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

Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

Cor Zwanenburg Deltares

Bianca Hardeman Rijkswaterstaat

Goaitske de Vries Deltares

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


2 april 2015

2

Praktijkonderzoek

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

5

Eigenschappen veen

Laboratoriumonderzoek

Celproef

Triaxiaal proef

15 april 2015

DSS test

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

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

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

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

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

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

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


2 april 2015

14

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 2015

15

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


2 april 2015

16

Vaststellen faalmechanisme Proef 1 en 2

container

secundaire verticale scheur primaire verticale scheur horizontale scheur en verschillende kleine scheuren


gemeten horizontale verplaatsingen

2 april 2015

17

Samenvatting resultaten veldproeven proef

su [kPa]

0

1

7,4

-1

2

7,3

-2

4

(13,2)

6

8,9

6

12,6 / 5,5 (EEM, PLAXIS MC-model)

10

15

-3

25

Diepte [NAP m]

8,5

5

-1

-2

-4 -5 -6

-3 Diepte [NAP m]

5

0

su [kPa] 20

-7 -4 B33 (vooraf) B40e (13 nov 2012)

-5

B41 (16 jan 2013) B46 (na afloop) field vane (vooraf)

-6

field vane (na afloop) field vane (na afloop)

-7


2 april 2015

18

-8

5

10

15

su [kN/m2] 20 25

su (bol sonde) DSS-proeven veldproef 1 veldproef 2

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 su 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 2015

19

Werkwijze (hoofdlijn) • Aansluiten bij WTI • Critical state soil mechanics / Ongedraineerde sterkte eigenschappen • SHANSEP benadering • Correlaties met sondeerweerstanden • IJkvelden • Rekenprofielen Basis:

 σ vy  su CR − RR su S  = = 'v , S = , m  σ CR σ vy  σ 'v  m

Ladd & Foot (1974) Ladd (1991)


2 april 2015

20

Werkwijze (hoofdlijn) • Resultaten veldproeven in SHANSEP raamwerk • Bezwijken snel ten opzichte van consolidatiegedrag (onder)grond; su bepaald door spanningscondities net voor bezwijken • Sterkte ondergrond bepaald aan de hand van sondeerwaarden, echter sondering niet tijdens maatgevende omstandigheden uitgevoerd  soms correctie nodig 20 18 16

τ [kPa]

14 12 10

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)0.9σ'v

8 6 4 2 0 0 Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

2 april 2015

5

10 21

σ'v [kPa]

15

20

25

Werkwijze (hoofdlijn) • Door indringing buitenwater (extreme neerslag) veranderen waterspanningen en daardoor effectieve spanningen, gevolg verandering su • De grootte van de verandering su hangt af van spanningsverandering en waarde m • Voor m = 1 geen verandering su

 σ vy  su CR − RR S = 'v , S = , m  σ CR σ vy  σ 'v  m

su


2 april 2015

22

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 2015

23

Werkwijze Dijken op Veen – 9 stappen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Keuze dwarsprofielen Uitvoeren terreinwerkzaamheden Uitvoeren laboratoriumproeven Opstellen correlaties Bepaling rekenparameters Bepaling overige uitgangspunten Ontwerp 0-variant Ontwerp dijkversterking Niet Dijken op Veen ger. aspecten


2 april 2015

24

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 2015

25

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 2015

26

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 Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

2 april 2015

27

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 mparameter nodig (samendrukkingsproeven)


2 april 2015

28

Stap 4 – Opstellen correlaties Wrijvingsmantel

Nauwkeurigheden komen samen

N kt

An

qc + (1 − a ) u2 + σ v 0 qb = ; Nb su su

N Conus

14,6

Bol-sonde

18,2


2 april 2015

29

u2 Conus Ac

Stap 5 – Bepaling rekenparameters Bepaling in 4 stappen: • Bepaal verwachtingswaarde met correlatie uit sonderingen • Bepaal karakteristieke waarde • Corrigeer voor verandering spanningscondities

su ,kar ,u

 σ 'v ,u = su ,kar ,i  σ '  v ,i

1− m

  

• Rekenwaarde volgt uit karakteristieke waarde, su, kar en partiële veiligheidsfactor, γm:

su ,d =


2 april 2015

su ,kar ,u

γm

30

Stap 5 – Bepaling rekenparameters sondering

Bepaling verwachtingswaarde met computerprogramma DOV Soilmodel: • Keuze laagscheidingen • Berekenen su verloop m.b.v. correlaties • Lineariseren - bepaal waarde boven en onderzijde laag


2 april 2015

31

interpretatie

linearisatie

Stap 5 – Bepaling rekenparameters Bepaling karakteristieke waarde: • Ruimtelijke spreiding • Transformatieonzekerheid • Uitgangspunt is de gevonden variatie in Nkt en Nb • Voor daadwerkelijke bepaling zie formules in werkwijze


2 april 2015

32

Stap 5 – Bepaling rekenparameters Bepaling materiaalfactor γm: • Grootte materiaalfactor afhankelijke van andere onderdelen in veiligheidsfilosofie, met name schadefactor γn • Bij 0-variant levensduurbenadering, daadwerkelijk ontwerp jaarkansfilosofie

Levensduurbenadering, basis-β = 4,32 0-variant


2 april 2015

Jaarkansfilosofie basis-β = 4,8 ontwerp dijkversterking

33

Stap 5 – Bepaling rekenparameters Bepaling veiligheidsfactor γm: 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 Pf berekend Pf norm Pfnorm/ berekend Pf norm Pfnorm/ 1) 2) Pf berek. 1) 2) Pf berek. [-] [-] [-] [-] [-] [-] Uitdam Dp 72 9,76E-11 6,03E-08 618 3,94E-08 6,03E-07 15 ProfielDijk28 1 Profiel 2 Dijk28 Dp 146 Durgerdam 2,28E-12 6,03E-08 26447 1,73E-08 6,03E-07 35 1) Berekende faalkans inclusief waterstandstatistiek 2) Faalkansnorm


2 april 2015

34

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 ≥ γr: • Schematiseringsfactor, γb • Modelfactor, γd • Schadefactor, γn • Criterium, γr = γb γd γn • Overig • Zie huidige werkwijze Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

2 april 2015

35

Stap 7 – Ontwerp 0 variant Spencer van der Meij, SF = 1,24

• 3 modellen toepassen, laagste maatgevend, bij groot verschil toelichten • Bishop en LiftVan als richtwaarde voor Spencer van der Meij Bishop, SF = 1,28


LiftVan, SF = 1,27

2 april 2015

36

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 2015

37

Stap 8 – Ontwerp dijkversterking • Toekomstige spanning, σ’vu hoger dan huidige grensspanning:

su = σ 'vu , S su S= σ 'vy • S volgt uit laboratoriumproeven. Dit is de sterkte net na consolidatie, POP = 0 • Toekomstige spanning, σ’vu lager dan huidige grensspanning:

 σ vy  su CR − RR su S  = = 'v , S = , m  σ CR σ vy  σ 'v  m


2 april 2015

38

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 2015

39

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 2015

40

Aanvraag rapporten: [email protected] Meer informatie: [email protected] Aanmelden tweede webinar: https://www.deltares.nl/nl/academy-cursussen/


Cor Zwanenburg Deltares

Bianca Hardeman Rijkswaterstaat

Goaitske de Vries Deltares

Aanvraag rapporten: [email protected] Meer informatie: [email protected] Aanmelden tweede webinar: https://www.deltares.nl/nl/academy-cursussen/

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

Recommend Documents