Ontwerp van dijken. Koen Haelterman Afdeling Geotechniek

Transcriptie

1 Ontwerp van dijken Koen Haelterman Afdeling Geotechniek

2 Inhoud Grondlagenopbouw en karakteristieken Bepaling watertafel Ophogingen op draagkrachtige grond Ophogingen op weinig draagkrachtige grond Problematiek Staged construction Middelen om de stabiliteit te verbeteren Piping en microstabiliteit

3 Grondlagenopbouw en karakteristieken Via geotechnisch onderzoek Cfr eerste Trefdag Dijken

4

5 Bepaling grondwatertafel Is randvoorwaarde voor de berekeningen aan de landzijde van de dijk Grondwatertafel uit sonderingen (niet nauwkeurig) of uit peilbuizen geplaatst in boorgat (aangewezen) Voldoende grote meetreeks nodig Langs tijrivieren werken met diver

6 Bepaling watertafel doorheen het dijklichaam Randvoorwaarde aan rivierzijde is rivierpeil WL levert een aantal ontwerpstormen Bv. GOG Vlassenbroek -> 56 ontwerpstormen -> niet mogelijk deze allemaal mee te nemen in de berekeningen -> keuze maken Bij GEO delen we op: omhullende nemen voor bepaling meest negatieve waterpeil aan landzijde minima en maxima nemen voor bepaling meest negatieve waterpeil aan rivierzijde

7 Bepaling watertafel

8 Bepaling watertafel Stromingsberekening doen met SEEP/W Randvoorwaarden: Rivier: waterpeil op basis van stormen Land: natuurlijk grondwaterpeil Doorlatendheid van de dijk en onderliggende grondlagen te kiezen

9 Bepaling watertafel Probleem: doorlatendheid vette grond Bij tijrivieren: k = 10-7 m/sec want regelmatig onder water Bij ringdijken zijn er lange droge periodes waardoor vette grond uitdroogt, scheurt. Bovendien dan bodemwerking Nederlandse studie: na verloop van tijd k = 10-5 m/sec -> onderzoek starten op oude dijken

10 Bepaling watertafel Kant GOG/GGG Kant land ST-09/053 Bijlage 17

11 Bepaling watertafel Kant GOG/GGG Kant land ST-09/053 Bijlage 18

12 Stabiliteitsberekening Steeds 2 berekeningen maken (1) Ogenblikkelijke toestand -> toestand onmiddellijk na het aanbrengen van de ophoging -> veiligheid 1.1 nodig (2) Toestand op lange termijn -> toestand na volledige consolidatie -> veiligheid 1.3 nodig (1) en (2) verschillen van elkaar door aanwezigheid van poriënwateroverspanning

13 Stabiliteitsberekening Bij zandige ondergrond: (1) = (2) Door de grote doorlatendheid zal de poriënwateroversp. zeer snel (tijdens aanbrengen ophoging) verdwijnen (dissipatie) Bij weinig draagkrachtige grond (klei / leem) (1) = toestand met veel poriënwateroversp. -> is veel nadeliger dan (2) = toestand na consolidatie waarbij poriënwateroversp. verdwenen is Bij ophoging is (1) kritischer dan (2)

14 Stabiliteitsberekening Illustratie van de spanningsverlopen bij ophoging

15 Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening klassiek is cirkelvormig glijdvlak met een bepaalde straal door variatie straal en middelpunt wordt glijdvlak gezocht met kleinste veiligheid

16 Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening

17 Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening

18 Stabiliteitsberekening: lamellenmethode

19 Stabiliteitsberekening: lamellenmethode Opmerking: we gaan er vanuit dat de veiligheidsfactor voor elk lamelletje hetzelfde is We zitten echter met teveel onbekenden daarom moeten aannames gedaan worden -> verschillende methodes hiervoor: Fellenius: krachten tussen lamelletjes = 0 -> fout van 5 à 20 % Bishop: X = 0 -> veel nauwkeuriger -> fout van 1%

20 Stabiliteitsberekening: lamellenmethode

21 Voorbeeld lamellenmethode ST-09/053 Bijlage 21

22 Ophoging op draagkrachtige grond Draagkrachtige grond -> zand Gedraineerd gedrag: - Effectieve schuifweerstand - Rekenen met effectieve spanningen - Indien aanwezig: watertafel correct definiëren Mits correcte keuze van de grondparameters, eenvoudig te berekenen met de methode van de lamellen

23 Ophoging op draagkrachtige grond: storm ST-09/053 Bijlage 25

24 Ophoging op draagkrachtige grond: enkel grondwater ST-09/053 Bijlage 25

25 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Weinig draagkrachtige grond = fijnkorrelige grond, cohesieve grond, plastische grond -> klei / leem Met water verzadigd (anders ook geen plastisch/ ongedraineerd gedrag) Ophoging is snelle belasting vs consolidatieperiode

26 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Grond vertoont ongedraineerd gedrag -> ogenblikkelijk: elke belasting is toename van de waterspanning; geen toename van de korrelspanning en dus ook geen toename van de schuifweerstand Mogelijkheden: Ophoging kan in 1 keer aangebracht worden binnen de toelaatbare veiligheid -> met de tijd neemt de veiligheid toe want poriënwateroverspanning verdwijnt geleidelijk Ophoging kan niet in 1 keer aangebracht worden -> staged construction Gebruik middelen om de draagkracht te verbeteren

27 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Praktische werkwijze Schuifweerstandskarakteristieken : Ofwel niet gedraineerde cohesie c u (lamellenmethode) Ofwel effectieve hoek van inwendige wrijving φ en effectieve cohesie c (eindige elementen bv. Plaxis) Opmerking De niet gedraineerde cohesie c u (of s u) is geen materiaalkarakteristiek maar is een rekenmethode. Hiermee wordt de schuifweerstand in de grond bij een bepaalde consolidatiespanning aangegeven. Bij rekenen met effectieve karakteristieken: nagaan of c u- waarden en effectieve karakteristieken wel samen horen.

28 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Staged construction Bij elke ophogingsstap wordt er een c u in rekening gebracht. Deze c u is de initiële c u,0 (bepaald door de initiële consolidatietoestand), vermeerderd met de toename Δc u ten gevolge van de spanningstoename Δσ v. Deze laatste wordt bepaald uit de consolidatiegraad U(t) die bereikt wordt onder de aangebrachte spanning op het gekozen tijdstip Δσ v,t = U(t). Δp Δc u,t = α X Δσ v,t c u,t = c u,0 + Δc u,t α is afhankelijk van grondsoort (plasticiteit) -> veilige aanname = 0.23

29 ST-09/053 Bijlage 9

30 ST-09/053 Bijlage 10

31 ST-09/053 Bijlage 11

32 ST-09/053 Bijlage 12

33 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Middelen om stabiliteit te verbeteren Grondverbetering: weinig draagkrachtige grond uitgraven en vervangen door goed verdicht zand Hellingen verflauwen Belasting aanbrengen aan de teen (tegengewicht) Versnelde consolidatie van de ondergrond door middel van verticale drainage -> opletten vlakbij rivier dat je water niet aantrekt Gebruik van geotextiel / geogrids Dragende (al dan niet drainerende) elementen inbrengen zoals grindkolommen, kalkkolommen, palen,.. Damwanden, nagels,

34 Ophoging op weinig draagkrachtige grond

35 Ophoging op weinig draagkrachtige grond

36 Ophoging op weinig draagkrachtige grond

37 Ophoging op weinig draagkrachtige grond

38 Ophoging op weinig draagkrachtige grond Verticale drainage principe De poriënwaterspanningen die worden veroorzaakt door de belasting moeten sneller weg want dan neemt de schuifweerstand sneller toe: hoe? Door de verticale drains wordt de stroomafstand tussen de overspannen water en drainerende laag geminimaliseerd (horizontale afstroming) Opmerking: Combinatie van verticale en horizontale afstroming Horizontale doorlatendheid doorgaans groter

39 Verticale drainage

40 Microstabiliteit Oorzaak is te hoge freatische waterlijn in de dijk Afdrukken of afschuiven bekleding: kan optreden als een minder doorlatende toplaag op een doorlatende kern ligt (bv. vette grond op zandkern)

41 Microstabiliteit Uitspoelen van gronddeeltjes door uittredend grondwater: kan optreden als een doorlatende toplaag op een doorlatende kern ligt Meestal aan onderkant talud landzijde Treedt in principe enkel op bij niet-cohesief materiaal materiaal / bij cohesieve gronden treedt eerder een diepe afschuiving op

42 Piping Is geconcentreerde uitstroming van grondwater met zulke hoge snelheid dat er grond wordt meegesleurd Door terugschrijdende erosie kunnen in de grond gangen of holten ontstaan Te vermijden door er voor te zorgen dat er tot voldoende grote afstand van de dijktaluds geen grote uittredeverhangen of uitstroomsnelheden kunnen optreden

43

44

45 Piping Klassiek formule van Bligh -> functie van kwellengte, verval en dikte afdekkend pakket Iets nauwkeuriger Sellmeyer -> functie van kwellengte, dikte en doorlatendheid van laag waarin piping kan optreden, korrelgrootte