Stappenplan - Methode ‘Restbreedte bij Overhoogte’

Stappenplan

De gedetailleerde methode wordt in vier stappen uitgevoerd:

1. Inventarisatie dijkvakken

2. Vaststellen representatief profiel

3. Bepalen restbreedte na afschuiven

4. Effectstudie

In het navolgende wordt ingegaan op elk van deze vier stappen, voor zowel hoogwatersituaties als omstandigheden met extreme neerslag.

Stap 1. Inventarisatie dijkvakken

Alleen voor dijkvakken, die aan de volgende criteria voldoen kan de gedetailleerde ‘Restbreedte-bij-Overhoogte’-methode worden toegepast:

• Overslagdebiet q < 0,1 l/m/s (eis aan minimaal vereiste kruinhoogte)

  Deze eis wordt gesteld uit overwegingen met betrekking tot erosie van het binnentalud. Na een afschuiving van het binnentalud komt de dijkkern bloot te liggen, en om die reden is slechts een klein overslagdebiet acceptabel.

• Stabiliteitfactor γ ≥ 1,0

  Naast de eisen die aan de dijkzone met een waterkerende functie worden gesteld, worden er bijkomende eisen gesteld aan de overige dijkzones. Voor constructies ten behoeve van andere functies dan waterkeren gelden de TGB- normen. Op basis van de klasse-indeling (klasse I: β = 3,2, klasse II: β = 3,4 en klasse III: β = 3,6) is een eis gesteld aan de stabiliteitfactor van het binnen- talud van de dijk (buiten de waterkerende zone) van γ = 1,0 (op basis van rekenwaarden van de schuifsterkte-eigenschappen, conform het ‘Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies’ [29]). Deze ondergrens is mede te motiveren uit beheer- en onderhoudsoverwegingen. Voor zeer locale glijvlakken, die geen gevaar voor de omgeving geven (bijv. slootkanten) kan een lichtere eis gehanteerd worden van bijvoorbeeld γ = 0,8 (op basis van rekenwaarden en β = 1,8 conform CUR-rapport 162 ‘Construeren met grond’ [9]).

Geen opdrijfsituatie

Indien de deklaag in het achterland opdrijft, kan de insnijding van de glijvlakken met onvoldoende zekerheid bepaald worden. De geavanceerde methode biedt mogelijkheden voor het uitvoeren van een gevoeligheidsanalyse van de plaats waar de insnijding van de primaire glijcirkel plaatsvindt. Op grond daarvan kunnen dan mogelijk ook profielen waarbij opdrijven wel een rol speelt op basis van voldoende restprofiel als voldoende worden beoordeeld.

Stap 2. Vaststellen representatief profiel

Voor een juiste beoordeling van de restbreedte dient het maatgevend dwarsprofiel van het dijkvak te worden gezocht. Dit is het profiel waar de restbreedte na afschui- ven minimaal is. Nadrukkelijk wordt opgemerkt dat het maatgevend profiel voor de ‘Restbreedte-bij-Overhoogte’-analyse een ander profiel kan zijn dan het profiel dat maatgevend wordt bevonden bij de ‘traditionele’ beoordeling van de stabiliteit. Het maatgevend profiel hangt in dit geval af van met name overhoogte (ten opzichte van de minimaal vereiste kruinhoogte), de kruinbreedte, de kerende hoogte, en de stabiliteitfactor van glijvlakken.

Vaak zal niet op voorhand duidelijk zijn welk profiel maatgevend is, en moeten dus meerdere mogelijk maatgevende profielen worden onderzocht. Daarbij kan, indien beschikbaar, gebruik worden gemaakt van reeds aanwezige stabiliteits- berekeningen uit eerdere studies. De profielkeuze voor deze berekeningen is dus echter op andere criteria gebaseerd dan de profielkeuze voor de ‘Restbreedte-bij-Overhoogte’ -analyse. Het kan derhalve voorkomen dat extra stabiliteits- berekeningen benodigd zijn.

Stap 3. Bepalen restbreedte na afschuiven

Aan de hand van een representatief profiel wordt de restbreedte van de kruin

(op minimaal vereiste kruinhoogte) bepaald. Daarbij kunnen de substappen zoals weergegeven in Tabel 1 worden onderscheiden.

Onderbouwing van substap 3.2

Aangenomen wordt dat in geval van bezwijken de afschuivende grondmoot van de primaire afschuiving tot rust komt, wanneer het aanvankelijke hoogteverschil H tussen de bovenbegrenzing van het actieve gedeelte (oorspronkelijke kruinhoogte) en het passieve gedeelte (oorspronkelijk maaiveld of bodem watergang) is gehal- veerd, zie Figuur 7).

Deze ‘veilig’ lijkende aanname wordt ondersteund door waarnemingen die zijn gedaan bij een aantal schadegevallen als gevolg van stabiliteitsverlies. Deze schadegevallen zijn weergegeven in Tabel 2. Het overzicht in de tabel is ontleend aan de ‘Discussienota over Reststerkte na Afschuiving’ [13].

Tabel 2

Samenvatting schade-inventarisatie

Uit de tabel blijkt dat de afschuiving in vrijwel alle gevallen is gestopt bij een kruin- zakking ter grootte van 20 à 35% van de kerende hoogte (0,2 à 0,35 H).

Onderbouwing van substap 3.3

Aangenomen wordt dat in het overblijvende lichaam opnieuw een actief glijvlak (secundaire afschuiving) kan ontstaan. De afmetingen van dit rechte glijvlak zijn afhankelijk van het dijkmateriaal.

De hoek α van het talud van het restprofiel wordt gedefinieerd als de hoek die dit talud maakt met het maaiveld, of als helling 1 : tan α (zie Figuur 8). In het geval van een heterogeen pakket dient te worden uitgegaan van de maatgevende grondsoort.

Figuur 8

Helling van het resttalud

De te volgen regels bij bepaling van de helling van het resttalud na secundaire afschuiving zijn hieronder beknopt beschreven. Voor een nadere uiteenzetting wordt verwezen naar ‘Zonering binnentalud (implementatie in MStab)’ [34] en ‘Stabiliteitsbeoordeling bij overgedimensioneerde dijken’ [35].

Restprofiel in klei

Een resthelling van 1:2 mag aangehouden worden indien:

1 ) Cu> 3,5 * H

waarin:

Cu = ongedraineerde schuifsterkte [kPa]

H = kerende hoogte [m]

Indien de schuifsterkte hieraan niet voldoet, dan zal iedere cirkel die de dijk aantast de waterkerende functie van de dijk aantasten.

Restprofiel in zand

De helling van het talud van het restprofiel in zand is vooral afhankelijk van de volumieke massa en de hoek van inwendige wrijving, maar ook de dilatantiehoek en de volumieke massa van het stromende water spelen een rol. Omdat er zo veel parameters invloed hebben is het gevaarlijk om door middel van een formule een resthelling te bepalen. Een helling van 1:4 is echter een veilige aanname zolang de representatieve hoek van inwendige wrijving meer dan 22 graden is. Indien men scherper wil ontwerpen, dan is het mogelijk de helling te bepalen volgens de geschetste methode in bijlage A-2 van het rapport ‘Stabiliteitsbeoordeling bij overgedimensioneerde dijken’ [35]. Uitgangspunt is dat het zand goed verdicht is. Bij slecht verdicht of verwekingsgevoelig zand is een helling van 1:7 een veilige aanname.

Restprofiel in veen

Voor de helling van het restprofiel in veen kan nog geen wetenschappelijke onderbouwing worden gevonden. Deze helling is niet alleen afhankelijk van sterk- teparameters, maar ook van erosie en andere factoren. Gevoelsmatig kan gesteld worden dat de helling tussen die van zand in klei in zal liggen. Om aan de enigszins veilige kant te blijven is ervoor gekozen om ook voor het restprofiel in veen een helling van 1:4 aan te nemen en een eis aan ongedraineerde schuifsterkte te stellen:

waarin:

Cu = ongedraineerde schuifsterkte [kPa]

H = kerende hoogte [m]

Indien nu de resterende breedte na primaire en secundaire afschuiving op het niveau van de minimaal vereiste kruinhoogte voldoet aan de eis van de minimaal vereiste kruinbreedte, dan krijgt de dijk een veiligheidsoordeel voldoende. Is de resterende breedte na afschuiven minder dan de minimaal vereiste kruinbreedte, dan kan mogelijk met de geavanceerde methode de veiligheid toch als voldoende worden beoordeeld. In deze benadering dient een onzekerheids- / gevoeligheids- analyse te worden uitgevoerd van alle stappen in de reststerkte-beoordeling.

Onderbouwing van substap 3.4

De minimaal vereiste kruinhoogte voor de bepaling van de restbreedte na afschui- ving is de hoogte van het dwarsprofiel waarbij bij Toetspeil of bij het ontwerppeil voor de bepaling van de kruinhoogte van de dijk het overslagdebiet maximaal 0,1 l / m/ s bedraagt.

De maatgevende omstandigheid voor de bepaling van de minimaal vereiste kruin- hoogte van de dijk kan anders zijn dan de maatgevende omstandigheid voor de bepaling van de geotechnische stabiliteit van de dijk. Voor de bepaling van de minimaal vereiste kruinhoogte van de dijk zijn de hoogte van de waterstand en de golven maatgevend, terwijl voor de geotechnische stabiliteit de hoogte en de duur van de waterstand maatgevend zijn. Zo zijn bijvoorbeeld bij een aantal locaties langs het IJssel- en het Markermeer stormomstandigheden bepalend voor de minimaal vereiste kruinhoogte van de dijk (kortdurende hoge waterstand met golven) en is het meerpeil bepalend voor de geotechnische stabiliteit (langdurende minder hoge waterstand).

Voor de bepaling van de minimaal vereiste kruinhoogte voor de ‘Restbreedte-bij- Overhoogte’-analyse moet nagegaan worden welke van de omstandigheden met gelijke overschrijdingsfrequentie maatgevend is:

• Toetspeil of ontwerppeil voor de bepaling van de kruinhoogte van de dijk;

• maatgevend peil voor geotechnische stabiliteit;

• Stap 4 Effectstudie

  combinatie van een lager kortdurend peil dan 1 en een hoger langdurend peil dan 2.

  Het gaat hierbij uiteraard niet alleen om de hoogte en het verloop in de tijd van de waterstand, maar ook om de bijbehorende golven.

  Het bepalen van de maatgevende omstandigheid voor de minimaal vereiste kruin- hoogte voor de ‘Restbreedte-bij-Overhoogte’-analyse is complex en omvangrijk. Het effect van meerdere omstandigheden met gelijke overschrijdingsfrequentie moet doorgerekend worden. Aanbevolen wordt deze analyse door deskundigen uit te laten voeren.

  Een veilige benadering voor de bepaling van de minimaal vereiste kruinhoogte voor de ‘Restbreedte-bij-Overhoogte’-analyse is om uit te gaan van Toetspeil of ontwerppeil voor de bepaling van de kruinhoogte van de dijk.

  Omdat na afschuiving sprake is van een gedeeltelijk onverdedigde kruin en binnen- talud, waardoor bij overslag versneld erosie op kan treden, is het toelaatbaar over- slagdebiet maximaal 0,1 l/m/s.

  In situaties waarover meer informatie bestaat en bij voortschrijdende kennis en inzichten kan mogelijk alsnog uitgegaan worden van een lagere minimaal vereiste kruinhoogte voor de bepaling van de restbreedte na afschuiving. In het kader van dit Technisch Rapport past dit in de geavanceerde methode (paragraaf 3.3).

  Hoewel een afschuiving toelaatbaar kan worden geacht op basis van een voldoen- de restprofiel, dienen ook de effecten van de afschuiving op overige faalmechanis- men van de dijk te worden beoordeeld. Dit wordt behandeld in paragraaf 3.4. Tevens dienen de effecten op al dan niet waterkerende objecten in en in de omge- ving van de dijk te worden beschouwd. Hiervoor wordt verwezen naar paragraaf 3.5.