Dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl Ontwerpen met OI2014 Hoe doe je dat?

Transcriptie

1 Dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl Ontwerpen met OI2014 Hoe doe je dat? Bert de Wolff, Antea Group in samenwerking met waterschap Noorderzijlvest 10 november

2 Inhoudsopgave Impact aardbevingen op dijken Aanpak dijkverbetering Eemhaven-Delfzijl Lessons learned Vragen Delfzijl 10 november

3 Dijkverbetering Eemshaven- Delfzijl Eemshaven Versterking tussen Eemshaven en Delfzijl Dijkringgebied 6, beheerd door Waterschap Noorderzijlvest Traject van 11,7 kilometer Afgekeurd in de derde toetsronde op: - Macrostabiliteit binnenwaarts - Bekledingen Delfzijl Aanvullend op standaard ontwerp: - aardbeving belasting meenemen - uitgaan van de nieuwe normering 10 november

4 Dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl Doelstelling dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl De doelstelling is het zodanig uitvoeren van de dijkverbetering dat deze voldoet aan de nieuwe normering en waarbij de dijkverbetering voldoende veiligheid bied tegen aardbevingen. Uitdaging voor het ontwerpteam: - Hoe om gaan met onzekerheden nieuwe normering/oi2014? - Wanneer is de dijk voldoende aardbevingsbestendig? - Versnellingsopgave door bestuurlijke urgentie ( van 8 jaar naar 4 jaar) Ontwerpteam verkenningsfase: - Combinatie waterschap Noorderzijlvest/Arcadis/Fugro/Deltares - Consultatie TNO/ENW en KPR (kennisplatform) - Consulteren ENW-Techniek Delfzijl 10 november

5 Impact aardbevingen op dijken Aardbevingen geven piekversnelling aan het maaiveld Extra belastingsgeval in het faalkansbudget 10 november

6 Welke faalmechanismes worden beïnvloed? Binnenwaartse stabiliteit Kruindaling (afschuiven, verdichten wegpersen) Buitenwaartse stabiliteit Geen piping door aardbevingen Horizontaal Evenwicht 10 november

7 Schade aan dijken door aardbevingen: Japan Vooral wanneer zand in of onder de dijk verweekt All pictures from: Y. Sasaki et al. / Soils and Foundations 52 (2012) november

8 Schade aan dijken door aardbevingen: NL Roermond, 1992 (magnitude 5.8) All pictures from: beeldbank.rws.nl 10 november

9 Dijkverbetering Eemshaven-Delfzijl 10 november

10 Grondopbouw: lengteprofiel Eemshaven Delfzijl NAP + 0 m Tcsf/Tcsm Tfsc Tcsf Shp Tfcc Tfco Tfcc Tcsf Pfc1 Pfsm Pgcc NAP - 20 m Pfc2 10 november

11 Grondopbouw: zandige lagen Salami aan zandlagen door wadafzettingen 20 cm 10 november

12 Grondopbouw: opbouw van de dijk Zand in- én onder de dijk => aardbevingsproblematiek 10 november

13 Aanpak verkenningsfase 4 sporen: Spoor 1: Huidige norm zonder aardbeving Spoor 2: Huidige norm met aardbeving Spoor 3: Nieuwe norm zonder aardbeving Spoor 4: Nieuwe norm met aardbeving Huidige norm = 1/4.000 overschrijdingskans Nieuwe norm = 1/3.000 of 1/ overstromingskans Doel: - Vaststellen scope/omvang verbeteringsopgave - inzicht krijgen in verschillen/impact per spoor - Inzicht in benodigde ruimtebeslag tbv PIP/mer - Komen tot een doelmatige set ontwerpuitgangspunten 10 november

14 Werken met scenario s Faalkansverdeling Omrekening middenkans afkeurkans Conservatief Geoptimaliseerd Optimistisch Gekozen set uitgangspunten VKA STB(I): 4% STB(I): 24% STB(I): 24% STB(I): 24% STPH: 24% STPH: 4% STPH: 4% STPH: 4% HT: 24% HT: 24% HT: 24% HT: 24% Overig: 30% Overig: 30% Overig: 30% Overig: 30% Factor 2 Factor 3 Factor 3 Factor 3 Reststerkte 1 0,33 0,1 0,33 KNMI met reductie Kansverdeling aardbevingen Invloedsfactor aardbevingen KNMI ongewijzigd KNMI met λ = 27 en M max, λ = 27 en niet KNMI met λ = 27 en aftopping op 4 m/s 2 lineaire aftopping op 4 m/s 2 overdrachtsfunctie >0,9 0,9 0,7 0,9 Kruinhoogte 1 l/s/m 5 l/s/m 10 l/s/m 5 l/m/s 10 november

15 Werken met scenario s Conservatief Geoptimalise erd Optimistisch Doelmatige set uitgangspunten VKA (On)gedraineerd rekenen Gedraineerd Gedraineerd Gedraineerd Gedraineerd Zonering (met aardbeving)/ optimalisatie van reststerkte. Geen zonering Geen zonering Wel zonering Geen zonering Ontwerplevensduur 50 jaar 25 jaar 25 jaar HR 25 jaar, ook op basis van LCC, dus makkelijk uitbreidbaar HR2011 ruwheid bekleding 0,9 0,9 0,9 0,9 (optimalisatie mogelijk) 10 november

16 Conservatief scenario Uitgangspunten eerste stabiliteitsberekeningen december 2014 Planperiode 50 jaar Kruinhoogte bij kritiek overslagdebiet 1 l/s/m Faalkansbudget 4% Factor middenkans/afkeurkans 2 Geen reststerkte na instabiliteit door beving Invloedsfactor aardbeving 0,7 Ongewijzigde kansverdeling beving KNMI PGA = 3,7 m/s 2, a yield = 0,6 m/s 2 10 november

17 Resultaten conservatief scenario Resultaten stabiliteitsberekeningen december Extra ruimte binnen agv nieuwe normering: 10-30m - Extra ruimte binnen met beving: 30-80m Noot: tussen rekenraaien is (voor visualisatie doeleinden) linear geïnterpoleerd 10 november

18 Kruinhoogte berekeningen Belangrijkste uitgangspunten december 2014 Hydraulische randvoorwaarden (CR2011): swan_waddenzee_oost.mdb (behorend bij Hydra K) Huidige normering dijkring 6 (1/4.000 per jaar) Nieuwe normering op basis van het synthesedocument deelprogramma Veiligheid KNMI 06 W+ scenario (KNMI, 2006), dit komt overeen met de deltascenario s Stoom en Warm (Deltares, 2011) en betreft zeespiegelstijging 0,35 m in 2050 Overslagdebiet van 0, en 50 l/s/m Planperiode 50 jaar Robuustheidstoeslag 0,1 m (2009) en 0,4 m (nieuwe robuustheidstoeslag voor 50 jaar) Golfhoogte en golfperiode toeslag 10% Hydra K versie Extra Opties 10 november

19 Benodigde kruinhoogten Resultaten kruinhoogteberekeningen december 2014 ontwerphoogte aanwezig na 50 jaar geen aanleghoogte Huidige normering Inclusief zeespiegelstijging (planperiode 50 jaar), robuustheidstoeslag en toeslagen Exclusief bodemdaling (0,4 m in 50 jaar) Raai Besta ande kruin hoog te Norm [1/ p/j] Kruinhoogte [NAP+ m] 0,1 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 1 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 2 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 5 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 10 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 50 [l/s/m] Raai 6 7, ,56 6,89 6,68 6,43 6,26 5,91 Raai 41 8, ,95 7,36 7,18 6,96 6,80 6,44 Raai 61 8, ,34 7,62 7,39 7,11 6,91 6,46 Raai 86 7, ,02 7,44 7,27 7,05 6,88 6,51 Raai 106 8, ,39 9,37 9,04 8,61 8,30 7,62 10 november

20 Benodigde kruinhoogten Resultaten kruinhoogteberekeningen december 2014 ontwerphoogte aanwezig na 50 jaar geen aanleghoogte Nieuwe normering Inclusief zeespiegelstijging (planperiode 50 jaar), robuustheidstoeslag en toeslagen Raai Bestaande kruin hoogte Norm [1/ p/j] P eis, i [1/ p/j] Kruinhoogte [NAP+ m] 0,1 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 1 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 2 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 5 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 10 [l/s/m] Kruinhoogte [NAP+ m] 50 [l/s/m] Raai 6 7, ,67 7,93 7,71 7,41 7,19 6,71 Raai 6* 7, ,32 8,51 8,26 7,94 7,71 7,16 Raai 41 8, ,81 8,99 8,74 8,41 8,17 7,64 Raai 61 8, ,19 9,29 9,00 8,63 8,36 7,77 Raai 86 7, ,66 8,88 8,64 8,33 8,10 7,58 Raai 106 8, ,44 11,21 10,80 10,27 9,88 9,02 Dia 10 november

21 Opbouw raai Robuustheid 10 9 Golven Hoogte [m NAP] Golven bij 1/4.000 Robuustheid Golven Waterstand Waterstand bij 1/4.000 Waterstand 1 0 Huidige situatie ('toets') Toekomstige situatie ('ontwerp') 10 november

22 Opbouw raai november

23 Conclusie eerste berekeningen Aardbevingen en nieuwe normering met nieuwe HR hebben een zeer forse impact op ruimtebeslag en de verbeteringsopgave Te conservatieve uitgangspunten in de hele keten Geen realiseerbaar ontwerp Zijn er optimalisaties mogelijk? 10 november

24 Advies Kennisplatform risicobenadering Bevestigd door Helpdesk water Gebruikte waarden akkoord Conclusie en aandachtspunten Overslagdebiet van 10 l/s/m is haalbaar (gebruikt 5 l/m/s) Overstromingskans heeft betrekking op falen van de dijk, niet op begaanbaarheid Ten aanzien van uitgangspunten OI2014 weinig ruimte tot optimalisatie kruinhoogte (geen wijzigingen doorgevoerd) Van faalkansbegroting mag gemotiveerd worden afgeweken Optimalisatie wordt vooral gevonden in overslagdebiet Dus geen optimalisatie HR met toeslagen 10 november

25 Werken met scenario s Faalkansverdeling Omrekening middenkans afkeurkans Conservatief Geoptimaliseerd Optimistisch Gekozen set uitgangspunten VKA STB(I): 4% STB(I): 24% STB(I): 24% STB(I): 24% STPH: 24% STPH: 4% STPH: 4% STPH: 4% HT: 24% HT: 24% HT: 24% HT: 24% Overig: 30% Overig: 30% Overig: 30% Overig: 30% Factor 2 Factor 3 Factor 3 Factor 3 Reststerkte 1 0,33 0,1 0,33 KNMI met reductie Kansverdeling aardbevingen Invloedsfactor aardbevingen KNMI ongewijzigd KNMI met λ = 27 en M max, λ = 27 en niet KNMI met λ = 27 en aftopping op 4 m/s 2 lineaire aftopping op 4 m/s 2 overdrachtsfunctie >0,9 0,9 0,7 0,9 Kruinhoogte 1 l/s/m 5 l/s/m 10 l/s/m 5 l/m/s 10 november

26 Werken met scenario s Conservatief Geoptimaliseerd Optimistisch Doelmatige set uitgangspunten VKA (On)gedraineerd rekenen Gedraineerd Gedraineerd Gedraineerd Gedraineerd Zonering (met aardbeving)/ optimalisatie van reststerkte. Geen zonering Geen zonering Wel zonering Geen zonering Ontwerplevensduur 50 jaar 25 jaar 25 jaar HR ruwheid bekleding 25 jaar, ook op basis van LCC, dus makkelijk uitbreidbaar HR2011 uitgangspunt 0,9, hier zit wel een optimalisatie 10 november

27 Resultaten gekozen scenario VKA Resultaten stabiliteitsberekeningen maart Ruimtebeslag aardbevingssituatie fors afgenomen (van ca naar 5-25m) - Ruimtebeslag hoogwatersituatie ook afgenomen, o.a. door herverdeling in faalkansbudget, ontwerplevensduur en overslagdebiet (van 5-30 m naar 5-15m) Noot: tussen rekenraaien is (voor visualisatie doeleinden) linear geïnterpoleerd 10 november

28 Resultaat gekozen scenario VKA Resultaten kruinhoogteberekeningen maart 2015 Van 4,4 m naar 1,9 m kruimverhoging Nieuwe normering planperiode 25 jaar Overslagdebiet 5 l/s/m Raai Bestaande kruin Hoogte [m NAP] Norm [1/ p/j] Kruinhoogte [NAP+ m] 5 [l/s/m] Verschil [m] Raai 6 7, ,19 (6,59) 0,4 Raai 41 8, ,22 (7,62) 0,1 Raai 61 8, ,41 (7,81) 0,3 Raai 86 7, ,17 (7,57) 0,4 Raai 106 8, ,98 (9,38) 1,9 Waarden tussen haakjes exclusief compensatie voor bodemdaling en robuustheidstoeslag 10 november

29 Conclusies gekozen scenario maart 2015 Gekozen set uitgangspunten VKA voldoende veilig en robuust Op een aantal onderdelen is nog een optimalisatie mogelijk Een aantal aannames dient nog nader geverifieerd te worden tbv realisatiefase/d&c-contract 10 november

30 Periode maart-december 2015 Verificatie en validatie ontwerpuitgangspunten realisatiefase: Consultatie buitenlandse experts earth-quake engineering Gevoeligheidsanalyse wel/niet ongedraineerd rekenen Opstellen projectspecifieke ontwerpaanpak obv OI2014 voor realisatiefase/d&c contract Hertoetsing noorse steen Consultatie experts lengte-effect (terugkeertijden aardbevingen) 10 november

31 Consultatie buitenlandse experts 10 november

32 Ontwerpaanpak OI2014 Huidige versie OI geschreven en vrij gegeven voor verkenningsfase met veel open einden Ombouwen tot projectspecifieke versie tbv de realisatiefase: Geschikt voor contractdocument D&C geschikt als ontwerpprotocol DO Geen open einden meer -> Keuze s door OG Review/toetsing stuk met actieve inbreng experts KPR en programmabureau HWBP 10 november

33 Hertoetsing 9 km noorse steen Geen toetsmethode beschikbaar voor ingegoten Noorse steen -> geavanceerd Golfslagsimulatie in nieuwe deltagoot Deltares Hertoetsing obv resultaten deltagoot -> 9 km goedgekeurd! 10 november

34 Opbouw noorse steen in deltagoot 10 november

35 Ingegoten noorse steen 10 november

36 Lessons learned Werken met scenario s geeft inzicht in impact verschillende uitgangspunten Brede inzet experts werkt effectief Kijk bij de uitgangspunten integraal naar de hele keten (seismologie, geotechniek en waterbouw) Probeer bij onzekerheden niet alles dicht te rekenen maar beargumenteerd te onderbouwen ism experts Kijk onder aan de streep of je set ontwerpuitgangspunten in zijn geheel voldoende sober en robuust zijn 10 november

37 Vragen? 10 november