Prioritaire Dijkversterkingen - Perceel 2 29-04-2016- Versie 2.0
Autorisatieblad Naam Paraaf Datum Opgesteld door J. Gruppen JG 28 apr. 2016 Controle door Eem, HM van derh.m. van der HvdE 28 apr. 2016 Eem Vrijgave door Rijkers, RHBR.H.B Rijkers RR 28 apr. 2016 29 april 2016
Samenvatting Navolgend is de samenvatting gegeven van de in het definitief ontwerp uitgevoerde berekeningen, resultaten en het advies. Voor nagenoeg de gehele dijkring 67, Grubbenvorst, dient de bestaande waterkering te worden verhoogd. Hiermee wordt voldaan aan de eisen ten aanzien van hoogte, overloop en golfoverslag; Voor wat betreft de binnen- en buitenwaartse stabiliteit is het normprofiel met binnen- en buitenwaartse taludhellingen van 1:3 voldoende stabiel; Er dienen de volgende voorzieningen ter voorkoming van piping en heave te worden aangebracht: Metrering Toegepaste maatregel van tot locatie Venloseweg 3,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.029 + 00 67.030 + 00 damwand (functie t.a.v. stabiliteit, kering en pipingremming) 67.030 + 00 67.030 + 80 6,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.033 + 00 67.033 + 40 4,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.033 + 40 67.034 + 40 6,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.035 + 70 67.036 + 50 21,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.036 + 50 67.036 + 70 8,0 m klei-inkassing aan buitenzijde 67.036 + 70 67.037 + 50 damwand (functie t.a.v. waterkering en pipingremming) Bij de uitvoering van de klei-inkassingen, zoals genoemd in de voorgaande tabel, is er mogelijk een risico ten aanzien van de grondwaterstand. Voor een deel van de dijkring kan een hogere grondwaterstand optreden die in conflict is met de grondwerkzaamheden ten behoeve van de klei-inkassingen. In dat geval is een bemaling benodigd. Om de grondwaterstand nauwkeuriger vast te kunnen stellen worden peilbuizen geadviseerd; Omdat ontworpen is volgens de vigerende ontwerpleidraden, is de veiligheid ten aanzien van de microstabiliteit gewaarborgd; De veiligheid ten aanzien van de stabiliteit van het voorland is voldoende. Voor het grootste deel van het traject geldt dat er een relatief lang voorland aanwezig is, daar waar dit niet opgaat is een nadere beschouwing (met gunstig resultaat) uitgevoerd. 29 april 2016 1/36
Inhoudsopgave Samenvatting 1 1 Inleiding 4 1.1 Doel 4 1.2 Leeswijzer 4 2 Plan van aanpak 5 2.1 Algemeen 5 2.2 Geotechnische faalmechanismen 5 2.3 Aanpassingen normprofiel 5 2.4 Vervolgfase 5 2.5 Normen en leidraden 5 2.6 Gebruikte documenten 6 3 Projectbeschrijving 7 3.1 Scope 7 3.2 Grubbenvorst (dijkring 67) 7 4 Uitgangspunten en randvoorwaarden 10 4.1 Algemeen 10 4.2 Het normprofiel 10 4.3 Geotechnische parameters 11 4.4 Veiligheidsfilosofie stabiliteit 14 4.5 Ontwerphoogte 14 4.6 Aanleghoogte 14 4.7 Grondonderzoek en - opbouw 15 4.8 Dwarsprofielen 15 4.9 Schematisatie 15 4.10 Schematiseringsfactor 15 4.11 Verkeersbelasting 16 4.12 Rekenmodellen 16 4.13 Hydraulische belastinggevallen 16 4.14 Freatische lijn 16 4.15 Stijghoogte 17 4.16 Opbarsten, heave en piping 18 4.17 Grenspotentiaal 20 4.18 Ontwerpwaterstand en kruinhoogte 20 4.19 Grondwaterstand (tijdens uitvoering) 21 4.20 Uitgangspunten damwand 23 5 Grondonderzoek 24 5.1 Beschikbaar grondonderzoek 24 5.2 Globale bodemopbouw 24 6 Resultaten geotechnische berekeningen en toetsingen 25 6.1 Hoogte 25 6.2 Zetting ten gevolge van ophoging kade 26 29 april 2016 2/36
6.3 Piping en heave 26 6.4 Macrostabiliteit binnen- en buitenwaarts 28 6.5 Microstabiliteit 29 6.6 Voorland 29 6.7 Damwand + aanvulling hoge grond 30 6.8 Risico t.a.v. damwand 31 6.9 Wegen 31 7 Geotechnisch advies dijkring 67 Grubbenvorst 33 7.1 Hoogte 33 7.2 Piping en heave 33 7.3 Macrostabiliteit binnen- en buitenwaarts 33 7.4 Microstabiliteit 33 7.5 Stabiliteit voorland 34 7.6 Uitvoeringsrisico 34 8 Conclusies en aanbevelingen 35 8.1 Conclusies 35 Colofon 36 Bijlage I: Overzichtstekening Bijlage II: Bodemonderzoek Bijlage III: Laboratoriumonderzoek Bijlage IV: Geotechnische berekeningsresultaten piping Bijlage V: Geotechnische berekeningsresultaten stabiliteit binnen Bijlage VI: Geotechnische berekeningsresultaten stabiliteit buiten Bijlage VII: Geotechnische berekeningsresultaten zetting Bijlage VIII: Geotechnische berekeningsresultaten damwand Bijlage IX: Resultatentabel Bijlage X: Memo gevoeligheidsanalyse sterkteparameters voor leem Bijlage XI: PlaxFlow berekeningen naar invloed 2-lagensysteem op piping Bijlage XII: Memo grondwaterstanden Grubbenvorst 29 april 2016 3/36
1 Inleiding In het kader van de prioritaire dijkversterking perceel 2 dient de reeds bestaande primaire waterkering verhoogd en verbeterd te worden. Op sommige gedeelten van het traject wordt een nieuwe kering aangelegd. De werkzaamheden voor de dijkverbetering zijn opgesplitst in drie dijkringen, te weten: 1. Lottum (dijkring 66, lengte circa 2000m); 2. Grubbenvorst (dijkring 67, lengte circa 1500m); 3. Neer (dijkring 74, lengte circa 4000m). In de planstudie fase 1A heeft een verkenning plaatsgevonden, waarbij alle destijds beschikbare informatie is verzameld, de basisonderzoeken zijn uitgevoerd en een advies is gegeven ten aanzien van het vervolgonderzoek. Het vervolgonderzoek heeft bestaan uit onder andere de formulering van de kansrijke alternatieven voor de dijkverbetering. De haalbaarheid van deze alternatieven is beschouwd door middel van de beoordeling op geotechnische faalmechanismen. Verder is er aanvullend geotechnisch onderzoek uitgevoerd en hebben aanvullende inmetingen van het terrein plaats gevonden. In onderhavige geotechnische rapportage wordt dijkring Grubbenvorst (67) behandeld. 1.1 Doel 1.2 Leeswijzer Het doel van deze rapportage is om een ontwerp te maken dat voldoet aan de geotechnische faalmechanismen. In eerder stadium zijn per dijkvak kansrijke alternatieven ontworpen. Het basistracé is beoordeeld en de doorgerekende profielen zijn tevens gebruikt voor het ontwikkelen van het voorkeursalternatief (VKA). Dit VKA wordt in huidige rapportage uitgewerkt tot DO niveau. Het voorliggende rapport is als volgt opgebouwd. In hoofdstuk 2 is het plan van aanpak weergegeven. In hoofdstuk 3 is een projectomschrijving gegeven en in hoofdstuk 4 zijn de uitgangspunten en randvoorwaarden bij de geotechnische berekeningen gegeven. In hoofdstuk 5 is beschreven welk bodemonderzoek beschikbaar is en hoe de ondergrond ter plaatse is opgebouwd. In hoofdstuk 6 worden de resultaten van de geotechnische berekeningen van de normprofielen besproken. In hoofdstuk 7 wordt een advies gegeven inzake te nemen geotechnische maatregelen. In hoofdstuk 8 zijn conclusies en aanbevelingen gegeven. 29 april 2016 4/36
2 Plan van aanpak 2.1 Algemeen Ten behoeve van de analyse van de geotechnische faalmechanismen is de navolgende werkwijze gehanteerd. In een eerdere fase heeft de inventarisatie van het bestaande grondonderzoek plaatsgevonden en is op basis hiervan het aanvullend grondonderzoek ten behoeve van het DO geformuleerd en vervolgens uitgevoerd. Dit onderzoek heeft als basis gediend voor de schematisatie van de ondergrond. Daarnaast hebben de situatietekeningen, hoogtekaarten en dwarsprofielen van de huidige situatie als basis gediend voor de geometrie. 2.2 Geotechnische faalmechanismen 2.3 Aanpassingen normprofiel 2.4 Vervolgfase 2.5 Normen en leidraden Bij het ontwerp van de dijk is in beginsel uitgegaan van een standaard ontwerp voor dit traject. Een omschrijving van dit standaard ontwerp (of normprofiel) is weergegeven in 4.2. Op basis van het normprofiel zijn de onderstaande faalmechanismen geanalyseerd: Hoogte : Overloop en golfoverslag; Stabiliteit : Piping en heave; Stabiliteit : Macrostabiliteit binnenwaarts; Stabiliteit : Macrostabiliteit buitenwaarts; Stabiliteit : Microstabiliteit; Stabiliteit : Voorland. Hiervan is het eerstgenoemde faalmechanisme, hoogte, geen geotechnisch faalmechanisme. Dit is dan ook inhoudelijk niet verder benoemd in deze rapportage; Het normprofiel is beoordeeld aan de hand van de geotechnische faalmechanismen. Indien het normprofiel daarbij niet voldoet is een oplossing vastgesteld. De ontwerpuitgangspunten en randvoorwaarden zijn in hoofdstuk 4 benoemd. Hierin staan tevens de eisen waaraan de waterkeringen dienen te voldoen. Deze geotechnische analyse en rapportage dient ter beoordeling van het normprofiel en de daarbij benodigde aanpassingen. Het is hiermee een verdere uitwerking van het VoorKeursAlternatief (VKA) tot niveau van definitief ontwerp. Bij het bepalen van de faalmechanismen zijn diverse normen, kaders, leidraden en documenten gehanteerd. De belangrijkste zijn onderstaand gegeven: 1. Leidraad Rivieren, Ministerie van Verkeer en Waterstaat / ENW, Den Haag, kenmerk: DGW/GF 2007/836; 2. Addendum I bij Leidraad Rivieren, Ministerie van Verkeer en Waterstaat / ENW; 3. Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW) (1985). Leidraad voor het ontwerpen van rivierdijken, deel 1 - bovenrivierengebied. Den Haag: Staatsuitgeverij. ISBN 90-12-05169-X; 4. Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies, TAW, juni 2001; 5. Addendum bij het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies; 6. Stappenplan schematiseringsfactor, RWS WD, juni 2010; 7. Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden. Het ontwerpen van overstroombare waterkeringen met een norm van 1/250 per jaar; binnen het 29 april 2016 5/36
project Maaswerken, Ministerie van Verkeer en waterstaat, 27 sept 2010, kenmerk:venw/dgw-2010/1187; 8. Handreiking Constructief Ontwerpen, Technische Adviescommissie voor de waterkeringen, april 1994; 9. Technisch Rapport Waterspanningen bij Dijken, TAW, september 2004, kenmerk: DWW-2004-057; 10. NEN9997-1: Geotechnisch Ontwerp van constructies - deel 1: Algemene regels, dec 2011; 11. Technisch Rapport Zandmeevoerende Wellen, Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW), Delft, maart 1999; 12. Onderzoeksrapport Zandmeevoerende Wellen, maart 2012, Deltares; 13. Technisch rapport klei voor dijken (TR17); 14. Handreiking Ontwerpen met overstromingskansen; 15. Proevenverzameling van de Zandmaas van Arcadis, documentnummer 075739991:A Definitief, d.d. 9 november 2011. 2.6 Gebruikte documenten Er is gebruik gemaakt en uitgegaan van de volgende rapporten, tekeningen en documenten: Technische uitgangspunten notitie, versie 2.1, 16 okt. 2015, Movares Programma van Eisen, versie 4.0, 16 okt. 2015, Movares DOB-EEM-150012624 - Invloed leemparameters op stabiliteit, 26 okt. 2015, Movares gevoeligheidsanalyse uitstroomsnelheid GEO-JG-150012706, 27 okt. 2015, Movares Ontwerptekeningen Definitief Ontwerp, versie 1.2, d.d. 24-03-2016; Bodemonderzoek Mos Aanvullend grondonderzoek ten behoeve van PRIO 2 te Grubbenvorst, definitief, d.d. 06-01-2016 29 april 2016 6/36
3 Projectbeschrijving 3.1 Scope 3.2 Grubbenvorst (dijkring 67) Zoals reeds vermeld; dit geotechnisch rapport behandelt dijkring Grubbenvorst (67). Zie Figuur 1 voor een overzicht van de projectlocatie. Dijkring 67 valt onder het zgn. project Maaswerken. Hiermee valt het ook onder het ontwerpkader dat voor de werken binnen dit project is opgezet; Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden (sept. 2010). Dit is een aanvulling op de Leidraad Rivieren en behandelt alleen de punten die ontbreken (t.a.v. Maaswerken) of de punten waar de Leidraad niet op van toepassing is. Meest kenmerkend van het ontwerpkader is dat het uitgaat van de gekozen veiligheidsstrategie van de Limburgse Maas. Hierbij is het gecontroleerd overstromen van de Maaskaden boven een beschermingsniveau van 1/250 jaar een onderdeel van de waterveiligheid van de benedenstroomse gebieden. Voor het dijkvak Grubbenvorst zijn relatief veel dwarsprofielen beschikbaar. Hiervan zijn 21 dwarsprofielen beoordeeld en beschouwd op hoogte en piping-/heave gevoeligheid. Van deze 21 dwarsprofielen zijn er vijf doorgerekend op binnenwaartse en buitenwaartse macrostabiliteit. Deze vijf profielen zijn samen maatgevend voor het gehele dijkvak ten aanzien van de geotechnische stabiliteit. Ze zijn maatgevend gesteld vanwege de grootte van de netto ophoging, de grondopbouw en/of geometrie. De betreffende dwarsprofielen zijn eveneens weergegeven in Figuur 1. Let wel; in het figuur zijn, vanwege de leesbaarheid, niet alle 21 dwarsprofielen weergegeven. Langs het tracé komen op een aantal locaties watergangen parallel aan de dijk voor. Voor het traject 67.033+00 tot 67.033+30 ligt een watergang aan binnenzijde van de kade. Voor het traject 67.033+70 tot 67.034+70 moet rekening worden gehouden met een watergang aan de buitenzijde van de dijk. Voor het traject 67.034+90 tot 67.036+20 ligt een watergang aan beide zijden van de kade. In het nieuwe ontwerp wordt de watergang aan binnenzijde verbonden middels een duiker met de watergang aan buitenzijde van de kering. Op locatie 67.036+70 ligt een watergang haaks op de kade reikend tot aan de kade. Ter plekke van het traject 67.029+00 tot 67.030+00 is er sprake van een hoger achterland (NAP+17,5 à 18,0 m). Dit loopt, in noordelijke richting gaande langs de kade, terug tot een waarde van circa NAP+16,5m vóór de begraafplaats (begraafplaats is 67.034+50 tot 67.035+00). Ter plekke van de begraafplaats ligt het achterland rond de NAP+18,0 m. Ná de begraafplaats (gaande richting het noorden) loopt de maaiveldhoogte van het achterland weer terug richting de NAP+16,0m. Behalve de voorgenoemde aandachtspunten is er nog een aantal objecten die aandacht behoeven. Dit betreft: Aansluiting wegen en overgangen: een aantal wegen kruisen het ontwerp van de kade; hier is aandacht voor nodig; Kabels en Leidingen: binnen het ontwerp is hier afstemming voor nodig. Het betreft, onder andere, een aantal maal een riool vrijverval en een waterleiding. Nadere detaillering betreffende de knelpunten tussen het ontwerp van de kade en bestaande kabels en leidingen is uitgevoerd in een separate knelpuntenanalyse. 29 april 2016 7/36
Figuur 1: Overzicht Grubbenvorst (bron ondergrond: PDOK). Dijkring 67 in rood weergegeven, dwarsprofielen inclusief metrering in zwart weergegeven. Het dijktraject is onderverdeeld in (geotechnisch) logische dijkdelen. Deze zijn bepaald op basis van bodemopbouw en/of geometrie. Het maatgevend dwarsprofiel kan per faalmechanisme verschillen. 29 april 2016 8/36
Tabel 1: Onderverdeling dijkring Grubbenvorst (67) Metrering Toelichting onderverdeling van tot locatie Venloseweg separate locatie 67.029 + 00 67.030 + 00 locaal ligt het achterland hoog en is de beschikbare ruimte voor een oplossing gering. De huidige kering bestaat uit een grondkerende constructie 67.030 + 00 67.032 + 40 op basis van bodemopbouw; een deklaag ontbreekt 67.032 + 40 67.032 + 90 op basis van bodemopbouw; een deklaag gevolgd door een laag relatief fijn zand 67.032 + 90 67.033 + 50 op basis van bodemopbouw; een relatief dikke deklaag gevolgd door grindig zand 67.033 + 50 67.034 + 80 op basis van bodemopbouw; een deklaag ontbreekt 67.034 + 80 67.035 + 90 op basis van bodemopbouw; een deklaag gevolgd door grindig zand 67.035 + 90 67.036 + 70 op basis van geometrie; hoogteligging achterland (laaggelegen) 67.036 + 70 67.037 + 50 op basis van geometrie; het achterland ligt hoger 29 april 2016 9/36
4 Uitgangspunten en randvoorwaarden 4.1 Algemeen De waterkeringen dienen te voldoen aan een voldoende hoogte- en breedteprofiel, dit betreft een zogenaamd normprofiel. Dit profiel is in overleg met de opdrachtgever vastgesteld. Dit profiel behelst de kernzone van dijk. Indien het normprofiel niet voldoet aan een of meerdere van de bezwijkmechanismen piping, binnenwaartse en/of buitenwaartse stabiliteit is een te nemen maatregel bepaald. Indien de afmetingen locaal niet inpassen, dient maatwerk plaats te vinden zoals het plaatsen van bijvoorbeeld stabiliteitsschermen of grondbermen. Deze maatregelen zijn ook nodig als het normprofiel van de dijk niet voldoet aan de stabiliteitseisen. Dijkring 67 valt onder het ontwerpkader dat voor de Maaswerken is opgezet; Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden (sept. 2010). Dit is een aanvulling op de eveneens vigerende Leidraad Rivieren (2007) en behandelt alleen de punten die ontbreken (t.a.v. Maaswerken) of de punten waar de Leidraad niet op van toepassing is. Meest kenmerkend van het ontwerpkader is dat het uitgaat van de gekozen veiligheidsstrategie van de Limburgse Maas. Hierbij is het gecontroleerd overstromen van de Maaskaden boven een beschermingsniveau van 1/250 jaar een onderdeel van de waterveiligheid van de benedenstroomse gebieden. Deze overstroombaarheid leidt eveneens tot het bewust achterwege laten van de robuustheidtoeslag over de waterstand. 4.2 Het normprofiel Het normprofiel is in navolgende figuur schematisch weergegeven. Hierin is in rood de bestaande kade weergegeven. Het normprofiel is gearceerd weergegeven. Zoals in vorige paragraaf is aangegeven, er is hier sprake van een zgn. overstroombare kade. Dit heeft gevolgen voor de dimensionering van het binnentalud. Het binnentalud kent een helling van 1 : 3 met een dikte van de beschermende kleilaag van 1,2 m (klasse 2 klei). Conform de Handreiking Constructief Ontwerpen ( 3.2.3) is het binnentalud hiermee voldoende beschermd in het geval van de zwaarste klasse van overslag, mits het grastype eveneens voldoet. 29 april 2016 10/36
Figuur 2: Normprofiel schematisch (bestaande kade: rood, normprofiel: groen) Waarbij: dikte kleilaag: op kruin en taluds = 1,2 m (klei cat. 2) kleislab binnentalud: breedte = 2,5 m, dikte = 1,0 m (klei cat. 2) kleislab buitentalud: breedte = 1,7 m, dikte = 1,0 m (klei cat. 2) onderhoudspad: bestaande uit 0,3 m betongranulaat op geotextiel 4.3 Geotechnische parameters De geotechnische parameters zijn als volgt bepaald: Op basis van het ter beschikking gestelde en aanvullend uitgevoerde bodemonderzoek en laboratoriumproeven door MOS Grondmechanica; Parameters van proefverzameling De Zandmaas, Arcadis, d.d. 9/11/2011; Indien nodig aangevuld (zoals voor veen) op basis van NEN9997-1:2011 tabel 2.b; De aangehouden materiaalfactoren m zijn volgens het Addendum Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies bepaald. Voor de veenlaag zijn de partiële materiaalfactoren bepaald volgende NEN9997-1:2011, Reliability Class RC3. Dit vanwege het ontbreken van laboratoriumresultaten. Deze materiaalfactoren zijn gebruikt om de representatieve grondparameters om te zetten in rekenwaarden. Tabel 2: Partiële materiaalfactoren Hoofdnaam Partiële materiaalfactor γ m Veen Cohesie 1,60 Inwendige wrijving 1,30 Klei en Leem Cohesie 1,25 Inwendige wrijving 1,20 Zand en grind Cohesie n.v.t. Inwendige wrijving 1,20 Voor het volumegewicht geldt een partiële materiaalfactor van 1,0. In onderstaande tabel zijn de representatieve waarden en rekenwaarden van de grondparameters weergegeven. 29 april 2016 11/36
Tabel 3: Representatieve- en rekenwaarden van de grondparameters Grondsoort rep / sat;rep rep c rep d c d [kn/m 3 ] [ o ] [kn/m 2 ] [ o ] [kn/m 2 ] Klei (aanvulmateriaal) 17/17 25 4,0 21,2 3,3 Zand matig grof 18/20 32 0,0 27,5 0,0 Veen 11/11 15 2,0 11,6 1,25 Klei/leem 19/19 30 2,5 25,7 2,0 Waarin: rep : volumiek gewicht van droog/met water verzadigde grond rep / d : representatieve / rekenwaarde van de effectieve hoek van inwendige wrijving c rep / c d : representatieve / rekenwaar van de effectieve cohesie Bij de situatie waarbij een doorgaande cohesieve grondlaag opbarst, is met d = c d = 0 gerekend voor de desbetreffende cohesieve grondlaag. De navolgende zettingparameters zijn aangehouden. Opgemerkt wordt dat de gehanteerde waarde in fase 1A van de cohesie voor leem in de parameterset van de Zandmaas aan de hoge kant is (hoger dan waarden conform NEN9997-1:2011, tabel 2b). Dit wordt in deze proefverzameling verklaard door het feit dat er kleiige deeltjes aanwezig zijn en het geheel zich daardoor cohesief gedraagt. Om de invloed en gevoeligheid ten aanzien van deze parameters te bepalen is een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd voor de parameters van het leem. Hierbij is gefocust op de gevoeligheid van de macrostabiliteit ten aanzien van de leemparameters. De waarden voor cohesie en interne hoek van wrijving zijn gevarieerd binnen de aangetroffen waarden van de verschillende onderzoeken (i.e. laboratoriumonderzoek MOS, proevenverzameling Zandmaas en NEN9997-1 Tabel 2b). Het blijkt (zie memo met kenmerk DOB-EEM-150012508, d.d. 26-10-2015, zie bijlage X) dat de invloed van de parameters, variërend binnen de genoemde bandbreedte, relatief klein is en geringe invloed heeft op de grootte van de berekende macrostabiliteit alsmede op het ontwerp. Om deze reden is er voor gekozen om lagere waarden voor de parameters van leem aan te houden. Dit is zo weergegeven in Tabel 3 en waar verder van toepassing. Tabel 4: Zettingsparameters Grondsoort rep / sat;rep C p / C p C s / C s [kn/m 3 ] [-] [-] Klei (aanvulmateriaal) 17/17 600 / 200 / Klei -in dijk 18,5/18,5 300 / 100 3300 / 1100 Zand -in dijk 18/20 1800 / 600 / Leem 20/20 135 / 45 3900 / 1300 Zand matig grof 18/20 1800 / 600 / Veen 11/11 18 / 6 75 / 25 Klei/leem 19/19 135 / 45 3900 / 1300 Waarin: rep C p / C p C s / C s : volumiek gewicht van droog/met water verzadigde grond : samendrukkingsparameter voor de primaire zetting vóór en ná grensspanning : samendrukkingsparameter voor de seculiere zetting vóór en ná grensspanning 29 april 2016 12/36
29 april 2016 13/36
4.4 Veiligheidsfilosofie stabiliteit De veiligheidsfilosofie van de stabiliteit is als volgt bepaald: De stabiliteitsfactor F d binnenwaarts = b. n. d = 1,19 en is opgebouwd uit de volgende factoren: b = 1,15: schematiseringsfactor; deze verdisconteert onzekerheden in de schematisatie van de bodemopbouw en waterspanningen (addendum I Leidraad Rivieren 3.2.2, paragraaf 4.10 gaat hier op in); n = 1,03: schadefactor corrigeert de vereiste betrouwbaarheid t.a.v. betrouwbaarheidsniveau = 4,25 bovenrivierengebied, overschrijdingskans 1/250 (addendum TRWG 5.3.8); d = 1,00: bij model Bishop. Voor de stabiliteitsfactor F d buitenwaarts is uitgegaan van dezelfde schematiseringsfactor en schadefactor F d binnenwaarts van 0,96. De stabiliteitsfactor wordt hiermee 1,10. Dit is een enigszins conservatieve waarde. De bepaling van de schematiseringsfactor is gedaan in de rekensheet van Helpdesk Water van RWS, 4.10 gaat hier op in. De rekentechnische onderbouwing voor de keuze van de schematiseringsfactor is toegevoegd in bijlage V en VI. 4.5 Ontwerphoogte De hoogte van de dijk is gebaseerd op de ontwerpwaterstanden volgens Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden en vermeerderd met de waakhoogte. Deze bedraagt 0,50 m voor groene kaden en voor harde keringen is de waakhoogte 0,30 m. Er wordt voor de groene kaden van de volle golfoploop uitgegaan, waarmee wordt aangenomen dat er geen sprake van luwte is. De bij luwte behorende verminderde golfoploop is dus niet van toepassing. De waakhoogte is als volgt opgebouwd: Tabel 5: Bepalen waakhoogte Aspect Groene kade Harde kade Onnauwkeurigheden WAQUA +0,20 m +0,20 m Golfoploop +0,20 m +0,10 m Berijdbaarheid +0,10 m +0,00 m TOTAAL +0,50 m +0,30 m De zo bepaalde kruinhoogte is de hoogte waarop de kade geotechnisch is getoetst. 4.6 Aanleghoogte De aanleghoogte van de waterkering zal mogelijk hoger zijn dan de ontwerphoogte. Dit ter compensatie van de mogelijk nog te verwachten: Zettingen; Klink van het ophoogmateriaal (klei / leem = ordegrootte 10 %, zand = ordegrootte 5 %, conform Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies) en is afhankelijk van de mate van verdichten. In 6.2 is ingegaan op de zettingen welke ten gevolge van het grondwerk verwacht kunnen worden. Voor een maatgevende situatie is daar aangegeven wat de verwachte grootte is van de zettingen; deze bedraagt circa 1-5 cm maximaal. De klink is niet nader beschouwd en is verder te beschouwen in de uitvoeringsfase. Beiden, zowel zetting als klink, hebben, hoewel gering, een invloed op de aanleghoogte van de kades. Dit gaat een rol spelen in de bepaling van de benodigde hoeveelheden bouwmateriaal. 29 april 2016 14/36
Ter hoogte van het traject 67.029+00 tot 67.030+00 en 67.036+70 tot 67.037+50 bestaat de waterkering uit een grondkerende constructie. Er is hier sprake van een harde kering, daarom rekenen we voor dit traject met een waakhoogte van 0,30 m (in plaats van 0,5 m, zie tabel 5). Hiermee komt de benodigde hoogte voor de kerende constructie op NAP+18,36 m in tegenstelling tot de benodigde hoogte van de nabijgelegen kade. 4.7 Grondonderzoek en - opbouw 4.8 Dwarsprofielen 4.9 Schematisatie 4.10 Schematiseringsfactor Het beschikbare grondonderzoek is uitgebreid met aanvullend grondonderzoek dat ter plaatse van het tracé is uitgevoerd. Het geotechnisch ontwerp is gebaseerd op het totaal beschikbare grond- en laboratoriumonderzoek. De dwarsprofielen van de huidige situatie met het normprofiel zijn gegenereerd uit Civil 3D. Deze zijn als input voor de geotechnische berekeningen gehanteerd. De schematisatie van de ondergrond en de bepaling van het representatieve dwarsprofiel is gebaseerd op het bestaande en het aanvullende grondonderzoek en de dwarsprofielen van de huidige situatie. Om onzekerheden in de schematisatie van de bodemopbouw en de waterspanningen te ondervangen, is in de eis ten aanzien van de benodigde veiligheid tegen instabiliteit een factor hiervoor opgenomen. Deze schematiseringsfactor verdisconteert onzekerheden in de schematisatie van de bodemopbouw en waterspanningen (addendum I Leidraad Rivieren 3.2.2 gaat dieper in op deze factor en de benodigde rekenwijze hier voor). De schematiseringsfactor wordt bepaald door de verschillende scenario s die (redelijkerwijs) kunnen optreden, de kans van optreden en het gevolg van optreden op de veiligheid tegen instabiliteit. Voor Grubbenvorst is uitgegaan van zeven scenario s die ingaan op variaties in het maaiveld, de hoogteligging van de freatische lijn, de stijghoogte en de toegepaste bodemparameters. De voorgenoemde parameters zijn gewijzigd ten opzichte van een representatieve situatie en vervolgens doorgerekend op macrostabiliteit. De berekende stabiliteit van de gewijzigde situatie (of scenario) is vergeleken met de stabiliteit in de representatieve situatie. De navolgende tabel toont de scenario s en het relatieve effect er van op de macrostabiliteit. Tabel 6: Scenario's voor de schematiseringsfactor scenario relatieve afwijking basissituatie 0,00 maaiveld ligt 0,1 m lager -0,05 maaiveld ligt 0,2 m lager -0,10 freatische lijn ligt 0,2 m hoger -0,11 freatische lijn ligt 0,5 m hoger -0,19 stijghoogte ligt 0,2 m hoger -0,00 reductie van 10% voor de parameters van zand, leem klei -0,20 reductie van 10% voor de parameters van anvulmateriaal (klei) -0,12 Deze zeven scenario s, hun invloed op de stabiliteit en de kans van optreden vormen input voor de rekenmethode die is beschreven in het addendum I van de Leidraad Rivieren (par. 3.2.2). Voor het geval van Grubbenvorst resulteert dit in een 29 april 2016 15/36
schematiseringsfacor van 1,15. De resultaten van en de bijbehorende rekensheet is weergegeven in de bijlagen voor de rekenresultaten voor binnen- en buitenwaartse stabiliteit, achteraan in bijlage V en VI. 4.11 Verkeersbelasting 4.12 Rekenmodellen 4.13 Hydraulische belastinggevallen Bij de bepaling van de macrostabiliteit van de kaden is rekening gehouden met een belasting op de kruin. Indien er sprake is van een groene dijk, dan bedraagt de rekenwaarde van de belasting conform de Handreiking Constructief Ontwerpen 13,3 kn/m 2 over 2,5 meter breedte, wat op verzoek van Opdrachtgever verruimd is tot 13,3 kn/m 2 over 3,0 m. De belastingspreiding in de ondergrond is onder een hoek van 30 met de verticaal genomen en de wateroverspanning in de cohesieve lagen bedraagt 100%. Voor het bepalen van de stabiliteit van het binnen- en buitentalud van groene kaden is gebruik gemaakt van het programma D-Geo Stability, versie 15.1 (Deltares Systems). Voor het bepalen van de te verwachten zetting is gebruik gemaakt van het programma D-Settlement (Versie 9.3, Deltares Systems). De damwand, aan het begin en het eind van dijkring 67 (metrering 67.029+00 tot 67.030+00 en 67.036+70 tot 67.037+50) is doorgerekend met D-Sheet Piling (Versie 14.1, Deltares Systems). Voor het vaststellen van de macrostabiliteit is rekening gehouden met de maatgevende belastinggevallen natte situatie en val na hoogwater. Tijdens de natte situatie is rekening gehouden met maatgevend hoogwater (MHW) en grondwaterstand binnendijks op maaiveld. Voor de situatie val na hoogwater is rekening gehouden met het plotseling wegvallen van het hoogwater. Hierbij dient de buitenwaterstand op het niveau te worden genomen van 10 dagen ná val van hoogwater. Grubbenvorst ligt tussen de stuwen Belfeld en Sambeek, op basis van figuur 2-3 uit HR2006 neemt in 10 dagen het debiet op de Maas (bij Borgharen) af van 3800 naar 1202 m³/s. Voor de meetlocaties Belfeld Beneden en Sambeek boven is bij dat debiet de waterstand afgeleid op NAP+15,30m respectievelijk NAP+11,40m. Dijkring Grubbenvorst ligt aan ca. kilometer 112, de waterstand na de val van het hoogwater is lineair geïnterpoleerd tussen Belfeld op km 101 en Sambeek op km 147. Dit levert een waterstand voor STBU op van NAP+14,4m. Op basis van AHN ligt de uiterwaard in ieder geval boven NAP+15,00m. Daarmee is het aanhouden van een buitenwaterstand op het niveau van buitendijks maaiveld dus conservatief. De freatische grondwaterstand in de deklaag van de kering ijlt na. Merk op dat hiermee de belastinggevallen (zoals beschreven in 3.3 van Technisch Rapport Waterspanningen bij Dijken) neerslag, een deel van laagwater en uitvoering achterwege zijn gelaten. Rechtvaardiging hiervoor is, dat de kaden relatief klein zijn, waardoor deze belastinggevallen in het slechtste geval net zo conservatief zijn als de twee belastinggevallen die in voorgaande alinea als maatgevend zijn aangehouden. Deze twee belastinggevallen, natte situatie en val na hoogwater, zijn dusdanig conservatief, dat deze maatgevend zijn boven de andere hiervoor genoemde belastinggevallen. 4.14 Freatische lijn De freatische lijn in de kaden tijdens ontwerpomstandigheden is geschematiseerd aan de hand van bijlage 1 uit het Technisch Rapport Waterspanningen bij Dijken. Hierbij is uitgegaan van de bodemopbouw 1A en/of 1B. Gezien de relatieve dikte van de kleideklagen ten opzichte van de kadehoogte maakt de deklaag dat voor alle gevallen 29 april 2016 16/36
geldt dat kade voor een groot deel uit klei bestaat, daarom is er voor gekozen om uit te gaan van bodemopbouw 1A en/of 1B. Voor de natte situatie geldt dat de grondwaterstand aan binnenzijde gelijk is aan maaiveldhoogte binnenwaarts. De freatische grondwaterstand loopt op in de dijk en maakt ter plekke van de indringdiepte contact met het buitenwater (ontwerpwaterstand) (zie bovenste afbeelding in Figuur 3). Voor de situatie val na hoogwater is de val van de freatische lijn in de dijk na hoogwater geschematiseerd aan de hand van het Technisch Rapport Waterspanningen bij Dijken. Er wordt vanuit gegaan dat de waterspanningen in het watervoerende pakket niet na-ijlen. Er wordt vanuit gegaan dat de freatische lijn wel na-ijlt. Gerekend wordt met een val van het buitenwater die in een periode van 10 dagen op kan treden. In het geval van val na hoogwater wordt er van uitgegaan dat de ligging van de freatische lijn in het dijklichaam onveranderd blijft, uitgezonderd het deel van de freatisch grondwaterstand dat direct aan de buitenzijde van de kering door het buitenwater gevoed wordt (tot de indringingsdiepte) en welke terug valt (zie onderste afbeelding in Figuur 3). Figuur 3: Verloop freatische lijn onder maatgevende omstandigheden 4.15 Stijghoogte De stijghoogte in het eerste watervoerende pakket wordt direct gevoed door de stand van het buitenwater. Het eerste watervoerend pakket bevindt zich vrij dicht onder het maaiveld en in veel gevallen ontbreekt een afdekkende laag helemaal. Voor de belasting natte situatie is de buitenwaterstand gelijk aan kruinhoogte. Voor de situatie val na hoogwater is de buitenwaterstand gelijk aan maaiveldniveau buitendijks. Aan buitenzijde wordt - ter plekke van het punt van indringen - de stijghoogte vastgelegd door de stand van het buitenwater. Indien er een voldoende afsluitende deklaag buitendijks wordt gevonden, dan verplaatst het indringingspunt zich van de dijk af. Afhankelijk van de geometrie zijn diverse verlopen van de stijghoogten te bepalen. De stijghoogte in het eerste watervoerend pakket binnendijks is sterk afhankelijk van de aanwezigheid en dikte van een eventueel aanwezige deklaag. Als er sprake is van 29 april 2016 17/36
geen deklaag binnendijks, dan zal de stijghoogte daar reduceren tot maaiveldhoogte (zie Figuur 4.a). Als er een geringe deklaag aanwezig is, bestaat het risico op opbarsten (veiligheid <1,0). Als er sprake is van opbarsten binnendijks, dan zal de stijghoogte op locatie van opbarsten gereduceerd worden tot de grenspotentiaal die hoort bij de doorsneden laagdikte (zie Figuur 4.b). Dit is een conservatieve aanname, omdat de stijghoogte in de praktijk tot een lager niveau dan de grenspotentiaal zal reduceren. Wanneer de deklaag voldoende weerstand biedt tegen opbarsten, maar niet voldoende is om opdrijven te voorkomen, dan zal de stijghoogte ter plekke van het opdrijven reduceren tot de grenspotentiaal (zie Figuur 4.b). De opbarstveiligheid heeft dan een waarde tussen 1,0 en 1,2. Als er sprake is van een deklaag met voldoende weerstand (gewicht) tegen opbarsten of opdrijven, dan reduceert de stijghoogte in principe binnendijks niet en blijft een stijghoogte gelijk aan de buitenwaterstand gehandhaafd (zie Figuur 4.c). Dit is een conservatieve aanname. Figuur 4: Verloop stijghoogte in watervoerend pakket Het verloop tussen het indringingspunt buitendijks en de (eventueel) gereduceerde stijghoogte binnendijks wordt lineair verondersteld. 4.16 Opbarsten, heave en piping De kade is ontworpen op: Opbarsten Indien er afsluitende grondlagen aanwezig zijn, kunnen deze in geval van opbarsten invloed hebben op de macrostabiliteit van de kering. In dat geval dient dit te worden getoetst en zo nodig moeten er mitigerende maatregelen worden uitgewerkt. 29 april 2016 18/36
Indien de pipingvoorziening aan de binnenzijde wordt aangebracht, dan is uitgegaan van een berm of gewichtsconstructie. Er is getoetst op: σ grond / σ waterdruk 1,2. Indien de pipingvoorziening aan buitenzijde wordt aangebracht dan wordt deze globaal op 2 m minus maaiveld (onderkant voorziening) aangebracht, afgedekt met 1 m vrijkomende grond zijnde een leeflaag. De dikte van deze laag is afhankelijk van het gebruik. Het gebruik is hier omschreven als open akkergebied en groenontwikkeling. Piping en heave: De mechanismes piping en heave zijn getoetst conform Voorschrift toetsen op Veiligheid Primaire Waterkeringen (rekenschema in figuur 5 4.8 in de VTV). Vanwege de grote gradiënt voldoet de dijk over de gehele lengte niet aan de toets op heave. Met een grote gradiënt wordt hier bedoeld; een groot verval van de waterstand buiten- versus binnendijks en dan dit verval over een kleine verticale uitstroomlengte binnendijks achter de kade (zie ook 6.3 voor uitwerking hier van). Omdat de kade niet voldoet aan deze toets dient de dijk te worden getoetst op piping.de pipingtoets is beschouwd met zowel de rekenregel van Bligh, Sellmeijer als ook Lane. Er is niet gerekend met de toekomstige regel van Sellmeijer (2017). Dit is in overleg met de opdrachtgever bepaald. De kade is beschouwd volgens de rekenregel van Sellmeijer met daarin opgenomen waarden voor k zand, dikte van de watervoerende laag welke volgt uit beschikbare gegevens van de diepere lagen en met de D 70 resultaten volgend uit de uitgevoerde zeefanalyses. Voor de D 70 is uitgegaan van de 5% ondergrenswaarde van het gemiddelde; Ter vergelijking is de kade ook beschouwd volgens de empirische rekenregel van Bligh met een waarde van C creep welke volgt uit de D 50 resultaten van de uitgevoerde zeefkrommen; Voor de damwand (67.029+00 tot 67.030+00) is de methode Lane van toepassing. Er is voor gekozen om, voor de benodigde lengte van een pipingmaatregel, Sellmeijer toe te passen (behalve voor de genoemde uitzondering). De rekenregel van Sellmeijer is gebruikt om de kade te toetsen op piping en om het ontwerp te dimensioneren. Hierbij is gebruik gemaakt van parameters die representatief zijn voor verschillende zandlagen die ter plekke worden aangetroffen. In bijlage III zijn de zeefanalyses uitgewerkt tot een D 50 en D 70 waarde en is de onderbouwing gegeven hoe tot een 5% ondergrensschatting van het gemiddelde is gekomen. Tevens zijn in bijlage III de waarden voor C creep (Bligh) weergegeven. Deze waarde is 15. De rekenregel van Sellmeijer gaat in principe uit van een enkele zandlaag. Indien er sprake is van een meerlaags zandpakket dat bestaat uit twee zandlagen met verschillende eigenschappen kan de doorlatendheid, k zand, worden bepaald als gewogen gemiddelde. Voor dijkring 67 wordt een fijne zandlaag aangetroffen en een laag grindig zand. Het fijnere zand heeft een D 70 van 1,86 10-4 m en een doorlatendheid k van 7,9 10-5 m/s. 29 april 2016 19/36
Om de gevoeligheid van Sellmeijer ten aanzien van de bodemgelaagdheid en bodemopbouw in te kunnen schatten, is gevarieerd met de parameters welke input voor deze rekenregel zijn. Verder is ook met behulp van PlaxFlow een inschatting gemaakt van het effect van een meerlaagse ondergrond t.o.v. een schematisatie met een enkele zandlaag. Hierbij is gekeken naar het effect op de stroomsnelheden. Deze variaties zijn uitgevoerd en beschouwd om een beeld te krijgen van de gevoeligheid van de rekenregel van Sellmeijer. Dit is uitgevoerd voor het traject bij Lottum, dijkring 66. Hoewel niet specifiek toegespitst op Grubbenvorst, is de aanpak en zijn de resultaten dusdanig generiek dat deze gevoeligheidsanalyse ook van toepassing beschouwd kan worden voor het traject Grubbenvorst. Het resultaat van deze gevoeligheidsanalyse is als bijlage XI toegevoegd. De parameters die uiteindelijk voor de rekenregel van Sellmeijer zijn aangehouden worden hieronder genoemd: k zand : deze varieert langs het traject. Omdat de dikte van de fijne en grindige zandlaag langs het traject wisselt, wisselt ook de gewogen waarde voor de doorlatendheid. Deze heeft waarden variërend van 4,1 10-4 tot 5,76 10-4 m/s. Bijlage III geeft de korrelverdelingen weer; D 70 : voor het fijne zand bedraagt deze 1,86 10-4 m, voor het sterk grindhoudend zand bedraagt deze 5,02 10-4 m. Bijlage III geeft de zeefkrommes weer; rolweerstandhoek θ = 41 graden; dikte watervoerende laag: deze varieert van 5,0 tot 10,0 m langs het traject; sleepkrachtfactor 0,25. 4.17 Grenspotentiaal 4.18 Ontwerpwaterstand en kruinhoogte Daar waar er grondlagen aanwezig zijn die opdrijven, is ter plaatse sprake van een grenspotentiaal voor wat betreft de stijghoogte in het watervoerend pakket. Indien een pipingvoorziening nodig is, is deze zodanig ontworpen dat deze niet zal opdrijven en is de dikte gedimensioneerd met een partiële factor van 1,2. Zie 4.15. Indien er sprake is van het ontbreken van een deklaag en eveneens van het ontbreken van een pipingvoorziening, daar treedt het grondwater uit aan maaiveldniveau en daar is dit tevens de stijghoogte aan de binnenzijde van de waterkering. De ontwerpwaterstand is bepaald uit het Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden (27 september 2010). In dit ontwerpkader is uitgegaan van een overstroombare waterkering met een norm van 1/250 jaar. Om de kruinhoogte te bepalen dient deze ontwerpwaterstand nog vermeerderd te worden met de waakhoogte van 0,3 m voor harde keringen en 0,5 m voor groene keringen. Voor dijkring 67, Grubbenvorst, betekent dit: Tabel 7: Ontwerpwaterstand en bepaling kruinhoogte Metrering Type Km. van tot constructie rivier Ontwerpwaterstand Maaskaden 2010 [NAP m] Waakhoogte [m] Ontwerp kruinhoogte [NAP m] locatie Venloseweg Groen (verhard) 112 +18,15 +0,5 +18,65 67.029 + 00 67.030 + 00 Hard 113 +18,06 +0,3 +18,36 67.030 + 00 67.036 + 50 Groen 113 +18,06 +0,5 +18,56 67.036 + 50 67.037 + 80 Hard 113 +18,06 +0,3 +18,36 29 april 2016 20/36
Er is, in het kader van het Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden, geen toeslag voor robuustheid meegenomen. De verwachtte achtergrondzakking en zettingstoeslag zijn gering voor dit project. In 6.2 is een verwachte zetting vastgesteld van 1-5 cm voor een maatgevend profiel. De toeslag is niet meegenomen in het ontwerp en is een aspect dat van belang is voor de uitvoeringsfase. Opgemerkt wordt dat voor de geotechnische berekeningen de buitenwaterstand verhoogd is tot de kruinhoogte. Dit zowel voor de toets binnenwaartse stabiliteit als voor piping. Dit is zoals het Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden vereist en het behoort bij de gekozen veiligheidsstrategie van de Limburgse Maas, waarbij het gecontroleerd overstromen van de Maaskaden boven een beschermingsniveau van 1/250 jaar een onderdeel is van de waterveiligheid van de benedenstroomse gebieden. 4.19 Grondwaterstand (tijdens uitvoering) Grondwaterstand: Als het voor de benodigde kwelweglengte nodig is om een kleiinkassing te realiseren, dan is het van belang om de grondwaterstand ter plekke te weten. Indien deze te hoog ligt, dan heeft dit invloed op de uitvoer van de maatregel. Hierbij is een hoge grondwaterstand ongunstig voor de uitvoering van de kleiinkassingen. De beschikbare informatie ten aanzien van de grondwaterstand bestaat uit: 1) meetgegevens en 2) data van het Waterschap Peel- en Maasvallei (grondwatermodel). Beide sets geven een verschillend beeld van de waarde voor de grondwaterstand ter plekke. Geadviseerd wordt om de meest conservatieve resultaten te gebruiken bij het onderzoek naar de uitvoerbaarheid van pipingmaatregelen. Als eerste worden de gemeten gegevens gepresenteerd en vervolgens het grondwatermodel. Meetgegevens: In de memo met kenmerk D80-MNI-KA-1500027 (bijgevoegd as bijlage XII) is ingegaan op de grondwaterstand. Deze is bepaald uit het regionale beeld (bron Grondwaterkaart Nederland), metingen uit boringen en een peilbuis welke in nabijheid van de projectlocatie is gesitueerd. Het regionale beeld van de grondwaterstroming is afgeleid uit de Grondwaterkaart van Nederland (kaartblad 52 oost). Dit is een momentopname van 28 augustus 1976. Hieruit is af te leiden dat de isohypsen (lijnen van gelijke grondwaterstand) afnemen in de richting van de Maas en dat ze min of meer evenwijdig lopen met de rivier (zie Figuur 5). Dit duidt op de sterk drainerende werking van de Maas. Overigens werkt dit ook vice versa; een hoge waterstand in de Maas heeft vrijwel direct invloed op de stijghoogte in het eerste watervoerende pakket. De boringen zijn verricht in de periode 17-22 juli 2014, op 20 augustus 2014 (Venloseweg) en in de periode 18 20 augustus 2015. Op basis van deze metingen zijn isohypsen geschetst. Het geschetste lokale beeld komt goed overeen met het regionale beeld. De metingen van de periode 18 20 augustus 2015 passen ook binnen dit beeld. Ongeveer 400 m ten noorden van de Dorpstraat is een peilbuis van TNO aanwezig. In deze peilbuis wordt vanaf 10 mei 2008 dagelijks de grondwaterstand gemeten. Uit de metignen volgt dat een grondwaterstand van NAP +14,6 m of lager representatief is voor de maanden april t/m oktober. Deze peilbuis ligt echter op grotere afstand van de 29 april 2016 21/36
Maas dan de locatie van de dijkverbetering. Dichter bij de Maas reageert de grondwaterstand sneller op hoogwatergolven dan verder weg. Daarom wordt de periode waarin het geschetste isohypsenbeeld representatief is voor de locatie, ingeschat op vier maanden (juli t/m oktober). In extreem natte periodes kunnen de grondwaterstanden enkele decimeters hoger liggen. Op grond van extrapolatie van de gegevens is voor de locatie Venloseweg een maatgevende grondwaterstand van NAP +14,50 m afgeleid. Grondwatermodel: Vanuit het Waterschap Peel- en Maasvallei is de GHG (gemiddeld hoge grondwaterstand) weergegeven welke uit een grondwatermodel (IBRAHYM) is berekend. Voor de grondwaterstand uit het grondwatermodel moet worden opgemerkt dat dit onderbouwd is met meetdata uit het gebied. De grondwaterstand uit dit model ligt gemiddeld lager dan de resultaten welke uit het voorgenoemde memo zijn afgeleid. Het verschil varieert van 0,3 1,3 m lager, waarmee dit model minder conservatief is. Figuur 5: Isohypsen grondwaterstand Grubbenvorst periode juli oktober (volgens memo D80-MNI- KA-1500027) 29 april 2016 22/36
Noodzaak maatregelen: Uit een vergelijking van de nodig geachte ontgravingen (voor de klei-inkassingen) volgt dat op een groot deel van de locatie maatregelen noodzakelijk kunnen zijn. De benodigde verlaging van de grondwaterstand bedraagt indicatief 1 m. Merk op dat - zoals eerder genoemd - we hier van de conservatieve benadering uitgaan; dat is de grondwaterstand op basis van de gemeten gegevens. Maatregelen: Volgens gegevens van DINO loket (REGIS) bevindt de onderzijde van het 1 e watervoerende pakket zich op circa NAP + 5 m. Dit pakket bevat echter veel leemlagen. Volgens de Grondwaterkaart van Nederland bedraagt het doorlaatvermogen van het gehele pakket 500-1.000 m 2 /dag. Om de werkzaamheden in den droge te kunnen uitvoeren is een bemaling noodzakelijk. Het doorlaatvermogen van de bodem is relatief laag, een bemaling is daardoor goed uitvoerbaar. Indicatie debiet: De benodigde verlaging bedraagt indicatief 1 m. Bij gebruik van een verticale bronnering en vakken van 50 x 20 m 2 bedraagt het debiet 25 35 m 3 /uur. Advies: Ter controle van de grondwaterstanden wordt geadviseerd om twee peilbuizen te plaatsen, een nabij de locatie van boring 000 1031 en een peilbuis nabij boring 000-1043 (zie bijlage II voor locatie van deze boringen). In deze peilbuizen dienen dataloggers (divers) te worden afgehangen die periodiek, bijvoorbeeld om de drie maanden, kunnen worden uitgelezen. 4.20 Uitgangspunten damwand Ten behoeve van de grondkering, welke ontworpen is voor de trajecten 67.030 80 tot 67.030 + 00 en 67.036+70 tot 67.037+50, zijn de onderstaande uitgangspunten aangehouden. functie damwand: vooreerst grondkerend, vervolgens pipingremmend. De damwand garandeert de buitenwaartse stabiliteit; beschouwde locaties: de locaties 67.029+04, 67.029+38, 67.029+59, 67.037+10 en 67.037+37 zijn beschouwd; veiligheidsklasse damwand: RC3 (conform de Eurocode 7); er is de situatie mét en zónder verankering beschouwd, behalve de noordzijde (daar is uitgegaan van geen verankering); levensduur: 100 jr. (er is rekening gehouden met corrosie); voor enkele scenario s is rekening gehouden met aanvulling bestaande uit licht ophoogmateriaal; Yalibims. De representatieve parameters waarmee rekening is gehouden zijn: o γ nat / γ droog : 10 / 10 kn/m 3 ; o ϕ : 32 ; o cohesie: 0 kpa. 29 april 2016 23/36
5 Grondonderzoek 5.1 Beschikbaar grondonderzoek Het beschikbare grondonderzoek voor Dijkvak 67 Grubbenvorst bestaat uit de volgende onderdelen: 4 sonderingen met een lengte van circa 15,0 m, uitgevoerd door MOS grondmechanica; 1 sondering met lengte van circa 15,0 m, afkomstig uit DINOLoket; 4 sonderingen met een lengte van circa 15,0 m, afkomstig van het Waterschap; 62 boringen, waarvan 3 mechanische diepe boringen en 59 handboringen met een lengte tot maximaal 5,0 m, uitgevoerd door MOS grondmechanica; 16 boringen uitgevoerd uit beheer van DINOLoket en Waterschap; 70 bepalingen van het volumiek gewicht en het watergehalte; 24 bepalingen van de Atterbergse grenzen; 35 zeefanalyses ten behoeve van het bepalen van de korrelverdeling. Het totale onderzoek voor dijkring Grubbenvorst (67) is opgenomen als bijlage II. Dit omvat rapportages van MOS grondmechanica uit fase 1A en 1B, verder omvat het onderzoek uit het DINOLoket en onderzoek beschikbaar gesteld door de opdrachtgever. 5.2 Globale bodemopbouw MOS grondmechanica heeft op basis van het uitgevoerde onderzoek een geotechnisch lengteprofiel opgesteld voor de dijkring. Dit geeft een beeld van de globale bodemopbouw. Let wel; dit is een algemeen beeld, de dimensionering van het ontwerp vindt plaats op basis van het specifieke locale onderzoek en niet op globale bodemopbouw. De ondergrond bestaat voornamelijk uit zand matig tot grof plaatselijk grindig. Deze zandlaag is doorsneden met leemlagen tot een dikte van circa 1,5 m. De toplaag bestaat voor het grootste deel van de lengte aan zowel buiten- als binnenzijde van de dijk uit een toplaag van fijner zand. Voor een deel bestaat de toplaag uit leem of klei. De kern van de dijk bestaat voornamelijk uit leem of klei. Lokaal kan de dijkkern echter uit zand bestaan. 29 april 2016 24/36
6 Resultaten geotechnische berekeningen en toetsingen In dit hoofdstuk zijn de resultaten weergegeven van de uitgevoerde analyses voor de faalmechanismes die in 2.2 genoemd zijn: Hoogte (HT): Overloop en golfoverslag; Stabiliteit (STPH): Piping en heave; Stabiliteit (STBI): Macrostabiliteit binnenwaarts; Stabiliteit (STBU): Macrostabiliteit buitenwaarts; Stabiliteit (STMI): Microstabiliteit; Stabiliteit (STVL): Voorland. Hiervan is het eerstgenoemde faalmechanisme, hoogte, geen geotechnisch faalmechanisme. 6.1 Hoogte Voor nagenoeg de gehele dijkring 67 dient de bestaande waterkering te worden verhoogd. De benodigde kruinhoogte is opgenomen in het normprofiel. De ontwerpwaterstand is bepaald uit het Ontwerpkader nog aan te leggen Maaskaden (27 september 2010). In dit ontwerpkader is uitgegaan van overstroombare waterkering met een norm van 1/250 jaar. Om de kruinhoogte te bepalen dient deze ontwerpwaterstand nog vermeerderd te worden met de waakhoogte van 0,3 m voor harde keringen en 0,5 m voor groene keringen. De resultaten voor de benodigde kruinhoogte zijn in de navolgende tabel weergegeven. Tabel 8: Ontwerpwaterstand en bepaling kruinhoogte Metrering Type Km. van tot constructie rivier Ontwerpwaterstand Maaskaden 2010 [NAP m] Waakhoogte [m] Ontwerp kruinhoogte [NAP m] locatie Venloseweg Groen (verhard) 112 +18,15 +0,5 +18,65 67.029 + 00 67.030 + 00 Hard 113 +18,06 +0,3 +18,36 67.030 + 00 67.036 + 50 Groen 113 +18,06 +0,5 +18,56 67.036 + 50 67.037 + 80 Hard 113 +18,06 +0,3 +18,36 29 april 2016 25/36
De navolgende figuur geeft het overslagdebiet weer voor het gehele traject. Naast de groene bolletjes zijn de waarden voor het berekende overslagdebiet onder maatgevende omstandigheden weergegeven. Figuur 6: Overslagdebiet onder maatgevende condities voor traject Grubbenvorst 6.2 Zetting ten gevolge van ophoging kade 6.3 Piping en heave Voor een standaardsituatie is berekend wat de te verwachten (maximale) zetting is als gevolg van de ophoging van een kade. Zetting heeft effect op de benodigde aanleghoogte en uiteraard op omgevingsaspecten zoals de ligging van kabels en leidingen. De navolgende tabel geeft de verwachte maximale zetting weer ter plekke van een maximale ophoging. Er is een spreiding van de verwachte zetting weergegeven; de verwachte maximale zetting bedraagt ca. 1-5 cm. Dit is een bovengrens voor de gehele dijkring. De rekenrapportage is toegevoegd als Bijlage VII. Voor heave geldt de vuistregel dat de verhouding van het verval en de deklaagdikte maximaal 0,5 mag bedragen om heave uit te kunnen sluiten (i optredend i toelaatbaar waarbij i toelaatbaar = 0,5; zie Technisch Rapport Zandmeevoerende Wellen, 4.3.1). Langs de dijkring 67 is de waarde voor i optredend nergens < 0,5. Dit houdt in dat heave voor de gehele dijkring niet uitgesloten kan worden. Omdat de toets op heave nergens langs het dijktraject voldoet, dient te worden getoetst op piping. Als de toetsing op piping niet voldoet, dan dient het tekort aan kwelweglengte te worden aangevuld met een pipingvoorziening. De navolgende tabel geeft per profiel (13 profielen beoordeeld) de benodigde kwelweglengte, de reeds aanwezige en het logisch daaruit volgende tekort aan kwelweglengte weer. Let wel; voor de reeds aanwezige kwelweglengte is uitgegaan van het normprofiel en eventueel 29 april 2016 26/36
aanwezige (niet opbarstende) deklagen. Echter een eventueel aanwezige wegconstructie is niet meegenomen in de berekening. Zoals eerder toegelicht ( 4.15) betreft het hier enkel de piping cf. de rekenregel van Sellmeijer. Figuur 7: Kwelweglengte en verval over kade met of zonder sloot Voor een viertal locaties is er sprake van een aanwezige sloot of greppel. Een dergelijke insnede in het maaiveld kan relatief grote invloed hebben op de benodigde kwelweglengte, omdat hiermee de vervalhoogte (ΔH) toeneemt. Om deze reden is er voor deze locaties voor gekozen om zowel de situatie mét als zonder sloot te beschouwen. In later stadium is de maatgevende van beide situaties als maatregel doorgezet. Tabel 9: Berekeningsresultaten cf. rekenregel van Sellmeijer Metrering Benodigde Aanwezige Tekort [m] dwarsprofiel kwelweglengte [m] kwelweglengte *1 [m] 67.029 + 04 *2 0,0 0,0 n.v.t. 67.029 + 38 *2 4,1 0,0 4,1 67.029 + 59 *2 5,9 0,0 5,9 67.030 + 40 25,8 20,6 5,2 67.030 + 78 12,5 16,4 n.v.t. 67.031 + 28 13,8 16,9 n.v.t. 67.032 + 43 16,3 17,9 n.v.t. 67.032 + 86 18,9 19,4 n.v.t. 67.032 + 86 (sloot) *3 25,3 21,4 3,9 67.033 + 38 6,4 19,6 n.v.t. 67.033 + 93 27,5 22,0 5,5 67.034 + 43 9,8 18,9 n.v.t. 67.035 + 28 (sloot) *3 19,9 26,4 n.v.t. 67.035 + 67 (sloot) *3 19,9 26,9 n.v.t. 67.036 + 00 (sloot) *3 47,7 27,3 20,4 67.037 + 10 *2 3,2 0,0 3,2 67.037 + 37 *2 3,9 0,0 3,9 *1 : hier is uitgegaan van het normprofiel en eventueel aanwezige (niet opbarstende) deklagen; 29 april 2016 27/36