Stabiliteit bij Opdrijven - Rekenmodellen

Stabiliteit bij opdrijven

Het fenomeen opdrijven wordt veroorzaakt door wateroverdruk in een watervoerende zandlaag gelegen onder een relatief ondoorlatende toplaag. De waterdruk in de water- voerende laag die net zo groot is als de druk, uitgeoefend door het gewicht van de toplaag, wordt de grenspotentiaal genoemd. Door het opdrijven ontstaat er tussen de toplaag en de watervoerende zandlaag een zone met weinig tot geen korrelspanning. Aangezien er in deze zone geen schuifweerstand kan optreden, is dit fenomeen van groot belang bij de beoordeling van de stabiliteit van waterkerende constructies. Voor de ontwerpberekeningen dient men te beschikken over gegevens omtrent waterspanningen in het dijklichaam. Een verhoging van het freatisch vlak in de dijk zal de korrelspan- ningen verlagen. Dit heeft invloed op de maximaal mobiliseerbare schuifspanningen in de dijk en derhalve ook op de stabiliteit van de dijk.

De bepaling van de waterstanden en waterspanningen in stationaire en maatgevende omstandigheden dient te geschieden zoals beschreven in de leidraden voor het ontwerp van rivierdijken.

Eén van de kenmerken van een stabiliteitsbeschouwing onder opdrijfcondities is een lage opdrukveiligheid (nopdr) binnendijks van de waterkering. De opdrukveiligheid wordt gedefinieerd volgens vergelijking:

Waarin:

nopdr opdrukveiligheid [-]

σcontact grondspanning t.p.v. scheiding pakket slappe lagen en draagkrachtige laag [kPa]

σw:contact waterspanning t.p.v. scheiding pakket slappe lagen en draagkrachtige laag [kPa]

Grond- en waterspanningen worden berekend ter plaatse van de scheiding tussen het pakket slappe lagen en de draagkrachtige (zand)laag(= onderzijde grenslaag). Hierbij moet rekening gehouden worden met het feit dat de opdrukveiligheid een parameter is die varieert langs de as van het dwarsprofiel. Met de opdrukveiligheid (nopdr) wordt de laagst optredende waarde volgens bovenstaande formule langs de as van het dwars- profiel bedoeld.

Wanneer de veiligheid tegen opdrijven voldoende is, wordt een potentieel cirkelvormig afschuivende grondmoot in evenwicht gehouden door een in een zone naast de dijk gemobiliseerde horizontale reactiekracht.

Wanneer binnenwaarts of buitenwaarts van de dijk de veiligheid tegen opdrijven onvol- doende (kleiner dan 1,2) is, wordt deze reactiekracht sterk gereduceerd, doordat door het verlies aan schuifweerstand langs het grensvlak met de watervoerende laag geen of slechts beperkt afdracht van spanningen in de ondoorlatende laag naar de watervoe- rende zandlaag mogelijk is. Deze afdracht vindt hierdoor in meer polderwaartse richting plaats, waardoor een toename van horizontale spanningen in het slappe-lagenpakket achter de dijk plaatsvindt. Dit veroorzaakt relatief grote horizontale vervormingen van het slappe-lagenpakket achter de dijk en tijdelijk verminderde stabiliteit van de dijk (drukstaafmodel).

Naar aanleiding van een afschuiving bij Streefkerk (Zuid-Holland) in 1984, is eind van de jaren (negentien) tachtig door GeoDelft een rekenmodel voor stabiliteitsanalyse bij opdrijven ontwikkeld (MLIFT). Dit model is in 1999 sterk verbeterd [60]. Het verbe- terde model (VanLift) is gevalideerd met een centrifugeproef en een praktijkproef bij Bergambacht en is sinds mei 2002 beschikbaar in het rekenprogramma MSTAB van GeoDelft. Ook het EEM programma PLAXIS is voorzien van de mogelijkheid om stabi- liteit bij opdrijven te analyseren.