Dijkversterking Durgerdam (II) Richard Jorissen

Transcriptie

1 Dijkversterking Durgerdam (II) Richard Jorissen

2 Inhoud Veiligheidsopgave Durgerdam Macro-stabiliteit Golfoploop en overslag Knoppen voor technisch ontwerp 1) Faalkansbegroting 2) Levensduur en klimaatscenario 3) Schematisatie en modellering 4) Reductie belastingen 5) Vergroten sterkte Uitwerking Durgerdam Voorland en golfbrekers Talud en berm

3 Veiligheidsopgave Durgerdam 2006: macro-instabiliteit en bekleding Effecten nieuwe norm: macro-instabiliteit blijft en hoogte komt er bij Macro-instabiliteit is nog steeds dominant in de veiligheidsopgave 2006 Bij het ontwerpen van oplossingen hiervoor wordt 50 jaar vooruit gekeken: Door het klimaat, bodemdaling, zetting en klink kan hoogte dan een groter issue worden Dijkverhoging heeft een negatieve invloed op het stabiliteitsvraagstuk

4 Knop 1: Faalkansbegroting Veiligheidsnorm (overstromingskans) geldt per dijktraject Durgerdam: dijktraject 13.8 Schellingwoude-Edam Ondergrens (norm, ontwerpen) = 1/1000 per jaar Signaleringswaarde (beoordelen) = 1/3000 per jaar

5 Knop 1: Faalkansbegroting Overstroming als gevolg van verschillende faalmechanismen Of overlopen/golfoverslag Of macro-instabiliteit binnenwaarts Of macro-instabiliteit buitenwaarts Of micro-instabiliteit Of piping Of instabiliteit vooroever Of instabiliteit bekleding Of.. Kans op overstroming N P ov,traject = P ov,mechanisme i < norm i=1

6 Knop 1: Faalkansbegroting Kans op overstroming per mechanisme per dijktraject N P ov,mechanisme i < ω i norm = met ω i = 1 (100%) i=1 Standaard faalkansbegroting Overlopen/golfoverslag: 24% Macro-instabiliteit binnenwaarts: 4% Piping 24% Instabiliteit bekleding 10% Falen kunstwerken 8% Overig 30% Totaal 100%

7 Knop 1: Faalkansbegroting Standaard faalkansbegroting Vertrekpunt voor ontwerpen, gebaseerd op gemiddelde, groene dijken Aanpassen standaard faalkansbegroting mag, mits ω i = 100% Aanpassen standaard faalkansbegroting Alleen zinvol bij forse verschuivingen ω i en grote ontwerpeffecten Kans Betrouwbaarheidsindex β Veiligheidsfactor β 0 1,3 2,3 3,1 3,7 4,2 4,7 5,2 Kans 0, Kans: 0,04*10-3 0,08*10-3 (factor 2 grotere kans) β: 3,94 3,78 (4% reductie) Kans: 0,04*10-3 0,24*10-3 (factor 6 grotere kans) β: 3,94 3,52 (11% reductie)

8 Knop 1: Faalkansbegroting Faalkansbegroting Durgerdam Piping is zeer onwaarschijnlijk vanwege grondgesteldheid ω i voor piping: 24% 4% (strengere eis, zonder consequenties) ω i voor macro-instabiliteit: 4% 24% (mildere eis) Deze optimalisatie is al door Alliantie Markermeerdijken toegepast

9 Knop 1: Faalkansbegroting Van Norm per traject naar ontwerpeis per doorsnede Norm (1/1000 pj) Macroinstabiliteit (24% 1/4167) Piping (4% 1/25000) Bekleding (10% 1/10000) Overslag (24% 1/4167)

10 Knop 1: Faalkansbegroting Lengte-effect: van dijktraject naar dijkvak P ov,mechanisme i, dijkvak < ω i norm N N = aantal onafhankelijk te beschouwen dijkvakken binnen dijktraject N (golfoverslag) = 2 N (macro-instabiliteit) = 20 = met N i=1 ω i = 1 (100%)

11 Effect knop 1: Faalkansbegroting Voorbeeld kruinhoogte (golfoverslag) Norm (ondergrens) = 1/1.000 pj 24% 1/4.167 pj Lengte-effect = 2 1/8.333 pj Klein verschil met oude normen (1/ pj) Norm (1/1000 pj) Voorbeeld macro-instabiliteit Norm (ondergrens) = 1/1.000 pj 24% 1/4.167 pj Lengte-effect = 20 1/ pj Klein verschil met oude normen (1/ pj) Overslag (24% 1/4167) 1/8333 1/8333

12 Knop 2: Levensduur en klimaatscenario Toetsen of beoordelen (horizon = 2030): Huidige dijkhoogte verminderd met bodemdaling, zetting en klink Klimaateffecten op waterstanden en golven Ontwerpen (horizon = 2070) Nieuwe dijkhoogte verminderd met bodemdaling, zetting en klink Klimaateffecten op waterstanden en golven Langere levensduur: grotere klimaateffecten en meer bodemdaling enz. Keuze levensduur gebaseerd op kostenoptimalisatie, maar 50 jaar is een gebruikelijke keuze (en bovendien binnen HWBP2 uitgangspunt) Klimaatscenario Voorgeschreven vanuit Deltaprogramma: W+-scenario Zeespiegelstijging +0,85 m in 2100 en + 0,35 m in 2050 Doorwerking op Markermeer in ,10 m

13 Knop 2: Levensduur en klimaatscenario Bodemdaling, zetting en klink: Gemeten vanaf 1920! Eerst snelle daling Nu 10 mm/jaar Toetsing/beoordeling (2030) 0,12 m Ontwerpen (2070) 0,50 m PM voor versnelde daling direct na verhoging of verzwaring bestaande dijk

14 Effect knop 2: Levensduur en klimaatscenario Effect klimaatverandering op waterstanden: Toetsing/beoordeling (2030) 0,0 m Ontwerpen (2070) 0,10 m Effect bodemdaling, zetting en klink: Toetsing/beoordeling (2030) 0,12 m Ontwerpen (2070) 0,50 m + PM voor versnelde daling direct na aanleg Rekenvoorbeelden verder uitgewerkt voor ontwerpen (2070)

15 Knop 3: Schematisatie en modellering Hoogte: Hydra-NL (2017) Alle denkbare combinaties van meerpeilen, wind en golven Gebaseerd op modellen en beschikbare meetgegevens Geen effect hoog voorland en/of golfbreker Wel effect van dijkprofiel (talud en berm) Wel effect van overslagdebiet q kr

16 Knop 3: Schematisatie en modellering Berekende maatgevende belastingen Combinaties meerpeilen, wind en golven Talud 1:3 en oriëntatie dijknormaal 135 (EA12) en 160 (EA13) Geldig voor overslagdebieten q kr van 0,1 l/m/s en 1 l/m/s Traject MP h H s T p [s] β i [-] V w [m/s] β w [-] EA12 (135) -0,26 1,07 0,82 3,30 97, EA13 (160) -0,31 1,10 0,71 2,76 85, Geen effect hoog voorland te hoge golven bij EA12

17 Knop 3: Schematisatie en modellering Geavanceerde golfberekening: Rekening houdend met breking op voorland, refractie (bijbuigen) en diffractie (luwte) Windsnelheid 20 m/s Waterdiepte NAP+1,17 meter Resultaten golfhoogte: EA12: H s 0,4 meter < Hydra-NL EA13: H s 0,8 meter Hydra-NL Golfcorrectie EA12 noodzakelijk

18 Knop 3: Schematisatie en modellering Berekende maatgevende belastingen (golfcorrectie EA12) Combinaties meerpeilen, wind en golven Talud 1:3 en oriëntatie dijknormaal 135 (EA12) en 160 (EA13) Geldig voor overslagdebieten q kr van 0,1 l/m/s en 1 l/m/s Gecorrigeerde golven voor EA12: Golfhoogte: 0,40 meter Golfperiode: ongewijzigd (conservatief) Traject MP h H s T p [s] β i [-] V w [m/s] β w [-] EA12 (135) -0,26 1,07 0,40 3,30 97, EA13 (160) -0,31 1,10 0,71 2,76 85,

19 Knop 3: Schematisatie en modellering Berekende kruinhoogte Zichtjaar ,1 meter toeslag voor klimaat (ZSR) Talud 1:3 en q kr = 0,1 l/m/s Bodemdaling, zetting en klink (BZK) = 0,5 meter Extra klink en zetting afhankelijk van eventuele dijkverhoging (PM) Traject h k slingering BZK klink en zetting totaal EA12 3,21+0,1 0,1 0,5 PM 3,91+PM EA12-golfcorrectie 2,19+0,1 0,1 0,5 PM 2,89+PM EA13 2,45+0,1 0,1 0,5 PM 3,15+PM Huidige hoogte 2,40 meter forse opgave (2070)

20 Knop 3: Schematisatie en modellering Houtje-touwtje berekening met de hand: Scheefstand Durgerdam: 1,33 meter (1,07 0,26) Fetch vanaf Houtribdijk ongeveer 30 kilometer: i 1,33/ ,5*10-5 i = c ρ lucht V 2 = , = klopt redelijk ρ water g diepte Golven Bretschneider, 30 km en 23 m/s: Hs = 0,9 meter klopt redelijk (zonder voorland) Golfoploop bij EA12 zonder golfcorrectie: 2,14 meter R 2% = 8 H s tan α = 8 0, = 2,18 klopt goed

21 Knop 3: Schematisatie en modellering Stabiliteit: Glijcirkel-berekeningen Uitgebreide verzameling gegevens ondergrond beschikbaar en benut Verkeersbelasting ook bij maatgevende omstandigheden ivm ontsluiting (evacuatie) Diepe glijvlakken (grote cirkels) zijn voldoende stabiel Ondiepe glijvlakken (kleine cirkels) zijn onvoldoende Oorzaak is schematisatie (weglaten bebouwing geen onderdeel van de waterkering Conform leidraden en praktijk

22 Knop 3: Schematisatie en modellering Mogelijke aanscherpingen bepaling stabiliteitstekort Accepteren ongevaarlijke afschuivingen (onder voorwaarden accepteren restprofiel) Meerekenen bebouwing Geavanceerdere berekeningen (probabilistisch en/of bewezen sterkte)

23 Effecten knop 3: Schematisatie en modellering Kruinhoogte: Huidige hoogte 2,40 meter Benodigde opgave 3,00-3,20 meter + PM forse opgave (2070) Verfijning mogelijk door geavanceerder golfmodel breder in te zetten Maatregelen om golfbelasting te reduceren en/of vergroten sterkte lijken kansrijk (knop 4 en knop 5) Stabiliteit: Situatie met bebouwing (ondiepe glijvlakken) voldoet niet aan eisen Kansrijke optie is het accepteren van ongevaarlijke afschuivingen mits: Overslagdebiet q kr < 0,1 l/m/s Voldoende restprofiel na afschuiving Andere opties: Knop 3: meerekenen bebouwing of geavanceerdere berekeningen (probabilistisch en/of bewezen sterkte) Knop 5: vergroten van de sterkte

24 Effecten knop 3: Schematisatie en modellering Overwegingen bij zoeken naar maatregelen Bebouwing in het binnentalud is uniek en kwetsbaar Kruinverhoging verandert aangezicht Durgerdam Technische uitwerking Probeer van binnentalud af te blijven Probeer kruinhoogte intact te laten: Aangezicht Extra bodemdaling, zetting en klink (PM) Extra stabiliteitsopgave Uitdaging: Beperk overslagdebiet tot 0,1 l/m/s accepteren ondiepe glijcirkels Geen kruinverhoging Zoek maatregelen die golven reduceren of het effect van golven beperken

25 Overzicht knoppen 4 en 5 Gebruikelijke maatregelen per mechanisme Overlopen of golfoverslag: golfreductie buitenberm flauwer buitentalud ruwer buitentalud kruinverhoging overslagbestendig binnentalud Macro-instabiliteit: flauwer binnentalud binnenberm constructies (damwanden, ankers, nagels) - drainage Micro-instabiliteit: waterdichte(re) bekleding - flauwer binnentalud - drainage Erosie bekleding: golfreductie zwaardere bekleding

26 Knop 4: Verkleinen belastingen Hoogte: Reduceren waterstanden (pompen): niet rendabel Reduceren golven Hoog voorland Golfbreker Drijvende golfbreker Stabiliteit: Reduceren waterstanden (pompen): niet rendabel Verlagen grondwaterstanden of draineren: niet goed mogelijk Wegnemen verkeersbelasting: niet mogelijk (ivm evacuatie)

27 Knop 4: Verkleinen belastingen Hoog voorland Golfbreker Drijvende golfbreker

28 Knop 5: Vergroten sterkte Hoogte: Berm Flauwer buitentalud Ruwer buitentalud Hogere dijk: strijdig met behoud aangezicht Groter overslagdebiet sterker binnentalud: strijdig met behoud bebouwing op binnentalud Stabiliteit: Flauwer binnentalud: strijdig met behoud bebouwing op binnentalud Binnenberm: strijdig met behoud bebouwing op binnentalud Grondverbetering en/of constructieve oplossingen: alleen als ondiepe glijcirkels onacceptabel zijn

29 Knop 5: Vergroten sterkte Berm Flauwer buitentalud Ruwer buitentalud

30 Voorland Golfhoogte is maximaal 50% van de waterdiepte: Voorland op NAP+1 meter: vrijwel geen golven Voorland op NAP: golven maximaal 50 cm Begroeiing (wilgen) kan effect versterken

31 Golfbreker Effectiviteit is afhankelijk van breedte en hoogte (vrijboord) Golfbreker: 5 meter brede kruin op NAP Reductie golfhoogte 20% bij onderwater golfbrekers (NAP en lager) Grotere reducties (tot wel 80%) zijn haalbaar bij hogere golfbrekers (NAP+1 en hoger)

32 Drijvende golfbreker Effectiviteit drijvende golfbrekers is vooral afhankelijk van breedte Drijvende golfbreker: 8 meter breed Maximale golfreductie 50% (hier al vrij snel van toepassing ivm korte golven met een lengte van 15 meter)

33 Voorland en golfbrekers Traject h k slingering BZK klink en zetting totaal EA12-golfcorrectie 2,15+0,1 0,1 0,5 PM 2,85+PM Voorland NAP+1 1,30+0,1 0,1 0,5-2,00 Voorland NAP 2,15+0,1 0,1 0,5 PM 2,85+PM Golfbreker 1,98+0,1 0,1 0,5 PM 2,68+PM Drijvend 1,71+0,1 0,1 0,5-2,41 EA13 2,45+0,1 0,1 0,5 PM 3,15+PM Voorland NAP+1 1,30+0,1 0,1 0,5-2,00 Voorland NAP 2,19+0,1 0,1 0,5 PM 2,89+PM Golfbreker 2,27+0,1 0,1 0,5 PM 2,97+PM Drijvend 1,78+0,1 0,1 0,5-2,48

34 Buitentalud Helling buitentalud: 1:6 halveert de golfoploop (tov 1:3 talud) Ruwheid buitentalud: grove breuksteun reduceert golfoploop met 45%, gezette natuursteen met 25% (tov gras en/of gladde bekleding)

35 Berm Berm op stormniveau reduceert golfoploop met maximaal 40% Breedte van 10xgolfhoogte (maximaal 8 meter) is al voldoende Verdere reductie is nog mogelijk wanneer berm als hoog voorland gaat werken (maatwerk-berekening)

36 Buitentalud en berm Traject h k slingering BZK klink en zetting totaal EA12-golfcorrectie 2,15+0,1 0,1 0,5 PM 2,85+PM Met 1:6 talud 1,71+0,1 0,1 0,5-2,41 Met ruw talud 1,93+0,1 0,1 0,5 PM 2,63+PM Met berm 1,79+0,1 0,1 0,5-2,49 EA13 2,45+0,1 0,1 0,5 PM 3,15+PM Met 1:6 talud 1,78+0,1 0,1 0,5-2,48 Met ruw talud 2,12+0,1 0,1 0,5 PM 2,82+PM Met berm 1,86+0,1 0,1 0,5-2,56

37 Per saldo Algemeen Veiligheidsopgave is gedateerd, maar bevestigd obv nieuwe normen. Randvoorwaarden bij de normfrequentie zijn realistisch Macro-stabiliteit is grootste issue, kruinverhoging vergroot stabiliteitsissues. Macro-instabiliteit lijkt oplosbaar mits schade bij afschuiving beperkt blijft. Opgave is voorkomen van kruinverhoging EA12 (Durgerdam) Golfreductie door voorlanden is al significant (50%) Kruinverhoging voorkomen door berm, flauwer talud of golfbrekers EA13 (Durgerdam-West) Geen golfreductie door afwezigheid voorland Kruinverhoging voorkomen door hoog voorland, berm, flauwer talud of golfbrekers.

38 Aandachtspunten Algemeen Toepassing recente versie HYDRA-NL (inclusief onzekerheden, versie september 2017) Toepassing geavanceerder golfmodel Delft3D voor detaillering golfbelasting Invulling voorwaarden voor reststerkte-benadering macro-instabiliteit Aanname bodemdaling (ook in relatie tot gemeten bodemdaling) Optimalisatie taluds: beetje flauwer, beetje ruwer,.. Borging aanwezigheid voorland (eventueel versterken in combinatie met natuurontwikkeling en/of recreatie) Check op toepassing golfoploopformules voor extreme verhouding tussen golflengte en bermbreedte (berm werkt als hoog voorland) Check op effectiviteit golfbrekers