Ontwerpmethodiek Dijken op Veen. Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

Transcriptie

1 Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

2 Inhoud Waarom onderzoek naar sterkte veen Onderzoeksdoelen Relatie met andere projecten Terugblik veldproeven Werkwijze op hoofdlijnen Stappenplan 2 april

3 Praktijkonderzoek

4 Aanleiding Versterking Markermeerdijken Experts: Kennislacune sterkte veen Voorgeschreven rekenmodellen voor veen Praktijkonderzoek is: Uniek Geen variantstudie voor Markermeerdijken Toegepast wetenschappelijk onderzoek

5 5

6 Eigenschappen veen

7 Laboratoriumonderzoek Celproef Triaxiaal proef DSS test 15 april 2015

8 Onderzoeksdoelen 1. HHNK/HWBP: Sterkte veen Check geschiktheid rekenmethoden voor veen 2. RWS: Verdiepen van inzicht in sterkte eigenschappen, gedrag en faalmechanismen van veen onder dijken Bepalen nut & noodzaak aanvullend onderzoek Bepalen nut & noodzaak aanpassen rekensystematiek 3. Toepasbaar maken resultaten Dijken op veen 1 voor MMD Eis: resultaten representatief & breed gedragen door experts! Afstemming met WTI 2017

9 Inpassing in de veiligheidsfilosofie Nieuwe werkwijze moet wel veilig zijn Daarom veiligheidsfilosofie nodig voor werkwijze Dit houdt in: Afleiden materiaalfactoren in relatie tot de andere partiële veiligheidsfactoren Belang bij kennis uit WTI 2017; In WTI reeds gestart met afleiden veiligheidsfactoren MMD niet in eerstvolgende toetsronde meteen afkeuren Aansluiting gezocht bij WTI2017 en OI2014

10 Relatie met WTI (WettelijkToetsInstrumentarium) Zelfde schuifsterktemodel met ongedraineerde schuifsterkte voor klei en veen (CSSM) Onderscheid tussen gedraineerd en ongedraineerd Rekenen met bezwijksterkte van grond In situ toestand van grond in rekening brengen (grensspanning of OCR) en onderscheid tussen normaal geconsolideerd gedrag en overgeconsolideerd gedrag Parameterbepaling vergelijkbaar: DSS voor veen en triaxiaal voor klei; gebruik van sonderingen Zeer binnenkort meer informatie op Helpdesk Water

11 Verschil toetsen en ontwerpen Toetsen voor periode van 12 jaar Ontwerpen voor langere termijn Binnen toetsen van grof naar fijn Bij ontwerpen meer informatie nodig Rekening houden met effect versterking, Na ophoging andere spanningen in de ondergrond

12 Overige relaties POV (ProjectOverstijgendeVerkenning) Macrostabiliteit Ontwerpinstrumentarium STOWA; regionale keringen

13 Werkwijze Producten: Protocollen parameterbepaling; hoe parameters bepalen Geoptimaliseerd rekenmodel; Hoe parameters in rekenmodel gebruiken Hoe met rekenmodel stabiliteit dijken op veen bepalen Stappenplan Inclusief software specifiek voor Markermeerdijken Bijbehorende veiligheidsfilosofie Dit omvat niet: Grondonderzoek over hele traject Andere faalmechanismen dan macrostabiliteit Landelijk toepasbaar model (bijv. situaties met opdrijven) Andere parameters dan veen Ontwerp Markermeerdijken zelf

14 Inhoud (herhaling) Waarom onderzoek naar sterkte veen Onderzoeksdoelen Relatie met andere projecten Terugblik veldproeven Werkwijze op hoofdlijnen Stappenplan 2 april

15 Basisgedachte veldproeven Opwekken glijvlak door veen (en alleen veen) Vaststellen gemobiliseerde schuifweerstand langs glijvlak Vergelijken gemobiliseerde weerstand met de huidige voorschriften en beschikbare alternatieven Het opwekken van een afschuiving dient veilig en gecontroleerd plaats te vinden 2 april

16 Opzet veldproeven Proeven zonder voorbelasting, proeven 1 en 2 Proeven met voorbelasting, proeven 4, 5 en 6 2 april

17 Vaststellen faalmechanisme Proef 1 en 2 container secundaire verticale scheur primaire verticale scheur horizontale scheur en verschillende kleine scheuren gemeten horizontale verplaatsingen 2 april

18 Samenvatting resultaten veldproeven proef s u [kpa] 1 7,4-1 s u [kn/m 2 ] ,3-2 4 (13,2) 5 8,5 6 8,9 6 12,6 / 5,5 (EEM, PLAXIS MC-model) Diepte [NAP m] s u [kpa] B33 (vooraf) B40e (13 nov 2012) B41 (16 jan 2013) Diepte [NAP m] su (bol sonde) DSS-proeven veldproef 1 veldproef 2 B46 (na afloop) -6 field vane (vooraf) field vane (na afloop) field vane (na afloop) -7 2 april

19 Conclusie veldproeven Berekeningen conform huidige werkwijze geven te lage stabiliteit, gevolg van lage waarde c en lage spanning waardoor ϕ geen bijdrage levert aan sterkte. Berekeningen met s u sluit goed aan bij waarnemingen proef Beste overeenkomst tussen DSS proeven bij terreinspanning met veldwaarnemingen EEM geeft in analyse achteraf goed resultaten, voorspelling lastig Problemen met: Lage spanningen Grote vervormingen 2 april

20 Werkwijze (hoofdlijn) Aansluiten bij WTI Critical state soil mechanics / Ongedraineerde sterkte eigenschappen SHANSEP benadering Correlaties met sondeerweerstanden IJkvelden Rekenprofielen Basis: m σ vy su CR RR su = S σ ', v S =, m= σ ' v σvy CR Ladd & Foot (1974) Ladd (1991) 2 april

21 Werkwijze (hoofdlijn) Resultaten veldproeven in SHANSEP raamwerk Bezwijken snel ten opzichte van consolidatiegedrag (onder)grond; s u bepaald door spanningscondities net voor bezwijken Sterkte ondergrond bepaald aan de hand van sondeerwaarden, echter sondering niet tijdens maatgevende omstandigheden uitgevoerd soms correctie nodig τ [kpa] fit test 6 Field test 1 Field test 2 Field test 4 Field test 5 Field test 6 Triax tests DSS tests τ = 0.60(OCR) 0.9 σ' v σ' v [kpa] 2 april

22 Werkwijze (hoofdlijn) Door indringing buitenwater (extreme neerslag) veranderen waterspanningen en daardoor effectieve spanningen, gevolg verandering s u De grootte van de verandering s u hangt af van spanningsverandering en waarde m Voor m = 1 geen verandering s u m σ vy su CR RR su = S σ ', v S =, m= σ ' v σvy CR 2 april

23 Werkwijze (hoofdlijn) Uitgangspunt critical state sterkte, vertaalt naar ultimate strength (sterkte bij einde proef) Pieksterkte eveneens mogelijk, echter dan onderscheid maken naar actief, passief en simple shear. Voor bestaande dijken is dit onderscheid niet evident als gevolg van spanningsrotatie WTI geeft mogelijkheid rekenen met pieksterkte als toets op maat 2 april

24 Werkwijze Dijken op Veen 9 stappen 1. Keuze dwarsprofielen 2. Uitvoeren terreinwerkzaamheden 3. Uitvoeren laboratoriumproeven 4. Opstellen correlaties 5. Bepaling rekenparameters 6. Bepaling overige uitgangspunten 7. Ontwerp 0-variant 8. Ontwerp dijkversterking 9. Niet Dijken op Veen ger. aspecten 2 april

25 Stap 1 Keuze dwarsprofielen Correlaties worden opgesteld ter plaatse van ijkvelden, deze dienen representatief te zijn voor het traject In rekenprofielen worden sonderingen uitgevoerd voor het bepalen van sterkte-profielen Keuze representatieve dwarsprofielen vergelijkbaar met gangbare praktijk, op basis van ondergrond, geometrie en eventueel variatie in belastingen 2 april

26 Stap 1 Keuze dwarsprofielen Voor goede keuze dwarsprofielen, goede schematisatie ondergrond noodzakelijk Vanuit Dijken op Veen onderzoek speciale aandacht voor karakterisatie veenlagen Onderscheid in veen -, en Gyttja / Detritus lagen Detailopname Zeggeveen 2 april

27 Stap 2 Uitvoeren terreinwerkzaamheden Uitvoeren boringen en sonderingen op de ijkvelden t.b.v. opstellen correlaties Uitvoeren sonderingen ter plaatse van de rekenprofielen Bolsonde metingen t.p.v. teen / achterland, sondering met waterspanningsmeting t.p.v. berm en kruin Belangrijk is een nauwkeurige meting van zowel puntweerstand als waterspanning (u2) Protocol voor sondeerwerk wordt opgesteld in WTI onderzoek 2 april

28 Stap 3 Uitvoeren laboratoriumproeven Uitgangspunt DSS proef voor veen, triaxiale compressieproef voor klei T.b.v. correlatie proeven uitvoeren bij terreinspanning Sterkte bepalen bij grote rek Eventueel extra proeven t.b.v. dijkversterking Ook informatie over volume gewicht, grensspanning en m- parameter nodig (samendrukkingsproeven) 2 april

29 Stap 4 Opstellen correlaties Nauwkeurigheden komen samen A n Wrijvingsmantel N kt ( 1 ) 2 0 q + a u +σ q = ; Nb = s s c v b u u A c u 2 Conus N Conus 14,6 Bol-sonde 18,2 2 april

30 Stap 5 Bepaling rekenparameters Bepaling in 4 stappen: Bepaal verwachtingswaarde met correlatie uit sonderingen Bepaal karakteristieke waarde Corrigeer voor verandering spanningscondities s σ ' vu, u, kar, u = su, kar, i σ ' vi, Rekenwaarde volgt uit karakteristieke waarde, s u, kar en partiële veiligheidsfactor, γ m : s ud, = s 1 m u, kar, u γ m 2 april

31 Stap 5 Bepaling rekenparameters Bepaling verwachtingswaarde met computerprogramma DOV Soilmodel: Keuze laagscheidingen Berekenen s u verloop m.b.v. correlaties Lineariseren - bepaal waarde boven en onderzijde laag sondering interpretatie linearisatie 2 april

32 Stap 5 Bepaling rekenparameters Bepaling karakteristieke waarde: Ruimtelijke spreiding Transformatieonzekerheid Uitgangspunt is de gevonden variatie in N kt en N b Voor daadwerkelijke bepaling zie formules in werkwijze 2 april

33 Stap 5 Bepaling rekenparameters Bepaling materiaalfactor γ m : Grootte materiaalfactor afhankelijke van andere onderdelen in veiligheidsfilosofie, met name schadefactor γ n Bij 0-variant levensduurbenadering, daadwerkelijk ontwerp jaarkansfilosofie Levensduurbenadering, basis-β = 4,32 0-variant Jaarkansfilosofie basis-β = 4,8 ontwerp dijkversterking 2 april

34 Stap 5 Bepaling rekenparameters Bepaling veiligheidsfactor γ m : Bepaling γ in overeenstemming met WTI en gecontroleerd met probabilistische berekening van situatie die net voldoet aan schadefactor Dwarsprofiel Jaarkansfilosofie Levensduurfilosofie (referentieperiode 10 jaar) Pf berekend Pf norm Pfnorm/ Pf berekend Pf norm Pfnorm/ 1) 2) Pf berek. 1) 2) Pf berek. [-] [-] [-] [-] [-] [-] Uitdam Profiel Dijk28 1 Dp 72 9,76E-11 6,03E ,94E-08 6,03E Durgerdam Profiel 2 Dijk28 Dp 146 2,28E-12 6,03E ,73E-08 6,03E ) Berekende faalkans inclusief waterstandstatistiek 2) Faalkansnorm 2 april

35 Stap 6 Bepaling overige uitgangspunten Ondergrondschematisatie Extra aandacht voor veenlagen Maatgevende belasting Bij levensduurbenadering wijzigt MHW Grondwaterstand en stijghoogtes Indringing grondwater van belang bij bepaling sterkte Vaststellen criterium, SF γ r : Schematiseringsfactor, γ b Modelfactor, γ d Schadefactor, γ n Criterium, γ r = γ b γ d γ n Overig Zie huidige werkwijze 2 april

36 Stap 7 Ontwerp 0 variant 3 modellen toepassen, laagste maatgevend, bij groot verschil toelichten Bishop en LiftVan als richtwaarde voor Spencer van der Meij Spencer van der Meij, SF = 1,24 Bishop, SF = 1,28 LiftVan, SF = 1,27 2 april

37 Stap 8 Ontwerp dijkversterking Overstap naar jaarkansbenadering, let op MHW Sterkte parameters nodig ter plaatse van dijkversterking Op locaties waar spanningscondities niet veranderen, toepassen correlaties met sonderingen Op overige locaties toekomstige sterkte bepalen 2 april

38 Stap 8 Ontwerp dijkversterking Toekomstige spanning, σ vu hoger dan huidige grensspanning: s = Sσ ', S = u vu s σ ' u vy S volgt uit laboratoriumproeven. Dit is de sterkte net na consolidatie, POP = 0 Toekomstige spanning, σ vu lager dan huidige grensspanning: m σ vy su CR RR su = S σ ', v S =, m= σ ' v σvy CR 2 april

39 Stap 9 Niet Dijken op Veen ger. aspecten In ontwerp spelen ook andere aspecten een rol: Dijken op Veen gaat alleen over macrostabiliteit, er zijn ook andere faalmechanismen Zonering Stabiliteit extreme neerslag Gebruik gezette geometrie 2 april

40 Samenvatting Uit de veldproeven blijkt dat veen sterker is dan volgt uit de vigerende werkwijze Het Dijken op Veen onderzoek heeft een werkwijze voor het berekenen van de stabiliteit van dijken op een veenondergrond opgeleverd De werkwijze gaat uit van ongedraineerde sterkte eigenschappen en SHANSEP benadering Sterkte parameters gecorreleerd aan veldsonde metingen, inzicht in lokale sterkte De werkwijze sluit aan op WTI, dus ontwerp is ook toetsbaar 2 april

41 Aanvraag rapporten: Meer informatie: Aanmelden tweede webinar:

42 Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares Aanvraag rapporten: Meer informatie: Aanmelden tweede webinar: