in het voorschrift.

Toepassing van het LRFD- concept bij geotechnische analyses is in de oude TAW- leidraden beperkt gebleven tot de faalmechanismen analyse ‘macro-instabiliteit’

(= afschuiven van het binnen of buitentalud van een dijk) en (in mindere mate) ‘piping’. Ook in de nieuwe Leidraad Rivieren is dit nog steeds het geval. Voor con- trole op andere faalmechanismen, zoals micro-instabiliteit, zettingsvloeiing, enz., werd en wordt nog steeds uitgegaan van het ‘overall veiligheidsfactor’ format (zoals opgenomen in het TRWG [3]).

Bij het faalmechanisme ‘macro-instabiliteit’ worden partiële veiligheidsfactoren toe- gepast op de parameters die de schuifsterkte (in een effectieve spanningsanalyse) bepalen, namelijk de cohesie en de (tangens van de) hoek van inwendige wrijving. Voor de nieuwe LR zijn nieuwe partiële veiligheidsfactoren voor de schuifsterkte- parameters afgeleid, ter vervanging van de veiligheidsfactoren in de oude Leidraad. De reden hiervoor was o.a. dat de veiligheidsfactoren in de oude Leidraad gebaseerd waren op celproef- empirie, terwijl deze proeven eind jaren negentig zijn afgeschaft als basis voor advisering.

De nieuwe partiële veiligheidsfactoren zijn gerelateerd aan het beveiligingsniveau van het dijkringgebied waarvan de dijk onderdeel is. In de oude leidraad waren deze factoren, vanwege praktisch gemak, opgesplitst in zogenaamde materiaalfactoren en schadefactoren. Benadrukt moet echter worden dat vanuit theoretisch oogpunt deze twee factoren onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Samen zorgen ze voor voldoende veiligheid tegen afschuiven van het binnentalud van een dijk. In de nieuwe leidraad wordt, om dezelfde praktische reden, de splitsing in materiaalfactoren (nu ook wel basismateriaalfactoren genoemd) en schadefactoren weer toegepast.

Analoog aan de vergelijkingen (A.1) …(A.3) geven we hier de uitdrukkingen die horen bij het toetsen van de macro- stabiliteit van dijktaluds. De mate van stabiliteit van een dijktalud wordt uitgedrukt in een stabiliteitsfactor, F. Deze is afhankelijk van de opbouw van de dijk en de ondergrond (grondlagen), externe belastingen op de dijk, (grond)waterspanningen, volumegewichten en schuifsterkteparameters van de grond in de verschillende grondlagen. Omdat de veiligheidscriteria geheel toegespitst zijn op de partiële veiligheidsfactoren voor de schuifsterkteparameters zullen we, als symbolische notatie in deze paragraaf, F als functie van drie variabelen schrijven, namelijk de schuifsterkteparameters cohesie, c’, de tangens van de hoek van inwendige wrijving, tan(ϕ’), en een parameter die de schematisering van de overige

voor het probleem relevante variabelen reflecteert, aangeduid als S. Het criterium voor macrostabiliteit is:

waarin de rekenwaarden voor cohesie en tangens van de hoek van inwendige wrij- ving worden berekend als:

In vergelijking (A.4) is Fdde notatie voor de stabiliteitsfactor, berekend bij reken- waarden voor de schuifsterkteparameters, c’dde notatie voorrekenwaarden van de cohesies in de verschillende grondlagen, tan(ϕ’)d de notatie voor de rekenwaarden van de tangens van de hoek van inwendige wrijving in de verschillende grondlagen, γd de modelonzekerheidsfactor (zie later in deze bijlage), γn de schadefactor en γb de schematiseringfactor. In vergelijking (A.5) zijn γm, c’ en γm, tan(ϕ’) de basis- materiaalfactoren. Verder zijn c’repen tan(ϕ’)rep de representatieve (veilige onder- grens) waarden voor de cohesie en de tangens van de hoek van inwendige wrijving. Bij waterkering worden deze schuifsterkteparameters doorgaans ontleend aan (locale of regionale) proevenverzamelingen en zijn deze representatieve waarden de daaruit afgeleide 5% karakteristieke ondergrenzen.

Basismateriaalfactoren en schadefactoren voor stabiliteitscontrole binnentalud

De voor het ontwerpen van rivierdijken voorgeschreven basismateriaalfactoren

γm, c’ en  γm, tan(ϕ’)zijn, voor verschillende grondsoorten (zand, veen en klei) weerge- geven tabel A.1. Deze materiaalfactoren zijn afgeleid met behulp van probabilisti- sche analyses van de stabiliteit van dijktaluds, waarbij uitgegaan is van toelaatbaar geachte kansen op macro-instabiliteit die, onder andere, gekoppeld zijn aan de beveiligingsnorm voor het dijkringgebied waar de dijk onderdeel van is. Hieronder wordt een rekenrecept gegeven waarmee deze toelaatbare instabiliteitkans kan worden vastgesteld.