Gedetailleerde toets zettingsvloeiing t.b.v. verlengde 3e toetsing
21 november 2012 Tweede kennisplatform Uitwisseling kennis en ervaringen in de verlengde 3e toetsing
Inhoud • Wat is een zettingsvloeiing • Overzicht toetsing op zettingsvloeiing • Gedetailleerde toets: • Achtergrond • Toetsstappen en benodigde gegevens • Mogelijkheden uitbreiding gedetailleerde toets
21 november 2012
Wat is een zettingsvloeiing
21 november 2012
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)
21 november 2012
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 21 november 2012
Toetsing
Varieert regionaal Kennis van morfologisch proces
Geologie & Historie
Grondonderzoek
Eigenschappen ondergrond
Taludgeometrie & grondspanningen
Model optreden vloeiing
Model inscharingslengte
triggers
Globale toets VTV
Methoden: Kans op optreden vloeiing
Kans op overschrijding kritische inscharingslengte
Kans op vloeiing die schade aan de dijk veroorzaakt en vergelijking aan toelaatbare faalkans
Kans op waterstand > restkruinhoogte
1. Empirisch-statistisch model 2. Rekenmodellen die fysica beschrijven 3. Combinatie van 1. en 2.
Gedetailleerde toets
Toets op zettingsvloeiing - gedetailleerd & op maat: Geavanceerde toets P(ZV totaan dijk) =
P(optreden)x P(inscharing > kritieke inscharingslengte)
P(overstroming tgv ZV) = P(optreden)x P(inscharing > kritieke inscharingslengte) x P(waterstand > restkruinhoogte) 21 november 2012
Gedetailleerde toets Empirisch-statistische methode: • Gebaseerd op inventarisatie van ca. 1100 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) 21 november 2012
Gedetailleerde toets
Optredingskans: 6
10*(R e − 0,4)
⎛ H R ⎞ ⎛ 3,5 ⎞ ⎛ 1 ⎞ P (optreden) = ⎜ ⎟ ⋅⎜ ⎟ ⎟ ⋅⎜ ⎝ 25m ⎠ ⎝ cot α R ⎠ ⎝ 10 ⎠ 2
⋅ 0,1/ km / jaar
Gedeelte geometrie boven water meenemen in rekengeuldiepte HR Relatieve dichtheid Re bepalen via correlatie met conusweerstand qc: ⎛ ⎞ qc 1 ∗ ln ⎜ Re = ⎟ 0,6 ⎜ 0,14 (σ ') ⎟ 2,5 v ⎝ ⎠
21 november 2012
Gedetailleerde toets
Kans op inscharinglengte > kritieke inscharingslengte: 2 ⎛ D b 2 2 ⎞ −cH + (cH ) + (1 − c ) ⎜ + H c⎟ ⎝ a ⎠ x = met: met: L = ax − Db (1 − c)
cotγ is enige stochast met μ(cotγ ) = 15,9 en σ(cotγ ) = 4,6 Met FORM of MC P(L > Lkrit) uitrekenen
21 november 2012
a = cot γ − cot α b = cot γ − cot β Area1 c= Area2
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 21 november 2012
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: HR en cotanαR • Bepaling HR en cotanαR op volgens VTV2006 Bijlage 9-1 (uitgaande van een lage waterstand) • Sonderingen minimaal elke 250 m en tot een diepte van minimaal 0,5*HR onder geulbodem Stap 6b: bepaal de gemiddelde relatieve dichtheden van de zandlagen in de ondergrond • Laagste relatieve dichtheid Re over minimaal 3 m volgens correlatie van Baldi tot diepte van 0,5*HR onder geulbodem
21 november 2012
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 21 november 2012
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 21 november 2012
Mogelijkheden uitbreiding gedetailleerde toets Verschillen Zuidwestelijke Delta en overige gebieden (merengebied, bovenrivierengebied, Waddenzeegebied, opgespoten oevers): • Korrelgrootte zand • Beweeglijkheid vooroevers ten gevolge van erosie triggers • Snelheid daling waterstand na hoogwater • Aardbeving • Frequentie tussen twee opeenvolgende hoogwaters
21 november 2012
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
21 november 2012
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
21 november 2012
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 Binnenteen dijk
Buitenteen dijk waterstand
Min. 3 m Restprofiel na vloeiing
21 november 2012
Kans op overstroming Profiel voor vloeiing Binnenteen dijk
Buitenteen dijk waterstand
Min. 3 m Restprofiel na vloeiing
Voor restprofielen waarbij een minimaal 3 m brede kruin overblijft:
21 november 2012
21 november 2012
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) gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,3 1,00E+00 1,00E-01 0
50
100
150
200
1,00E-02 1,00E-03
gedetailleerde toets, geuldiepte 30 m, ID=0,3 gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,4
1,00E-04
kans schade aan dijk
250
1,00E-05 gedetailleerde toets, geuldiepte 15 m, ID=0,4
1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08
Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 30 m, volledig losgepakt
1,00E-09 1,00E-10
Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 15 m, volledig losgepakt
1,00E-11 1,00E-12
Schadelijkheidscriterium bij rekenhoogte 30 m, 3 m losgepakt
1,00E-13 1,00E-14 1,00E-15
toelaatbare faalkans ZV bij norm 1/4000
1,00E-16 1,00E-17
afstand geul - buitenteen dijk (benodigd en aanwezig)
21 november 2012
toelaatbare faalkans ZV bij norm 1/10000
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 21 november 2012
