Toetsing en ontwerpconsequenties grondmechanisch onderzoek - Bijlage A Voorbeeld dijken Zwarte Water

Inleiding

De toetsing op veiligheid van het voorbeeldprofiel de Driehoek is uitgevoerd conform de ‘Leidraad Toetsen op Veiligheid’ (LTV1999) [23], de voorloper van het ‘Voorschrift Toetsen op Veiligheid’ (VTV2004 [42], VTV2006 [52]). Voor wat betreft de beoordeling van de macrostabiliteit binnenwaarts is er geen sprake van belangrijke inhoudelijke verschillen tussen de Leidraad en de Voorschriften.

De volgende toetssporen zijn beschouwd:

• Hoogte (HT);
• Piping en Heave (STPH);
• Macrostabiliteit binnenwaarts (STBI);
• Macrostabiliteit buitenwaarts (STBU);
• Microstabiliteit (STMI).

In deze bijlage wordt de beoordeling van de macrostabiliteit binnenwaarts eruit gelicht.

Macrostabiliteit binnenwaarts

Toetsing op de macrostabiliteit binnenwaarts is gebaseerd op een situatie met een maatgevende hoogwaterstand. Het beoordelingsschema voor de stabiliteit van dijken en dammen (figuur 5 - 4.5 uit het VTV2006) is weergegeven in Figuur A 4 weergegeven.

Figuur A 4

Beoordelingsschema stabiliteit voor dijken en dammen (figuur 5 - 4.5 uit het VTV2006)

Stap 1 Eenvoudige toetsing

De eenvoudige toets op macrostabiliteit binnenwaarts betreft een geometrische toets. Het profiel voldoet niet volgens deze toets.

Stap 2 Gehanteerde ontwerpmethode

De dijk is niet recent ontworpen, het is onduidelijk volgens welke Leidraad de waterkering is ontworpen.

Stap 3 Gedetailleerde toetsing

Tijdens het grondonderzoek is voldoende onderzoek verricht om een toetsing volgens de TAW/ENW-Leidraden en Technische Rapporten uit te voeren. Er kan nader onderzoek worden gedaan in de vorm van stabiliteits- berekeningen volgens de methode Bishop.

Bij berekening van de binnenwaartse macrostabiliteit dient volgens de geldende TAW/ENW-Leidraden en Technische Rapporten een minimale schadefactor n = 1,1 te worden gehanteerd. De score goed kan dus bij beoordeling van de binnenwaartse macrostabiliteit worden toegekend bij een veiligheidsfactor van 1,1 of hoger.

Bij de berekening van de veiligheidsfactoren dienen de hydrologische randvoor- waarden te worden vastgesteld. Het effect van de vorming van een freatische lijn in het dijklichaam en het effect van opdrijven van het achterland is van belang voor de stabiliteit van de waterkering. Bij beschouwing van de binnenwaartse macrostabiliteit kunnen twee afschuivingsmechanismen worden onderscheiden; de reguliere cirkelvormige afschuiving en een drukstaafmechanisme, dat optreedt onder opdrijfomstandigheden.

De mogelijkheid voor het optreden van opdrijven van het achterland en het in werking treden van het drukstaafmechanisme is beschouwd door de water- spanningen in het watervoerende pakket uit te rekenen. De berekening is uit- gevoerd conform de richtlijnen uit de ‘Leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken, deel 1 - bovenrivierengebied’ [2].

Toetsing van de stabiliteit van het dijklichaam bij het optreden van het drukstaaf- mechanisme kan worden uitgevoerd door een aanpassing van de reguliere Bishop methode, die wordt gebruikt voor cirkelvormige glijvlakken. De weerstandloze opdrijfzone kan worden gesimuleerd door geen sterkte aan het Holocene pakket toe te kennen in de opdrijfzone.

De freatische lijn in het dijklichaam tijdens MHW omstandigheden is afhankelijk van de grondsoort in de dijk. Bij een slecht doorlatende klei kan bij voldoende neerslag een opbolling van de freatische lijn ontstaan. De hoogte van de opbolling is afhankelijk van de doorlatendheid van de klei.

De klei in de dijk is niet homogeen van samenstelling, zodat het meten van de waterspanningen in het dijklichaam de meest betrouwbare manier is om de mate van opbolling van de freatische lijn vast te stellen. De meetresultaten zijn weer- gegeven in Figuur A 5.

Op basis van de meetresultaten is het volgende uitgangspunt bij de stabiliteits- berekeningen gehanteerd: bij een dijk met een kleikern bevindt de freatische lijn zich 1 meter onder de kruin van de dijk. Aan de zijde van het buitentalud verloopt de freatische lijn lineair naar de hoogte van het MHW. Aan de zijde van het binnen- talud verloopt de freatische lijn lineair tot aan de teen van de dijk.

Figuur A 5

Waterspanningsmetingen in het voorbeeldprofiel

In de toetsing is naast de hydrologische randvoorwaarden uitgegaan van een verkeersbelasting van 13 kPa.

De stabiliteitsberekening resulteert in een veiligheidsfactor van 0,45 (opdrijf- situatie), zie Figuur A 6.

Figuur A 6

Toetsing macrostabiliteit binnenwaarts

Het intredepunt van de gepresenteerde glijcirkel in Figuur A 6 bevindt zich in het binnentalud. Om deze reden wordt gecontroleerd of deze afschuiving als maatgevend kan worden beschouwd. Indien de afschuiving het minimaal benodigd profiel ter voorkoming van overstroming niet aantast, kan een differentiatie van de schadefactor worden toegepast.

Het minimaal benodigd profiel ter voorkoming van inundatie wordt bepaald volgens de ‘Handreiking Constructief ontwerpen’ [14]. De volgende parameters zijn gebruikt:

• MKH = 2,0    [m]        maatgevende kruinhoogte;
• K = 3,0          [m]         minimaal benodigde kruinbreedte;
• n = 2,0          [-]           minimaal benodigde cotangens helling binnentalud;
• H= 3,6          [m]         hoogteverschil kruin en achterland.

Zone 1 = 3,0 + 3,6 = 6,6 m

Het intredepunt van de glijcirkel blijkt zich in zone 1 te bevinden, zodat differentiatie van de schadefactor niet mogelijk blijkt. Hierbij past de opmerking dat een stabiliteit- factor van 0,45 ook voor zone 2 onacceptabel zou moeten worden gevonden.

In de ‘Handreiking Constructief Ontwerpen’ [14] wordt voor zone 2 voor boven- rivieren een schadefactor van 1,0 aanbevolen.

Stap 4 Geavanceerde toetsing

Bewijs van goed gedrag van de waterkering uit een historische belasting- situatie blijkt onbetrouwbaar zodat een beoordeling op basis van bewezen sterkte niet mogelijk is. Het is overigens maar de vraag of een voldoende oordeel op basis van bewezen sterkte, indien dergelijke informatie wel voorhanden zou zijn, wel geaccepteerd zou mogen worden. De stabiliteit- factor die met de stabiliteitsberekening is bepaald is immers dermate laag, dat een gedegen nader onderzoek naar de oorzaak van het verschil in uitkomsten noodzakelijk zou zijn.

Omdat de waarde van de berekende stabiliteitfactor zoveel lager is dan de ver- eiste waarde van 1,1 is besloten ook verder geen poging meer te wagen om via een geavanceerde toets tot een voldoende toetsingsoordeel te komen.

Ontwerpconsequenties en conclusies

De tekortkoming met betrekking tot de binnenwaartse macrostabiliteit kan worden opgelost door een binnendijkse steunberm aan te brengen. De dimensies van de steunberm zijn bepaald middels een stabiliteitsberekening waarbij aan de minimale eis van een veiligheidsfactor van 1,1 wordt voldaan.

De vereiste afmetingen van de steunberm bedragen 10,5 meter lengte en 0,9 meter dikte.

Een overzicht van de stabiliteitsberekening voor de situatie met steunberm met genoemde afmetingen is weergegeven in Figuur A 7.

Figuur A 7

Dimensionering binnendijkse steunberm, lengte= 10,5 m, dikte = 0,9 m

Om te onderzoeken in welke mate deze afmetingen van de steunberm mogelijk nog kunnen worden aangescherpt is een aanvullend onderzoek ‘Actuele Sterkte’ uitgevoerd. De inhoudelijke uitwerking daarvan is beschreven in het hierna- volgende hoofdstuk A.4.