Gedetailleerde toets zettingsvloeiing t.b.v. verlengde 3e toetsing

Transcriptie

1 Gedetailleerde toets zettingsvloeiing t.b.v. verlengde 3e toetsing Tweede kennisplatform Uitwisseling kennis en ervaringen in de verlengde 3e toetsing

2 Inhoud Wat is een zettingsvloeiing Overzicht toetsing op zettingsvloeiing Gedetailleerde toets: Achtergrond Toetsstappen en benodigde gegevens Mogelijkheden uitbreiding gedetailleerde toets

3 Wat is een zettingsvloeiing

4 Wat is een zettingsvloeiing Kenmerken: Zeer flauw eindtalud 1:10 tot 1:20 Relatief flauw begintalud 1:3 tot 1:5 Geen relatie met hoog water of storm Mechanismen: Verwekingsvloeiing Bresvloeiing Voorwaarden: Losgepakt zand Relatief steil talud Relatief hoog talud Fijn zand Inleiding (erosie, baggeren)

5 Opbouw toetsing zettingsvloeiing Globale toets VTV2006: Gebaseerd op ervaringsstatistiek Zuidwestelijke Delta Deterministisch (niveau I) ( veilige afmetingen ) Gedetailleerde toets (Handreiking Voorland zettingsvloeiing): Gebaseerd op genuanceerde ervaringsstatistiek Zuidwestelijke Delta Semi-probabilistisch (niveau II) Geavanceerde toets: Op basis van rekenmodellen voor verwekingsvloeiing en bresvloeiing Semi-probabilistisch (niveau II) of probabilistisch (niveau III) DUS: Gedetailleerde en geavanceerde toets: berekening van de kans op schade aan dijk door zettingsvloeiing (of op waterstand > restkruinhoogte na een inscharing), die getoetst moet worden aan een toelaatbare faalkans

6 Toetsing Varieert regionaal Grondonderzoek Geologie & Historie Kennis van morfologisch proces Eigenschappen ondergrond Taludgeometrie & grondspanningen triggers Globale toets VTV Model optreden vloeiing Model inscharingslengte Methoden: Kans op optreden vloeiing Kans op vloeiing die schade aan de dijk veroorzaakt en vergelijking aan toelaatbare faalkans Kans op overschrijding kritische inscharingslengte 1. Empirisch-statistisch model 2. Rekenmodellen die fysica beschrijven 3. Combinatie van 1. en 2. Kans op waterstand > restkruinhoogte Toets op zettingsvloeiing - gedetailleerd & op maat: P(ZV totaan dijk) = P(optreden)x P(inscharing > kritieke inscharingslengte) Gedetailleerde toets Geavanceerde toets P(overstroming tgv ZV) = P(optreden)x P(inscharing > kritieke inscharingslengte) x P(waterstand > restkruinhoogte)

7 Gedetailleerde toets Empirisch-statistische methode: Gebaseerd op inventarisatie van ca zettingsvloeiingen in Zuidwest-Nederland gedurende 100 jaar Bestaat uit de berekening van de kans op een inscharing totaan buitenteen van dijk. Deze is het product van: Optredingskans: is functie van geuldiepte, geulhelling en relatieve dichtheid Kans op een inscharing tot aan de teen van de dijk: is functie van geuldiepte, geulhelling en verhouding bovenwater- en onderwatergedeelte van geometrie (gegeven optreden) Toetsing berekende kans aan toelaatbare kans: 1% van de norm van de dijkring (conform LOR2, Appendix G) Indien bijdrage andere faalmechanismen aan faalkans klein is kan in overleg met de toezichthouder een grotere faalkans worden aangehouden (volgens de werkwijze van de Beheerdersoordeel)

8 Gedetailleerde toets Optredingskans: *(R 0,4) e H R 3,5 1 P( optreden) = 0,1/ km / jaar 25m cotα R 10 Gedeelte geometrie boven water meenemen in rekengeuldiepte H R Relatieve dichtheid R e bepalen via correlatie met conusweerstand q c : R e 1 q c = ln 2,5 0,14 ( σ ') 0,6 v

9 Gedetailleerde toets Kans op inscharinglengte > kritieke inscharingslengte: L = ax Db met: 2 2 Db 2 ch + ( ch ) + ( 1 c) + H c a x = (1 c) cotγ is enige stochast met μ(cotγ ) = 15,9 en σ(cotγ ) = 4,6 Met FORM of MC P(L > L krit ) uitrekenen met: a = cotγ cotα b = cot γ cot β c = Area1 Area2

10 Stappen gedetailleerde toets (handreiking) Stap 6a: bepaal het representatieve dwarsprofiel en de ondergrondopbouw Stap 6b: bepaal de gemiddelde relatieve dichtheden van de zandlagen in de ondergrond Stap 6c: bepaal de kans op optreden van een zettingsvloeiing P(ZV) Stap 6d: bepaal de maximaal toelaatbare en de optredende inscharingslengte Stap 6e: bepaal P(L>Ltoelaatbaar) Stap 6f: bepaal P(Schade aan waterkering door ZV) P(Schade aan waterkering door ZV) uit 6f moet kleiner zijn toelaatbare faalkans (1% van norm voor dijkring) Zie voorbeeld in bijlage A van de handreiking

11 Stappen gedetailleerde toets (handreiking) Stap 6a: bepaal het representatieve dwarsprofiel en de ondergrondopbouw Binnen toetsperiode te verwachten meest ongunstige geometrie: extrapolatie erosie/aanzanding op basis van meerjarige peilingen: H R en cotanα R Bepaling H R en cotanα R op volgens VTV2006 Bijlage 9-1 (uitgaande van een lage waterstand) Sonderingen minimaal elke 250 m en tot een diepte van minimaal 0,5*H R onder geulbodem Stap 6b: bepaal de gemiddelde relatieve dichtheden van de zandlagen in de ondergrond Laagste relatieve dichtheid R e over minimaal 3 m volgens correlatie van Baldi tot diepte van 0,5*H R onder geulbodem

12 Stappen gedetailleerde toets (handreiking) Stap 6c: bepaal de kans op optreden van een zettingsvloeiing P(ZV) Toepassen optredingskansformule met parameters bepaald in stap 6a en 6b en vermenigvuldigen met modelfactor (1,5) en lente dijkvak (m) Stap 6d: bepaal de maximaal toelaatbare en de optredende inscharingslengte Toepassing inscharingslengteformule met parameters bepaald in stap 6a Stap 6e: bepaal P(L>Ltoelaatbaar) Berekening kans op inscharing groter dan afstand geulrand buitenteen dijk met FOSM analyse. Benaderingsformules voor FOSM staan in hoofdstuk 6 en bijlage A van de handreiking Stap 6f: bepaal P(Schade aan waterkering door ZV) Product van P(ZV) en P(schade aan waterkering door ZV) P(Schade aan waterkering door ZV) toetsen aan toelaatbare faalkans

13 Stappen gedetailleerde toets (handreiking) Stap 6a: bepaal het representatieve dwarsprofiel en de ondergrondopbouw Stap 6b: bepaal de gemiddelde relatieve dichtheden van de zandlagen in de ondergrond Stap 6c: bepaal de kans op optreden van een zettingsvloeiing P(ZV) Stap 6d: bepaal de maximaal toelaatbare en de optredende inscharingslengte Stap 6e: bepaal P(L>Ltoelaatbaar) Stap 6f: bepaal P(Schade aan waterkering door ZV) P(Schade aan waterkering door ZV) toetsen aan toelaatbare faalkans Voor stappen 6c t/m 6f bestaat een rekentooltje (.exe) met default waarden uit voorbeeld in bijlage A van Handreiking

14 Mogelijkheden uitbreiding gedetailleerde toets triggers Verschillen Zuidwestelijke Delta en overige gebieden (merengebied, bovenrivierengebied, Waddenzeegebied, opgespoten oevers): Korrelgrootte zand Beweeglijkheid vooroevers ten gevolge van erosie Snelheid daling waterstand na hoogwater Aardbeving Frequentie tussen twee opeenvolgende hoogwaters

15 Mogelijkheden uitbreiding gedetailleerde toets Indien uit stap 6a t/m 6f volgt dat P(schade aan dijk door ZV) > 1% van norm: Indien bijdrage van andere faalmechanismen aan de faalkans klein is, kan in overleg met de toezichthouder een grotere faalkans dan 1% van norm worden gehanteerd (volgens de werkwijze van de Beheerdersoordeel) Alternatief voor stap 6c: bepaal de kans op een zettingsvloeiing P(ZV): Indien aantoonbaar dat in toetsperiode geometrie niet zal veranderen: geen trigger dus P(ZV) = 0 en daarmee P(schade aan waterkering door ZV) = 0 Alternatief voor stap 6d en 6e: bepaal P(L>Ltoelaatbaar): Van kans op schade aan dijk naar kans op overstromen

16 Van kans op schade naar kans op overstroming Berekening van kans op schade aan dijk is conservatief omdat: Inscharing totaan buitenteen niet tot overstroming hoeft te leiden (en wellicht ook een inscharing tot in het buitentalud niet) Optreden zettingsvloeiing niet (en waarschijnlijk zelfs negatief) gecorreleerd is aan de waterstand

17 Van kans op schade naar kans op overstroming Van kans op schade naar kans op overstroming: Bepaal kans op verschillende inscharingslengten en daarbij horende kruinverlagingen: P(schade aan dijk vloeiing) Bepaal kans dat binnen de noodreparatietijd een waterstand optreedt die hoger is dan de restkruinhoogte (in bovenrivierengebied zal die kans kleiner zijn dan in getijdegebied): P(waterstand > restkruinhoogte) P(schade aan dijk vloeiing) x P(waterstand > restkruinhoogte) Profiel voor vloeiing waterstand Buitenteen dijk Binnenteen dijk Restprofiel na vloeiing Min. 3 m

18 Kans op overstroming Profiel voor vloeiing waterstand Buitenteen dijk Binnenteen dijk Restprofiel na vloeiing Min. 3 m Voor restprofielen waarbij een minimaal 3 m brede kruin overblijft:

19

20 Gedetaileerde toets vs globale toets Faalkansen vgl. gedetailleerde toets voor een 1:7 geulhelling (voldoet net aan optredingscriterium) en voorlandlengte benodigd om aan schadelijkheidscriterium te voldoen (4 m hoge dijk met taluds1:3) kans schade aan dijk 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 1,00E-12 1,00E-13 1,00E-14 1,00E-15 1,00E-16 1,00E afstand geul - buitenteen dijk (benodigd en aanwezig) gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,3 gedetailleerde toets, geuldiepte 30 m, ID=0,3 gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,4 gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,4 Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 30 m, volledig losgepakt Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 15 m, volledig losgepakt Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 30 m, 3 m losgepakt toelaatbare faalkans ZV bij norm 1/4000 toelaatbare faalkans ZV bij norm 1/10000

21 Geavanceerde analyse Opstellen foutenbomen Inschatten/bepalen van onzekerheden: Grondeigenschappen: > bij verweking vooral relatieve dichtheid > ruimtelijke spreiding & onzekerheid door methode Geometrie en spanningen (reken)model optreden vloeien: verwekingsvloeiing en/of bresvloeiing Model inscharingslengte Methoden om (deel)faalkansen te berekenen: First Order Second Moment (FOSM): eenvoudig, maar soms onnauwkeurig (voorbeeld: MProStab) Monte Carlo: nauwkeurig maar veel rekentijd en koppeling aan rekenmodellen soms lastig