Woord vooraf. CUR Bouw & Infra Rappor t 219

C U R B o u w & I nfra

Rappor t 219

Woord vooraf

p een aantal plekken in Nederland moeten we de dijken versterken. Dat gaan we de komende O jaren doen, maar hoe? De traditionele oplossingen zijn niet altijd de beste. Rijkswaterstaat werkt al jaren aan innovaties op dit terrein met het waterinnovatieprogramma WINN, waarvan INSIDE een pilot is. De lezers van dit rapport weten dat de overheid hierin samenwerkt met CUR Bouw & Infra, een ervaren en onafhankelijk bouwkennisnetwerk. Maar weet u nog waar INSIDE voor staat? Het is de afkorting voor Innovations on Stability Improvements enabling Dike Elevations. Dit rapport biedt dus nieuwe en andere opties naast de traditionele technieken. Kort gezegd kosten traditionele dijkverhogingen en -verbredingen veel ruimte. Dat botst in veel gevallen met de bestaande bebouwing, de natuurlijke omgeving én het is in strijd met ons eigen ‘ruimte-voor-water-principe’. Tegelijkertijd móet er echt iets gedaan worden aan dijken die niet voldoen aan de strenge eisen die wij stellen. Alternatieve ideeën om dijken te versterken zijn dus van harte welkom. De contacten tussen opdrachtgevers, onderzoekers, ontwerpers en uitvoerders in INSIDE hebben drie nieuwe, veelbelovende methodes van dijkversterking opgeleverd: Mixed-in-place, Dijkvernageling en Dijkdeuvels. Een technische klankbordgroep en GeoDelft waakten over de inhoudelijke kwaliteit. INSIDE bevestigt onze veronderstelling dat samenwerking tussen overheid en markt - waarbij samen wordt ontwikkeld én samen geïnvesteerd – tot mooie resultaten leidt. Vanuit het ministerie hebben we de ontwikkelingen en praktijkproeven van INSIDE de laatste jaren met veel belangstelling gevolgd. Vele partijen hebben zich ingezet en het resultaat mag er zijn. INSIDE levert veelbelovende technieken op, die zijn getest en beproefd in de praktijk. Deze dijkverbeteringstechnieken spelen duidelijk in op de maatschappelijke behoeften van veiligheid, milieu en de belangen van omwonenden. Het is nu zaak om INSIDE ook daadwerkelijk toe te passen in het waterbeheer. Stapsgewijs kunt u bepalen of de oplossingen van INSIDE een uitkomst zijn voor u. U hebt dus een interessant en uitdagend rapport in handen, dat niet alleen prikkelt om buiten de gebaande paden te denken, maar dat ook concrete handvatten biedt voor innovatieve manieren van dijkversterking. En zo zien wij het graag. Tineke Huizinga-Heringa Staatssecretaris van Verkeer en Waterstaat

71353 CUR R219 INSIDE.indd 1

5/16/07 2:49:42 PM

Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm ofop enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enigandere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt.” © CUR-rapport 219 INSIDE Innovatieve dijkversterking, 2007, Stichting CURNET, Gouda. Aansprakelijkheid De CUR en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzijde schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. ISBN 978-90-376-0507-5


5/16/07 2:49:42 PM


Rappor t 219

Voorwoord

Het project INSIDE was gericht op het ontwikkelen van innovatieve methoden van dijkversterking. Het heeft drie nieuwe technieken opgeleverd die de stabiliteit van de versterkte dijk verhogen zonder extra ruimtebeslag met zich mee te brengen. Daarmee heeft het project zeer goed beantwoord aan de maatschappelijke behoefte: sterkere dijken die geen inbreuk vormen in het landschap, en die bestaande bebouwing langs de dijk ongemoeid laten. INSIDE was ook een goed voorbeeld van publiek-private technologie-ontwikkeling, zoals blijkt uit de organisatie van het project.

Organisatie Strategische beslissingen werden genomen in de Stuurgroep. De leiding van het project lag in handen van CUR Bouw & Infra-commissie C 141 “Validatiefase INSIDE”. Een afvaardiging daaruit, het kernteam, was belast met de dagelijkse leiding van het project. De CUR-commissie liet zich adviseren door een Groot Technologisch Instituut (GTI) en door een Technische Klankbordgroep. Via deze constructie werd kennisuitwisseling met andere belangrijke gremia, zoals ENW (Expertise Netwerk Waterkeren) gewaarborgd. Tenslotte bestond er een direct contact tussen de CUR-commissie en de opdrachtnemende consortia. Stuurgroep RWS

CUR-Commissie Kernteam INSIDE Technische klankbordgroep

RWS CUR Provincie Waterschappen GTI (GeoDelft)

Consortia

Bij de publicatie van dit rapport waren de diverse overlegplatforms binnen INSIDE als volgt samengesteld: Stuurgroep G.C. Avontuur (voorzitter) E. Vega (coördinator/secretaris) A. Bizzarri G. de Boer R.M.J. Schielen

Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde CUR Bouw & Infra Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat RIZA


5/16/07 2:49:43 PM

CUR-commissie C 141 H.P. Laboyrie (voorzitter) E. Vega (coördinator) P. Beeldman A. Bizzarri J.A. Beijersbergen E.J.A. Bijlsma W.G. Epema (mentor ENW) G.L. van Hiele D. van Schie M.A. Van

Rijkswaterstaat Bouwdienst CUR Bouw & Infra Rijkswaterstaat Directie Zuid-Holland Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde Provincie Zuid-Holland Rijkswaterstaat Bouwdienst Op persoonlijke titel Waterschap Rivierenland Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard GeoDelft

Kernteam A. Bizzarri E.J.A. Bijlsma M.J. van Leeuwen E. Vega

Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde Rijkswaterstaat Bouwdienst CURNET CUR Bouw & Infra

Technische Klankbordgroep ing. R.J. Termaat (voorzitter) CUR Bouw & Infra ing. E.J.A. Bijlsma (secretaris) Rijkswaterstaat Bouwdienst prof.dr.ir. F.B.J. Barends (mentor ENW) GeoDelft ir. P.J.L. Blommaart Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde prof. ir. E. Horvat Horvat & Partners Dit rapport is samengesteld door CUR-Commissie C141. De eindredactie van dit rapport is verzorgd door A.W. van den Thoorn (CURNET), een aantal illustraties is vervaardigd door Studio MC2 .

Consortia Consortium HKR (Mixed in Place) Hakkers Werkendam BV Keller Funderingstechnieken BV Royal Haskoning BV Contactpersoon: A. Wiggers (Royal Haskoning BV) Penvoerder: H. Dekker (Keller Funderingstechnieken BV) Consortium D-Dike (Dijkdeuvels/Expanding Columns) Arcadis Ruimtelijke Ontwikkeling BAM Grondtechniek BV DHV BV Fugro Ingenieursbureau BV GMB Infra BV Van Oord Nederland BV Contactpersoon/penvoerder: R.F. Woldringh (DHV BV) Consortium INSIDE SQUAD B + G + V + W (Dijkvernageling) Boskalis Nederland Grontmij Nederland BV. Infrastructuur & Milieu Witteveen+Bos Raadgevende ingenieurs BV Van Hattum en Blankevoort BV


5/16/07 2:49:44 PM


Rappor t 219

Contactpersoon/penvoerder: E. de Jong (Van Hattum en Blankevoort BV) Financiering CUR Bouw & Infra dankt de volgende partijen voor hun financiële bijdragen ten behoeve van dit project: • Rijkswaterstaat • Consortium HKR • Consortium Δ-Dike • Consortium INSIDE SQUAD B + G + V + W • GeoDelft Gouda, mei 2007 Het bestuur van CURNET


5/16/07 2:49:44 PM

Leeswijzer Dit rapport geeft een overzicht van de resultaten van het project INSIDE voor de waterkeringbeheerders. Deze informatie kwam tot stand door middel van onderzoek, laboratoriumproeven en praktijkproeven ten aanzien van de ontwikkelde innovatieve dijkversterkingstechnieken. Het rapport is opgebouwd in twee delen: een algemeen deel en een technisch deel. Het algemene deel heeft als doelgroep de bestuurders van regionale diensten van Rijkswaterstaat en waterschappen. Dit deel bevat de beschrijving van de eigenschappen van de technieken op basis waarvan een globale keuze kan worden gemaakt ten behoeve van de MER procedure. De factsheets bieden hierbij beknopte informatie voor een snel overzicht. De ontwerpmethodiek en de methodes voor kwaliteitscontrole zijn voor de verschillende technieken beschreven in het technische deel. Dit inhoudelijke deel van het rapport is geschreven ten behoeve van de opdrachtverlening voor de technische staf bij de regionale diensten van Rijkswaterstaat en de waterschappen. De hoofdstukken Ontwerp en Toetsen en Leerervaringen en toepassing INSIDE bevatten een aantal onderwerpen die van belang zijn voor alle drie technieken.


5/16/07 2:49:44 PM


Rappor t 219

Inhoud Samenvatting

9

Summary 1 Inleiding 1.1 1.2

11

Toekomstige ontwikkelingen Innovatie

2 Algemeen deel: INSIDE technieken 2.1 MIXED IN PLACE 2.1.1 Beschrijving van de techniek 2.1.2 Uitvoeringsmethode 2.1.3 Vergunningen 2.1.4 Toepasbaarheid 2.1.5 Inpasbaarheid 2.1.6 Duurzaamheid 2.1.7 Effecten op de omgeving 2.1.8 Beheer en onderhoud 2.2 DIJKVERNAGELING 2.2.1 Beschrijving van de techniek 2.2.2 Uitvoeringsmethode 2.2.3 Vergunningen 2.2.4 Toepasbaarheid 2.2.5 Inpasbaarheid 2.2.6 Duurzaamheid 2.2.7 Effecten op de omgeving 2.2.8 Beheer en onderhoud

13 13 14 17 18 18 19 20 21 21 22 23 23 25 25 26 27 27 27 28 28 28

2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8

DIJKDEUVELS Beschrijving van de techniek Uitvoeringsmethode Vergunningen Toepasbaarheid Inpasbaarheid Duurzaamheid Effecten op de omgeving Beheer en onderhoud

30 30 31 32 33 33 34 34 34

2.4

FACT SHEETS INSIDE TECHNIEKEN

35

3 Technisch deel: INSIDE technieken 3.1 Ontwerp MIP 3.1.1 Bezwijkmechanismen en maatregelen 3.1.2 Rekenmodellen

41 42 43 46


5/16/07 2:49:45 PM

3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7

Veiligheidsfilosofie Stappenplan ontwerpen uitvoeringsproces Uitvoering Effecten op de omgeving Kwaliteitsbeheersing

48 54 57 57 60

3.2 ONTWERP DIJKVERNAGELING 3.2.1 Rekenmodellen 3.2.2 Analytische rekenwijze en bezwijkmechanismen 3.2.3 EEM rekenmodel 3.2.4 Bepaling grondparameters 3.2.5 Deformaties 3.2.6 Veiligheidsbenadering vernagelde grondconstructies 3.2.7 Uitvoering 3.2.8 Effecten op de omgeving 3.2.9 Kwaliteitsbeheersing

63 65 66 71 71 72 73 81 83

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6

87 87 87 89 91 92 92

ONTWERP DIJKDEUVELS Inleiding Principe Bezwijkmechanismen Aanzet voor ontwerpleidraad Uitvoering Kwaliteitsbeheersing

4 Ontwerpen en toetsen 4.1 Aandachtspunten voortraject dijkversterking 4.2 Planperiode 4.3 Lengte-effect factor 4.4 Toetsen op veiligheid 4.4.1 Toetsen als dijk 4.4.2 Geavanceerde toetsing 5 Leerervaringen en toepassing INSIDE

95 96 96 96 97 97 98 99

Literatuur

103

Bijlagen A. Analyse van risico’s en maatregelen MIP B. Analyse van risico’s en maatregelen Dijkvernageling

106 106 116


5/16/07 2:49:45 PM


Rappor t 219

Samenvatting Doel van INSIDE is het ontwikkelen, testen en toepassen van vernieuwende oplossingen om dijken te versterken. De technieken moeten duurzaam, veilig, ruimtebesparend en kosteneffectief zijn. Het project is ook een voorbeeld van de vernieuwde sturingstrategie van het ministerie van V&W gebaseerd op het creëren van maatschappelijk draagvlak en door beleid te ontwikkelen in samenwerking met het bedrijfsleven. De binnen INSIDE ontwikkelde technieken vormen een omgevingsgerichte en inpasbare, alternatieve oplossing voor dijkversterking waarbij de macrostabiliteit van het binnentalud het maatgevende bezwijkmechanisme is. Door de dijk te versterken binnen het huidige ruimtebeslag wordt het ingrijpen op ecologie, landschap, bebouwing en cultuurhistorie voorkomen. Uit een uitgevoerde kosten/baten analyse is ook gebleken dat deze technieken economisch aantrekkelijk zijn en concurrerend ten opzichte van andere ruimtebesparende dijkversterkingstechnieken. Het project “INSIDE- innovatieve dijkversterking” is in 2001 gestart door Rijkswaterstaat en CUR, in samenwerking met kennisvragers en –aanbieders en het ENW, Expertise Netwerk Waterkeren (de voormalige TAW). Kennisvragers zijn de regionale diensten van Rijkswaterstaat, provincies en waterschappen, en kennisaanbieders zijn de GTI’s en de betrokken marktpartijen. Het project is uitgevoerd binnen het ‘natte’ innovatieprogramma van Rijkswaterstaat: WaterINNovatiebron (WINN). INSIDE heeft geresulteerd in de uitwerking van 3 dijkversterkingsmethoden van 3 consortia van marktpartijen: • Mixed in Place (MIP) door het consortium HKR (Hakkers Werkendam, Keller Funderingstechnieken en Royal Haskoning). MIP is een grondverbetering techniek die in het kader van INSIDE is toegepast als dijkversterking. De stabiliteit van de dijk wordt verhoogd door gestabiliseerde grondkolommen vanuit het binnentalud schuin in de slappe grond tot in de pleistocene zandlaag. De grondkolommen ontstaan door een bindmiddel (onder andere cement) te vermengen met de aanwezige grond. Het consortium heeft praktijk- en laboratoriumproeven uitgevoerd voor het bepalen van de materiaaleigenschappen van de versterkte grond in de praktijk. De praktijkproef is uitgevoerd nabij de Lekdijk te Opperduit. Tijdens het onderzoek zijn rekenmodellen en richtlijnen opgesteld voor het ontwerp en de kwaliteitscontrole tijdens de uitvoerings- en gebruiksfase. • Dijkvernageling door het consortium Inside Squad B + G + V + W (Boskalis BV, Grontmij Advies & Techniek BV, Van Hattum en Blankevoort BV en Witteveen + Bos). De dijk wordt vanuit het binnentalud als het ware verankerd aan de ondergrond door middel van trekelementen met een groutomhulling. De weerstand tegen afschuiving wordt verhoogd door deze elementen schuin in het binnentalud in een bepaald stramien te plaatsen. Tijdens het ontwikkelingsproces heeft het consortium rekenmodellen voor deze techniek opgesteld en gevalideerd door middel van laboratoriumproeven. Het gedrag van de nagels in combinatie met de omringende (slappe)grond in het potentiële glijvlak is bepaald in elementenproeven in het laboratorium van GeoDelft. De uitvoering van de techniek is gedemonstreerd bij de Nieuwe Zuiderlingedijk bij Leerdam. Op de in het talud geïnstalleerde nagels zijn trekproeven uitgevoerd om de wrijving tussen nagels en grond te bepalen. Het onderzoek heeft geresulteerd in een ontwerpmethode en richtlijnen voor de kwaliteitscontrole tijdens de uitvoerings- en gebruiksfase.


5/16/07 2:49:46 PM

• Dijkdeuvels (Expanding Columns) door het consortium Δ-Dike (DHV, Arcadis, GMB Infra, Fugro, Van Oord Nederland en BAM Grondtechniek). Afschuiving van het binnentalud van de dijk wordt voorkomen door de “Dijkdeuvels”. Dit zijn buizen, voorzien van een omhullende kous, die schuin in de slappe ondergrond worden geplaatst. Het onderste deel van de buizen, de ‘shear key’, zorgt voor een goede verankering in de draagkrachtige zandlaag. De kous, gevuld met cement-bentoniet, zorgt voor het overbrengen van een deel van het gewicht van het dijklichaam naar de ondergrond. Tijdens het ontwikkelingsproces heeft het consortium de werking van de verschillende onderdelen van het versterkingselement beproefd. Er zijn prototypeproeven uitgevoerd om de bezwijkkracht van de shear key in het pleistocene zand te bepalen. Bij de Nieuwe Zuiderlingedijk is de uitvoering gedemonstreerd en tevens zijn metingen uitgevoerd voor het bepalen van het vervormingsgedrag van de verschillende grondlagen en van de expander in relatie tot de benodigde vuldruk en het bepalen van de bezwijksterkte van het weefselmateriaal. Het consortium heeft in 2006 2D en 3D EEM berekeningen uitgevoerd om inzicht te krijgen in de werking en modellering van het totale systeem. Het ENW heeft vertrouwen in de inhoudelijke kwaliteit van het uitgevoerde onderzoek. ENW is van mening dat het onderzoek heeft aangetoond dat de methoden MIP en Dijkvernageling als volwaardige dijkversterkingstechnieken beschouwd kunnen worden. Deze methoden zijn gebaseerd op bestaande technieken en de kwaliteitsborging kan uitgevoerd worden op basis van bestaande normen. De technieken zijn zodanig uitgewerkt dat zij toegepast kunnen worden in een pilot. Een pilot is de werkelijke toepassing in een dijkversterkingsproject waarbij tijdens de uitvoerings- en gebruikfase extra kwaliteitscontrole en monitoring wordt verricht. De kennis en de ervaring die bij de pilot wordt opgedaan kunnen leiden tot optimalisatie van de technieken, dus betere beheersbaarheid en kostenreductie. De methode Dijkdeuvels is een innovatieve techniek, die nog niet eerder is toegepast. Het uitgevoerde onderzoek is een goede aanzet om te komen tot een uitgewerkte techniek, maar nog niet voldoende om alle onzekerheden ten aanzien van de toepassing van de techniek Dijkdeuvels weg te nemen. Vooralsnog is de techniek pas gereed voor toepassing in een pilot nadat een nadere analyse heeft plaatsgevonden. Deze analyse heeft betrekking op de modellering van het systeem en het opstellen van de ontwerpfilosofie.

10


5/16/07 2:49:47 PM


Rappor t 219

Summary The objective of INSIDE is to develop, test and stimulate applications of new and sustainable methods to strengthen dikes that will be safe, space saving and cost effective. The project is also an example of the renewed management strategies of the Ministry of Public Works, Transport and Water Management (V&W) based on the creation of public support and by developing policy in collaboration with the industry. The techniques developed within INSIDE provide environmentally orientated, adaptable and applicable alternative methods to strengthen dikes, in which the macro-stability of the inner slope is the normative failure mechanism. By strengthening the dikes within their present footprints it is possible to avoid interventions to ecology, landscape, built up areas, and culture-historical features. From the cost/benefit analysis that has been made it also appears that these techniques are economically attractive and competitive compared to other space saving dike- strengthening techniques. In 2001 the project “INSIDE- innovative dike reinforcement” was initiated by Rijkswaterstaat and the CUR, in collaboration with potential appliers of innovative solutions; the dike management organizations, and the providers of knowledge: technological institutions and market participants. The project is supervised by ENW (Expertise Network for Flood Protection) and carried out by the ‘water innovation programme’ of Rijkswaterstaat: WaterINNovatiebron (WINN) (Water Innovation Source). INSIDE has resulted in the development of 3 dike strengthening methods by 3 consortiums of market participants: • Mixed in Place (MIP) by the HKR Consortium (Hakkers Werkendam, Keller Funderingstechnieken and Royal Haskoning). MIP is a soil improving technique. The stability of the dike is increased by stabilizing soil columns which extend from the inner slope through the weak soil down to the Pleistocene sand layer. The soil columns are created by mixing a binding agent (for example cement), with the existing soil. The consortium has carried out in situ practical tests and laboratory tests to determine the material properties of the strengthening elements. During the investigation, mathematical models and guidelines have been formulated for the design and the quality control during the execution and user phases. • Dikenailing by the Inside Squad B + G + V + W Consortium (Boskalis BV, Grontmij Advies & Techniek BV, Van Hattum en Blankevoort BV and Witteveen + Bos). The dike is strengthened by working from the inner slope and ‘anchored’ to the subsoil by means of tension elements with grout sleeves. The resistance to shearing is increased by inserting these elements into the inner slope at an angle and in a specific pattern. During the development process the consortium set up mathematical models for this technique and validated these by means of laboratory tests. The behaviour of the nails, in combination with the surrounding weak soils in the potential sliding plane, was determined by testing the elements in the laboratory of GeoDelft. The execution of the technique is demonstrated by the Nieuwe Zuiderlinge dike at Leerdam. Tension tests have been made to determine the friction between nails and soils. The research has resulted in the development of a design method and guidelines for the quality control in the execution and user phases. • Expanding columns by the D-Dike Consortium (DHV, Arcadis, GMB Infra, Fugro, Van Oord Nederland en BAM Grondtechniek). Shearing of the inner slope of the dike is prevented by the “Expanding columns”. These are tubes, encased in hoses, that are inserted into the weak soil at

11


5/16/07 2:49:47 PM

an angle. The lowest parts of the tubes, the ‘shear keys’, ensure that there is a good anchorage in the bearing sand layer. The hose, filled with a cement-bentonite mixture, provides for the transfer of part of the weight of the dike body to the subsoil. During the development process the consortium tested the working of the various parts of the strengthening element. Prototype tests were carried out to determine the behaviour of the expanding columns in the Pleistocene sand. In the Nieuwe Zuiderlinge dike the method of execution was demonstrated and measurements were made to determine the deformation behaviour of the various soil layers and of the expanders in relation to the necessary filling pressure, as well as the failure strength of the textile material. In 2006 the consortium carried out 2D and 3D FEM calculations to gain insight into the working and modelling of the total system. The ENW has confidence in the quality of the results of the investigation. The ENW is of the opinion that the research has demonstrated that the MIP and Dike nailing methods can be regarded as satisfactory dike strengthening techniques. These methods are based on existing techniques and the quality assurance can be carried out on the basis of existing standards. The techniques have been developed in such a way that they can be applied in a pilot. A pilot is their actual use in a dike-strengthening project in which extra quality control and monitoring is carried out during both the execution and user phases. The knowledge and experience that is gained from the pilot can lead to the optimization of the techniques, thus to better manageability and the reduction of costs. The ‘Expanding column technique’ has never been used in practice. The investigation that has already been carried provides a good stimulus to its further development, but is still not adequate to dispel all the uncertainly about the application of the Expanding Column technique. As yet this method will only be ready for application in a pilot after further a analysis has been completed. This relates to the modelling of the system and formulation of the design philosophy.

12


5/16/07 2:49:48 PM

Hoofdstuk 1

Inleiding

13


5/16/07 2:49:51 PM

1.1 Toekomstige ontwikkelingen Als gevolg van verwachte klimaatverandering zal de belasting op de waterkeringen in Nederland in de toekomst toenemen. Enerzijds wordt stijging van de zeespiegel en een toename van de rivierafvoer verwacht, anderzijds moet rekening worden gehouden met blijvende zetting van de waterkeringen en daling van de bodem in het westen van Nederland. Het waterbeleid voor de 21ste eeuw is voornamelijk gericht op ruimte voor water, waarbij de waterkeringen belangrijk blijven als beveiliging tegen overstromingen. Naast projecten in het kader van Ruimte voor de Rivier, waarbij door rivierverruiming de MHW-stijging wordt opgevangen, is anticiperen op toekomstige versterkingen van de waterkering van groot belang. Sinds jaar en dag worden dijken traditioneel versterkt door ophoging met grond, waarbij de dijk ook verbreed wordt. Het voordeel van traditionele dijkversterking is dat het materiaal grond duurzaam en relatief goedkoop is. Vanwege het ruimtebeslag echter is de dijkverbreding bij traditioneel versterken in veel gevallen niet mogelijk. Dit houdt onder andere verband met toenemende claims op het ruimtegebruik op en naast de dijk door andere gebruiksfuncties dan de functie waterkeren, bijvoorbeeld door bebouwing of natuurgebieden en natuurlijk de ruimte voor het rivierbeleid. Bestaande alternatieven in de vorm van damwanden en kistdammen zijn relatief duur en zijn niet uitbreidbaar en daardoor niet duurzaam, ondanks de planperiode van 100 jaar.

1.2 Innovatie Waar de traditie geen oplossing biedt, moeten nieuwe wegen worden ingeslagen. Voor dijkversterking zijn innovatieve oplossingen nodig, die tot stand komen in een creatief samenwerkingsverband tussen verschillende partijen, waarbij de know-how van de uitvoerende sector efficiënt wordt benut. In 2001 is het project INSIDE van start gegaan; de naam staat voor Innovations on Stability Improvements enabling Dike Elevations. Initiatiefnemer is Rijkswaterstaat, in samenwerking met CUR Bouw & Infra en GeoDelft als geotechnisch adviseur. Het doel van het project was om naast de bestaande oplossingen vernieuwende oplossingen te ontwikkelen en de toepassing ervan te stimuleren om dijken duurzaam, ruimtebesparend en kostenbewust te versterken. De kennisaanbieders moesten zich verenigen in consortia met minimaal één aannemer. Via een prijsvraag en een selectieproces, waarin de kennisaanbieders in contact stonden met kennisvragers (waterschappen, Rijkswaterstaat en provincies) zijn drie innovatieve technieken geselecteerd (zie fig. 1.1). Het gaat om • MIXED IN PLACE: gestabiliseerde grond in de dijk Het consortium HKR heeft de techniek Mixed in Place (MIP) als dijkversterking ontwikkeld en bestaat uit Hakkers Werkendam, Keller Funderingstechnieken en Royal Haskoning. Tevens speelde het Zweedse LCM (Lime Column Method AB) hierbij een belangrijke rol. • DIJKVERNAGELING: spijkers in de dijk Het consortium INSIDE SQUAD heeft de techniek Dijkvernageling ontwikkeld, en bestaat uit Boskalis BV, Grontmij Advies & Techniek BV, Van Hattum en Blankevoort BV en Witteveen+Bos. • DIJKDEUVELS: schouders in de dijk, hakken in het zand Het consortium Δ-Dike heeft de techniek Dijkdeuvels ontwikkeld, en bestaat uit DHV, Arcadis, GMB Infra, Fugro, Van Oord Nederland en BAM Grondtechniek

14


5/16/07 2:49:52 PM


Rappor t 219

Het gaat hier dus om technieken die speciaal ontwikkeld zijn voor het versterken van dijken in een proces waarbij de wensen van de kennisvragers steeds werden afgestemd op de expertise van de kennisaanbieders. Onder begeleiding van een klankbordgroep en de CUR-commissie hebben de drie consortia de concepten verder op papier uitgewerkt.

Fig. 1.1 INSIDE dijkversterkingsmethoden

Na de conceptfase zijn de drie technieken verder ontwikkeld in een uitwerkingsfase en een validatiefase. Deze stapsgewijze uitwerking staat garant voor een verantwoorde implementatie van de technieken in de praktijk. Bij de uitwerking van de technieken zijn bureaustudies uitgevoerd, en zijn er proeven gedaan in het laboratorium, met prototypen en in-situ bij een bestaande dijk.

Een stabiele dijk Dijkversterkingen zijn vaak een combinatie van het verhogen van de kruin en van het vergroten van de stabiliteit. Bij een kruinverhoging moet de dijk ook sterker worden om de kruinverhoging te kunnen dragen. In sommige gevallen is er weliswaar geen hoogteprobleem maar wel een stabiliteitprobleem. De drie technieken die binnen INSIDE zijn ontwikkeld maken de dijk stabieler zonder dat de dijk meer ruimte in beslag neemt. De INSIDE technieken bieden een oplossing tegen het falen van de dijk door grondmechanische macro-instabiliteit van het binnentalud tijdens Maatgevend Hoog Water, al dan niet geïnitieerd door opdrijven. Bij opdrijven (zie fig. 1.2) wordt het slappe lagenpakket achter de binnenteen van de dijk tijdens hoogwater opgelicht door de hoge waterdrukken in het onderliggende pleistocene zand. Hierdoor verliest het slappe lagenpakket de grip op het onderliggende zand, waardoor deze minder weerstand kan bieden tegen afschuiven van de dijk. Of opdrijven optreedt is afhankelijk van de lokale opbouw van de grond. De INSIDE-consortia hebben hun techniek uitgewerkt aan de hand van een referentielocatie waarbij het maatgevende bezwijkmechanisme macrostabiliteit van het binnentalud is. De referentielocatie is een dwarsprofiel bij Opperduit langs de Nederlek (zie fig. 1.3), in het gebied van het Hoogheemraadschap van de Krimpenerwaard (inmiddels gefuseerd met het Hoogheemraadschap Schieland). Bij Opperduit is sprake van een slappe ondergrond van veen en klei, waar bij hoge waterstanden opdrijven optreedt. Binnendijkse verbreding is hier onwenselijk vanwege aanwezige

15


5/16/07 2:49:52 PM

Fig. 1.2 Opdrijven

woningen, en buitendijkse verbreding van de dijk is niet overal mogelijk vanwege het beleid van Ruimte voor de Rivier.

Acceptatie Om in aanmerking te komen voor verdere uitwerking in het kader van INSIDE moesten de technieken aan een aantal voorwaarden voldoen. Te noemen zijn ondermeer eisen ten aanzien van veiligheid, levensduur, kwaliteitsbeheersing, inpasbaarheid, hinder tijdens de uitvoering, en kosten. Wat dat laatste betreft: de kosten van deze technieken moeten concurrerend zijn met de kosten van de traditionele kunstwerken, zoals diepwanden, kistdammen of stalen damwanden. Tijdens de uitwerkingsfase en de validatiefase zijn de technieken beoordeeld op verschillende aspecten, zoals werking, toepasbaarheid, uitvoerbaarheid enz. Een aantal deskundigen uit verschillende organisaties was hierbij betrokken: Rijkswaterstaat, Waterschappen, de provincie Zuid-Holland, de TU Delft, GeoDelft, ENW (het Expertise Netwerk Waterkeringen) en bedrijven. GLMNPDW WLHORQ WLHOQD JRUNXPRQ JRUNXPQD KROYHHQQD KROYHHQRQ

JRUNXPRQ EDVLVYHRQ

NOHLNURQ

JRUNXPQD EDVYHQQ NUHIWQD ]DQG

Fig. 1.3 Referentielocatie: profiel 9.8+11 h dijkversterkingstraject Nederlek.

16


5/16/07 2:49:58 PM

Hoofdstuk 2

Algemeen deel: INSIDE technieken

17


5/16/07 2:49:59 PM

2.1 MIXED IN PLACE Mixed in Place, kortweg MIP genoemd, is een techniek voor grondstabilisatie waarbij de grond wordt gemengd met een geschikt bindmiddel. De grond krijgt daarmee verbeterde eigenschappen, namelijk een hogere sterkte. Deze techniek wordt sinds de jaren ’60 veelvuldig toegepast als techniek voor grondverbetering in de Scandinavische landen en Japan en meer recent ook in andere Europese landen en de VS. In Nederland is de MIP-methode relatief nieuw en is nog slechts op beperkte schaal toegepast. In de meeste gevallen wordt MIP gebruikt om verticale zettingen te reduceren bij aardebanen voor rail- en wegconstructies. Binnen het project INSIDE is voor het eerst aangetoond dat MIP ook een volwaardige methode voor dijkversterking in Nederland is. 2.1.1

Beschrijving van de techniek De MIP-methode als dijkversterking is gericht op het verbeteren van de macrostabiliteit door het verhogen van de sterkte van de grond. Een mengkop die op een kraan is bevestigd vermengt een geschikt bindmiddel (cement en/of kalk) met de vochtige grond onder het binnentalud van de dijk. De bindmiddelsamenstelling is afhankelijk van de grondsoort en per grondlaag benodigde extra sterkte. Na verharding van het bindmiddel ontstaan gestabiliseerde grondkolommen.

Fig. 2.1.1 Principe dijkversterking met Mixed in Place (dwarsdoorsnede en bovenaanzicht)

Het principe van de dijkversterking met MIP is in figuur 2.1.1 weergegeven: • De kolommen worden vanaf de kruin of het binnentalud schuin aangebracht, tot in de vaste zandlaag onder de dijk. De stabilisatie vindt plaats onder de teen van het binnentalud.

18


5/16/07 2:50:03 PM


Rappor t 219

• Door het stabiliseren van de slappe lagen wordt de weerstand langs het glijvlak verhoogd of wordt de vorm van het glijvlak in gunstige zin beïnvloed. • De verankering van de kolommen in het draagkrachtige Pleistoceen zorgt voor overdracht van de reactiekrachten. De werkwijze bij grondstabilisatie met MIP bestaat uit het vormen van rijen (panelen) van overlappende kolommen haaks op de dijk. Door een aantal panelen samen te voegen ontstaan blokken van gestabiliseerde grond (zie fig. 2.1.1). De grondstabilisatie wordt niet continu in de lengterichting van de dijk doorgezet, maar de blokken van geschakelde panelen worden onderbroken door ongemixte natuurlijke grond. 2.1.2

Uitvoeringsmethode Er zijn bij MIP twee methoden voor het mengen van het bindmiddel met de grond: de “droge methode” en de “natte methode”. Bij de droge methode wordt het bindmiddel vanuit tanks onder luchtdruk met de grond vermengd. Bij de natte methode wordt een mengsel van bindmiddel en water (slurry) met de grond gemixt. Bij de uitvoering van de INSIDE MIP praktijkproef in 2004 is gekozen voor de droge methode. Hierbij wordt door een kraan een mengapparaat de grond in gedraaid, terwijl er bindmiddel vanuit tanks op de shuttle onder druk met de grond wordt vermengd (zie fig. 2.1.2). Het mengen van het bindmiddel met de grond geschiedt gewoonlijk terwijl de schroef van het mengapparaat naar boven wordt gedraaid. Het bindmiddel wordt vanuit tanks onder druk gecontroleerd ingebracht. De hoeveelheid wordt hierbij afgestemd op de snelheid waarmee het mengapparaat omhoog wordt gehaald en op de te mixen grondsoort. Het materieel is uitgerust met meetapparatuur om controle, beheersing, inspectie en metingen tijdens het proces mogelijk te maken. De machines zijn breed met een laag zwaartepunt en vormen een beperkte belasting op de ondergrond.

Fig. 2.1.2 Droge uitvoeringsmethode: principe en materieel (kraan en shuttle).

Praktische uitvoeringsaspecten Kolommen Bij de uitvoering wordt het te bewerken gebied, zonodig in deeltrajecten, uitgezet conform tekeningen, waarbij elke te realiseren kolom wordt voorzien van een eigen identiteitsnummer. De boormachine, die gemonteerd is op een rupsvoertuig, wordt tijdens de uitvoering telkens met grote nauwkeurigheid gepositioneerd boven de te maken kolommen. Het boren van het mengapparaat geschiedt vervolgens onder de gewenste hoek en richting tot de ontwerpdiepte.

19


5/16/07 2:50:09 PM

Positie materieel Bij het aanbrengen van de blokken in het talud wordt de uitvoeringsmethode in belangrijke mate bepaald door de taludhelling van de dijk en het exacte type in te zetten kraan. Bij een talud van 1:2,5 kan worden uitgegaan van een tijdelijk ‘terras’ op het binnentalud. De kraan staat op dit terras en de shuttle met het bindmiddel kan op de dijk blijven staan (hierbij wordt één weghelft lokaal geblokkeerd), of ook op het terras worden geplaatst, wat minder verkeershinder oplevert. Als de taludhelling steiler is, dan kunnen de kolommen vanaf de kruin van de dijk worden gemaakt, afhankelijk van de precieze lokale omstandigheden en het bereik van de kraan (zie fig. 2.1.3).

Fig. 2.1.3 Uitvoering vanaf de kruin

Deeltrajecten Voor de bepaling van de uitvoering van een specifiek dijkversterkingtraject, kan uitgegaan worden van het onderscheiden van deeltrajecten tussen twee opritten naar de dijk. In elk deeltraject kan het optimale ontwerp en de meeste geschikte uitvoeringsmethode worden bepaald, afhankelijk van de locale omstandigheden: taludhelling, bebouwing, bomen enz. 2.1.3

Vergunningen Alle wetten, procedures, vergunningen en ontheffingen die algemeen gelden voor traditionele dijkversterkingen zijn ook geldig voor MIP dijkversterkingen. Specifiek van invloed op het ontwerp en de uitvoering van de MIP techniek is de regelgeving die betrekking heeft op milieu. De Wet Bodembescherming is bedoeld om verontreiniging van bodem en grondwater te voorkomen. Het Bouwstoffenbesluit Bodem- en Oppervlaktewaterbescherming (BSB) vloeit voort uit deze wet en stelt milieuhygiënische eisen aan bouwstoffen. Omdat de essentie van de MIP-methode is dat een bindmiddel (= een bouwstof) aan de grond wordt toegevoegd zodat een gestabiliseerde grondkolom ontstaat, vallen de MIP kolommen onder het BSB. Om hieraan te voldoen moet MIP voldoen aan de terugneembaarheidseis en er moet milieuhygiënisch getoetst worden. De terugneembaarheidseis houdt in dat de bouwstoffen verwijderd moeten kunnen worden wanneer een bouwwerk zijn functie heeft verloren. Omdat de MIP-kolommen duidelijk te onderscheiden zijn van de omringende ondergrond voldoet MIP aan de terugneembaarheidseis.

20


5/16/07 2:50:12 PM


Rappor t 219

Om aan de milieueisen te voldoen moet van de individuele grondstoffen worden aangetoond dat deze ‘onverdacht’ zijn in milieuhygiënisch opzicht. Dit betekent dat de bodem als een grondstof wordt beschouwd en van de bodem moet aangetoond worden dat deze aan het BSB voldoet. Verder moet er gebruik worden gemaakt van een gecertificeerd bindmiddel. Omdat de werkzaamheden op de kruin en in het binnentalud worden uitgevoerd, zijn een WVOvergunning niet nodig. Tijdens de uitvoering moet de gemeente of het waterschap een Verkeersbesluit opstellen om de weg op de kruin (deels) af te kunnen sluiten. De toepasbaarheid van MIP in een grondwaterbeschermingsgebied is niet onderzocht. Waarschijnlijk moet de provincie hiervoor een vergunning verlenen. 2.1.4

Toepasbaarheid De MIP-methode is in principe uitvoerbaar op elke dijkvorm op slappe kleien veenlagen. Het onderzoek over de toepasbaarheid van MIP als dijkversterkingmethode is gebaseerd op dijken met een kleiige/zandige kern. De technische- en kosteneffectiviteit van de MIP-methode bij veenkaden is niet uitgesloten, maar in het kader van INSIDE niet onderzocht.

2.1.5

Inpasbaarheid Met de MIP Dijkversterking kan maatwerk worden geleverd zowel in de ontwerp- als uitvoeringsfase. De afstand tussen de blokken kan gevarieerd worden en ook kan gevarieerd worden in de lengte van de blokken (richting haaks op de dijk) en de locatie in het dwarsprofiel. Dit geeft veel mogelijkheden voor het maken van een geschikt ontwerp nabij bebouwing (‘maatwerk’), zie voor het principe figuur 2.1.4. Een mogelijke toepassing van de MIP techniek bij gebouwen is door het uitvoeren van ‘MIP-coupures’ waarbij aan beide zijden van de ‘MIP-coupure’ extra grond moet worden gestabiliseerd. Het principe is schematisch weergegeven in figuur 2.1.5.

VODSSHODJHQ

slappe lagen

VODSSH ODJHQ

slappe lagen

]DQG

zand

Figuur 2.1.4 Inpasbaarheid nabij bebouwing door aanpassing in dwarsprofiel (translatie, rotatie).

21


5/16/07 2:50:15 PM

ERYHQDDQ]LFKW ]RQGHUEH ERXZLQJ NUXLQ

ERYHQDDQ]LFKW PHWEHERXZLQJ ELQQHQWDOXG

PDDL YHOG

µ0,3FRXSXUH¶RI GHHOYDQGHVWDELOL VDWLHXLWYRHUHQWH NRUWFRPSHQVHUHQ DDQEHLGH]LMGHQ YDQµFRXSXUH¶ KXLV

Figuur 2.1.5 Inpasbaarheid nabij bebouwing door aanpassing in lengteprofiel (MIP-coupures).

2.1.6

Duurzaamheid Technische levensduur materialen Naar de levensduurverwachting van gestabiliseerde kolommen van humusrijke klei en veen is in het laboratorium onderzoek verricht door middel van verouderingsproeven, waarbij een veroudering van 100 jaar is gesimuleerd. Voor gestabiliseerde klei is op macroschaal tijdens veroudering van de proefstukken geen verlies van functionaliteit (doorlatendheid en sterkte) waargenomen. Op microschaal (kristalstructuur) zijn evenmin veranderingen geconstateerd. Op deze wijze werd vastgesteld dat kolommen van gestabiliseerde klei hun functie gedurende 100 jaar goed blijven vervullen. Voor gestabiliseerd veen is ook geen verandering in de sterkteparameters waargenomen. Op microschaal blijkt dat er na een gesimuleerde veroudering van 30 jaar een verandering in de kristalstructuur van de bindmiddelmatrix is waargenomen. Dit leidt tot enige onzekerheid ten aanzien van de levensduurverwachting. De kans op significante afname van de sterkte is klein doordat de kolommen worden samengevoegd als blokken. De eventuele reductie van de sterkte treedt namelijk op aan het grensvlak met niet gemixte grond. De onzekerheid is relatief klein ten opzichte van de andere onzekerheden die de sterkte van de dijk bepalen, en daarom acceptabel. Op basis van de resultaten van ander (literatuur)onderzoek en van de sterkteproeven wordt geen afname van de sterkte van de kolommen van gestabiliseerd veen gedurende 100 jaar verwacht. Aangezien het een nieuwe techniek is in Nederland kan tijdens de eerste toepassing van MIP in een dijkversterkingproject de sterkte van de gestabiliseerde kolommen worden gemonitoord met meting aan praktijkmonsters van de gemixte grond en/of metingen van aantal extra aangebrachte proefkolommen. Aanpasbaarheid aan toekomstige randvoorwaarden Bij MIP worden gestabiliseerde kolommen vervaardigd, waarbij blokken worden gevormd uit een aantal kolommen die in de dijk worden gebracht (zie fig. 2.1.1). Als in de toekomst zou blijken dat de betreffende dijk verder moet worden versterkt, kunnen achteraf extra kolommen worden toegevoegd aan bestaande blokken. Registratie en beheer zijn hierbij van groot belang.

22


5/16/07 2:50:22 PM


2.1.7

Rappor t 219

Effecten op de omgeving Bodem en water Tijdens de uitvoering zijn geringe effecten op bodem, grond- en oppervlaktewater te verwachten. Dit zijn bovendien effecten die na enige maanden zullen verdwijnen. Met name door een gebiedsvreemd, basisch materiaal in de grond aan te brengen wordt de pH van het grondwater tijdelijk locaal verhoogd, maar deze neemt later weer af tot de oorspronkelijke waarde. De gestabiliseerde grond is in beginsel gelijk of minder doorlatend dan de omgeving. Door een goede menging in het onderste deel van de kolommen (hydraulic plug) wordt contact met het grondwater in het pleistocene zand voorkomen. MIP heeft verder nauwelijks een verstorende invloed op grondwaterstromingen onder de dijk, vanwege de tussenafstanden tussen de panelen. Wanneer de MIP-kolommen zijn aangebracht en uitgehard, zijn er geen effecten op de omringende bodem. Landschap, natuur en cultuurhistorie Net als de andere INSIDE-technieken is MIP is een methode om een dijk ondergronds te versterken. De methoden vormen daarmee een veel geringere ingreep in het landschap dan traditionele dijkversterkingsmethoden met massieve grondlichamen. Tijdens de uitvoering wordt het binnentalud weliswaar tijdelijk aangetast, zoals bij traditionele dijkversterkingen, maar na voltooiing van de werkzaamheden wordt het binnentalud weer in de oorspronkelijke staat teruggebracht. Woon-, werken leefmilieu Effecten op het woon-, werken leefmilieu komen tot uiting in de indicatoren bereikbaarheid, geluidsproductie, trillinghinder en stof- en stankhinder. Deze indicatoren zijn verwaarloosbaar als er geen bebouwde omgeving aan de orde is. Waar sprake is van bebouwing is de overlast van tijdelijke aard. Ontwerp en uitvoeringsmethode kunnen zo gekozen worden, dat negatieve effecten op de bebouwing minimaal blijven. Zo kan blow-out van cement bij het maken van de kolommen worden voorkomen door de bovenste meter daarvan niet te mixen. Tijdens de uitvoering zijn er effecten op het verkeer en de infrastructuur: op de dijk zal een kraan rijden die met een slang verbonden is met een shuttle waarin het bindmiddel is opgeslagen. Het verkeer zal hiervan hinder ondervinden in de vorm van afzetting van één weghelft. Als een gehele afsluiting nodig is, moet een tijdelijke omleidingsroute worden ingesteld, zoals dat ook bij traditionele dijkversterkingsprojecten gebeurt. Op- en afritten langs een dijk kunnen tijdelijk buiten gebruik zijn omdat deze nodig zijn voor de toegang van het materieel. Als de versterkte dijk eenmaal in gebruik genomen is, dan zijn geen negatieve effecten op de leefomgeving meer te verwachten.

2.1.8

Beheer en onderhoud Beheer en onderhoud van een dijk die versterkt is door middel van de MIP methode kan in hoofdlijnen op dezelfde wijze plaatsvinden als in de oude situatie. De kolommen zijn ondergronds aangebracht en na enige tijd zal het binnentalud met grasmat weer volledig hersteld zijn. De kwaliteit tijdens uitvoering en tijdens de gebruiksfase worden geborgd door middel van laboratorium proeven en monitoring. Op basis van de resultaten van het duurzaamheid onderzoek wordt geen afname van de sterkte van het MIP-materiaal tijdens de planperiode (100 jaar) verwacht. Omdat MIP voor dijken een nieuwe techniek is, is het wenselijk om bij de eerste toepassing een monitoringsplan op te stellen om de ontwikkeling van de sterkte van de MIP-kolommen in de tijd

23


5/16/07 2:50:23 PM

te volgen. Deze monitoring heeft een directe relatie met de kwaliteitsbeheersing in de gebruiksfase. Beheer en onderhoud zullen daarom bestaan uit de volgende componenten: 1. Beheersplan: beperken en voorkomen van activiteiten en handelingen die de sterkte van de MIP kolommen aan kunnen tasten. Regulier maaien van de taluds en onderhoud aan taludverdediging en wegverharding zijn van tijd tot tijd nodig, net als in de oude situatie. 2. Monitoringsplan: monitoren van de externe parameters die invloed hebben op de sterkte van de MIP kolommen en monitoren van gedrag van het dijklichaam (vooral na hoogwater). Door het aanbrengen van extra “toets” kolommen is het mogelijk om de sterkte van het MIP- materiaal ook in de toekomst te bepalen. 3. Onderhoudsplan: hierin wordt het onderhoud dat gewoonlijk aan de dijk wordt gepleegd beschreven. Onderhoud van de MIP kolommen is in principe niet nodig, tenzij dit naar aanleiding van het monitoringsplan nodig blijkt.

24


5/16/07 2:50:24 PM


Rappor t 219

2.2 Dijkvernageling Dijkvernageling bestaat uit het verankeren van het binnendijkse grondmassief door toepassing van trekelementen. De methode is ook te omschrijven als een soort grondwapening, vergelijkbaar met de wapening in beton. Dijkvernageling is een methode van grondversterking die gebaseerd is op de techniek van grondvernageling (soil nailing). Grondvernageling is een bestaande en bewezen techniek en wordt in het buitenland veelvuldig toegepast bij het versterken van grondophogingen en verankering van steile taluds. Toepassingen zijn te vinden in de wegenbouw en spoorbouw. Binnen het project INSIDE is aangetoond dat Dijkvernageling ook een volwaardige techniek voor dijkversterking is. 2.2.1

Beschrijving van de techniek Dijkvernageling heeft tot doel de macrostabiliteit van het binnentalud van de dijk te verbeteren binnen het bestaande dijkprofiel. De nagels worden volgens een bepaald stramien en onder een geschikte hoek op het binnendijkse talud ingebracht, en hebben een lengte tussen 15 en 30 meter, en een diameter van circa 15 tot 20 cm. Het principe van Dijkvernageling is in figuur 2.2.1 weergegeven. De techniek draagt op verschillende manieren bij aan het verhogen van de weerstand tegen afschuiven: • de voornaamste bijdrage wordt geleverd door het verankeren van het afschuivende deel van de dijk; • de nagels werken als deuvels in het afschuifvlak.

detail facing en geotextiel grout

kleien veenlaag zandlaag

Fig. 2.2.1 Principeschets Dijkvernageling

Tijdens een demonstratieproef in september 2005 is aangetoond dat de nagels zonder problemen en overlast voor de omgeving kunnen worden ingebracht in de dijk. Deze versterkingstechniek resulteert in een grotere afschuifsterkte tijdens maatgevend hoogwater. Hiermee neemt de weerstand tegen binnendijks afschuiven toe, waardoor geen binnendijkse teenverzwaring en dus ook geen dijkverbreding nodig is. Door de nagels aan het binnentalud te voorzien van een facing (kopplaat) wordt een steiler talud toepasbaar en daardoor is ook een eventuele latere verhoging van de dijk met 1 m mogelijk zonder dijkverbreding. De methode is flexibel: afhankelijk van de locale situatie kunnen de diameter, de lengte, het aantal en het type nagel worden geoptimaliseerd. Verder kunnen bij een eventueel latere versterking van de dijk altijd extra nagels worden aangebracht.

25


5/16/07 2:50:26 PM

Grondvernageling is het inbrengen van staafvormige elementen in de grondconstructie. De kern van deze elementen bestaat uit stalen staven, maar in plaats daarvan kunnen ook elementen van koolstofvezels of kunststof worden toegepast. De kern wordt omgeven door een omhulling van grout, die in de grond wordt gevormd. De krachtswerking is vooral gebaseerd op het ‘vastnagelen’ van het niet-stabiele deel van de dijk. Op de plaats waar de nagel een potentieel afschuifvlak in de dijk doorsnijdt, ontstaat een vervorming in de nagel in de vorm van een S (zie fig. 2.2.2). Deze vervorming zorgt ervoor dat trekkrachten in de nagel ontstaan, die via de omhulling van de nagel op de omringende grond worden overgedragen. Door middel van laboratoriumproeven en een insitu proef is het nodige inzicht verkregen in deze interactie tussen nagels en grond.


Fig. 2.2.2 Vervorming nagel in de afschuifzone

2.2.2

Uitvoeringsmethode De methode van Dijkvernageling kan worden uitgevoerd met bestaand materieel, waarmee veel ervaring is opgedaan. De uitvoering geschiedt met behulp van een ankerboormachine met losse makelaar en een mengen pompinstallatie voor het aanbrengen van het grout (een mengsel van water en cement). De ankerboormachine wordt in de praktijk al geruime tijd gebruikt voor het aanbrengen van groutankers en is dus een bewezen techniek. De kraan met aanhanger staan opgesteld op de kruin van de dijk (zie fig. 2.2.3). De kraan is voorzien van een relatief lange arm die tot bijna in de teen van de dijk kan reiken.

Fig. 2.2.3. Boven- en ondergrondse uitvoering.

26


5/16/07 2:50:32 PM


Rappor t 219

Het installatieproces betreft het inbrengen van een boorbuis. Er zijn verschillende methoden voor het maken van het boorgat. Het gat kan gemaakt worden door middel van schroeven, slagboren of spoelboren. In het kader van de demonstratieproef zijn het slagboren en het spoelboren beproefd. In de boorbuis wordt de kern van de nagel neergelaten, waarna de buis wordt volgezet met grout onder druk. Tijdens het vullen wordt de boorbuis stapsgewijs uit het gat getrokken. De ruimte die ontstaat door het trekken van de boorbuis wordt gevuld met grout. 2.2.3

Vergunningen Alle wetten, procedures, vergunningen en ontheffingen die algemeen gelden voor traditionele dijkversterkingen, zijn ook geldig voor de methode Dijkvernageling. Bij Dijkvernageling wordt in de meeste gevallen grout geïnjecteerd rond het trekelement. Omdat er een bouwstof in de bodem wordt gebracht, is een melding en onderzoek nodig conform het Bouwstoffenbesluit. Omdat de werkzaamheden op de kruin en in het binnentalud worden uitgevoerd, is een WVOvergunning niet nodig. Tijdens de uitvoering moet de gemeente of het waterschap een verkeersbesluit opstellen om de weg op de kruin (deels) af te kunnen sluiten.

2.2.4

Toepasbaarheid Dijkvernageling is toepasbaar op elke dijkvorm, en bij dijken bestaande uit zand, stijve dijkenklei en slappe klei. De toepassing bij veenkaden is niet uitgesloten als aan het binnentalud een grotere facing (eindverankering fig. 2.2.4) wordt toegepast en de verankering kan plaatsvinden in een dieper gelegen draagkrachtiger laag, maar in het kader van INSIDE niet onderzocht.

Fig. 2.2.4 Verankering van de nagels met “facing”. Toepassing bij spoorbaan Sunderland (UK).

2.2.5

Inpasbaarheid De methode van Dijkvernageling is ontwikkeld voor het versterken van dijken zonder dat daarvoor meer ruimte nodig is aan binnen- of buitentalud. In situaties met bestaande bebouwing aan de binnenzijde van de dijk kan de dijk zonder problemen worden verhoogd. Het steilere binnentalud wordt stabiel gehouden door de nagels in de dijk. De trekelementen worden onder maaiveld afgewerkt en bij toepassing van een “facing” moet een afdekkende laag met voldoende dikte worden aangebracht. Het binnentalud krijgt na uitvoering van de versterking na enkele maanden weer een groen aanzien. Daarmee is Dijkvernageling een ‘onzichtbare’ wijze van versterken.

27


5/16/07 2:50:35 PM

2.2.6

Duurzaamheid Technische levensduur materialen Het kernmateriaal van de nagels kan bestaan uit staal of kunststof. Bij de keuze, en vervolgens de dimensionering van de nagel, wordt rekening gehouden met de vereiste levensduur van 100 jaar. Bij een stalen kern moet rekening worden gehouden met corrosie. Door vervorming ontstaan namelijk scheuren in het verharde groutlichaam. Het staal kan worden beschermd door toepassing van een aanvullende corrosiebescherming of er wordt rekening gehouden met een corrosietoeslag. Voor een aantal typen stalen nagels geldt dat de aanwezige schroefdraad op de nagel dusdanig fijn is dat de scheurvorming in de groutschil zeer beperkt blijft en deze fungeert als corrosiebescherming. Bij toepassing van een carbonnagel is corrosie niet aan de orde en is een zeer lange levensduur gegarandeerd. Aanpasbaarheid aan toekomstige randvoorwaarden Bij Dijkvernageling worden versterkingselementen in het dijklichaam aangebracht. Mochten bij verandering van de hydraulische randvoorwaarden aanvullende maatregelen nodig blijken om de dijk te versterken, dan kunnen achteraf extra nagels worden aangebracht. Registratie en beheer zijn hierbij van groot belang.

2.2.7

Effecten op de omgeving Bodem en water Tijdens de uitvoering zijn geen effecten op bodem, grond- en oppervlaktewater te verwachten. Landschap, natuur en cultuurhistorie Hinder voor natuurwaarden treedt alleen tijdens de uitvoering op door lawaai van materieel en transport van materieel en materiaal. De vegetatie kan zich weer herstellen door de in depot gezette teelaarde snel weer op het talud aan te brengen. Na afloop van de werkzaamheden is het aanzien van dijk en directe omgeving weer zoals vóór de uitvoering van de dijkversterking. Woon-, werken leefmilieu Tijdens de uitvoeringsfase ontstaat enige hinder, omdat de elementen worden ingebracht door op de kruin staand materieel. Deze hinder (lawaai en verkeershinder) is slechts tijdelijk en lokaal. Afhankelijk van de breedte van de kruin zal het verkeer, met uitzondering van fietsers en voetgangers, tijdens de uitvoering moeten worden omgeleid. Als een gehele afsluiting nodig is, moet een tijdelijke omleidingsroute worden ingesteld, zoals dat ook bij traditionele dijkversterkingsprojecten gebeurt. Het woonmilieu ondervindt aanzienlijk minder hinder dan bij een conventionele dijkverbetering. Doordat het materieel niet langs de binnenteen behoeft te worden verplaatst, wordt eventuele schade aan en hinder in de binnendijks gelegen bebouwing en de tuinen voorkomen. Bij het grouten kan enig verlies van materiaal optreden aan de binnenteen en op het binnentalud. Dit materiaal moet worden opgevangen en verwijderd. Na aanbrengen van de klei krijgt de dijk spoedig weer zijn groene uiterlijk terug.

2.2.8

Beheer en onderhoud Beheer en onderhoud van een dijk die met vernageling is versterkt kunnen in hoofdlijnen op dezelfde manier plaatsvinden als in de oude situatie. Onderhoud aan de nagels zelf is niet nodig. Wel kan de kwaliteit tijdens uitvoering en tijdens de gebruiksfase worden geborgd door middel van monitoring. Tijdens de uitvoering kunnen de wrijvingseigenschappen van de nagels worden gecontroleerd door een korte nagel te installeren en daarvan de uittrekkracht te meten.

28


5/16/07 2:50:35 PM


Rappor t 219

Om beheer en onderhoud planmatig te regelen zal de beheerder een beheersplan en een monitoringsplan moeten opstellen: 1. Beheersplan: beperken en voorkomen van activiteiten en handelingen die de elementen kunnen beschadigen. Regulier maaien van de taluds en onderhoud aan taludverdediging en wegverharding zijn van tijd tot tijd nodig, net als in de oude situatie. 2. Monitoringsplan: monitoren van gedrag van het dijklichaam en monitoren van de werking van de elementen. Door het aanbrengen van extra “toets”-nagels is toetsing van de versterking ook in de toekomst mogelijk: één op de 100 ankers kan worden voorzien van meetinstrumenten die rek en spanning in de elementen volgen in de tijd. 3. Onderhoudsplan: hierin wordt het onderhoud dat gewoonlijk aan de dijk wordt gepleegd beschreven. Onderhoud van de nagels is niet nodig.

29


5/16/07 2:50:36 PM

2.3 Dijkdeuvels (expanding columns) De methode Dijkdeuvels is een innovatieve techniek voor het verhogen van de afschuifstabiliteit van een dijk. Bij Dijkdeuvels wordt een stalen buis, voorzien van een omhullende kous, vanaf de kruin van de dijk schuin in het binnentalud van de dijk geplaatst, tot in de draagkrachtige zandlaag. De kous wordt vervolgens volgeperst met cement-bentoniet, en zet daarbij uit. Dijkdeuvels is een nieuwe versterkingstechniek en dus nooit eerder toegepast. Wel is in 2002 onderzoek gedaan naar de toepassing van de expander (volgepompte kous) voor het ‘onderhogen’ van een weglichaam met als doel de zettingverschillen aan het maaiveld te verminderen. Dit project heeft informatie opgeleverd over de vereiste eigenschappen van de kous; een aspect dat ook bij de innovatieve dijkversterkingtechniek Dijkdeuvels van belang is. Binnen het project INSIDE is aangetoond dat de methode Dijkdeuvels de potentie heeft om een effectieve dijkversterkingmethode te worden. Er is echter nog een aantal onzekerheden ten aanzien de toepassing van de techniek die moeten worden weggenomen om Dijkdeuvels als volwaardige dijkversterkingtechniek te kunnen beschouwen.

expander schouders onder de dijk

bovenaanzicht

klei- veenlagen zand

shear key

Fig. 2.3.1 Principeschets Dijkdeuvels

2.3.1

Beschrijving van de techniek De methode Dijkdeuvels is gericht op het verhogen van de stabiliteit van de dijk door het afschuiven van het binnentalud langs een diep glijvlak tegen te gaan. De Dijkdeuvels bestaan in principe uit de volgende elementen: • De expander: een geotextiel rondom een stalen buis dat wordt volgepompt met cement-bentoniet. De kous is aan de boven- en onderzijde op de buis geklemd. • De shear key : het onderste gedeelte van de buis die tot enkele meters in de Pleistocene zandlaag wordt geplaatst. Het systeem wordt zo uitgevoerd, dat de bovenkant van de verharde expander met zijn schouder onder de dijk staat en met zijn hakken (de shear key) in het zand. De expanders hebben een diameter van 40-60 cm en worden in rijen onder het dijklichaam geplaatst. De diameter van de expander

30


5/16/07 2:50:39 PM


Rappor t 219

kan variëren afhankelijk van de lokale weerstand van de meer of minder slappe lagen in de dijk. Het principe van de dijkversterking met Dijkdeuvels is in figuur 2.3.1 weergegeven. De werking van Dijkdeuvels berust op: • De capaciteit van de shear-key om een horizontale schuifkracht te kunnen overdragen op de onderliggende zandlaag (deuvelwerking), gecombineerd met de capaciteit om buigend moment op te nemen. • Het overbrengen van een deel van het dijkgewicht naar de ondergrond. Door axiale drukkracht in de expander worden de krachten afgedragen aan de shear key. 2.3.2

Uitvoeringsmethode De Dijkdeuvels worden geplaatst in voorgeboorde gaten met een grotere diameter dan dat van de stalen buis. De gaten worden geboord vanaf de kruin met een machine (zie fig. 2.3.2) die ook gebruikt wordt voor het installeren van groutankers; in de geotechniek gebruikelijk materieel. De machine staat op een rupsvoertuig waarop een makelaar is aangebracht die in iedere willekeurige positie kan manoeuvreren. De machine kan ook vanaf zijn zijkant boren en kan zelfs rotsachtig materiaal penetreren. Het heterogene dijkmateriaal, al dan niet met oude wegfunderingen, zal geen probleem vormen bij het boren van de gaten. De boorbuis die wordt gebruikt bestaat uit elementen van 2 m lengte en is aan de onderzijde voorzien van een boorkroon. De opgeboorde grond wordt via de ruimte tussen buis en grond naar het maaiveld opgedrukt en daar opgevangen in een bak. Zodra de boorbuis over de vereiste lengte in het pleistocene zand is geboord, wordt de boorbuis teruggetrokken, waarna het gat wordt afgevuld met een mengsel van cement, bentoniet en water. Vervolgens wordt in het geboorde gat de dijkdeuvel (expander+ shear key) geplaatst. De expander is bevestigd rondom een stalen buis, die in het dijklichaam doorloopt. De lengte van de expander is zodanig dat deze de samendrukbare lagen in en onder het dijklichaam doorsnijdt. De buis wordt tevens gebruikt om de expander naar de vereiste diepte te drukken. Uit gaten in de buis wordt onder druk cement-bentoniet in de expander gepompt. Dit mengsel, dat later verhardt, is ook bekend van de cement-bentonietwanden. De menging vindt plaats in een volautomatische installatie. Figuur 2.3.3 toont het mengapparaat en de expanders voor installatie. De installatieprocedure van de Dijkdeuvels is geschematiseerd in figuur 2.3.4.

Fig. 2.3.2 Machine voor het installeren van Dijkdeuvels

31


5/16/07 2:50:42 PM

Het volpersen van de expander is een afzonderlijke activiteit waarbij de verpompte hoeveelheden cement-bentoniet en de gemeten drukken tijdens het vervaardigingsproces een maat zijn voor de ontwikkelde diameter van de expander in de grond. Tijdens de proeven in het kader van INSIDE is ervaring met het installeren van de expander opgedaan. De resultaten van de proeven (oppompen van de expanders) zijn gesimuleerd door middel van een modelberekening. Deze proeven hebben aangetoond dat de installatie van de Dijkdeuvels een beheersbaar proces is.

Fig. 2.3.3 Menger met groutpomp en gemonteerde expanders.

dijkdeuvel

mantelbuis

cement-bentoniet

expander afgeperst

zand -inboren mantelbuis

-mantelbuis vullen met c-b -trekken mantelbuis

-inbrengen dijkdeuvel

-afpersen expander -maaiveld herstellen

Fig. 2.3.4 Principeschets installatieprocedure Dijkdeuvels.

2.3.3

Vergunningen Alle wetten, procedures, vergunningen en ontheffingen die gelden voor traditionele dijkversterkingen zijn ook van toepassing op dijkversterkingen met Dijkdeuvels. In het kader van het Bouwstoffenbesluit kunnen de expanders wellicht worden opgevat als een te toetsen vormgegeven bouwstof. Hiervoor geldt dat de gegevens in het bezit moeten zijn van de

32


5/16/07 2:50:53 PM


Rappor t 219

opdrachtgever en dat deze tot 5 jaar na aanbrengen moeten worden bewaard. Tijdens deze periode kan het bevoegde gezag inzage vragen. Aan de terugneembaarheidseis wordt voldaan, echter in de praktijk zullen de Dijkdeuvels vrijwel nooit teruggenomen behoeven te worden omdat het verwijderen een grotere milieubelasting met zich meebrengt dan het laten zitten van de kolommen. Aangezien de expanders binnendijks worden aangebracht, is geen melding nodig in het kader van de Wet verontreiniging oppervlaktewateren (WVO). Tijdens de uitvoering moet de gemeente of het waterschap een verkeersbesluit opstellen om de weg op de kruin (deels) af te kunnen sluiten. De toepasbaarheid van Dijkdeuvels in een grondwaterbeschermingsgebied is niet onderzocht. Waarschijnlijk moet de provincie hiervoor een vergunning verlenen. 2.3.4

Toepasbaarheid De methode Dijkdeuvels is bedoeld voor elke dijkvorm bestaande uit zand, stijve dijkenklei en slappe klei. De technische- en kosteneffectiviteit van Dijkdeuvels bij veenkaden is niet uitgesloten, maar in het kader van INSIDE niet onderzocht.

2.3.5

Inpasbaarheid De methode Dijkdeuvels is ontwikkeld om dijken te versterken zonder dat het ruimtebeslag van de dijk toeneemt. De bestaande infrastructuur op de dijk en de bebouwing aan de voet van de dijk blijven intact. Het werk wordt uitgevoerd met licht materieel, vergelijkbaar met een lichte vrachtwagen. In het gebied dat grenst aan de binnenteen van de dijk vinden geen werkzaamheden plaats; bebouwing, tuinen en bedrijvigheid worden gespaard.

2.3.6

Duurzaamheid Technische levensduur materialen De technische levensduur van de Dijkdeuvels (in-situ vervaardigd) kan gedefinieerd worden als de weerstand tegen mechanische en chemische erosie. De materialen die bij deze methode worden toegepast zijn in de praktijk al vele malen beproefd in constructies waar bijvoorbeeld cement-bentoniet wanden zijn gebruikt. Cement-bentoniet is goed bestand tegen zuren. Tot heden is niet gebleken dat het materiaal wordt aangetast door zuren, zelfs niet bij een constant verhang over de wand. Bij toepassing in dijkversterkingen heeft de omringende grond een grotere doorlatendheid dan het verharde materiaal en zal het water niet door het cement-bentoniet stromen en dus geen uitlogen van stoffen veroorzaken. De duurzaamheid van cement-bentoniet wordt daarom voor de duur van de planperiode niet ter discussie gesteld. De kous van geotextiel van de expander heeft alleen een functie in de uitvoeringsfase; deze hoeft geen lange levensduur te hebben. Bij de keuze, en vervolgens de dimensionering van de Dijkdeuvels wordt rekening gehouden met de vereiste levensduur van 100 jaar. Analoog aan de werkwijze voor damwanden dienen de stalen buizen te worden beschermd met een conserveringssysteem, of moet een corrosietoeslag worden toegepast. De duurzaamheid van de shear key kan indien gewenst verhoogd worden door dit stalen onderdeel te omhullen met hetzelfde cement-bentonietmengsel dat geïnjecteerd wordt tijdens het oppompen van de expanders.

33


5/16/07 2:50:54 PM

Aanpasbaarheid aan toekomstige randvoorwaarden Omdat Dijkdeuvels een modulair systeem betreft, kunnen bij gewijzigde omstandigheden en/of strengere veiligheidseisen in de toekomst, naderhand op eenvoudige wijze extra Dijkdeuvels worden aangebracht. Registratie en beheer zijn hierbij van groot belang. 2.3.7

Effecten op de omgeving Bodem en water De aanwezigheid van de Dijkdeuvels heeft een verwaarloosbare invloed op de hydrologische situatie. De ingebrachte suspensie heeft geen nadelige invloed op de kwaliteit van bodem en grondwater. Landschap, natuur en cultuurhistorie Ook landschappelijk gezien heeft de techniek voordelen: doordat zware steunbermen worden voorkomen kan de scherpe grens die de dijk in het landschap vormt tussen rivier en bebouwingslinten langs de binnenzijde gehandhaafd blijven. Belangrijke ecologische waarden langs de binnen- en buitenzijde van het dijktalud en de onderberm kunnen ongeroerd blijven. Daarbij kan gedacht worden aan wielen, poelen en natuurstroken met hoge ecologische waarden. De Dijkdeuvels vereisen geen groter ruimtebeslag van de versterkte dijk; bebouwing en tuinen worden niet aangetast. Woon-, werken leefmilieu In de uitvoeringsfase ontstaat tijdelijk enige overlast voor woon-, werken leefmilieu, maar minder dan bij een traditionele dijkversterking met veel grondverzet. Zo is de methode trillingsvrij, geluidsarm en stofvrij. Omdat de kruin maar voor een beperkt deel wordt gebruikt is de hinder voor het verkeer tijdens de uitvoering beperkt. Als een gehele afsluiting nodig is, moet een tijdelijke omleidingsroute worden ingesteld, zoals dat ook bij traditionele dijkversterkingsprojecten gebeurt. In de gebruiksfase is er geen enkele hinder meer voor het verkeer.

2.3.8

Beheer en onderhoud Beheer en onderhoud van een dijk die met Dijkdeuvels is versterkt kan in hoofdlijnen op dezelfde manier plaatsvinden als in conventionele dijken. Vanwege de grote levensduur is hiervoor geen specifiek onderhoud nodig. Wel kan de kwaliteit tijdens uitvoering en tijdens de gebruiksfase worden geborgd door middel van monitoring. Beheer en onderhoud tijdens de gebruiksfase kunnen planmatig worden ingericht door middel van: 1. Een beheersplan: beperken en voorkomen van activiteiten en handelingen die de sterkte van de expanders aan kunnen tasten. Regulier maaien van de taluds en onderhoud aan taludverdediging en wegverharding zijn van tijd tot tijd nodig, net als in de oude situatie. 2. Een monitoringsplan: monitoren van de externe parameters die invloed hebben op de sterkte van de expanders en monitoren van gedrag van het dijklichaam. Het is mogelijk om een of meer extra expanders in de omgeving aan te brengen om de ontwikkeling van de sterkte van de expander en van de grond in de directe omgeving te monitoren. 3. Een onderhoudsplan: hierin wordt het onderhoud dat gewoonlijk aan de dijk wordt gepleegd beschreven. Onderhoud van de expanders is in principe niet nodig, tenzij dit naar aanleiding van het monitoringsplan nodig blijkt.

34


5/16/07 2:50:54 PM


Rappor t 219

Factsheet

Mixed In Place (MIP) dijkversterking

MIP is een grondverbetering techniek waarbij de stabiliteit van de dijk wordt verhoogd door middel van gestabiliseerde grondkolommen vanuit het binnentalud schuin in de slappe grond tot in het pleistocene zand. De grondkolommen ontstaan door een bindmiddel (onder andere cement) te vermengen met de aanwezige grond. De kolommen vormen tezamen een blok van gestabiliseerde grond. Deze blokken leveren weerstand tegen afschuiven door te functioneren als een soort ‘steunberen’ die op regelmatige afstand van elkaar in de dijk staan.

Toepasbaarheid • Macrostabiliteit. Versterking door het verhogen van de weerstand tegen het afschuiven van de dijk bij diepe en ondiepe glijvlakken. • Piping. Toepassing als kwelscherm (niet onderzocht binnen INSIDE) • Hoogte. Door het vergroten van de afschuifweerstand is het mogelijk om hogere dijken te bouwen met een steiler talud.

35


5/16/07 2:50:57 PM

Toepassingsgebied • De MIP-methode is uitvoerbaar op elke dijkvorm op slappe kleien veenlagen. De haalbaarheid en kosteneffectiviteit van de MIP-methode bij veenkaden is niet uitgesloten, maar niet onderzocht in het kader van INSIDE.

Eigenschappen • Grondverbeteringtechniek. Verbetering van de sterkte-eigenschappen van de ondergrond, geen inbreng van vreemde elementen in de dijk. • Ruimtebesparend. Versterking onder het binnentalud. Bestaande bebouwing kan gehandhaafd blijven. • Uitbreidbaar. Extra kolommen/blokken kunnen bijgemaakt worden bij toekomstige verhoging van de hydraulische randvoorwaarden. • Hindervrij. Minimale belasting op omgeving en milieu. Klein materieel, minimale woon- en verkeershinder, minimum aan transportbewegingen, geluidsarm. Geen invloed op de omgeving. Grondwaterstroming wordt minimaal beïnvloed. • Innovatief vanwege zijn toepassingsgebied en de verankering in het zandpakket. Maakt gebruik van gebruik reeds bestaande techniek • Aanpasbaar. Ontwerp is aanpasbaar per specifieke locatie. Maatwerk mogelijk. • Sterkte materiaal. Kwaliteitscontrole via laboratorium, in-situ proeven en uitvoering onder kwaliteitsregistratie • Kwaliteitscontrole volgens bestaande NEN-normen • Duurzaam. Aangetoond voor planperiode 100 jaar

Aanleg kosten • Afhankelijk van de stabiliteit van de onversterkte dijk (huidige situatie) • Afhankelijk van de bodemopbouw • Kosten indicatie: E 2500 – E 4500 per meter dijk

36


5/16/07 2:50:58 PM


Rappor t 219

Factsheet

Dijkvernageling detail facing en geotextiel grout

kleien veenlaag zandlaag Dijkvernageling bestaat uit het verankeren van het grondmassief door toepassing van trekelementen met een groutomhulling. Dijkvernageling resulteert in een grotere afschuifsterkte, waarbij de nagels vooral op trekkracht worden belast.

Toepasbaarheid • Macrostabiliteit. Versterking door het verhogen van de weerstand tegen afschuiven van de dijk bij diepe en ondiepe glijvlakken. • Hoogte. Door het vergroten van de afschuifweerstand is het mogelijk om hogere dijken te bouwen met een steiler talud. Voor het vasthouden van de oppervlaktegrond kan gebruik worden gemaakt van een facing in combinatie met een geotextiel.

Toepassingsgebied • Dijkvernageling is uitvoerbaar op elke dijkvorm op slappe kleien veenlagen. De technische- en kosteneffectiviteit van Dijkvernageling bij veenkaden is niet onderzocht. Het is niet uitgesloten dat het mogelijk is om veenkaden middels dijkvernageling te versterken door gebruik van een facing aan de binnenzijde en door verankering in een dieper gelegen draagkrachtiger laag.

Eigenschappen • Flexibel systeem. Dijkvernageling gaat makkelijk mee met natuurlijke zettingen. Grondverbetering door combinatie van verankeren en verdeuvelen. • Ruimtebesparend. Versterking onder het binnentalud. Bestaande bebouwing kan gehandhaafd blijven. • Uitbreidbaar. Extra nagels kunnen worden bijgeplaatst bij toekomstige verhoging van de hydraulische randvoorwaarden. • Hindervrij. Minimale belasting op omgeving en milieu. Klein materieel, minimale woon- en verkeershinder, minimum aan transportbewegingen, geluidsarm. Geen invloed op de omgeving. De grondwaterstroming wordt niet beïnvloed. • Innovatief vanwege zijn toepassingsgebied, maar er wordt gebruik gemaakt van bestaande, bewezen technieken. • Aanpasbaar. Ontwerp is aanpasbaar per specifieke locatie. Maatwerk mogelijk. • Kwaliteitscontrole. Via monitoring en in-situ metingen volgens bestaande NEN-normen.

37


5/16/07 2:50:58 PM

• Duurzaam. Aantoonbaar via het gebruikmaken van gecertificeerd materiaal en/of het nemen van maatregelen (bijv. bescherming materiaal tegen corrosie).

Aanlegkosten • Afhankelijk van • Afhankelijk van • Afhankelijk van • Kostenindicatie

de stabiliteit van de onversterkte dijk (huidige situatie) de bodemopbouw keuze nagels E 2500 – E 3000 per meter dijk

38


5/16/07 2:50:59 PM


Rappor t 219

Factsheet

Dijkdeuvels


bovenaanzicht


shear key

Een Dijkdeuvel bestaat uit een buis voorzien van een omhullende kous volgepompt met cementbentoniet. De buis wordt schuin in de slappe ondergrond geplaatst tot enkele meters in de Pleistocene zandlaag. De afschuivende dijk wordt door de dijkdeuvels gefixeerd aan de draagkrachtige ondergrond.

Toepasbaarheid • Macrostabiliteit. Versterking door het verhogen van de weerstand tegen afschuiven van de dijk bij diepe glijvlakken. • Hoogte. Door het vergroten van de afschuifweerstand is het mogelijk om hogere dijken te bouwen met een steiler talud.

Toepassingsgebied • De Dijkdeuvels-methode is bedoeld voor elke dijkvorm bestaande uit zand, klei of slappe klei. De technische haalbaarheid en kosteneffectiviteit van Dijkdeuvels bij veendijken is niet uitgesloten, maar niet onderzocht in het kader van INSIDE.

Eigenschappen • Star versterkingssysteem. De Dijkdeuvels maken de constructie sterker en stijver. Grondverbetering door verdeuvelen. • Ruimtebesparend. Versterking onder het binnentalud. Bestaande bebouwing kan gehandhaafd blijven. • Zelfregulerend. Door aanpassing van de expander aan de actuele sterkte van de ondergrond. • Uitbreidbaar. Door de modulaire opbouw kunnen Dijkdeuvels bijgeplaatst worden bij toekomstige verhoging van de hydraulische randvoorwaarden.

39


5/16/07 2:51:00 PM

• Hindervrij. Minimale belasting op omgeving en milieu. Klein materieel, minimale woon- en verkeershinder, geen stof, minimum aan transportbewegingen, geluidsarm. Geen invloed op de omgeving. De grondwaterstroming wordt niet beïnvloed. • Sterkte materiaal. De sterkte van de in de grond gemaakte Expander (volgepompte kous) is onafhankelijk van de eigenschappen van de grond. De onderdelen van Dijkdeuvels worden onder strikte kwaliteitsnormen geprefabriceerd. • Aanpasbaar. Ontwerp is aanpasbaar per specifieke locatie. Maatwerk mogelijk. • Duurzaam. Aantoonbaar via het gebruikmaken van gecertificeerd materiaal en/of het nemen van maatregelen (bijv. bescherming materiaal tegen corrosie).

Aanlegkosten • Afhankelijk van de stabiliteit van de onversterkte dijk (huidige situatie) • Afhankelijk van de bodemopbouw • Kostenindicatie E 2500 – E 4000 per meter dijk.

40


5/16/07 2:51:01 PM

Hoofdstuk 3

Technisch deel: INSIDE technieken

41


5/16/07 2:51:10 PM

3.1 Ontwerp MIP De MIP-methode als dijkversterkingsmaatregel is gericht op het verbeteren van de macrostabiliteit van de dijk door het verhogen van de (schuif)sterkte-eigenschappen van de grond. De grond onder het binnentalud wordt gemengd met een geschikt bindmiddel (cement en /of kalk). De bindmiddelsamenstelling is afhankelijk van de grondsoort en de per grondlaag beoogde schuifsterkte. Na verharding van het bindmiddel ontstaan gestabiliseerde grondkolommen. Het principe van de dijkversterking met MIP is in figuur 3.1.1 weergegeven. De kolommen worden vanaf de kruin of het binnentalud schuin aangebracht, tot in de vaste zandlaag onder de dijk. De stabilisatie vindt plaats onder de teen van het binnentalud.

Fig. 3.1.1 Principe dijkversterking met Mixed-in-Place (dwarsdoorsnede en bovenaanzicht).

Het MIP-ontwerp bestaat uit het vormen van rijen (panelen) van overlappende kolommen haaks op de dijk. Door een aantal panelen samen te voegen ontstaan blokken van gestabiliseerde grond, De grondstabilisatie wordt niet continu in de lengterichting van de dijk doorgezet, maar de blokken van geschakelde panelen worden onderbroken door ongemixte natuurlijke grond. De gestabiliseerde blokken leveren weerstand tegen afschuiven door te functioneren als steunberen onder het binnentalud. De ‘inbedding’ in de draagkrachtige zandlaag zorgt voor de verankering van het dijklichaam, waardoor de blokken werken als deuvels in het glijvlak.

42


5/16/07 2:51:13 PM


Rappor t 219

Door de grondstabilisatie onder een helling aan te brengen kan de krachtoverdracht geoptimaliseerd worden. Door de schuinstand introduceren de aandrijvende krachten druk in de kolommen, waardoor een hogere schuifkracht kan worden opgenomen. Verder wordt het kantelen van de gestabiliseerde grond voorkomen en, doordat de glijvlakken niet loodrecht op de kolommen staan, wordt het risico op breuk in de kolommen gereduceerd. Toepassing van blokstabilisatie heeft de volgende voordelen (zie fig. 3.1.2): • de volgens ontwerp gemiddelde schuifsterkte binnen een grondlaag kan gerealiseerd worden doordat herverdeling in drie dimensies mogelijk is; • de gemiddelde schuifsterkte in langsrichting van de kolommen in de overlap neemt toe, doordat de panelen verspringend worden samengevoegd; • er is minder kans op onvoldoende overlap door keuze van de uitvoeringsvolgorde; • het ruimtebeslag van de blokken is in principe geringer dan bijvoorbeeld van panelen, waardoor er meer reserveruimte is voor toekomstige aanpassingen; • ‘maatwerk’ t.b.v. de inpasbaarheid is mogelijk.

Fig. 3.1.2 Principeschets blokstabilisatie en uitvoeringsvolgorde binnen een blok

3.1.1

Bezwijkmechanismen en maatregelen Uit literatuuronderzoek is gebleken dat 6 bezwijkmechanismen (zie fig. 3.1.3) relevant kunnen zijn bij de MIP dijkversterking: a) overschrijding schuifsterkte in dwarsrichting van de gemixte kolommen/ panelen/ blokstabilisatie; b) overschrijding schuifsterkte in lengterichting van de gemixte kolommen/ panelen/ blokstabilisatie; c) overschrijding druksterkte in kolommen; d) scheiding van de kolommen uit het gemixte paneel/blok; e) kantelen van het gemixte paneel/blok; f) afschuiving van het gemixte paneel/blok. Met het behulp van de rekenprogramma PLAXIS zijn deze faalmechanismen integraal bekeken voor de referentiesituatie. In figuur 3.1.4 a,b is de vervormde mesh respectievelijk schuifrekken na phi-c reductie gepresenteerd. Hiermee wordt een beeld verkregen van een maatgevend faalmechanisme.

43


5/16/07 2:51:15 PM

Fig. 3.1.3 Faalmechanismen gemixte panelen/blokstabilisatie conform literatuur

Op basis van de PLAXIS analyse kan per faalmechanisme het volgende worden gesteld: Ad a. Overschrijding schuifsterkte in dwarsrichting (shear strength failure across columns) Uit de PLAXIS analyse blijkt het horizontaal afschuiven dwars op de panelen een van de maatgevende faalmechanismen te zijn. De weerstand tegen het horizontaal afschuiven in de direct shear zone hangt samen met de wijze waarop de schuifsterkte zich bij toenemende rekken ontwikkelt en kan worden vastgesteld door middel van laboratorium en in situ-testen (zie kwaliteitscontrole). De gemobiliseerde schuifsterkte in de horizontale doorsnede ter plaatse van het schuifvlak is in figuur 3.1.5. als een gestippelde lijn weergegeven. In deze figuur is de verticale (korrel)spanning en de gemobiliseerde schuifspanning ter hoogte van de basisveenlaag weergegeven. Hierin is duidelijk te zien dat de druk ter plaatse van het MIP paneel naar achteren toe toeneemt en aan de voorzijde het laagste is. De schuifsterkte in de direct shear zone is gerelateerd aan de verticale druk. De scheefstand van de kolommen, in de richting van de hoofdspanningen, leidt tot een permanente drukspanning in de gestabiliseerde grond, hetgeen een gunstig effect heeft op de maximum schuifsterkte. Ad b. Overschrijding schuifsterkte in lengterichting (shear strength failure along columns) Dit faalmechanisme moet gezien worden in samenhang met faalmechanisme (a). Dit faalmechanisme zou maatgevend kunnen worden bij van een ontwerp dat uitgaat van panelen waarbij de afzonderlijke kolommen langs elkaar afschuiven in de overlapzone (waar in de praktijk een minder hoge schuifsterkte wordt bereikt). Bij blokstabilisatie is dit faalmechanisme niet maatgevend.

44


5/16/07 2:51:20 PM


Rappor t 219

Fig. 3.1.4 a,b Faalmechanisme PLAXIS (deformed mesh; undrained phi-c reduction en incremental shear strains; undrained phi-c reduction)

Ad c. Overschrijding druksterkte (compression strength failure) Met PLAXIS kan worden bepaald welke druk zich in de kolommen kan ontwikkelen. De unconfined compressive strength die uit UCS-proeven bepaald kan worden, kan als een ondergrens van de maximaal opneembare druksterkte worden gezien. Dit mechanisme is niet maatgevend boven faalmechanisme (a). Ad d. Scheiding van de kolommen in langsrichting Het ontwerp is dusdanig dat ondiepe glijvlakken voorkomen worden. Verder wordt het gehele gemixte blok ingebed in de zandlaag waardoor horizontale verplaatsingen van het blok als geheel worden voorkomen. Ad e. Kantelen van paneel/blok als geheel (overturning) De weerstand tegen kantelen van het gehele gestabiliseerde deel, neemt snel toe bij toenemende lengte van de kolommen en bij toenemende lengte van het paneel/ blok (lengte is richting haaks op de dijk). Uit de PLAXIS berekening blijkt dat dit faalmechanisme niet maatgevend is.

45


5/16/07 2:51:27 PM

Ad f. Afschuiven van paneel/blok als geheel (rotational sliding) De weerstand tegen afschuiven langs een diepliggend glijvlak wordt bepaald door de diepte waarover de kolommen in het vaste zand worden ingebed. Met PLAXIS wordt dit mechanisme altijd impliciet beschouwd. Het ontwerp moet zodanig zijn dat de weerstand tegen dit mechanisme verzekerd is.

Fig. 3.1.5. Verticale (korrel)spanning en gemobiliseerde schuifspanning ter plaatse van Basisveenlaag (uit berekening uitwerkingsfase INSIDE).

3.1.2

Rekenmodellen Voor het ontwerp van een MIP dijkversterking wordt voor de modellering van de geotechnische stabiliteit van de versterkte dijk gebruik gemaakt van de PLAXIS 2D modellering met rekenwaarden voor de grond- en MIP-blokstabilisatie parameters (zie fig. 3.1.6). De berekeningen met PLAXIS moeten geijkt worden met een standaard glijvlakmethode. Het eindige-elementen programma PLAXIS is een rekenmodel voor de analyse van spanningen, vervormingen en stabiliteit van grondlichamen. PLAXIS wordt vaak gebruikt in de Nederlandse geotechnische praktijk voor het modelleren van complexe constructies.

Figuur 3.1.6 2D PLAXIS modellering

46


5/16/07 2:51:32 PM


Rappor t 219

De rekenwaarden voor sterkte en belasting worden ingevoerd in PLAXIS, dat een stabiliteitsfactor bepaalt. Afhankelijk van de schematisatie volgens het gekozen rekenmodel moet een modelfactor in rekening worden gebracht. De vigerende veiligheidsfilosofie in de leidraden en normen is nog gebaseerd op Limit Equilibrium modellen (bijv. Bishop, Spencer, drukstaafmodellen etc.). Door middel van een vergelijkende berekening is tijdens het INSIDE onderzoek geëvalueerd of er grote afwijkingen zijn tussen de stabiliteitsfactor bepaald met PLAXIS en de stabiliteitsfactor bepaald met de modellen Mstab (Bishop) en de Methode-Van. De vergelijking is gedaan op basis van een referentie situatie uit het dijkversterkingsproject Nederlek in de Krimpenerwaard. De gebruikte procedure is geschematiseerd in figuur 3.1.7. Bij een stabiliteitsfactor lager dan SF= 1,0, berekent PLAXIS te grote vervormingen en wordt het krachtenspel onjuist gemodelleerd. Om de PLAXIS modellering te kunnen ijken aan de MStab en Methode-Van modellering is derhalve gebruik gemaakt van de huidige (niet-versterkte) situatie van de referentie dijkvak met gemiddelde waarden voor de grondparameters. Tevens is een vereenvoudiging van de laagopbouw van de bodem toegepast, zodat in PLAXIS een praktische en robuuste mesh kon worden opgesteld.

Fig. 3.1.7 Schematische weergave van werkwijze modellering

Uit de vergelijking komt het volgende naar voren: • Het PLAXIS model voor de huidige situatie (zonder MIP) is geijkt aan de MStab en Methode-Van modellering m.b.v. de gemiddelde waarden van de grondparameters (bij gemiddelde waarden is SF>1, waardoor stabiele PLAXIS modellering mogelijk is). Hieruit is gebleken dat resultaten van beide modellen met elkaar overeenkomen. • Voor de berekening van een dijkversterking met MIP blijven de vervormingen, ook bij gebruik maken van rekenwaarden SF>1, beperkt zodat het krachtenspel op de juiste wijze wordt gemodelleerd bij gebruik van rekenwaarden. Op basis van deze vergelijking is de modelfactor voor PLAXIS gelijk gesteld aan 1.0, zoals wordt aanbevolen in het TR Waterkerende Grondconstructies van TAW. De stabiliteitsfactor wordt met PLAXIS bepaald door reductie van de beschikbare schuifsterkte totdat er een doorgaand bezwijkvlak (plastische zone) optreedt. De stabiliteitsfactor wordt berekend met de volgende multiplier:

47


5/16/07 2:51:35 PM

Deze methode van bepalen van de stabiliteitsfactor wordt in PLAXIS aangeduid met Phi-c reductie en kan gedraineerd en ongedraineerd worden uitgevoerd. De stabiliteitsfactor die na correctie met de modelfactor wordt berekend moet gecontroleerd worden op 1.0. De verhoogde veiligheid ten aanzien van normfrequentie, dijkringeffect en de correlatie met hoogwater worden verwerkt in de vereiste betrouwbaarheidsindex en de daaruit voortvloeiende gecorrigeerde materiaalfactor. In de Leidraad Rivierdijken worden deze effecten verdisconteerd in de schadefactor. 3.1.3

Veiligheidsfilosofie Voor de rekenwaarde van de sterkteparameters die dienen als input voor het MIP (voor)ontwerp worden aannamen gedaan op basis van grondonderzoek en ervaringen uit vergelijkbare projecten. Deze aannamen moeten worden gevalideerd in de ontwerpen de uitvoeringsfase met behulp van laboratorium- en in situ-testen van proefkolommen/blokken en modelberekeningen. De rekenwaarden van de schuifsterkte van het MIP materiaal worden bepaald door het in rekening brengen van twee factoren op de karakteristieke waarde van de schuifsterkte: een materiaalfactor en een correctiefactor uit de vertaalslag van de TGB- naar TAW-veiligheid. Vervolgens moet de equivalente schuifsterkte (rekenwaarde) van de blokstabilisatie bepaald worden: deze is de combinatie van blokken en tussenliggende relatief zwakke grond (3D-effect).

De procedure om te komen tot een veilige bepaling van de rekenwaarde van de MIP blokstabilisatie wordt hieronder beschreven. 3.1.3.1 Bepaling rekenwaarde schuifsterkte MIP-materiaal Karakteristieke waarde schuifsterkte De karakteristieke waarde van de (schuif)sterkte van het MIP-materiaal kan worden gedefinieerd als: de 5% ondergrenswaarde van de schuifsterkte langs een horizontaal afschuifvlak door een MIP-blok. Voor het bepalen van de schuifsterkte in de ontwerpfase zijn twee verschillende typen metingen beschikbaar, namelijk: a) KPS-metingen, waarmee in situ een nagenoeg continu beeld van het verloop van de sterkte in de diepte wordt verkregen. KPS-metingen (column penetration test) zijn drukproeven waarbij een instrument door de kolom wordt gedrukt. Hierbij kan een conus worden gebruikt om de benodigde drukkracht te meten. De gelaagdheid van de ondergrond wordt weerspiegeld in de registraties van KPS-proeven op MIP-kolommen met aanzienlijke pieken en dalen in het verloop van de sterkte. De KPS is niet identiek aan de schuifsterkte, maar het gevonden verloop weerspiegelt het feitelijke verloop van de schuifsterkte goed. In figuur 3.1.8 is het KPS-element weergegeven met een voorbeeld van KPS-metingen); b) Directe schuifproeven op ingewonnen monsters van het MIP-materiaal. Deze methode moet in combinatie met KPS-metingen gebruikt worden of als KPS-metingen niet mogelijk zijn. Voor de karakterisering van de schuifsterkte en de statistische interpretatie en bewerking van sterkteproeven op MIP-materiaal zal in de definitie van statistische homogene populaties onderscheid naar de gelaagdheid van de ondergrond moeten worden gemaakt. Uit vergelijking van drie KPS metingen uit de INSIDE praktijkproef is geconstateerd dat ook binnen een grondlaag (veenlaag,

48


5/16/07 2:51:36 PM


Rappor t 219

kleilaag) mogelijk een systematische gelaagdheid aanwezig is. Als dit het geval is, zoals ook te verwachten is op basis van geologische overwegingen, zullen de realisaties van schuifsterktes in de verschillende kolommen die bijdragen aan de schuifsterkte van het glijvlak onderling gecorreleerd zijn.

Fig. 3.1.8 KPS element en een voorbeeld van KPS-metingen

Wanneer de sterkte van het MIP-materiaal wordt bepaald op basis van directe schuifproeven, wordt de schatting van de karakteristieke schuifsterkte gegeven door formule (3.1.1), waarbij de monsters verdeeld over de hoogte van de beschouwde grondlaag moeten zijn genomen, om de systematische gelaagdheid te vinden: (3.1.1)

Waarin: tkar is de karakteristieke schuifsterkte tgem is de gemiddelde schuifsterkte van de steekproef binnen de grondlaag waarin het schuifvlak zich bevindt t is de student t-factor voor (n-1) graden van vrijheid en behorend bij een 95 % onderschrijdingskans sT is de standaardafwijking n is het aantal beproefde monsters Bij relatief weinig beproeving(en) kan deze methode leiden tot een ongunstige schatting van de karakteristieke schuifsterkte. Bij gelaagdheid binnen een grondlaag moet namelijk rekening worden gehouden met een systematische afwijking van de sterkte (in ongunstige zin) van het gemiddelde van de gehele grondlaag, met als gevolg een relatief grote spreiding in proefuitkomsten. Een alternatieve methode om de karakteristieke waarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal te bepalen is de directe schuifproeven te combineren met KPS-metingen. De systematische afwijking van de sterkte van het gemiddelde van de grondlaag kan dan geschat worden op basis van het verloop van de KPS-registraties. De verschillende KPS-registraties kunnen binnen de grondlaag 49


5/16/07 2:51:42 PM

bemonsterd worden, bijvoorbeeld per 10 cm steeds de laagste waarde. Aan de hand hiervan kunnen het gemiddelde en de standaardafwijking van de KPS-waarde worden berekend, alsmede de karakteristieke 5% ondergrenswaarde: KPSkar = KPSgem -1.65 sKPS

(3.1.2)

waarin: KPSkar is de karakteristieke KPS-waarde binnen de grondlaag KPSgem is de gemiddelde KPS-waarde (waarbij verschillende KPS-registraties mogen worden gebruikt) sKPS is de standaardafwijking van de KPS-waarde binnen de beschouwde grondlaag. Vervolgens wordt de karakteristieke schuifsterkte van het MIP-materiaal als volgt bepaald: (3.1.3)

Er mag gerekend worden met de gunstigste karakteristieke waarde van (3.1.1) of (3.1.3). Verwacht wordt dat door de grote spreiding in de laboratoriumproefresultaten de gunstigste (hoogste) waarde door toepassing van formule (3.1.3) zal worden gevonden. Materiaal- en correctiefactor (TGB naar TAW) voor de schuifsterkte van het MIP-materiaal De MIP-methode is een grondverbeteringtechniek. Door de cementbinding komen de sterkte- en stijfheideigenschappen van cement gestabiliseerde kleien veengronden overeen met die van overgeconsolideerde klei. De spanning-rek relatie van het MIP materiaal toont aan dat de sterkte na een piek waarde kan terugvallen naar een residuele sterkte. Deze residuele sterkte is afhankelijk van diverse factoren (o.a. de normale spanning) en blijft nagenoeg gelijk. Om rekening te houden met dit gedrag en gezien de nog ontbrekende ervaring met deze techniek als dijkversterking is ervoor gekozen om vooralsnog een robuuste benadering te hanteren en de veiligheidsbeschouwingen te baseren op een bijzondere waterkerende constructie. De bepaling van de materiaalfactor verloopt daardoor op basis van de Leidraad Kunstwerken. Hierbij wordt uitgegaan van een constructie van het type II (een constructie die, in combinatie met het omringende grondlichaam, het waterkerende vermogen moet leveren). De planperiode van de constructie bedraagt 100 jaar. De ontwerpeis voor de sterkte en stabiliteit van de dijk met MIP-blokken is opgelegd in de vorm van een minimaal vereiste betrouwbaarheidsindex. Voor de uiterste grenstoestand is de betrouwbaarheidsindex gelijk aan bN = 4.1 voor een planperiode van N=100 jaar. Uit deze betrouwbaarheidsindex wordt een kans van 2.07 E-05 in de planperiode N afgeleid. De kans per jaar is een factor 10 lager dan de kans per levensduur. De betrouwbaarheidsindex wordt betrokken op een bepaalde faalmode (bezwijksituatie). Uit voorgaande berekeningen en uit literatuur blijkt dat de 6 faalmodes in figuur 3.1.3 kunnen worden onderscheiden. Uit het INSIDE-onderzoek en uit het voorontwerp voor dijkversterking Nederlek is gebleken dat de meest waarschijnlijke faalmode kan worden omschreven als een glijvlak dat de MIP-blokken horizontaal op het grensvlak van Holoceen en Pleistoceen snijdt. In figuur 3.1.9 is een foutenboom getekend voor de topgebeurtenis “binnenwaarts afschuiven dijk door onvoldoende sterkte en stabiliteit”, waarin vooralsnog is uitgegaan van genoemde bijdrage aan faalkansen. Per faalmode is een betrouwbaarheidsindex vastgesteld zodanig dat de faalkans van de gehele samengestelde constructie voldoet aan de minimaal vereiste faalkans (pf). Voor het MIP-ontwerp is in eerste instantie gesteld dat de kansbijdrage van het horizontaal bezwijken (t.o.v. de kans op binnenwaarts afschuiven van de dijk) 80 % bedraagt. Op deze wijze kan de toelaatbare faalkans (en 50


5/16/07 2:51:43 PM


Rappor t 219

dus bN) voor bijvoorbeeld de faalmode “horizontaal afschuiven van MIP” worden bepaald. Voor het diepe glijvlak onder de blokstabilisatie door (faalmode f uit fig. 3.1.3) is de kansbijdrage gelijk gesteld aan 15% en voor de overige faalmodes is in totaal 5% gereserveerd. Opgemerkt wordt dat uit berekeningen ook kan blijken dat de verhoudingen tussen de faalkansbijdragen van verschillende faalmodes bij het uiteindelijke ontwerp anders liggen. Eis blijft echter altijd dat de totale faalkans van alle faalmechanismen die betrekking hebben op het binnenwaarts afschuiven zodanig is dat bN ≥ 4.1.

Fig. 3.1.9 Foutenboom met topgebeurtenis “binnenwaarts afschuiven dijk door onvoldoende sterkte en stabiliteit”

In de Leidraad Kunstwerken is aangegeven welke materiaal- en belastingfactoren moeten worden toegepast om een bepaalde betrouwbaarheidsindex voor een bepaalde faalmode te benaderen. Hierbij is de set materiaalfactoren volgens NEN 6702 voor de grenstoestand 1A als uitgangspunt genomen en is aangegeven welke correctiefactoren moeten worden toegepast om de TGB veiligheid (bN = 3.6) naar de gewenste betrouwbaarheid van een waterkerende constructie te tillen. Anders dan in de Leidraad Kunstwerken, waar de correctiefactor op de belasting in de vorm van een belastingfactor wordt toegepast, is er in het geval van MIP voor gekozen om de correctiefactor toe te passen op de sterkte. De reden daarvoor is dat de belasting in geval van een dijklichaam indirect werkt op de constructie, in de vorm van een waterspanningstoename. In feite gaat het hierbij met name om (tijdelijke) reductie in schuifsterkte. De correctiefactor moet in dit geval gezien worden als een correctiefactor op de materiaalfactor voor de schuifsterkte van het MIP materiaal. Volgens NEN 6702 gelden de volgende materiaalfactoren: op volumegewicht (indien ongunstig werkend): gm = 1.0; op de tangens van de hoek van inwendige wrijving: gm = 1.2 en op de cohesie: gm = 1.5. Voor het MIP materiaal is een (gecombineerde) materiaalfactor voor de totale schuifsterkte aangenomen van 1.5 (gelijk aan de materiaalfactor voor de cohesie). Dit is een conservatieve aanname. Gezien de spreiding in het materiaal en het brosse gedrag, is een aanvullende onderbouwing nodig om deze factor te kunnen reduceren. Een mogelijkheid is om bijvoorbeeld een 3D-eindige-elementen analyse uit te voeren van de gemobiliseerde sterkte, met daarin alle onzekerheden verdisconteerd, en een veiligheidsniveau-III-benadering door bijvoorbeeld een monte-carlo-analyse daarvan. De correctiefactor voor de materiaalfactor wordt weergegeven met de volgende formule (formule voor “gecombineerde” belastingsfactor uit Leidraad Kunstwerken paragraaf B 4.4.4.1): (3.1.4) Waarin: a S is de invloedsfactor belasting: aS = - 0.7 51


5/16/07 2:51:47 PM

a R fN norm u B bN VR

is de invloedsfactor sterkte:aR = 0.8 is de levensduurfactor: fN = 10 jaar is de voor de dijkring vastgestelde overschrijdingsfrequentie is het verval over de dijk met een overschrijdingsfrequentie van 0,63 per jaar is de decimeringshoogte van de overschrijdingsfrequentielijn van de buitenwaterstand. is de betrouwbaarheidsindex van een bepaald faalmechanisme over planperiode. Voor de faalmode horizontaal bezwijken: bN = 4.15 is de variatiecoëfficiënt van de schuifsterkte. VR voor het MIP materiaal kan bepaald worden aan de hand van gemiddelde waarden (tgem) en karakteristieke waarden (tkar) uit locale proevenverzameling. In formulevorm: (3.1.5)

Rekenwaarde schuifsterkte MIP-materiaal De rekenwaarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal wordt bepaald door: (3.1.6) waarin: tMIP;d tkar g m gm,corr

is is is is

de de de de

rekenwaarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal karakteristieke waarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal materiaalfactor voor de schuifsterkte van het MIP-materiaal: gm = 1,5 correctiefactor voor de materiaalfactor voor de schuifsterkte van het MIP-materiaal.

Als aanvullende eis geldt dat de rekenwaarde voor de schuifsterkte van het MIP-materiaal niet hoger mag zijn dan de veilige schatting van de gemiddelde waarde van de residuele sterkte uit de directe schuifproeven. 3.1.3.2 Bepaling equivalente schuifsterkte (rekenwaarde) voor de MIP blokstabilisatie (3D-effect) De dijkversterking met de MIP-methode wordt ontworpen met 2D-stabiliteitsberekeningen. Om de sterkte van de blokstabilisaties op een goede en veilige manier in rekening te brengen moet de relatief zwakke grond tussen de blokken worden verdisconteerd. De afstand tussen de blokstabilisaties heeft invloed op de gereduceerde schuifsterkte die moet worden gebruikt voor de 2D-ontwerpberekeningen. De methode voor het bepalen van de equivalente schuifsterkte is gebaseerd op twee stappen: • het bepalen van de gereduceerde rekenwaarde van de schuifsterkte. Deze is een (gewogen) uitmiddeling van de schuifsterkte van het MIP-materiaal en van de tussenliggende grond in lengterichting van de dijk; • het toepassen van een 3D-effectfactor om de invloed van de afstand tussen de blokstabilisaties op de gereduceerde schuifsterkte in rekening te brengen. De gereduceerde rekenwaarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal (tMIP;red.;d) is gelijk aan: (3.1.7)

waarin: LMIP is de lengte van het MIP-blok in de richting van de dijk 52


5/16/07 2:51:50 PM


Lg tMIP;d tg;d

Rappor t 219

is de lengte van de tussenruimte (grond) (zie fig. 3.1.10 a) is de rekenwaarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal is de rekenwaarde van de gemobiliseerde schuifsterkte van de grond tussen de blokken. De gemobiliseerde schuifsterkte van de grond is de schuifsterkte bij een rekniveau die maximaal gelijk is aan het rekniveau waar het MIP-materiaal de pieksterkte heeft. tg;d wordt bepaald door een 2D doorsnede met MIP-blokken met PLAXIS door te rekenen. Vervolgens wordt voor en achter het MIP-blok de gemobiliseerde schuifspanning bepaald. De schuifsterkte van de grond wordt bepaald bij het gemiddelde van dit effectieve spanningsniveau. Het is verondersteld dat de maximale bijdragen van de grond tussen de blokken nooit groter is dan de gemiddelde gemobiliseerde sterkte in de grond na aanbrengen van de blokken. (In de voorbeeldberekening van figuur 3.1.10 bedraagt de gemobiliseerde sterkte van de veenlaag voor MIP 30 kPa en achter MIP 5 kPa; tg;d = (30+5)/2 = 17,5 kPa)

De verhouding tussen de lengte van het glijvlak en de lengte van de blokken plus de tussenruimte bepaalt hoeveel blokken er worden gemobiliseerd en dus hoeveel grond er moet worden verdisconteerd. In de ontwerpmethode moet de rekenwaarde tMIP;red.;d gereduceerd worden als een glijvlak een beperkte breedte heeft ten opzichte van LMIP+Lg (zie fig. 3.1.10 b). In dit geval zal er relatief meer zwakke grond dan het MIP-materiaal moeten worden meegenomen in de 2D ontwerpberekening. Bij een extreem grote tussenruimte is het zelfs mogelijk dat kleine glijvlakken precies tussen twee blokstabilisaties kunnen optreden.

Fig. 3.1.10 (a) Schematische weergave MIP-blokstabilisatie in dwars- en bovenaanzicht. (b) Glijvlak met beperkte lengte ten opzichte van LMIP+Lg

Om inzicht te krijgen in het effect dat een potentieel glijvlak zoveel mogelijk tussen de sterke blokstabilisaties zal optreden, is een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd waarin de bloklengtes, de tussenruimtes en de glijvlaklengte zijn gevarieerd. De resultaten zijn samengevat in de grafieken in figuur 3.1.11 waarbij Lglijvlak ongeveer de lengte van het glijvlak is, zodat er steeds één blok minder is dan tussenruimten. De grafieken geven een indicatie van de overschatting van de schuifsterkte. Op basis van deze analyse is geconcludeerd dat: • de afstand tussen de blokstabilisaties relatief veel invloed heeft op de gereduceerde schuifsterkte die moet worden gebruikt voor de 2D-ontwerpberekeningen;

53


5/16/07 2:51:52 PM

• bij een toenemende glijvlaklengte de overschatting van de gereduceerde schuifsterkte afneemt; • een overschatting van 5% bij een minimale glijvlaklengte van 30 m wordt bereikt bij een tussenruimte van circa 2 m, waarbij de overschatting niet of nauwelijks afhankelijk is van de bloklengte (range 2-12 m); • dit voor een minimale glijvlaklengte van 50 m 3 m is, en voor 100 m glijvlak 7 m; • bij een ontwerp met LMIP = 8 m en Lg = 2 m) wordt tMIP;red.;d circa 5% wordt overschat ten aanzien van relatief ondiepe Bishop-glijvlakken en circa 2% ten aanzien van lange glijvlakken; • het bij een relatief geringe toepassing van MIP beter blijkt om relatief veel kleine blokstabilisaties te maken met relatief kleine onderlinge afstanden dan grote blokken met grotere onderlinge afstanden. Om rekening te houden met de invloed van de afstand tussen de blokstabilisatie op de gereduceerde schuifsterkte wordt een extra parameter ingevoerd g3D-effect. De equivalente schuifsterkte (rekenwaarde) voor de MIP blokstabilisatie als input-parameter voor de 2D-PLAXIS berekening kan dus worden bepaald als: (3.1.8)

waarin: tMIP:equiv;d is de equivalente schuifsterkte (rekenwaarde) voor de MIP blokstabilisatie g3D-effect is de 3D-effectfactor (voor MIP-blok met LMIP= 8 m en Lg= 2 m en een glijvlaklengte van 50 m is g3D-effect = 1,03) LMIP is de lengte van het MIP-blok in de richting van de dijk Lg is de lengte van de tussenruimte (grond) tMIP;d is de rekenwaarde van de schuifsterkte van het MIP-materiaal tg;d is de rekenwaarde van de gemobiliseerde schuifsterkte van de grond tussen de blokken. Om voldoende flexibiliteit te houden voor het bijplaatsen van kolommen tijdens de uitvoering en in de toekomst, is het belangrijk om voldoende tussenafstand te houden tussen de blokken. Daarom wordt het aanbeloven om de zogenaamde “improvement ratio” in eerste instantie niet hoger dan 70% te kiezen in het ontwerp (lengte MIP 70%, lengte tussenruimte 30%). Dit geeft ruimte voor optimalisatie. 3.1.4

Stappenplan ontwerpen uitvoeringsproces De algemene principes waaraan het ontwerp, de uitvoering, het testen, het toezicht en het monitoren van MIP-projecten moeten voldoen zijn aangegeven in de Nederlands-Europese norm: NEN-EN 14679 (en): Uitvoering van bijzonder geotechnisch werk-Diep mengen. Deze norm is begin 2005 van kracht geworden. De opdrachtgever kan in de aanbestedingsprocedure eisen dat de uitvoerende partij volgens deze norm werkt. Het uitvoeringsproces van een MIP-project is gegeven in figuur 3.1.12 Voor elke stap van dit proces, van ontwerp tot beheer en onderhoud, wordt in de norm aangegeven welke informatie door de opdrachtnemer moet worden geleverd. Het ontwerpen uitvoeringsproces kan verdeeld worden in drie fasen: Ontwerpfase: (voor)ontwerp en haalbaarheid van de aanleg van het (voor)ontwerp in de praktijk: • het indelen in representatieve trajecten en het opstellen van een voorontwerp op basis van grondonderzoek en ervaringen uit vergelijkbare projecten; • het valideren van het ontwerp met behulp van laboratoriumtesten en modelberekeningen; • het aanpassen van het ontwerp indien er niet aan de eisen wordt voldaan;

54


5/16/07 2:51:53 PM


Rappor t 219

Fig. 3.1.11 Resultaten gevoeligheidsanalyse voor overschatting van de schuifsterkte bij de 2D-benadering.

55


5/16/07 2:51:56 PM

• het maken van proefkolommen/blokken; • het testen van proefkolommen • het aanpassen van het ontwerp- of uitvoeringsmethode indien er niet aan de eisen wordt voldaan. Uitvoeringfase: Aanleg en kwaliteitscontrole: • het maken van kolommen voor een representatief traject; • het registreren van de belangrijke parameters tijdens de uitvoering; • het uitvoeren van steekproeven; • het nemen van aanvullende maatregelen (bijv. aanpassen van het ontwerp) indien er niet aan de ontwerpeisen wordt voldaan. Planperiode: Kwaliteitsgarantie in de gebruikfase door verantwoord beheer en onderhoud, door middel van: • het monitoringsplan: er is geen vastomschreven monitoringsplan, maar er kan bijvoorbeeld gekozen worden voor de volgende activiteiten: het meten van belangrijke externe parameters, het monitoren van het gedrag van de waterkering (bij hoogwater), het beproeven van extra aangebrachte proefkolommen t.b.v. duurzaamheid; • het beheersplan: het beperken en voorkomen van activiteiten en handelingen die de sterkte van de MIP constructie kunnen aantasten; • het onderhoudsplan: gelijk aan een traditionele dijk, tenzij maatregelen volgens het monitoringsplan nodig blijken. Het ontwerpen en uitvoeren van een MIP-project is een iteratief proces. De partijen die verantwoordelijk zijn voor het ontwerp dienen om deze reden ook betrokken te zijn bij de uitvoering.

56


5/16/07 2:51:56 PM


Ontwerpeisen randvoorwaarden veiligheidsfilosofie geometrie

Rappor t 219

Grondeigenschappen

Ervaring eerdere projecten

Laboratoriumtesten

Voorontwerp

Aanpassing voorontwerp en uitvoeringsmethode

Uitvoeringmethode: samenstelling bindmiddel: soort(en) en hoeveelheid mengingintensiteit mengingtechniek enz.

Validatie voorontwerp in situ testen (proefkolommen) laboratoriumtesten modelberekeingen

Ontwerp Bijsturen uitvoering

Fig. 3.1.12 Schema ontwerpen uitvoeringsproces.

3.1.5

Uitvoering

Kwaliteitscontrole: in situ testen laboratoriumtesten

Planfase

Kwaliteitscontrole: monitoringplan (bijv. in situ testen op proefveld)

ontwerpfase

uitvoeringsfase

planperiode

Uitvoering Er zijn twee uitvoeringsmethoden voor het mengen van het bindmiddel met de grond: de “droge methode” en de “natte methode”. Bij de droge methode wordt het bindmiddel vanuit tanks onder druk met de grond vermengd. Bij de natte methode wordt een mengsel van bindmiddel en water (slurry) met de grond vermengd. Bij de uitvoering van de INSIDE MIP praktijkproef in 2004 is gekozen voor de droge methode waarbij een extra optie is toegevoegd aan de mengkop, namelijk het mixen met waterinjectie. Het mixproces Bij deep soil mixing worden globaal drie fasen onderscheiden: 1 penetratie van de mengkop in de natuurlijke grond 2 verspreiding van bindmiddel over de doorsnede van de kolom 3 moleculaire diffusie

57


5/16/07 2:51:57 PM

Fig. 3.1.13 Droge uitvoeringsmethode: principe, materieel (kraan en shuttle) en mengkop met waterinjectie en het mixproces (droge methode).

58


5/16/07 2:52:03 PM


Rappor t 219

Mixfase 1: penetratie van de mengkop Hierbij wordt de mengkop roterend tot de vereiste diepte in de grond gebracht. Hierbij wordt de grond geroerd en verkneed waardoor deze het later in te brengen cement beter kan opnemen. Grond die intensief is geroerd of die makkelijk in remoulded gedrag vervalt (bijvoorbeeld sensitieve kleien) geeft over het algemeen een meer homogeen en sterker eindproduct. Mixfase 2: verspreiding van het bindmiddel Bij de droge methode wordt het bindmiddel bij het omhooghalen van de mengkop via een gat in de as van de mengkop onder hoge luchtdruk (5 à 6 bar) in de grond gebracht. Door het roteren van de mengkop wordt het bindmiddel verspreid over de diameter van de geroerde grond. Daarnaast wordt bindmiddel verspreid als gevolg van pneumatic fracturing door de hoge luchtdruk (fase 2, fig. 3.1.13). Direct nadat het bindmiddel in de grond is gebracht moet ingesloten lucht vervangen worden door water om met het bindmiddel een slurry te vormen. Dit water bestaat uit poriënwater dat uit de geroerde en omliggende bodem toestroomt en door verkneding vrijkomt. Ook kan actief water bij het mengen worden toegevoegd. Tijdens het mixproces worden grote opeenhopingen van bindmiddelmateriaal, die direct na inbrengen kunnen ontstaan, weer verbroken door de compressie en schuifspanningen die worden gegenereerd door de roterende mengkop. Het gelijkmatig en in evenwichtige concentraties over de kolom verspreide natte bindmiddel zal zich bij het mixen in de geroerde grond verspreiden. De opnamecapaciteit van de grond is onder meer afhankelijk van de mate waarin de grond geroerd is, het watergehalte, de viscositeit van grond en bindmiddel en de mate waarin het mengsel wordt geroerd bij het roteren van de mengkop. Mixfase 3: moleculaire diffusie Nadat de mengkop de grond heeft verlaten gaat het mengproces in de vorm van diffusie door. De wijze waarop de diffusie optreedt verschilt per bindertype. Bij het toepassen van cement als bindmiddel treedt een reactie op met water (dehydratatie) waardoor de deeltjes minder mobiel worden. In dit geval is slechts een beperkte mate van diffusie mogelijk. Bij menging met cement zijn de fasen 1 en 2 van doorslaggevend belang voor het behalen van een goede mengkwaliteit. Na het mixproces treedt een proces van uitharding op; fase 3 in figuur 3.1.13 5.1.6

Effecten op de omgeving De effecten die het installeren van MIP-kolommen in het binnentalud van een dijk kunnen veroorzaken, zijn onderstaand weergegeven. Daarbij moet in het oog worden gehouden, dat effecten op de omgeving ten opzichte van ‘traditionele’ dijkversterkingsmethoden relatief gering zijn; er is weinig grondverzet nodig, en het heien/trillen van damwanden is evenmin aan de orde. Dit heeft ook gunstige gevolgen voor overlast voor bewoners en voor de kans op schade aan woningen langs de dijk. Water/cement aan het oppervlak Eventuele hinder door bindmiddel (cement) aan het oppervlak kan veroorzaakt worden door een zgn. blow-out van cement tijdens het maken van de kolommen. Dit is te voorkomen door de bovenste meter daarvan niet te mixen, of door het plaatsen van een kap. Verkeer en infrastructuur Bij een talud van 1:2,5 kan uitgegaan worden van een tijdelijk ‘terras’ op het binnentalud waarover de kraan kan rijden. De shuttle met het bindmiddel kan op de dijk blijven staan. In deze situatie wordt dus één weghelft lokaal geblokkeerd, en kunnen tijdelijke verkeerslichten het verkeer regelen.

59


5/16/07 2:52:04 PM

Voor de bepaling van uitvoering van een specifiek dijkversterkingstraject wordt uitgegaan van het onderscheiden van deeltrajecten tussen twee opritten naar de dijk. Tussen twee opritten kan het optimale ontwerp en de meest geschikte uitvoeringsmethode worden bepaald, afhankelijk van de taludhelling, bebouwing, bomen etc. Vooralsnog wordt ervan uitgegaan dat ter plaatse van de open afritten zelf geen MIP dijkversterking nodig is, vanwege het flauwe binnentalud in dat geval. De open afritten kunnen dus in tact worden gelaten. 3.1.7

Kwaliteitsbeheersing De algemene principes voor de kwaliteitsbeheersing van een MIP uitvoering zijn aangegeven in NEN-EN 14679. Over het opstellen van een kwaliteits- en beheersingplan wordt in de norm o.a. gesteld dat: • Procedures voor verificatie, controle en acceptatie van het ontwerp vóór het starten van de werkzaamheden vastgesteld moeten worden. • Methoden en de frequentie van de kwaliteitscontroles tijdens de uitvoering en de gebruikfase van de MIP-constructie in het plan gespecificeerd dienen te worden. • Procedures moeten worden gedefinieerd om maatregelen te kunnen nemen in geval van ‘nonconformance’: geconstateerde afwijkingen van de ontwerpaannamen. Dit betekent dat de tolerantie van de ontwerpaannamen, de consequentie voor het ontwerp en de mogelijke aanpassingen van het ontwerp vóór de uitvoering vastgesteld moeten worden. De norm geeft geen vast getal voor de hoeveelheid kwaliteitscontroletesten die uitgevoerd moeten worden. De hoeveelheid is afhankelijk van de het doel van de test, de functionele eisen en de toepassing van de MIP constructie. Er dienen voldoende testen uitgevoerd te worden om de gemiddelde waarde en de spreiding van de eigenschappen van het gemixte materiaal in elke grondlaag vast te stellen. Gezien de nog ontbrekende ervaring met de MIP-methode als dijkversterking worden hieronder aandachtspunten en specifieke eisen geformuleerd die van belang zijn bij de kwaliteitsborging van het MIP-versterkingselement. De formulering van de eisen is afhankelijk van de contractvorm: traditioneel bestek of functionele eisen. Eisen bij mengen installatieproces • Monitoren van locatie van de MIP-kolommen en inclinatie (scheefstand van de mast zowel bij indraaien als bij trekken). • Monitoren van de constructieve parameters die de kwaliteit van de MIP-constructie bepalen: o.a. luchtdruk, mengsel/water druk, draaisnelheid, druk en treksnelheid, vermogen. Met name het vermogen geeft een indicatie van laagovergangen, zoals van zand naar basisveen. • Monitoren van de hoeveelheid bindmiddel op elke diepte. De hoeveelheid toegevoegd cement moet op elke hoogte van de kolom groter of gelijk zijn dan de nominale hoeveelheid. Aandachtspunten: • mogelijke berging bindmiddel bij opstarten (verschil tussen uitstroompunt en meetpunt) vooral bij de droge methode. Bij een vastgesteld verschil dient gewacht te worden met start van trekken tot de stroom op gang is gekomen; • bij cyclische variatie van de dosering over de hoogte: nominale waarde afstemmen op het minimum, niet het gemiddelde. • Dosering bij laagovergangen: • vanuit sterkere laag (bijv. Pleistoceen of tussenzandlaag): hogere dosering van bindmiddel voor bovengelegen laag op minimaal 0,5 m voor de laagovergang vanuit de sterkere laag op het hogere doseringsniveau brengen; • bij lagere dosering in bovengelegen laag minimaal 0,5 m doorzetten met hogere dosering na de laagovergang. • Aangeven op welke wijze de laagovergang (vooral bij het Pleistoceen) vastgesteld zal worden.

60


5/16/07 2:52:05 PM


Rappor t 219

• Plaatsafwijking kolommen op het maaiveld max. 40 mm, tolerantie kolomhelling = ± 1 mm/m (onderkant kolommen mag niet meer dan 10 cm afwijken). • Uitvoerbaarheid van scheefstaande kolommen in talud wordt een nieuw aspect bij MIP. Het is nodig om expliciet scheefstaande kolommen te eisen, dus niet bijvoorbeeld staffelen. Eisen m.b.t. kolomsterkte: proeven in situ Voor de vaststelling van de kolomproeven in situ kunnen de zogenoemde KPS-metingen worden uitgevoerd: de Column Penetration Test bestaat uit het van boven naar beneden door de kolom drukken van een stalen vin met een sondeerstang. • Dichtheid KPS metingen: minimaal elke 100e kolom (1 meting-set per 100 meter dijk), minimaal 28 dagen na aanbrengen. • Bij mislukking van de meting moet over de hele hoogte een continue kernboring (diameter 65 mm) worden uitgevoerd met over de hele hoogte pocket-penetrometerbepalingen h.o.h 100 mm. Ook hier bij elke 100e kolom, na minimaal 28 dagen verharding, maar bij voorkeur na 56 dagen. Bij voorkeur buiten de kern van de kolom nemen. Kernen na de boring luchtdicht verpakken en vervoeren naar geconditioneerde opslag in laboratorium. Eisen m.b.t. kolomsterkte: laboratoriumproeven op kernboringen De basisveenlaag is vaak slechts één of enkele decimeters dik. De behaalde schuifsterkte in deze laag is vaak maatgevend en verdient daarom bijzondere aandacht. Daarom moeten het bestaan ervan, de uitgestrektheid en de consistentie van de veenlagen vooraf worden onderzocht door middel van boringen en sonderingen. De KPS-proeven geven vaak hoge waarden aan onder in de kolommen, maar zijn hierbij mogelijk beïnvloed door de nabijheid van het pleistocene zand. Directe schuifproeven kunnen uitgevoerd worden om de eigenschappen van deze laag te bepalen. • Bepalen van de massadichtheid van de kernen door weging en eenvoudige volumebepaling: h.o.h. 250 mm. • Uitvoeren van gedraineerde directe schuifproeven op uit kolommen geboorde monsters van circa 65 mm diameter of groter. Kernboringen uitvoeren na voldoende verharding van minstens 28 dagen (maar bij voorkeur 56 dagen). De monsters moeten verspreid over de laaghoogte en vooral in het visueel zachtste deel van de strekking worden genomen. • Voor de vaststelling van de basisveenlaag kunnen directe schuifproeven worden uitgevoerd op het materiaal direct boven (in een circa 0.2 meter dikke laag) het pleistocene zand. Aangetoond moet worden dat deze dunne laag boven het pleistocene zand de benodigde sterkte heeft. Aanvullend voor de basisveenlaag per 50 mm boringlengte een pocketpenetrometerproef uitvoeren op de omtrek van de boorkernen (omdat een KPS-waarde hier onbetrouwbaar wordt). Daarnaast ook een pocket-penetrometerproef uitvoeren direct onder en boven de locatie van alle monsters die voor directe schuifproeven worden gebruikt. • De directe schuifproeven dienen te worden uitgevoerd bij een effectieve normaalspanning gelijk aan de laagst geschatte bij de maatgevende situatie te verwachten minimale waarde in de betreffende laag. • De residuele schuifsterkte in de directe schuifproeven moet worden bepaald door een verschuiving van minstens 8 mm bij een 20 mm hoog monster en vervolgens de laagst gemeten waarden tot 8 mm verschuiving te nemen. Bij brosse en/of plotselinge breuk, mag als residuele waarde niet de waarde direct voorafgaand aan de brosse breuk worden genomen, maar de laagste waarde in het volledige traject tot 8 mm verschuiving (deze kan, vooral bij lage normaalspanning, nul zijn). Overweeg aanvullende toetsen op residuele sterkte door bijvoorbeeld een directe schuifsterkte te meten langs een vooraf doorgesneden glijvlak.

61


5/16/07 2:52:05 PM

Aandachtspunten bij het wegvallen van normaalspanning in kolommen De schuifsterkte van gemixte grond is over het algemeen afhankelijk van de normaalspanning. In het ontwerp is rekening gehouden met het feit dat de normaalspanning in de kolommen sterk kan afnemen door toenemende waterspanningen tijdens een extreem hoge rivierwaterstand. De pieksterkte en de residuele sterkte van het gemixte materiaal is bij deze lage normaalspanningen onderzocht in de praktijkproef. Het blijkt dat met name de residuele schuifsterkte duidelijk afhankelijk is van de normaalspanning. De piekschuifsterkte is minder afhankelijk van verschillen in normaalspanning. Door de kolommen onder een helling te mixen krijgt het gemixte blok een schuine stand. Door de schuine stand neemt de normaalspanning in de kolommen toe waardoor de residuele schuifsterkte groter wordt. Dit effect is ook afhankelijk van de afmetingen van het gemixte blok. Bij relatief grote afmetingen neemt het effect van de schuine stand op de grootte van de normaalspanning af en is het onder een helling mixen ook minder relevant geworden. Bij geschiktheidsonderzoek en controleproeven dient steeds rekening te worden gehouden met de te verwachten normaalspanning in het gemixte materiaal bij de maatgevende ontwerpbelastingen (in dit geval de situatie van een extreem hoge waterstand op de rivier). Stabiliteit tijdens uitvoering De verdringing van water en/of grond door de grote hoeveelheden ingebracht cement kan leiden tot wateroverspanningen in de omgeving. Bovendien heeft een gemengde kolom kort na installatie minder sterkte dan de oorspronkelijke grond. De stabiliteit van het binnentalud kan daarom mogelijk tijdelijk dalen. Dit dient voor de uitvoeringstabiliteit te worden meegenomen. Dichtheidscontrole Aanvullend onderzoek dat parallel aan de kwaliteitsborging uitgevoerd kan worden: • Dichtheidscontrole, voor elke 100e kolom, bijvoorbeeld door enerzijds vaststellen van te verwachten toename van dichtheid in het laboratorium voor kenmerkende grondlagen en bindmiddelhoeveelheden en anderzijds met boringen vaststellen van dichtheidsverschil tussen vooraf continu over de diepte (h.o.h. 20 cm) gemeten dichtheid van de natuurlijke grond, en in nabije kolom na verharding (h.o.h. 20 cm) en vergelijking met laboratorium toename van de dichtheid. • Monitoren van de verandering van maaiveldhoogte voor en na kolomplaatsing, in verband met mogelijke volumetoename van de gemengde grond. Verticale resolutie minstens 2 cm, horizontale dekking tot 1x kolomlengte buiten behandeld gebied, 1 meetpunt / 9 m2. • Monitoren mogelijke horizontale grondverdringing naast een blok door enkele hellingmeters plaatsen en het effect vast te stellen van concentrisch uit het midden werken cq. concentrisch naar het midden toewerken. Zijdelingse verplaatsing is waarschijnlijk, en kan cumulatief zijn. Mogelijk grotere indringweerstand bij naar binnen toe werken. Registratie van indraaimoment etc geeft inzicht. • Monitoren wateroverspanningen in in-situ materiaal naast een blok. Gezien de implicatie voor de veiligheid van de innovatieve toepassing van de MIP-techniek, is het belangrijk dat de risico’s (gebeurtenissen en effecten daarvan) in elke fase van de kwaliteitsbeheersing en de beheersmaatregelen door de uitvoerende partijen in kaart worden gebracht. Bijlage A bevat een voorbeeld van een analyse van de risico’s en mogelijke beheersmaatregelen voor de ontwerp-, uitvoerings- en gebruiksfase van een MIP dijkversterkingsproject. Hierin zijn de tijdens de INSIDE praktijkproef opgedane ervaringen verwerkt.

62


5/16/07 2:52:06 PM


Rappor t 219

3.2 Ontwerp Dijkvernageling Met dijkvernageling wordt het inbrengen van staafvormige elementen (nagels) met groutomhulling in de grondconstructie bedoeld. De nagels worden schuin in het binnentalud op een regelmatige afstand uit elkaar geplaatst. Dijkvernageling is een methode van grondversterking die gebaseerd is op de techniek van grondvernageling (soil nailing). Grondvernageling is een bestaande en bewezen techniek en wordt in het buitenland veelvuldig toegepast bij het versterken van grondophogingen en verankering van steile taluds. Toepassingen zijn te vinden in de wegenbouw en spoorbouw. Toepassing als dijkversterking is nieuw. Dijkvernageling heeft tot doel de macrostabiliteit van het binnentalud van de dijk te verbeteren. De stabiliteit van de dijk wordt bepaald door de mate waarin de wrijving in het glijvlak weerstand kan bieden. De nagels verhinderen afschuiving van het binnentalud, de actieve zone van het dijklichaam, door extra weerstand toe te voegen: • de verankering van het afschuivende deel van de dijk levert de grootste bijdrage aan de werking van de nagel; • de nagels werken tevens als deuvels in het afschuifvlak. De nagels kunnen aan het binnentalud worden voorzien van een facing (kopplaat) om de samenwerking met de dijk bij een steiler talud te vergroten. Het talud kan desgewenst worden afgewerkt met een geotextiel. In figuur 3.2.1 is een schematische weergave van dijkvernageling weergegeven.

detail facing en geotextiel grout


Fig. 3.2.1 Principeschets dijkvernageling

De bijdrage van de deuvelwerking aan de totale stabiliteit is minder prominent dan de verankering, maar wel van belang voor het functioneren van de nagels. Als gevolg van de laterale verplaatsingen van de grond vervormen de nagels (S-vorm) in de afschuifzone op buiging, waarbij in de nagels een buigend moment en dwarskracht heerst. Dat wil zeggen dat de nagels zowel op trek (normaalkracht), buigend moment als dwarskracht worden belast. Dit is te vergelijken met een horizontaal belaste paal. Via de schachtwrijving langs het groutlichaam worden de in de nagels gemobiliseerde trekkrachten overgebracht naar de passieve zone. In figuur 3.2.2 is de vervorming van de nagels in de afschuifzone weergegeven.

63


5/16/07 2:52:06 PM


Fig. 3.2.2 Principeschets vervorming van de nagels in de afschuifzone

Tijdens INSIDE is veel onderzoek uitgevoerd naar het functioneren van nagels in slappe klei omdat hierover weinig bekend was. Door middel van een serie grootschalige directe schuifproeven in het laboratorium (zie fig.3.2.3) zijn de kracht, de vervorming en het bezwijkmechanisme van de nagels in het afschuifvlak nader geanalyseerd en beproefd. Daarnaast heeft het onderzoek geleid tot meer inzicht in het rekenmodel en heeft het een betrouwbare ontwerpmethodiek voor dijkvernageling opgeleverd.

Fig. 3.2.3 Grootschalige directe schuifproef van het systeem grond-nagel en postdictie-analyse met het 3D-Tunnel EEM-PLAXIS model

De kern van de nagels bestaat uit een sterke staaf van staal, hoogwaardige kunststof of koolstofvezel. De kern is altijd omgeven door een groutlichaam voor het overbrengen van de schuifkrachten op de omringende grond. De nagels moeten niet gezien worden als starre elementen, maar als min of meer buigzaam. Nagels met een stalen kern zijn stijver dan nagels met een kern van kunststof of koolstofvezel. De mobilisatie van schachtwrijving tussen de grond en de nagel is afhankelijk van de relatieve verplaatsing van de grond in de lengterichting van de nagel. Als de nagel stijver is dan de grond, is de relatieve verplaatsing van de nagel ten opzichte van de grond maximaal en kan de nagel bij de doorsnijding van de glijcirkel door de grond snijden. Als de nagel ten opzichte van de grond daarentegen erg slap is, dan is de relatieve verplaatsing van de nagel ten opzichte van de

64


5/16/07 2:52:12 PM


Rappor t 219

grond gelijk aan nul. Dit zijn twee uiterste gevallen die zich in de praktijk niet zullen voordoen. In de werkelijkheid zijn de verplaatsing over de gehele lengte van de nagel niet constant en ook niet gelijk aan nul. Voor de mobilisatie van de schachtwrijving tussen de grond en de nagel is een verplaatsing van de nagel ten opzichte van de omringende grond met een aantal millimeters al voldoende. Door het toepassen van de juiste combinatie van diameter, lengte, hoeveelheid nagels en type nagel, kan het ontwerp worden geoptimaliseerd voor elke specifieke situatie. 3.2.1

Rekenmodellen Bij het ontwerpen van een dijkvernageling kunnen verschillende rekenmodellen worden toegepast: • Een analytisch rekenmodel: • verenmodel • glijcirkelanalyse (rekenmodellen: TALREN en MSTAB met nagels) • evenwichtsdraagvermogen model (volgens NEN 3650); • Een eindige-elementen model (rekenmodel PLAXIS 2D/3D). Verenmodel Met het analytische verenmodel kunnen de krachten en vervormingen van de nagel worden bepaald aan de hand van de veerconstante van de grond. Het onderzoek heeft aangetoond dat dit relatief eenvoudige model leidt tot overeenkomstige resultaten met de metingen en het is een goede aanvulling op de interpretatie en simulatie met een geavanceerd driedimensionaal (3D) rekenmodel. Dit analytisch model kan worden gehanteerd bij het dimensioneren van de nagels. Glijcirkelanalyse De stabiliteit van een grondmassief wordt verkregen door een potentieel groter weerstandbiedend dan aandrijvend moment. De te mobiliseren schuifkracht langs het glijvlak is af te leiden door het afschuivend grondlichaam op te delen in verticale lamellen. Bij evenwicht is de som van de verticale en horizontale krachten op de lamel nul. Het glijvlak wordt als randvoorwaarde aan de berekening opgelegd. Uit de resultaten van berekeningen bij een aantal opgegeven glijvlakken wordt het glijvlak met de laagste veiligheid tegen afschuiven bepaald. De meest gebruikte lamellenmethode is de Methode Bishop. De berekening van de veiligheidsfactor met de methode Bishop is een iteratief rekenproces. De glijcirkelanalyse methode is tweedimensionaal, d.w.z. dat in de richting loodrecht op de doorsnede wordt het glijvlak naar beide zijden oneindig uitgestrekt gedacht. Een lamellenmethode is een goede oplossing om de effecten van gelaagdheid en heterogeniteit van grond (ook aanwezigheid van freatische waterlijn of een wateroverspanning in de grond) te kunnen meenemen in de bepaling van de macrostabiliteit van een vernagelde dijk. Voor de iteratieve berekening bestaan verschillende rekenprogramma’s, waaronder TALREN en MSTAB: • Het Franse programma TALREN is specifiek ontworpen voor het oplossen van stabiliteitsvraagstukken waar behalve een grondlichaam ook de wapeningselementen aan het model zijn toegevoegd. • In de Nederlandse adviespraktijk wordt doorgaans het rekenprogramma MSTAB gebruikt voor glijcirkelanalyse. De nieuwe versie van MSTAB met de mogelijkheid om nagels te modelleren zal naar verwachting in 2007 beschikbaar zijn. Door hun relatieve eenvoud zijn de rekenmodellen gebaseerd op glijcirkelanalyse aantrekkelijk in vergelijking met een eindige-elementenmethode Evenwichtsdraagvermogen De interactie tussen grond en nagel kan voor een groot deel worden beschreven aan de hand van NEN 3650, gebaseerd op de geo-tubomechanica theorie.

65


5/16/07 2:52:13 PM

Eindige-elementen model Bij een eindige-elementenmethode (EEM) wordt in elk punt van de grond de spanningstoestand bepaald. Hierbij worden ook de vervormingen van de grond betrokken. Het voordeel van deze methode is het potentiële glijvlak niet vooraf wordt vastgelegd, maar resulteert uit de berekening. Tevens geeft een EEM analyse inzicht in de spanningen en vervormingen in het grondmassief. Een veel gebruikt EEM rekenprogramma is PLAXIS. Het programma wordt door deskundigen gebruikt voor de analyse van complexe situaties, bijvoorbeeld bij geavanceerde toetsing. 3.2.2

Analytisch rekenwijze en bezwijkmechanismen In figuur 3.2.4 is het stroomschema weergegeven voor de uit te voeren rekenstappen voor modelleren van een dijkvernageling, waarbij verschillende iteraties aan de orde zijn. • Glijcirkelanalyse De eerste stap omvat het vaststellen van het tekort aan veiligheid voor het bestaande profiel. Met behulp van een glijcirkelanalyse wordt de stabiliteitsfactor berekend voor de onvernagelde dijk. Het resultaat van deze referentieberekening moet overeenkomen met de verwachtingen op basis van de toetsingsresultaten. Om te kunnen voldoen aan de benodigde veiligheidseis kan uit het tekort aan weerstandbiedend moment het benodigde aandeel aan weerstandbiedend moment uit vernageling worden bepaald. De hiervoor benodigde te mobiliseren nagelkracht is de resulterende kracht van de trekkracht Fn en de dwarskracht Fd in de nagel. De invloed van de nagel op de glijcirkel is in figuur 3.2.5 aangegeven met een krachtenveelhoek. • Toets per nagel: interactie vernageling en grond In het analytische model voor dijkvernageling zijn zowel trekkrachten als dwarskrachten en buigende momenten in de nagels inbegrepen; dit in tegenstelling tot de bestaande modellen voor nagels en verankeringen, waarbij alleen de resulterende trekkracht in de nagels wordt beschouwd. In het analytische model worden de volgende bezwijkmechanismen beschouwd: • bezwijken op interactie (wrijving) tussen nagel en grondmassief (C1); • bezwijken op grondbreuk (C2); • bezwijken nagel op dwarskracht (incl. normaalkracht) door plastische vervorming (C3); • bezwijken nagel op moment (incl. normaalkracht) door plastische vervorming (C4); • bezwijken materiaal facing (C5); • bezwijken draagvermogen ondergrond onder facing (C6). De interactie tussen grond en nagel kan voor een groot deel worden beschreven aan de hand van NEN 3650. Er wordt daarin onderscheid gemaakt tussen de volgende twee situaties: • de nagel kan de verplaatsing volgen: hierbij zal de nagel geneigd zijn eerder te bezwijken dan de grond, bezwijkmechanismen C3 en C4 zijn daarbij maatgevend; • de nagel kan de verplaatsing niet volgen: hierbij zal de nagel stijver en sterker reageren dan de grond, bezwijkmechanismen C1 en C2 zijn dan maatgevend.

66


5/16/07 2:52:13 PM


Rappor t 219

Fig. 3.2.4 Stroomschema rekenwijze vernageling

T G N

Fig. 3.2.5 Krachtenveelhoek theoretisch evenwichtsmodel ‘zonder nagels’ en ‘met nagels’

67


5/16/07 2:52:16 PM

C1: Uittrekken van de nagel: slipcriterium Het slipcriterium geeft de maximaal haalbare trekkracht in de nagels op basis van wrijvingsoverdracht tussen grond en nagel. Het laatste is bepaald op basis van in het veld uitgevoerde trekproeven. C2: Bezwijkcriterium laterale gronddruk In het actieve deel wordt de belasting van de grond op de nagel overgedragen. De reactiekrachten vanuit de nagel zijn de normaalkracht Fn en dwarskracht Fd. De toelaatbare laterale druk van de nagel op de grond wordt bepaald door de maximaal toegestane laterale druk van de grond (grondmechanisch bezwijken). De grond zal falen als de maximaal optredende dwarskracht in een willekeurig punt O de waarde van p u (draagvermogen) overschrijdt. Dit conservatieve criterium is weergegeven in figuur 3.2.6 a). De constructie zal ook falen als de grond over een nader te bepalen lengte (= l0 π/2) van de nagel plastisch vervormt (zie fig. 3.2.6 b). C3: Plastisch vervormingscriterium op dwarskracht De nagel zal ten gevolge van de dwarskracht in punt O (het punt met de maximale dwarskracht) plastisch vervormen (zie fig. 3.2.7). Het punt O ligt op het glijvlak waarbij de potentiële faalzone loopt tot minimaal 3l0 van dit punt aan weerszijden van het glijvlak. Het moment ter plaatse van het glijvlak is nul (M=0). Het plastisch vervormingcriterium is hiermee alleen afhankelijk van de normaalkracht en de dwarskracht in de nagel. C4: Plastisch vervormingscriterium op moment De nagel bezwijkt als het maximaal toelaatbare moment wordt overschreden. Ter plaatse van het maximale moment in de nagel is de dwarskracht nul (zie fig. 3.2.7). Het maximum moment uit de dwarskracht volgt uit de elastisch ondersteunde buigliggertheorie.

a

b

Fig. 3.2.6 Verdeling laterale druk op nagel (a) en op grond en nagel (b)

68


5/16/07 2:52:17 PM


Rappor t 219

C5: Bezwijkcriterium materiaal facing De facing van een dijknagel wordt alleen op trek belast, in de richting van de grond. Lokaal zijn in de facing verschillende bezwijkcriteria mogelijk, zoals pons van de nagel door de facing, het optreden van plasticiteit in tangentiële richting door dwarskracht of moment in de facing zelf. C6: Bezwijkcriterium gronddruk onder facing De belasting van de facing vanuit de trekkracht uit de nagel moet worden opgenomen door de grond onder de facing. Voor de berekening hiervan wordt uitgegaan van het bezwijkcriterium volgens Prandtl, berekend conform NEN 6744 ‘Funderingen op staal’.

Fig. 3.2.7 Vervorming van de nagel in de afschuifzone

3.2.2.1 Rekenmodel TALREN Voor het berekenen van het meest kritische afschuifvlak moet tussen de mogelijkheden van het programma de keuze worden gemaakt tussen de berekening volgens Bishop (meest gangbare berekeningsmethode voor cirkelvormige glijvlakken) zoals in figuur 3.2.8 en de berekening met het niet-cirkelvormige glijvlak. Bij bovengenoemde methoden bestaat nog de mogelijkheid om de overall-veiligheid van de berekening te verhogen door het invoeren van een veiligheidscoëfficiënt op de berekeningsmethode.

Fig. 3.2.8 Dwarsprofiel INSIDE referentielocatie met ontwerp vernageling

69


5/16/07 2:52:19 PM

De wapeningselementen (nagels) worden als elementen in de geometrie getekend, waarbij per nagelrij in het 2D-vlak de volgende eigenschappen ingevoerd moeten worden: • geometrie: begincoördinaten (x,y), lengte (l), straal (r), hoek horizontaal, h.o.h. afstand; • materiaaleigenschappen: buigstijfheid (EI), trekcapaciteit (TR), plastisch moment; • rekenmodel: slipcriterium; • ruimtelijke spreiding nagel en facing: vergroting meewerkende breedte (LB), openingshoek grondwig (θ) conform figuur 3.2.9 Berekeningsprocedure per nagel in TALREN In het programma worden de volgende criteria per iteratieslag berekend en getoetst: • de maximale trekkrachten in de nagels; • de maximale dwarskrachten in de nagels; • het maximaal optredende moment; • de ontwikkelde wrijving langs de nagel in de actieve en passieve zone; • de maximale schuifspanning in de grond. Het resultaat van de TALREN berekening is gebaseerd op de combinatie van bezwijkcriteria door middel van het ‘principe van de maximale arbeid’. De bezwijkcriteria vormen een bezwijkomhullende met een verhouding tussen de componenten van dwarskracht (Fd = Tc) en normaalkracht (Fn = Tn) in de nagel. Afhankelijk van de hoek van het afschuifvlak met de horizontaal is het maatgevende bezwijkmechanisme te bepalen. In figuur 3.2.10. zijn de vier bezwijkcriteria grafisch weergegeven.

Fig. 3.2.9 Schets van de ruimtelijke spreiding van de werking van de nagel

Fig. 3.2.10 Bezwijken van grondvernageling in TALREN

Waarbij geldt: Tc optredende dwarskracht in de nagels (= Fd) T n optredende trekkracht in de nagels (= Fn)

70


5/16/07 2:52:20 PM


3.2.3

Rappor t 219

R c dwarskrachtcapaciteit in de nagels R n normaalkrachtcapaciteit in de nagels Tcl1 maximum dwarskracht bij grondbreuk (= pu) Tcl2 maximaal toelaatbare dwarskracht bij plastische vervorming nagels Tnl maximaal haalbare trekkracht δ (δn,δc) relatieve verplaatsing grond-nagel α hoek tussen relatieve verplaatsing δ en nagel bij falen EEM rekenmodel Met de Eindige Elementen Methode PLAXIS kan het gedrag van grond door middel van verschillende grondmodellen worden beschreven. Met deze methode kan men de stabiliteit van het talud controleren en kunnen de vervormingen ook worden geanalyseerd. In het Hardening Soil model (HS) is het stijfheidsgedrag van de grond afhankelijk van het spanningsniveau, zodat bij ontlasten/herbelasten de grond stijver reageert. Uit de in de Validatiefase en Praktijkfase uitgevoerde PLAXIS-analyses van de grootschalige schuifproeven is gebleken, dat dit Hardening Soil model adequaat kan worden toegepast voor het modelleren van het materiaalgedrag van de vernagelde klei. De nagel kan als elastisch of elastoplastisch element worden toegepast, waarbij de wrijvingseigenschappen worden bepaald voor een interface langs de nagel. In Plaxis 2D kunnen de nagels niet afzonderlijk worden gemodelleerd, zodat de nageleigenschappen per werkende breedtemaat moeten worden ingevoerd. De 2D-schematisatie heeft de volgende beperkingen: • in geval van een interface ontstaat er een situatie van oneigenlijke wrijving in een continu glijvlak; • net zoals het glijvlak vindt ook het opsluiten van de grond plaats over een continue breedte, dit is ook niet wezenlijk in een werkelijke situatie; • de nageldimensies zijn niet gelijk aan die van een plaat. In PLAXIS 3D-tunnel of 3D-foundation kunnen de afzonderlijke nagels wel worden gemodelleerd voor verschillende slices, maar de rekentijd neemt hierdoor aanzienlijk toe. Het modelleren van nagels in PLAXIS 2D en 3D als ‘embedded line elements’ is momenteel in ontwikkeling en men verwacht hiermee in de loop van 2007 gereed te zijn.

3.2.4

Bepaling grondparameters In tabel 3.2.1 zijn per rekenmodel de benodigde grondparameters weergegeven, die als invoer dienen voor de ontwerpberekeningen.

Tabel 3.2.1 Grondparameters rekenmodellen rekenmodel

γnat/γsat [kN/m3]

c’ [kPa]

ϕ’ [°]

cu [kPa]

Bishop* Verenmodel Grondbreuk TALREN MSTAB* PLAXIS (Hard Soil)

X

X

X

X X X

X X X X

X X X

X X X

X

p u, p L [kPa]

ks qs [kN/m3] [kN/m2]

E50 ref [kPa]

Eoe ref [kPa]

Eur ref [kPa]

X

X

X

X X X X

X

X X X X

* of cu of c’ en ϕ’

71


5/16/07 2:52:21 PM

Waarbij geldt: γnat aardvochtig volumegewicht γsat verzadigd volumegewicht c’ effectieve cohesie ϕ’ effectieve hoek van inwendige wrijving c u ongedraineerde cohesie k s beddingsconstante q s schuifweerstand langs de nagel (adhesie) p u draagvermogen = limitdruk pL (in TALREN) E50 ref referentie secant stijfheidsmodulus (pref = 100 kPa) Eoed ref referentie oedometrische stijfheidsmodulus (pref = 100 kPa) Eur ref referentie stijfheidsmodulus bij ontlasten/herbelasten (pref = 100 kPa) De vervormingen kunnen worden getoetst met PLAXIS-analyses. De in te voeren sterkteparameters kunnen worden bepaald op basis van de toelaatbare vervorming van de constructie. De parameters pu, ks en qs zijn extra grondparameters die de interactie grond-nagels beschrijven en kunnen bepaald worden op basis van empirische correlatierelatie: • Het draagvermogen pu = limietdruk pL kan worden bepaald op basis van de ongedraineerde schuifsterkte cu. Daarnaast kan de limietdruk aan de hand van pressiometingen of uit de empirische relatie met de elasticiteitsmodulus worden bepaald. • De beddingsconstante ks kan worden bepaald op basis van empirische relaties met de elasticiteitsmodulus volgens Ménard aan de hand van pressiometerproeven. Daarvan afgeleid is een relatie tussen de beddingsconstante en de conusweerstand, waarbij de beddingsconstante kan worden bepaald uit sonderingen. • De schuifweerstand qs kan worden bepaald op basis van trekproeven of uit sonderingen waarvoor correlaties met de conusweerstand zijn bepaald. Voor de constructies met een hoge veiligheidsklasse (veiligheidsklasse III) is het uitvoeren van trekproeven ter bepaling van de qs-waarde de meest veilige werkwijze. Tijdens de INSIDE praktijkfase is een aantal in situ trekproeven uitgevoerd. Aan de hand van uitgevoerde sonderingen op de testlocatie zijn de bestaande correlaties tussen qc-waarde (conusweerstand) en qs-waarde nader beschouwd. 3.2.5

Deformaties Met behulp van PLAXIS 2D is tijdens het project INSIDE een indicatie verkregen van de optredende vervormingen van de dijk. In figuur 3.2.11 is de geometrie van het berekende voorbeeld weergegeven met de uitwendige belastingen. Van twee punten op de geometrie zijn de vervormingen beschouwd tijdens belasten, ontlasten en herbelasten. Gerekend is met representatieve grondparameters.

Fig. 3.2.11 Geometrie dijk

72


5/16/07 2:52:22 PM


Rappor t 219

Uit de resultaten van het rekenvoorbeeld kan het volgende worden geconcludeerd: • De dijk zal tijdens een hoogwatersituatie vervormen. Door toepassing van vernageling nemen de vervormingen van de kruin iets af, terwijl de vervormingen van het binnentalud beduidend sterker afnemen. Het talud wordt stabieler. • Voor het gegeven rekenvoorbeeld blijkt dat de dwarskrachten in de nagel verwaarloosbaar zijn, en daardoor ook de momenten en krommingen. De axiale trekkracht in de nagel levert vrijwel de gehele bijdrage aan de werking van de nagel. Tijdens het ontwerpproces van de nagels dienen de vervormingen van dijk en nagels beschouwd te worden. Deze beschouwing is nodig om te controleren of de nagels voldoende vervormingscapaciteit hebben. Vanwege de complexe interactie tussen nagel en dijk is een EEM-model hiervoor het aangewezen middel. Bij de modellering in een 2D model moet echter een aantal aanpassingen worden gedaan aan de geometrie en eigenschappen van de nagels (o.a. ‘uitsmeren’ van de nageleigenschappen). Aanbevolen wordt om bij de eerste toepassing van dijkvernageling in een dijktraject als pilot, het ontwerp met 3D PLAXIS te controleren. Deze berekening zal een betere onderbouwing van het vervormingsgedrag van de techniek geven. De resultaten kunnen ook worden gebruikt om de uitkomsten van het 2D model te controleren en om conclusies c.q. aanbevelingen te geven over de toepasbaarheid van het 2D model. 3.2.6

Veiligheidsfilosofie Via vernageling wordt in feite een grondverbetering gerealiseerd in en onder een dijklichaam. De vernagelde waterkering kan daarom (nog steeds) als een grondconstructie worden beschouwd. De vernageling bevordert de macrostabiliteit (overall stabiliteit) van het grondlichaam. De stabiliteit wordt in de meeste gevallen getoetst via een glijcirkelanalyse met de methode Bishop (vereenvoudigde methode van Bishop met afsnuiting). De vereiste veiligheid tegen afschuiving is hierbij gedefinieerd als de verhouding tussen het weerstandbiedende en het aandrijvende (gewichts)moment van de maatgevende glijcirkel. De aanwezigheid van nagels in het grondmassief kan binnen de methode Bishop worden verwerkt door de bijdrage van de nagelkracht (axiale kracht als anker en tangentiële kracht als deuvel) in het weerstandsbiedende moment te verdisconteren. In paragraaf 3.2.2 is aangegeven hoe deze bijdrage wordt berekend. Omdat het vernagelde grondlichaam als een grondconstructie kan worden opgevat is de hier aangehouden veiligheidsfilosofie zoveel mogelijk afgestemd op de semi-probabilistische aanpak die bij de vigerende normen voor grondconstructies worden gehanteerd. Mede op grond hiervan wordt het volgende aangehouden: • Veiligheid wordt verdisconteerd in de sterkte. In principe worden alle onzekerheden ten aanzien van de veiligheid in de materiaalsterkte verwerkt. Naast de sterkte van grond (phi en c) speelt de sterkte van de nagels, de facing van de vernageling en de nagelverankering (interface) een rol. In de regel wordt tevens een bovenbelasting in de vorm van een verkeersbelasting in rekening gebracht. Omdat de onzekerheid in de sterkteparameters van de grond meestal domineren in de kans op instabiliteit wordt voor de belastingparameters geen rekening gehouden met een belastingfactor. Omdat momenteel voor de nagels en de vernageling nog gebruik wordt gemaakt van partiele factoren uit CUR 166 wordt voor een aantal materiaaleigenschappen ook een belastingfactor in rekening gebracht; • Bepaling representatieve sterkteparameters. Conform de semi-probabilistische aanpak worden eerst de karakteristieke/representatieve grondparameters op de gebruikelijke wijze afgeleid uit veldwerk (vanetesten, sonderingen) en laboratoriumonderzoek (triaxiaalproeven). Indien dit laatste niet is uitgevoerd worden representatieve waarden afgeleid uit tabel 1 van NEN 6740. De afleiding van de karakteristieke waarden uit de laboratoriumgegevens vindt plaats volgens de in de betreffende norm aangegeven (bayesiaanse) methodiek. De karakteristieke waarde (ook wel aangeduid als laaggemiddelde waarde) betreft

73


5/16/07 2:52:23 PM

een schatting van de gemiddelde sterkte met een onderschrijdingskans van 5 %. De representatieve sterkte van het nagelmateriaal wordt ontleend aan de betreffende materiaalnormen; • Bepaling rekenwaarden sterkteparameters. De representatieve sterkteparameters worden via partiële factoren (materiaalfactoren) omgerekend naar rekenwaarden. De in de NEN-normen en leidraden aangegeven waarden (voor grond) zijn hiertoe niet toereikend, omdat de onzekerheid ten aanzien van de sterktebijdrage van de nagels een deel van de faalkansruimte in beslag neemt. Om deze reden is, afhankelijk van het vereiste veiligheidsniveau, een opwaardering van de partiële factoren nodig. Hier wordt later nader op ingegaan. • Ontwerpeis. De ontwerpeis voor de stabiliteit van het (vernagelde) dijklichaam in het betreffende dijkvak wordt vanuit een toelaatbare evenwichtsfactor vertaald naar een toelaatbare faalkans (uitgedrukt in een toelaatbare kans op instabiliteit) en een minimaal vereiste betrouwbaarheidsindex (β). De faalkans voor INSIDE technieken is bij waterkeringen gerelateerd aan een levensduur van 100 jaar, conform leidraad kunstwerken (Bij grondconstructies die onder NEN6740 vallen, geldt een ontwerplevensduur van 50 jaar; het effect voor de grootte van β is echter verwaarloosbaar klein). Opgemerkt wordt dat de faalkansen en β’s uit de NEN-normen representatief zijn voor de levensduur (50 jaar) en dat de faalkansen en β’s uit de leidraden voor waterkeringen representatief zijn voor 1 jaar. Deze waarden kunnen dus niet zonder meer met elkaar worden vergeleken. In de leidraad Kunstwerken wordt voor de vertaling van kansen per jaar naar kansen voor levensduur (100 jaar) een factor fN = 10 aanbevolen of: Pf;jaar = Pf;levensduur / 10. Gebaseerd op de systematiek zoals is beschreven in de CUR 162, CUR 166, TGB-NEN 6740, en TAW zijn in tabel 3.2.2 voor grondconstructies diverse betrouwbaarheidsindices gegeven. Deze waarden zijn zodanig bepaald dat bij toepassing van semi-probabilistische berekeningen een zelfde veiligheid dient te worden gerealiseerd als voor vergelijkbare constructies die met deterministische berekeningsmethoden ontworpen zijn. De in tabel 3.2.2 weergegeven β-waarden hebben betrekking op de hoofdgroepen van geotechnische mechanismen (hier topwaarden βtop genoemd). Tabel 3.2.2 Diverse in de literatuur vermelde β-waarden [CUR162, CUR166] TGB NEN 6700 (representatief voor kans/levensduur) veiligheids klasse

1 2 3

betrouwbaarheidsindex β

gevolgen van bezwijken kans op levensgevaar

kans op economische schade

verwaarloosbaar gering groot

klein aanzienlijk groot

wind maatgevend overige belastingen maatgevend 2,3 (1,1E-2) 2,4 (8,2E-3) 2,6 (4,7E-3)

bruikbaarheidsgrenstoestand

3,2 (6,7E-4) 3,4 (3,3E-4) 3,6 (1,6E-4)

1,8 (3,6E-2) 1,8 (3,6E-2) 1,8 (3,6E-2)

TAW leidraad 1 en 2 (representatief voor kans/jaar) overschrijding maximum hoog water; β-waarden

afschuiving; β-waarden

1

3,15 / jaar (8E-4/jaar)

2

3,3 à 3,7 / jaar (5E-4 tot 1E-4/jaar)

4,7 / jaar (schadefactor 1,1 = 1,155 vlgs. LR2* Pinst = 1,3E-6/jaar) 3,9 tot 5,3 / jaar (schadefactor 1,05 tot 1,25 Pinst = 4,8E-5 tot 5,8E-8/jaar)

*Leidraad Rivierdijken deel 2 (beneden rivierdijken)

CUR 166 Damwandconstructies (representatief voor kans/levenduur) veiligheids klasse

risico en gevaar bij falen

β-

I II III

geen persoonlijke veiligheidsrisico’s bij falen, relatief geringe schade bij falen aanzienlijke schade bij falen; geringe persoonlijke veiligheidsrisico’s grote schade bij falen en/of aanzienlijke persoonlijke veiligheidsrisico’s

2,5 (6,2E-3) 3,4 (3,3E-4) 4,2 (1,3E-5)

74


5/16/07 2:52:24 PM


Rappor t 219

N.B.: tenzij anders vermeld wordt in het navolgende de normsystematiek met daarop toegesneden specifieke partiële veiligheidsfactoren volgens NEN 6740, al dan niet in combinatie met CUR 166 als vertrekpunt aangehouden. Voor de andere normen, zoals de leidraden voor het ontwerpen van rivierdijken, dienen in combinatie met de Leidraad Kunstwerken per geval de afzonderlijke veiligheden met bijbehorende partiële veiligheidsfactoren uit de betreffende β’s te worden afgeleid. 3.2.6.1 Veiligheidsbenadering vernagelde grondconstructies Betrouwbaarheidsindex per mechanisme De faalkans van de constructie (dijkvak) als geheel wordt bepaald uit de faalkans en deelkansen van elk van de afzonderlijke bezwijkmechanismen. Op basis van de spreiding van de parameters (stochasten) die bepalend zijn voor het betreffende mechanisme wordt de bijbehorende deelkans (een deel van de totaal beschikbare faalkansruimte voor elk van de stochasten vertaald naar een partiële veiligheidsfactor.

Fig. 3.2.12 Verdeling faalkansen bezwijkmechanismen (grondconstructie volgens NEN 6700-serie met βtop = 3,6 / levensduur

75


5/16/07 2:52:26 PM

Het voorbeeld is gebaseerd op een onvernagelde dijk uitgaande van een betrouwbaarheidsindex β = 3,6 met een overschrijdingskans van 1,6E-4, volgende uit de NEN 6702. Deze waarde volgt uit deze norm voor een veiligheidsklasse 3 (niet-zijnde primaire waterkering). Omdat bij een vernagelde dijk meer deelmechanismen een rol spelen dan bij een onvernagelde dijk zal de beschikbare kansruimte (voor het mechanisme afschuiving) verdeeld moeten worden naar deze deelmechanismen. De onderscheiden deelmechanismen zijn: • bezwijken grond langs glijvlak • door één of meer nagels (laterale grondbreuk langs nagels)

Fig. 3.2.13 Verdeling faalkansen bezwijkmechanismen (grondconstructie volgens NEN 6700-serie met βtop = 3,6 / levensduur)

76


5/16/07 2:52:29 PM


Rappor t 219

• slip nagels • langs actieve deel grondmassief (hoge deel richting binnenbeloop) • langs passieve deel grondmassief (lage deel onder de dijk) • bezwijken nagels • uit laterale belasting (te groot moment en dwarskracht) • uit axiale belasting (teveel trek) Voor de onderverdeling van de taakstellende eis voor de totale constructie naar de afzonderlijke deelmechanismen wordt ervan uitgegaan dat deze ongecorreleerd zijn. Voorts is er veiligheidshalve van uitgegaan dat geen sprake is van parallelle werking. De aangehouden verdeling van de faalkansruimte is schematisch weergegeven in figuur 3.2.12. De in figuur 3.2.12 weergegeven bezwijkmechanismen zijn van toepassing voor een situatie zonder facing. Bij toepassing van een facing wordt een bezwijkmechanisme in het schema toegevoegd, zoals staat afgebeeld in figuur 3.2.13. De mechanismen waarbij bezwijken optreedt als gevolg van onvoldoende druksterkte/afschuifsterkte van het grout of onvoldoende adhesie tussen grout en staaf, zijn vooralsnog buiten beschouwing gelaten. De leverancier van de nagels dient de kwaliteit (lees: β−waarde) voor een levensduur van 100 jaar aan te tonen. Partiële veiligheidsfactoren Op basis van de betrouwbaarheidsindex kunnen de partiële veiligheidsfactoren worden bepaald. De partiële factoren (materiaalfactoren γm) voor de sterkteparameters van de grond worden afgeleid uit: (3.2.1) Waarbij: α is de gevoeligheidscoëfficiënt van de betreffende grondparameter V is de variatiecoëfficiënt van de gemiddelde waarde van de betreffende grondparameter β is de betrouwbaarheidsindex De variatiecoëfficiënt is gedefinieerd als het quotiënt van de standaarddeviatie σ en de verwachtingswaarde μ. (3.2.2) In tabel 1 van NEN 6740 staan voor de desbetreffende grondparameters de bovengrenswaarden van de variatiecoëfficiënt weergegeven. Bezwijken grond Op basis van een betrouwbaarheidsindex β = 3,6 volgen conform de veiligheidsbenadering van de NEN 6700-serie, de materiaalfactoren voor de sterkteparameters en volumegewichten: • tangens van de hoek van inwendige wrijving: γm;φ : 1,20 • cohesie: γm;c : 1,50 • ongedraineerde schuifsterkte: γm;cu : 1,35 • volumegewicht (ongunstig/neutraal) γm : 1,00 • volumegewicht (gunstig, zoals bij opdrijven): γm : 1,00 Voor de onvernagelde situatie kunnen de bovenstaande materiaalfactoren worden toegepast in de glijcirkelanalyse. In het geval van vernageling zal een hogere betrouwbaarheid in de glijcirkel77


5/16/07 2:52:31 PM

analyse vereist zijn. De glijcirkelanalyse heeft betrekking op het bezwijken van grond buiten de nagels (passieve zone) en door de nagels. Voor dit bezwijkmechanisme geldt β = 3,95 zoals blijkt uit figuur 3.2.12 en 3.2.13. In tabel 3.2.3 staan de materiaalfactoren voor een onvernagelde en een vernagelde grondconstructie weergegeven bij βtop = 3,6. In tabel 3.2.4 zijn ter illustratie de materiaalfactoren weergegeven voor een hogere βtop (βtop = 4,1). Tabel 3.2.3 Materiaalfactoren bezwijken grond vernagelde grondconstructie (βtop = 3,6) grondparameter

bezwijkcirkel onvernageld b = 3,6

bezwijkcirkel vernageld b = 3,9

grondbreuk vernageld b = 3,9

Vi [-]

ai [-]

tan f

g m;tanf

1,20

1,25

1,25

0,10

0,8

c’

g m;tanf

1,50

1,60

1,60

0,25

0,8

c u

g m;tanf

1,35

1,40

1,40

0,20

0,8

ggunstig

g m;g

1,00

1,00

1,00

0,00

0,8

gongunstig

g m;g

1,10

1,10

1,10

0,05

0,8

Tabel 3.2.4 Materiaalfactoren bezwijken grond vernagelde grondconstructie (βtop = 4,1) grondparameter

bezwijkcirkel onvernageld b = 3,6

bezwijkcirkel vernageld b = 4,4

grondbreuk vernageld b = 4,4

Vi [-]

ai [-]

tan f

g m;tanf

1,20

1,30

1,30

0,10

0,8

c’

g m;tanf

1,50

1,70

1,70

0,25

0,8

c u

g m;tanf

1,35

1,50

1,50

0,20

0,8

ggunstig

g m;g

1,00

1,00

1,00

0,00

0,8

gongunstig

g m;g

1,10

1,10

1,10

0,05

0,8

N.B. Deze waarden zijn gebaseerd op kans /levensduur. In figuur 3.2.14 wordt een voorbeeld gegeven van een foutenboom voor een primaire waterkering gebaseerd op kansen en β per jaar en waarbij pas onderin de boom voor niet-grondachtige zaken (de nagels) de vertaalslag wordt gemaakt naar kansen voor de levensduur. Slipcriterium Voor de toetsing van de houdkracht van de nagels (slip-criterium C1) volgt uit figuur 3.2.12 en figuur 3.2.13 een β-waarde van 3,8. In CUR 166 zijn voor betrouwbaarheidsindices tussen 2,5 en 4,2 (veiligheidsklassen I, II en III) de veiligheidsfactoren voor het slipcriterium als volgt: • belastingsfactor: γf = 1,1; • materiaalfactor: γm;b = 1,25 (met controleproef) of γm;b = 1,4 (zonder controleproef). Er zijn voor dijkvernageling geen specifieke partiële factoren afgeleid voor het slipcriterium. Er is daarom gekozen om gebruik te maken van de factoren uit CUR 166, deze zijn afgeleid binnen een andere veiligheidsfilosofie en sluiten daarom niet helemaal aan op de veiligheidsfilosofie volgens NEN. Deze waarden zijn bruikbaar voor β tussen de 2,5 en 4,2 volgens de NEN, bij hogere waarden voor β moeten specifieke waarden worden afgeleid. Aangezien een β =3,8 tussen de bovengenoemde β -waarden ligt , kan voor het slipcriterium van de nagel worden uitgegaan van de bovenstaande veiligheidsfactoren.

78


5/16/07 2:52:32 PM


Rappor t 219

Fig. 3.2.14 Verdeling faalkansen bezwijkmechanismen (grondconstructie in primaire waterkering met βtop = 4,8 / jaar). Voorbeeld van een foutenboom voor primaire waterkering in benedenrivierengebied met volgende uitgangspunten: - normfrequentie Wwk is 5E-4 / jaar - dijkringlengte is 80 km - schadefactor LR-2 = 1,17 of βinst = 4,8 / jaar of Pinst = 7,8E-7/jaar

Bezwijken nagels Voor betrouwbaarheidsindices tussen 2,5 en 4,2 (veiligheidsklassen I, II en III) zijn in CUR 166 de veiligheidsfactoren voor de ankerstaaf of de nagel (in geval van staal) als volgt: • belastingsfactor: γf = 1,25; • materiaalfactor nagel: materiaal dient te worden getoetst op basis van de ontwerpwaarde van de treksterkte conform NEN 6702 en NEN 6740. Voor een nagel met stalen staaf kan formule (3.2.3) worden toegepast. Voor de toetsing van een nagel met stalen staaf geldt conform CUR 166: (3.2.3)

79


5/16/07 2:52:35 PM

waarin: Fs;A;st;d is de rekenwaarde trekbelasting nagel [kN] Fr;br;rep is de representatieve waarde breukkracht nagel [kN] Fr;vloei;rep is de representatieve waarde vloei nagel [kN] Correctiefactoren voor verhoogde betrouwbaarheidsindex Voor de toetsing van het bezwijken van de nagels volgt uit figuur 3.2.12 echter een hogere β -waarde van 4,3 ten opzichte van de (maximum) β -waarde van 4,2 conform CUR 166 veiligheidsklasse III voor verankeringen. In geval van een facing is deze waarde nog hoger, doordat de kans gelijkwaardig over het bezwijken van de nagel en het bezwijken van de facing moet worden verdeeld, zoals is weergegeven in figuur 3.2.13. De β-waarde wordt in geval van facing dan verhoogd tot 4,5. Als gevolg van de verhoogde β -waarden dienen de partiële factoren te worden gecorrigeerd met een correctiefactor, die bepaald kan worden volgens: (3.2.4) waarin: γm;corr β α V

is is is is

de de de de

correctiefactor [ - ] betrouwbaarheidsindex (β1 = oorspronkelijk, β2 = gecorrigeerd) gevoeligheidscoëfficiënt van de betreffende grondparameter (zowel bij β1 als β2) variatiecoëfficiënt van de betreffende grondparameter

Als voorbeeld is hieronder de belastingfactor op groutankers γf = 1,25 gecorrigeerd als gevolg van een verhoogde β-waarde van 4,2 naar 4,3. Voor de correctiefactor geldt:

De variatiecoëfficiënt V volgt daarbij uit herleiding van formule (3.2.1):

Hieruit volgt voor de correctiefactor:

De belastingfactor neemt in dit geval dus niet significant toe. Er kan dus worden uitgegaan van een belastingfactor γf = 1,25. Ook in geval van een facing (β-waarde = 4,5) zal met een correctiefactor 1,02 geen significante toename in de belastingfactor volgen. 3.2.6.2 Keuze verdeling faalkansen Over de subjectieve verdeling van de faalkansen, de faal(deel)mechanismen en de onderlinge relaties daartussen wordt het volgende opgemerkt: Keuze faalkansen de keuze van de faalkans per deelmechanisme is niet éénduidig of objectief vast te stellen, althans niet zonder een volledig per geval uit te voeren niveau 3 (volledig) probabilistische veiligheidsanalyse. Het ligt enigszins voor de hand om de hogere β’s toe te kennen aan deelmechanismen waar deze het makkelijkst (tegen de geringste kosten) te realiseren vallen. Veel zin heeft dit echter niet: zie het volgende aandachtspunt.

80


5/16/07 2:52:37 PM


Rappor t 219

Gevoeligheid β De betrouwbaarheidsindex β blijkt weinig gevoelig voor de faalkans: een factor 5 in de faalkans scheelt 10 % in de β (zie figuren 3.2.12 t/m 3.2.13). Een zoektocht naar een ultieme gunstige verdeling van de totale faalkans over de deelmechanismen lijkt dan ook weinig zinvol, tenzij sprake is van een relatief grote variatiecoëfficiënt (0,2 of hoger). Bezwijken nagel als gevolg van moment-/dwarskracht-/normaalkrachtbelasting Moment, dwars- en trekkracht leiden samen tot een maximale spanning in de uiterste vezel. Over de diverse belastingcombinaties wordt het volgende opgemerkt: • Moment/dwarskracht De gegeven dwarskrachtcapaciteit is bij de toe te passen diameters dermate groot ten opzichte van de momentcapaciteit dat de bijdrage van de dwarskracht aan de totale spanning gering zal zijn ten opzichte van die van het moment. De betekenis van de dwarskracht is voor het anker dus van ondergeschikte betekenis. • Moment/trekkracht Ankerbreuk zal pas na vloei over de gehele doorsnede kunnen optreden. Een combinatie van een relatief grote trekbelasting met relatief grote momentbelasting is daardoor nauwelijks denkbaar omdat bij vloei als gevolg van buiging forse laterale anker verplaatsingen op zullen treden, die het moment zullen beperken of zelfs reduceren (ankerbreuk door buiging is pas denkbaar bij dusdanige deformaties van het grondmassief, dat dan reeds grondbreuk is opgetreden). Op grond van de deze overwegingen kan worden gesteld dat ankerbreuk vrijwel uitsluitend op kan treden als gevolg van overschrijding van de trekcapaciteit. Wanneer de ankers vrijwel uitsluitend als een verdeuveling werken (en dus niet of nauwelijks als trekelement) zullen de ankers niet kunnen bezwijken voordat de grond bezwijkt. Veiligheidheidshalve wordt hier bij de verdeling van de betrouwbaarheidsindex over de diverse deelmechanismen geen rekening mee gehouden. • Bezwijken van de facing In de als voorbeeld genoemde verdelingen van de faalkansen is de facing als een apart onderdeel van de vernageling beschouwd. Aangezien bezwijken van zowel de facing als van de nagel zelf niet tegelijkertijd kan voorkomen, zou een afweging kunnen worden gemaakt om de facing als onderdeel van de nagel te kunnen beschouwen. • Bezwijken grond Het verschil tussen maatgevende diepe glijvlakken (onder de ankers door) en ondiepe glijvlakken (door de ankers) is eerder gradueel dan fundamenteel, omdat het maatgevende glijvlak ook door slechts één of enkele ankers kan gaan. Bij doorsnijding van één of meer ankers is wel sprake van een ander bezwijkfront: naast het eigenlijke (cirkelvormige) glijvlak is dan tevens sprake van gronddoorsnijding (pons) langs het betreffende deel van de ankerstangen. 3.2.7

Uitvoering Dijkvernageling kan gerealiseerd worden met een beperkte hinder voor de omgeving en met de inzet van bewezen, standaard technieken. Het aanbrengen van de nagels wordt uitgevoerd met een ankerboormachine die boven op de dijk geplaatst is. Bij het aanbrengen van de nagels wordt verder gebruik gemaakt van een mengen pompinstallatie. Het boorproces betreft het boren van een gat met een diameter van ca. 100 tot 180 mm met een holle stalen buis. Vervolgens wordt de buis schoongespoeld, waarna men het wapeningselement inbrengt. Dit zijn veelal staven met een diameter van 15 tot 65 mm, waarbij men geribde staven kan toepassen om de aanhechting tussen het element en het grout te verbeteren. De buis wordt gevuld met grout (een mengsel van water en cement) dat al of niet onder (lage) druk wordt gezet. Vervolgens wordt de boorbuis uit het gat verwijderd. De ruimte die ontstaat door het trekken van de boorbuis wordt gevuld met grout.

81


5/16/07 3:00:17 PM

Er zijn verschillende methoden voor het maken van het boorgat. Het gat kan gemaakt worden door middel van schroeven, slagboren of spoelboren. Een andere methode om groutnagels te maken is de methode waarbij de stang direct het wapeningselement vormt. De boorstang bestaat uit een holle stalen buis waarop een boorkop bevestigd kan worden. In het kader van de demonstratieproef INSIDE zijn twee uitvoeringsmethoden beproefd, namelijk slagboren en spoelboren. De weerstand bij het inboren was echter zeer beperkt, zodat het bij de uitvoeringsmethode ‘slagboren’ niet nodig was daadwerkelijk gebruik te maken van de slaghamer. Feitelijk zijn de nagels dan ook ingebracht door ‘droog’ te boren. Een anker is met opzet geïnstalleerd door middel van spoelboren. Bij deze nagel is tijdens het volgrouten van het gat een circa 10% hoger cementverbruik geconstateerd, hetgeen zou kunnen duiden op een grotere diameter van het groutlichaam. Alle nagels worden tot vlak onder het maaiveld afgevuld met grout. Het onder druk afpersen van de groutprop is in de samendrukbare kleilagen niet mogelijk. De druk kan enigszins worden verhoogd, maar neemt vervolgens direct weer af. Bij het vormen van groutproppen in zand kan de druk op het grout gehandhaafd blijven doordat het water uit het cement in de omringende holle ruimten in het zandpakket wordt geperst. In klei is dit niet mogelijk. Het toepassen van gegroute nagels heeft als voordeel dat het trekelement los van de methode van boren kan worden gekozen. Hierdoor is het mogelijk het boorgat van een trekelement te voorzien van staal, hoogwaardige kunststof of koolstofvezel.

Fig. 3.2.15 Materieel dijkvernageling en stalen nagels

Overeenkomsten en verschillen groutankers De techniek voor het aanbrengen van de nagels is gelijk aan de techniek voor het aanbrengen van groutankers. Het aanbrengen van groutankers in dijklichamen, bij dijkversterkingen met damwanden of bij het realiseren van bouwwerken in het invloedsgebied van de dijk, is een algemeen aanvaarde techniek. In principe worden groutankers toegepast ter verankering van grond- en grondwaterkerende constructies. Een groutanker bestaat uit een groutprop, gevormd in draagkrachtige zandlagen, en een ankerstang die de verbinding vormt tussen de groutprop en de constructie. Na het aanbrengen en uitharden van de groutprop wordt het anker normaliter afgespannen, zodat de constructie slechts minimale vervormingen ondergaat. Het afspannen van het anker maakt het anker actief, dat wil zeggen het anker is al op spanning gezet voordat de kracht vanuit de constructie gevraagd wordt. Het laatste punt in de werking van het anker vormt ook meteen het voornaamste verschil met de

82


5/16/07 3:00:27 PM


Rappor t 219

werking van vernagelingsconstructies. Een constructie met vernageling reageert in principe passief: er is enige vervorming van de grond noodzakelijk om de nagels op spanning te brengen. Verder zijn samenstelling en diameter van een dijknagel over de gehele lengte constant, in tegenstelling tot groutankers waar dus sprake is van een groutprop en een vrije ankerlengte. 3.2.7.1 Plaatsingsnauwkeurigheid nagels Bij het dimensioneren van dijkvernageling moet niet alleen rekening worden gehouden met de theoretische positie van de nagels, maar zeker ook met de werkelijke positie van de nagels na installatie. Op basis van ervaringsgegevens en in het verleden uitgevoerde metingen is het mogelijk de plaatsingsnauwkeurigheid van nagels, ingebracht volgens de traditionele methode van spoel- of slagboren, nader te beschrijven. Voor innovatieve methoden, zoals bijvoorbeeld drukken, is dit op dit moment niet mogelijk. Vooralsnog kan worden verwacht dat dergelijke methoden, zeker gezien de gewenste inbrenghoeken, een grotere plaatsingstolerantie zullen hebben. Dit aspect moet dan ook een rol spelen bij het ontwikkelen van alternatieve inbrengmethoden. Uitgaande van traditionele inbrengmethoden, en in combinatie met de ervaringen opgedaan bij de demonstratieproef, moet rekening gehouden worden met de volgende toleranties: • Inbrengpositie op het dijklichaam: ± 50 mm in alle richtingen. • Afwijking bij het inbrengen van de boorbuis/nagel in verticale richting: ± 0,5 – 1,0 graden. Op een diepte van 10 m onder het maaiveld resulteert dit in een afwijking in verticale zin van circa 130 mm, op 20 m oplopend tot circa 250 mm. De helling wordt op de boorbuis met behulp van een waterpas ingesteld. • Afwijking bij het inbrengen van de boorbuis/nagel in horizontale richting: ± 1,0 graden. Op een diepte van 10 m onder het maaiveld resulteert dit in een maximale afwijking in horizontale zin van circa 175 mm, op 20 m oplopend tot maximaal circa 350 mm. De helling wordt op de boorbuis met behulp van een kompas ingesteld, waarbij is uitgegaan van een min of meer recht dijklichaam. Bij plaatsing in een gebogen dijklichaam dient per definitie al met een aangepast nagelstramien rekening te worden gehouden. In het ontwerp moet rekening worden gehouden met de onzekerheden m.b.t het plaatsen van de nagels, vooral als in de toekomst extra versterking door het toevoegen van nagels mogelijk moet zijn. 3.2.8

Effecten op de omgeving Tijdens het gehele proces van het inboren en verwijderen van de boorbuis is de ankermachine in bedrijf en produceert de machine geluid. De geluidshinder is daarbij gelijk aan een traditionele uitvoering van dijkversterking met grondverzetmachines. Indien harde lagen in het dijklichaam moeten worden gepenetreerd, bijvoorbeeld oude verhardingen, dan kan de inzet van de slaghamer noodzakelijk zijn. Op basis van de demonstratieproef is geconcludeerd dat de inzet van de slaghamer indien nodig beperkt kan worden tot het penetreren van de harde laag en daarmee de equivalente geluidshinder beperkt blijft. Afhankelijk van de breedte van de kruin van de dijk is het bij de uitvoering van de werkzaamheden noodzakelijk de dijk volledig of gedeeltelijk af te sluiten voor doorgaand verkeer. De hinder voor aanwonenden blijft beperkt. Bij het trekken van de boorbuizen en het vullen (afpersen) van de boorgaten is sprake van een zekere mors van opgeboorde grond met werkwater en cementwater. Bij het uitvoeren van een grootschalig project dienen aanvullende voorzieningen te worden getroffen voor het opvangen en verwerken van deze afvalstoffen. In het proefproject is de mors na verharding van het maaiveld geschept en afgevoerd.

83


5/16/07 3:00:27 PM

3.2.9

Kwaliteitsbeheersing Eind 2005 zijn in de dijk bij Leerdam twee in situ trekproeven uitgevoerd. Daarnaast zijn twee sonderingen uitgevoerd onder een hoek van 25 graden met de horizontaal; dezelfde hoek als de hoek van de nagels. De analyse van de twee trekproeven leidt tot de conclusie dat de wrijvingseigenschappen voldoen aan ontwerpaannamen die in de eerdere fasen van het project zijn aangehouden. Uit de verhouding tussen de schuifweerstand langs de nagels qs en de conusweerstand qc kan de schachtwrijvingsfactor αt worden bepaald. Bij de proeven bedroeg αt = qc/qs = 1,6%, hetgeen goed overeenkomt met waarden uit de literatuur en de voorschriften van NEN en CUR.

Fig. 3.2.13 Proefopstelling trekproeven en gedeeltelijk ontgraven nagel

Het systeem voor kwaliteitsborging van de sterkte moet op basis van de Europese voornorm prEN 14490:2002 worden vastgelegd. Er zijn volgens deze norm twee categorieën voor het testen van de nagels, namelijk: • grondnagel belastingtest; • materiaaltest. Grondnagel belastingtest • De grondnagel belastingtest moet voldoen aan de procedures beschreven in de Eurocode 0 en Eurocode 7. • De nagels moeten minimaal een uiterste sterkte hebben van 110% van de toegepaste belasting. • De testopstelling mag geen positief effect hebben op de werking van de nagel. • De ontwerper specificeert de wrijvingslengte van de nagel. Bij het ontwerp van de nagel moet met de volgende aspecten rekening worden gehouden: • Geologische variaties; • De positie van de potentiële glijvlakken met specificatie van de actieve zone (afschuivende grondmoot) en het restprofiel van de dijk; • De totale verankeringlengte of gemiddelde verankeringlengte van nagels in de afschuivende grondmoot en in het restprofiel van de dijk. Materiaaltest • De minimale capaciteit van de vijzel moet even groot zijn als de maximum testbelasting. De slag van de vijzel moet voldoende groot zijn om herpositionering van de vijzel te voorkomen. • De belasting kan direct of indirect gemeten worden. Indirect door het aflezen van de druk gebruikt door de vijzel of direct door het plaatsen van een drukdoos. Beide moeten gekalibreerd zijn tot een nauwkeurigheid van +/- 2% van de maximale belasting van de test. Wanneer drukdozen gebruikt worden moet er een extra meetsysteem aanwezig zijn.

84


5/16/07 3:00:31 PM


Rappor t 219

• De vijzel moet door een voldoende stijve constructie worden ondersteund. Het systeem moet zo ontworpen zijn dat het geen invloed heeft op de gemeten bezwijkbelasting of het vergroten van de draagkracht van het oppervlak. • De nauwkeurigheid bij het meten van de verplaatsingen moet minimaal +/- 0,1 mm bedragen. De verplaatsingen moeten los van de meetopstelling en buiten het invloedsgebied van de nagel staan. De meting mag niet worden beïnvloed door klimaateffecten of vibraties vanuit de achtergrond. Er moet continu kunnen worden gemeten zonder het herpositioneren van het meetinstrument. • De voorbelasting mag niet meer dan 10% van de te verwachten testbelasting zijn. De voorbelasting is voor het minimaliseren van de verplaatsingen bij het aanbrengen van de belasting. • De statische belastingtest bestaat uit het in stappen vergroten van de belasting, en bij iedere belastingstap wordt de verplaatsing gemeten. Het aantal stappen, de duur van de belastingstap en de criteria voor de kruip zijn afhankelijk van het type test dat wordt uitgevoerd. Testprocedure • Afhankelijk van het type test, ontwerp onderzoek, geschiktheidstest of acceptatietest worden het aantal cycli, de belastinggrootte en stappen bepaald. Het verplaatsingsverschil tussen twee meetmomenten mag niet meer dan 0,1 mm bedragen. Gezien de implicatie voor de veiligheid van de innovatieve toepassing van Dijkvernageling is het belangrijk dat de risico’s (gebeurtenissen en effecten daarvan) in elke fase van de kwaliteitsbeheersing en de beheersmaatregelen door de uitvoerende partijen in kaart worden gebracht. Bijlage B bevat een voorbeeld van een analyse van de risico’s en mogelijke beheersmaatregelen voor de ontwerp-, uitvoerings- en gebruiksfase van dijkversterkingsproject met Dijkvernageling.

85


5/16/07 3:00:32 PM

86


5/16/07 3:00:32 PM


Rappor t 219

3.3 Ontwerp Dijkdeuvels 3.3.1

Inleiding Het onderzoek naar de toepasbaarheid van de techniek Dijkdeuvels is nog niet voltooid. Er is nog een aantal onzekerheden ten aanzien van de toepassing van de techniek die moeten worden weggenomen om dijkdeuvels als volwaardige dijkversterkingtechniek te kunnen beschouwen. Nadere analyse wordt momenteel uitgevoerd. Deze analyse heeft betrekking op de modellering van het systeem en het opstellen van de ontwerpfilosofie. In dit hoofdstuk wordt de eerste aanzet gepresenteerd om te komen tot een ontwerpleidraad. Voor informatie over de stand van zaken m.b.t. Dijkdeuvels kan contact opgenomen worden met CUR Bouw & Infra.

3.3.2

Principe De dijkdeuvels bestaan uit de twee elementen: de expander en de shear key. De expander is een kous van geotextiel rondom een stalen buis. De kous is aan de boven- en onderzijde op de buis geklemd en wordt met cement-bentoniet volgepompt tot een ‘cilindervormig lichaam’. De buis wordt schuin vanaf de kruin van de dijk ingebracht tot enkele meters in het draagkrachtige Pleistocene zand. Dit onderste deel wordt shear key genoemd. In figuur 3.3.1 is het principe van Dijkdeuvels weergegeven: de verharde expanders staan met hun schouders onder de dijk en met hun hakken in het zand. Dijkdeuvels is een nieuwe, nooit eerder toegepaste versterkingstechniek.


bovenaanzicht


shear key

Fig. 3.3.1 Principeschets Dijkdeuvels

87


5/16/07 3:00:34 PM

shear key

boven belasting

Fig. 3.3.2 Principeschets shear key proef en bovenaanzicht proefopstelling

De methode dijkdeuvels is gericht op het verhogen van de stabiliteit van de dijk door het afschuiven van het binnentalud langs een diep glijvlak tegen te gaan. De werking van dijkdeuvels berust op: • De capaciteit van de shear key om een horizontale schuifkracht te kunnen overbrengen (deuvelwerking), gecombineerd met de capaciteit om buigend moment op te nemen. • Het overbrengen van een deel van het dijkgewicht naar de ondergrond. Door axiale drukkracht in de expander worden de krachten afgedragen aan de shear key. Tijdens het ontwikkelingsproces heeft het consortium de werking van de verschillende onderdelen van het versterkingselement beproefd. Er zijn prototype proeven uitgevoerd om de bezwijkkracht van de shear key in het Pleistocene zand te bepalen. Figuur 3.3.2 is een schematische weergeving van de proefopstelling: een grote bak met zand waarin de shear key horizontaal werd verplaatst. Er zijn 3 multiple-stage proeven uitgevoerd in droog zand bij 3 verschillende verdichtinggraden van het zand. Het verplaatsen gebeurde bij 3 bovenbelastingen (100, 50, 0 kN/m2). Op basis van de resultaten van deze proeven lijkt aannemelijk te kunnen worden gemaakt dat een shear key (2,25 m) in nat zand in een opdrijfsituatie een schuifweerstand kan leveren hoger of gelijk aan de minimaal vereiste waarde van 70 kN. De proef is gesimuleerd door middel van PLAXIS 3D modelberekening.

88


5/16/07 3:00:38 PM


Rappor t 219

Fig. 3.3.3 Uit de grond getrokken expander. Vergelijking tussen gemeten en berekende diameter.

Bij de Nieuwe Zuiderlingedijk is enerzijds de uitvoering gedemonstreerd en anderzijds zijn metingen uitgevoerd met als doel het bepalen van het vervorminggedrag van de expander in relatie tot de vuldruk en het bepalen van de bezwijksterkte van het weefselmateriaal. In figuur 3.3.3 een uit de grond getrokken expander. De uitzetting van de expander is vergeleken met de modelberekening. 2D en 3D EEM berekeningen zijn door het consortium uitgevoerd om inzicht te krijgen in de werking en modellering van het totale systeem. In figuur 3.3.4 is het resultaat van een 3D PLAXIS stabiliteitberekening van de versterkte referentielocatie.

Figuur 3.3.4 PLAXIS berekening Dijkdeuvels

3.3.3

Bezwijkmechanismen Bij het dimensioneren van het systeem dijkdeuvels moet rekening worden gehouden met de volgende mechanismen die kunnen leiden tot bezwijken van het grondlichaam dat is versterkt met elementen: • Het grondlichaam met de elementen schuift af, zonder dat de elementen bezwijken; • Het grondlichaam tussen de elementen schuift af;

89


5/16/07 3:00:44 PM

• De elementen bezwijken en hierdoor het gehele grondlichaam; • De elementen zijn onvoldoende ingeklemd in de afschuivende grondmoot. Het grondlichaam met de elementen schuift af, zonder dat de elementen bezwijken Als de grondmoot afschuift zullen de elementen worden meegenomen. Indien de elementen voldoende sterk zijn zullen de elementen in hun geheel mee afschuiven: diep glijvlak onder shear key door. De veiligheid tijdens afschuiving volgens dit mechanisme kan gecontroleerd worden d.m.v. PLAXIS 3D berekening. Het grondlichaam tussen de elementen schuift af Door de juiste keuze van de onderlinge afstand tussen de elementen zal dit mechanisme niet maatgevend zijn . In de huidige praktijk wordt de veiligheid tegen instabiliteit 2-dimensionaal berekend, dat wil zeggen voor een oneindig lang verondersteld grondlichaam. In de praktijk treden echter 3-dimensionale glijvlakken op, waarbij het glijvlak in het midden van het gebied het diepst is en richting de randen ondieper wordt. De veiligheid tegen instabiliteit van deze ondiepe delen van het glijvlak is hoger dan die van het maatgevende diepe glijvlak. De stabiliteit is daardoor ook altijd iets hoger dan de berekende 2D-stabiliteit. Echter, de hogere bijdrage van de randen van het glijvlak is relatief beperkt indien het glijvlak relatief breed is. In dit geval zal de berekende 2D stabiliteit nagenoeg gelijk zijn aan de 3D stabiliteit. Als het glijvlak relatief smal is, zal de bijdrage van de randen wel van invloed zijn op de werkelijke stabiliteit. In de praktijk treden glijvlakken op over vele tientallen meters breedte. Indien het afschuiven over deze breedte wordt voorkomen door op bepaalde onderlinge afstanden elementen aan te brengen waardoor enkel afschuifvlakken kunnen ontstaan met een maximale breedte gelijk aan de onderlinge afstand, neemt de bijdrage van de randen fors toe en hierdoor de veiligheid ten aanzien van instabiliteit. Een diepe afschuiving over een breedte van enkele meters zal in de praktijk niet optreden aangezien de bijdrage aan de stabiliteit van de randen van de grondmoot groot zal zijn. Wel wordt opgemerkt dat de buizen moeten worden gedimensioneerd op aspecten, zoals restzettingen uit bijvoorbeeld kruip, bovenbelastingen en/of ophogingen. De elementen bezwijken en hierdoor het gehele grondlichaam. De capaciteit van de elementen wordt begrensd door de opneembare normaalkracht, dwarskracht of buiging. De elementen zijn onvoldoende ingeklemd in de afschuivende grondmoot. Indien het element niet is ingeklemd in de afschuivende grondmoot kan het element ook geen (horizontale) kracht van de grondmoot op de onderliggende grondlaag afdragen. Dit kan worden opgevat als een (horizontale) kracht aan de onderzijde van de afschuivende grondmoot welke door het element moet kunnen worden opgenomen. Dit kan met een PLAXIS 3D berekening worden bepaald, maar ook op basis van een berekening van een horizontaal belaste paal. Rekeninghoudend met deze mechanismen kan bij het ontwerpen van de stabiliteitsverhogende elementen op diverse aspecten worden geoptimaliseerd, zoals op de diepte van zowel de onderzijde als de bovenzijde van de elementen, de onderlinge afstand en de sterkte en stijfheid van de elementen, al dan niet nog eens geoptimaliseerd over de hoogte. Tevens kan worden geoptimaliseerd in oriëntatie van de elementen. Het systeem van de Dijkdeuvels bevat het onder hoge druk aanbrengen van cement-bentoniet binnen een kous welke om een stalen buis is aangebracht. Het cement-bentoniet speelt een rol bij het inklemmen van het element binnen de afschuivende grondmoot doordat het element door de aanwezigheid van het cement-bentoniet breder wordt en dus meer grondweerstand kan mobiliseren. De stalen buizen leveren echter de grootste bijdrage aan de veiligheid ten aanzien van instabiliteit. 90


5/16/07 3:00:45 PM


Rappor t 219

Bij relatief stijve ondergrond kan het (kosten)effectiever zijn uitsluitend (stalen) elementen aan te brengen met een geringere onderlinge afstand, dus zonder cement-bentoniet. Deze mogelijke optimalisatie van het systeem moet verder onderzocht worden. 3.3.4

Aanzet voor ontwerpleidraad De volgende onderwerpen zijn onderscheiden in de ontwerpleidraad: Mechanisme Oorzaak Reden Stand van zaken Maatregel Effect ontwerp Acties

De ontwerpleidraad moet de beschrijving van de mechanismen bevatten die kunnen leiden tot bezwijken van de totale constructie. Per mechanisme zijn de mogelijke ‘oorzaken’ genoemd. Onder “stand van zaken” is in het kort aangegeven wat de resultaten zijn van de onderzoeken en berekeningen ten aanzien van de beschouwde mechanismen. Daarnaast zijn “maatregelen” genoemd die kunnen worden genomen om de mogelijke onzekerheden in de faalkans nader te beschouwen. Het ontwerp kan hierdoor wijzigen. Parameters die hiermee samenhangen zijn genoemd onder: “effect ontwerp”. Als laatste is aangegeven of toekomstige acties noodzakelijk worden geacht of dat er geen acties nodig zijn omdat het mechanisme geen aanleiding geeft tot mogelijke problemen of niet gewenste ontwerponzekerheden. Onder “actie” is vermeld welke onderzoeken zijn gepland om het mechanisme nader te beschouwen indien van toepassing. Hieronder wordt per mechanisme en wijze van bezwijken bepaald of nader onderzoek noodzakelijk is: Grondmechanisch bezwijken: falen van de constructie waarbij de oorzaak ligt in het gedrag van de grond: • Schuifvlak onder shear key door: ontwerp moet voldoen op basis van macro-stabiliteit berekening; • Grond stroomt tussen dijkdeuvels: de gevoeligheid hiervan wordt nader onderzocht mbv PLAXIS 3D berekening • Schuifvlak boven dijkdeuvels: ontwerp moet voldoen op basis van PLAXIS-berekeningen; • Afschuiven shear key: ontwerp wordt nader bekeken op basis van “shear key” proef en PLAXIS 3D analyse • Grote verticale zakking kruin dijk: de gevolgen voor het ontwerp dienen nader te worden onderzocht.

91


5/16/07 3:00:45 PM

Bezwijken constructie-elementen falen van de constructie met het bezwijken van de constructieelementen als oorzaak: • Shear key knikt: ontwerp moet voldoen op basis van “shear-key” proef en PLAXIS 3D berekening; • Bezwijken geotextiel: geen onderzoeken noodzakelijk, vuldruk wordt tijdens uitvoering beheerst; • Afschuiven expander langs shear key: de gevoeligheid hiervan dient nader te worden onderzocht. Uitvoering uitvoeringstechnisch falen dat structureel aanleiding kan geven tot aanpassing van het bestaande ontwerp: • Verlies cement-bentoniet: keuze voldoende sterkte geotextiel, mede op basis van praktijkproef. • Onregelmatige en/of te kleine diameter expander: de gevoeligheid hiervan voor het ontwerp dient nader te worden onderzocht; • Aanbrengen dijkdeuvels: het onderzoek heeft aangetoond dat de Dijkdeuvels-methode uitvoerbaar is. Nog onzekerheid over de gevoeligheid van de effectieve diameter van expander voor het ontwerp (zie punt boven). • Tijdelijke verzwakking dijk: uitvoering buiten het gesloten seizoen. 3.3.5

Uitvoering expander Het plaatsen en vullen van de expanders is gedemonstreerd tijdens de demonstratieproef. Uit de opgedane ervaring zijn de volgende conclusies getrokken: • tot 2 bar overdruk in de expander (totaal druk ca. 4 bar) zijn weinig problemen te verwachten ten aanzien van het bezwijken van het geotextiel; • de bezwijksterkte van het geotextiel wordt bepaald door de spanningsconcentratie bij de klemconstructie. De sterkte in lengterichting zal hoger dienen te zijn. De sterkte in omtrekrichting is ruim voldoende; • het cement-bentoniet als vulmiddel zwelt niet; • de waterdichtheid van het weefsel van de expander verdient nadere aandacht. De druk in de expander neemt binnen enkele uren sterk af. De grond rond de expander vervormt plastisch en consolideert (hetgeen de bedoeling is). • gezien het feit dat deze expanders zijn volgeperst in relatief stijve klei (conusweerstand ca. 1 MPa, ongedraineerde schuifsterkte (70 tot 100 kPa) is het de verwachting dat het systeem in elke dijk in West-Nederland is toe te passen. Zelfs in de siltige zandlaag is een expansie gerealiseerd.

3.3.6

Kwaliteitscontrole Hoewel de techniek niet eerder bij dijken is toegepast, zijn de componenten reeds toegepast in bewezen technieken. Alle stalen materialen worden onder certificaat geleverd. Datzelfde geldt voor de geokunststof. Het boren van een gat met een diameter van 20 cm in de ondergrond is dagelijks werk voor relevante aannemers. Als het boorgat onvoldoende diameter heeft dan merkt de aannemer dat vanzelf bij het plaatsen van de elementen. Het gat groter maken behoort tot de gebruikelijke activiteiten. Het is mogelijk te controleren of de stalen buis met een nog niet opgepompte geokunststof kous volgens tekening in het boorgat staat. Het niveau (diepte) van het element is vanaf maaiveld eenvoudig te controleren. Bij het aflaten van het element in het boorgat kan geschat worden wat de

92


5/16/07 3:00:46 PM


Rappor t 219

helling van het element is. De tolerantie op de helling van de elementen is niet een kritische factor in het ontwerp. Indien het volgens het ontwerp nodig is een expander toe te passen dan zal de geokunststof kous opgepompt worden met cement-bentoniet. Voor de kwaliteitscontrole hiervan kan worden teruggevallen op richtlijnen en ervaringen met cement-bentonietwanden en groutankers. Voor de toepassing van cement-bentonietwanden bevat CUR-Aanbeveling 84 regels voor het verzekeren van de kwaliteit van het cement-bentoniet. Druksterkten van cement-bentoniet van 1000 kN/m2 behoren tot de standaard bestekseisen en zijn eenvoudig te realiseren. Hogere druksterkten zijn door een mengselaanpassing te verwezenlijken. Tijdens het oppompen van de expander kan deze scheuren. Het oppompen kan dan mislukken. Door tijdens het oppompen de drukken te registreren kan een eventuele scheur herkend worden door een plotselinge daling van de pompdruk. In geval van een gescheurde expander kan een nieuwe dijkdeuvel worden geplaatst. Daarvoor moet materieel ter plaatse aanwezig zijn. De te verwachten uitzetting van de kous is met PLAXIS-berekening te voorspellen. Of de werkelijke gerealiseerde uitzetting van de kous een kritische factor in het ontwerp is wordt momenteel onderzocht.

93


5/16/07 3:00:46 PM

94


5/16/07 3:00:46 PM

Hoofdstuk 4

Ontwerpen en toetsen

95


5/16/07 3:00:50 PM

In dit hoofdstuk wordt een aantal onderwerpen behandeld die van toepassing zijn voor alle drie technieken: • Aandachtspunten voortraject dijkversterking • Planperiode • Lengte-effect factor • Toetsen op veiligheid

4.1 Aandachtspunten voortraject dijkversterking De technieken die binnen het project INSIDE zijn uitgewerkt zijn alle drie nieuwe technieken in de dijkenbouw. De technieken zijn toepasbaar in situaties waar er weinig of geen ruimte is voor het uitvoeren van een traditionele dijkversterking. In deze rapportage is te vinden hoe om te gaan met het ontwerp van deze technieken. De technieken moeten naast de eisen die vanuit het ontwerp worden gesteld ook voldoen aan de eisen die de omgeving aan een dijkversterkingstechniek stelt. Dit betekent dat er voor de technieken MER studies moeten worden uitgevoerd en dat ook het juridische aspect goed wordt bekeken. Meestal kan niet zomaar op of onder iemands eigendom gebouwd worden. Om in een later stadium niet voor verassingen komen te staan moeten in het voortraject al zaken m.b.t. eigendom, vergunningen, milieuwetgeving etc. worden uitgezocht.

4.2 Planperiode De INSIDE methoden kunnen worden gezien als grondverbeteringtechnieken. De planperiode bedraagt echter 100 jaar. Om rekening te houden met de nog ontbrekende ervaring met deze technieken is er gekozen om deze robuuste benadering van de veiligheid te hanteren. Omdat de INSIDE technieken uitbreidbaar zijn, is het wel mogelijk, op basis van o.a. financiële overwegingen, om te optimaliseren ten aanzien van de tijd van uitvoering. Bijvoorbeeld door de versterking voor de eerste 50 jaar uit te voeren en later de rest van de elementen bij te plaatsen. Voorwaarde hiervan is dat al bij het ontwerp de mogelijkheid van de toekomstige versterking aangetoond is. De duurzaamheid (sterkte) van de gebruikte materialen voor de duur van de planperiode (100 jaar) is een ontwerpeis. In dit rapport is aangegeven hoe de duurzaamheid van de INSIDE technieken aangetoond is of kan aangetoond worden door middel van certificering.

4.3 Lengte-effect factor Voor een korte dijkstrekking (tot circa 300m) waarbij het ontwerp wordt gebaseerd op de meest ongunstige ondergrondopbouw binnen de dijkstrekking is het lengte-effect zeer beperkt en mag gerekend worden met een extra lengte-effectfactor gelijk aan 1.0. Bij langere strekkingen dan 300 meter in een dijkring kan een veilige schatting worden gemaakt van de te hanteren norm voor de stabiliteitsfactor door de te eisen stabiliteitsfactor ten gevolge van het lengte-effect (zie Leidraad rivierdijken) te bepalen voor een dijkringlengte die 10 maal zo lang is (dus bijvoorbeeld bij 700 km i.p.v. een werkelijke 70 km). In de stabiliteitsfactor voor het lengte-effect is er namelijk ervan uitgegaan dat het ontwerp en uitvoering voor het hele dijkvak is gebaseerd op het slechtste dwarsprofiel in dat dijkvak, waarbij in de leidraad is aangenomen dat 10% van de lengte daadwerkelijk beschreven wordt door dit slechtste dwarsprofiel en 90% in werkelijkheid beter zal zijn. Bij langere strekkingen van MIP zal deze aanname geanalyseerd moeten worden, maar mag als veilige aanname ook van een 10 maal langere dijkring worden uitgegaan. 96


5/16/07 3:00:50 PM


Rappor t 219

4.4 Toetsen op veiligheid Een waterkering die versterkt is met één van de INSIDE technieken (hieronder ‘INSIDE dijk’ genoemd) kan getoetst worden als een dijk met verbeterde grondeigenschappen. Bij de beoordeling van het waterkerend vermogen van de ‘INSIDE dijk’ spelen de volgende gegevens een rol: • De gegevens van de waterkering. Voor de toetsing is informatie nodig over de opbouw, geometrie, samenstelling en eigenschappen van de dijk, de ondergrond en vreemde elementen. De INISIDE technieken bestaan uit het plaatsen van elementen in de waterkering. Het is van groot belang dat wordt vastgelegd waar deze elementen zich bevinden in de waterkering. • De ontwerpuitgangspunten en -randvoorwaarden. Deze hebben betrekking op de belastingen, de gehanteerde ontwerprichtlijnen en gebruiksspecificaties. Toetsen beperkt zich tot het waterkerend vermogen; andere gebruiksfuncties zijn in dit kader niet relevant. • De ontwerpdocumenten. Ten behoeve van het ontwerp zijn berekeningen uitgevoerd en tekeningen opgesteld. Deze zijn van belang bij het uitvoeren van de toets. Een goede archivering is van groot belang bij het toetsen van deze technieken. • De onderhoudstoestand, gebruik en beheer. Bij de beoordeling wordt ervan uitgegaan dat de onderhoudstoestand goed is en dat de actuele conditie van de waterkering in het beheersregister is beschreven. Beheer en onderhoud van een ‘INSIDE dijk’ kunnen in hoofdlijnen op dezelfde wijze plaatsvinden als in het geval van een grondconstructie. Bij toepassing van de INSIDE technieken dient de beheerder een beheersplan op te stellen. In dit beheersplan worden o.a. de activiteiten beschreven die beperkt of in het geheel niet op de waterkering mogen plaatsvinden, dit om beschadiging van de versterkingselementen te voorkomen. 4.4.1

Toetsen als dijk De Inside-technieken zijn gericht op de verbetering van de macrostabiliteit binnenwaarts. In dit kader zijn ze alleen van invloed op de toets op de macrostabiliteit binnenwaarts (STBI) en op het effect van niet-waterkerende objecten op het waterkerend vermogen (NWO). Voor de toets op STBI kan volstaan worden met het in rekening brengen van betere grondeigenschappen of dient geavanceerd getoetst te worden. De toets op het effect van niet-waterkerende objecten op het waterkerend vermogen (NWO) is altijd geavanceerd, omdat rekening gehouden moet worden met een eventuele interactie tussen de versterkte dijk en het niet-waterkerende object. • Aangezien het dijken betreft kan de hoogte (HT) getoetst uitgevoerd worden conform Katern 5 van het VTV (Voorschrift Toetsen op Veiligheid). • De INSIDE-technieken betreffen geen waterdichte oplossingen en dus ook de toets op Piping en heave (STPH) en Microstabiliteit (STMI) kan uitgevoerd worden volgens Katern 5 van het VTV. • Verder hebben de INSIDE-technieken geen invloed op de buitenzijde van de dijk en kan dus ook de toets op macrostabiliteit buitenwaarts (STBU) en stabiliteit van het voorland (STVL) uitgevoerd worden conform Katern 5 van het VTV. • De INSIDE-technieken hebben geen invloed op de bekleding en dus kan ook de toets van de bekleding (STBK) uitgevoerd worden volgens Katern 5 en 8 van het VTV.

97


5/16/07 3:00:50 PM

4.4.2

Geavanceerde toetsing De beoordeling kan worden uitgevoerd volgens de in het ontwerp gebruikte methodiek. De richtlijnen voor het toepassen en het ontwerp van de INSIDE technieken worden in dit rapport beschreven. Met de ontwerpmethode is ingestemd bij het ontwerpen van de INSIDE-maatregel. Deze instemming kan aangevoerd worden als rechtvaardiging van de gehanteerde ontwerpmethode waarop vervolgens geen verdere toets van de methodiek nodig is. Aandachtpunten voor het beoordelen van een waterkering versterkt met een INSIDE techniek: • De INSIDE constructies kunnen worden gezien als grondverbeteringstechniek. De belasting op de elementen is o.a. afhankelijk van de geometrie (bijv. aantal elementen per strekkende meter). De benodigde beoordeling van de sterkte van de elementen moet in samenhang met de beoordeling van de stabiliteit van het grondlichaam worden uitgevoerd. • Een positieve score (voldoende /goed) kan toegekend worden zonder extra berekening, wanneer aan alle van de volgende uitgaanspunten kan worden voldaan: • de toetsrandvoorwaarden (belastingen) zijn niet ongunstiger dan de ontwerprandvoorwaarden; • de waterkering en de INSIDE elementen verkeren in goede conditie; • het gebruik vindt plaats binnen de in het beheersplan vastgelegde gebruiksspecificaties; • Stabiliteitsproblemen kunnen in de loop van de tijd zichtbaar worden door vervorming en/of verplaatsing van de grondconstructie of bijvoorbeeld scheuren in het dijklichaam. De deformaties moeten worden vastgelegd door jaarlijkse controle/metingen. • De duurzaamheid (sterkte) van de gebruikte materialen voor de duur van de planperiode (100 jaar) is aangetoond tijdens de validatie van de technieken of wordt als ontwerpeis opgelegd door middel van certificering. Bij de eerste toepassing van deze techniek kan de kwaliteit van de versterkingelementen tijdens de gebruiksfase ook worden geborgd door middel van monitoring. De laboratorium- en in-situ proeven die uitgevoerd kunnen worden voor de kwaliteitscontrole zijn in dit rapport beschreven voor de drie INSIDE technieken. De resultaten van deze monitoring kunnen gebruikt worden voor verdere optimalisatie van de ontwerpen toetsmethodiek.

98


5/16/07 3:00:51 PM

Hoofdstuk 5

Leerervaringen en toepassing INSIDE

99


5/16/07 3:00:54 PM

INSIDE is een innovatieproject van vele partijen die er vanuit hun eigen doelstelling bij betrokken zijn. Het project is niet alleen inhoudelijk innovatief, maar ook wat betreft proces en samenwerking. Het project is het resultaat van een prijsvraag, gericht op de selectie van methoden die de meeste garantie voor het realiseren van de doelstellingen van Rijkswaterstaat, als ‘uitschrijver’ van de prijsvraag. De technieken zijn ontwikkeld door consortia van bedrijven die van het project willen leren, maar uiteindelijk de opgedane kennis over ontwerp en uitvoering willen vermarkten. De overheid, dus RWS en de waterschappen, heeft als opdrachtgever belang bij veilige en duurzame oplossingen, die maatschappelijk draagvlak hebben en goedkoper zijn dan traditionele methoden. Naast Rijkswaterstaat zijn ook GeoDelft betrokken als geotechnisch adviseur en CUR Bouw & Infra als verbindende factor tussen RWS en de markt. De belanghebbenden en deelnemers (Insiders) hebben bij dit project veel kennis en ervaring opgedaan. Over het samenwerken in een project als INSIDE zijn de betrokkenen van marktpartijen en RWS uitgebreid ondervraagd. Dat resulteert in een aantal tips en opmerkingen over dit innovatietraject, dat liep van idee tot pilot, van 2000 tot 2007. Aanbevelingen voor het opstarten van innovatieve projecten • Maak een krachtenveldanalyse en een marktverkenning: waar zitten de potentiële knelpunten, welke belanghebbenden zijn er, en waar zit de vraag? • Breng belanghebbenden in een vroeg stadium in kaart, en betrek deze in een vroeg stadium; dat geldt vooral voor potentiële opdrachtgevers. • Kruip in de huid van de belanghebbenden • Zorg op die manier voor teamvorming en enthousiasme • Stel wel kaders op voor een prijsvraag, maar beperk daarmee niet de innovatievrijheid van de bedrijven • Zorg vanaf de start voor een budget voor het gehele traject • Zorg voor een demonstratie- dan wel pilotproject voor het overtuigen van potentiële opdrachtgevers, en het liefst voor een 1:1 praktijktoepassing. Ervaringen van betrokkenen In de gebruikelijke bouwpraktijk zijn de partners geselecteerd op basis van laagste prijs, en gaat er veel aandacht naar het niet overschrijden van budgetten. Bij INSIDE ging het om het ontwikkelen van nieuwe concepten, die soms in andere toepassingen en soms nog geheel niet toegepast waren. De drie consortia, Rijkswaterstaat en CUR hebben met elkaar gezorgd voor de ontwikkeling van de technieken, de uitvoering van proeven in lab en praktijk, ontwerpmethoden. De ervaring is dat betrokkenen in consortia gaandeweg enthousiasme ontstond tussen aannemers, mensen van RWS en raadgevende ingenieurs. In de consortia werkten zij op een andere manier dan gebruikelijk en onder andere randvoorwaarden, in een open sfeer. Eén van de consortia overweegt, op grond van de onderlinge verhoudingen en aanvullende rollen het samenwerkingsverband ook na INSIDE voort te zetten. Vanuit het bedrijfsleven is men gewend snel resultaat te moeten behalen; daar wordt men op afgerekend. Bij INSIDE is dat anders; de snelheid van innovatie laat zich niet zo direct beïnvloeden. Voor innovatie, en vooral voor het toepassen daarvan, is tijd nodig. Praktijktoepassing INSIDE heeft in proeven en demonstraties laten zien dat de technieken toepasbaar zijn in de praktijk. Dat wordt nog eens ondersteund door berekeningen met rekenprogramma’s. Langs de Nederlek bij Lekkerkerk werd Mixed in Place gedemonstreerd, en in de Diefdijk bij Leerdam zijn de technieken Dijkvernageling en Dijkdeuvels voor een grote groep belangstellenden getoond. Over PR en aandacht vanuit de vakwereld en de media had INSIDE niet te klagen, mede vanwege de inspanningen vanuit INSIDE en CUR. 100


5/16/07 3:00:54 PM


Rappor t 219

De potentiele opdrachtgevers, de waterschappen, zijn al vanaf het begin betrokken bij het project: zij maken deel uit van de klankbordgroep en de CUR-commissie INSIDE, en hebben via de demonstraties kennis genomen van de technieken. Verder heeft INSIDE ook een aantal roadshows gehouden waarbij een delegatie van INSIDE, onder aanvoering van de bekende waterschapsman Wybren Epema. Bij die roadshows ging het niet alleen om een uiteenzetting van de dijkversterkingsmethoden, maar ook om het peilen van de behoeften van de waterschappen en de vraag hoe INSIDE daarbij kon helpen. Deze activiteiten bevorderen de acceptatie en brengen daarmee de toepassing van INSIDE naderbij. Met het uitbrengen van dit rapport staat de ontwikkeling van de hierin besproken technieken natuurlijk niet stil. Voor het volgen van die ontwikkelingen, verwijzen wij naar de website www.dijkversterking.nl. Op deze website zullen ook aanvullende teksten op dit rapport worden gepubliceerd, zodat u op de hoogte blijft van ontwikkelingen en toepassing rond INSIDE.

101


5/16/07 3:00:55 PM

102


5/16/07 3:00:55 PM


Rappor t 219

Literatuur Algemeen CUR-rapport 162 Construeren met grond. Grondconstructies op en in weinig draagkrachtige en sterk samendrukbare grond. CUR, Gouda, 1992. CUR-rapport 166 Damwandconstructies (4e, gewijzigde uitgave). CUR, Gouda, 2005. CUR-rapport 175 Geokunststoffen in de wegenbouw en als grondwapening. CUR, Gouda, 1995. CUR-rapport 198 Kerende constructies in gewapende grond. Taludhelling steiler dan 70°. CUR, Gouda, 2000. NEN 6740:2006 Geotechniek - TGB 1990 - Basiseisen en belastingen. NEN 6744:2007 Geotechniek - Berekeningsmethode voor funderingen op staal. NEN 3650:2003 Eisen voor buisleidingsystemen. (zie verder: www.nen.nl) TAW-leidraden voor het ontwerpen van rivierdijken: • deel 1:bovenrivierengebied (1985) • deel 2: benedenrivierengebied (1989). (zie verder www.waterkeren.nl) VTV-Voorschrift Toetsen op Veiligheid. Ministerie van V&W, Den Haag, 2004 Literatuur MIP Broms, B.B., Can Lime/Cement Columns be used in Singapore and Southeast Asia? 3rd GRC Lecture NTU. Singapore, November 1999. CUR-rapport 2001-10, Diepe grondstabilisatie in Nederland, Handleiding voor toepassing, ontwerp en uitvoering, CUR, Gouda, 2001. CUR-rapport 199, Handreiking No-Recess technieken, CUR, Gouda, 2001. Dry Mix Methods for Deep Soil Stabilization (proceedings of int. conference on dry mix methods for deep soil stabilization), Balkema, Rotterdam 1999. EuroSoilStab, Design Guide Soft Soil Stabilisation, 2002. Execution of special geotechnical works – Deep mixing, European Standard Final Draft prEN 14679. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, november 2004. International Conference on Deep Mixing Best Practice and Recent Advances, Deep Mixing 2005, Stockholm, Sweden. Larsson, S., Mixing Processes for Ground Improvement by Deep Mixing. Doctoral Thesis KTH Civil and Architectural Engineering. Stockholm, november 2003.

103


5/16/07 3:00:55 PM

Porbaha, A., Shibuya S., Kishida, T., State of the art deep mixing technology. Part III geomaterial characterization. In: Ground Improvement, 2000 (3), p. 91-110 Royal Haskoning, MER Dijkversterking Nederlek Krimpenerwaard, Mixed-in-Place Dijkversterking Ontwerp, rapport, november 2003 Royal Haskoning, Haalbaarheid MIP Dijkversterking Nederlek vak H1, notitie, februari 2006. Royal Haskoning, Bergboezem Berkel: kadeontwerp, Mixed-in-Place, notitie, januari 2007. Royal Haskoning, Haalbaarheid MIP Dijkversterking Lekdijk-West Hmp 0+400 tot 0+600 nabij Schoonhoven, notitie, februari 2007. Literatuur Dijkvernageling Schlosser, F., Magnan, J.P. & Holtz, R.D. Construction Geotechnique Proceedings 11th ICSMFE, Vol. 1 San Francisco, 1985. Design and Performance of Earth Retaining Structures, edited by Philip C. Lambe and L. Hausen, Geotechnical special publications No. 25. American Society of Civil Engineers, New York, 1990. Recommendations Clouterre 1991, Soil Nailing Recommendations – 1991 for Designing, Calculating, Constructing and Inspecting Earth Support Systems Using Soil Nailing, French National Research Project Clouterre, Presses de l’ École Nationale des Ponts et Chaussées & US Department of Transportation, Federal Highway Administration. August 1993. Cours de méchanique des sols, Enseignement T6-T9 Fondations et soutènements, Équipe enseignante de Méchanique des Sols onder leiding van F. Schlosser. Presses de l’ École Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, 1993. BS8006:1995. Code of Practice for Strengthened/reinforced soils and other fills. British Standards Institute,1995 prEN 14490:2002 Execution of special geotechnical works – Soil nailing. Technical Committee CEN/TC 288, draft for public comment, June 2002. CIRIA C637 Soil Nailing best practice guidance, A. Phear, C. Dew, B. Ozsoy, N.J. Wharmby, J. Judge, A.D. Barley, London 2005. Literatuur Dijkdeuvels Deelaspect Het boren van gaten: • Piepers, T.P.H. e.a. Stump Funderingstechniek. • Langhorst, P.H. - BAM Grondtechniek, Micropalen maximaal aantrekkelijk?!. Geotechniek oktober 2006. Groutankers: ontwerp en duurzaamheid. Geotechniek juli 2002. • Langhorst, P.H. - BAM Grondtechniek. Bouwput Interpolis Tilburg. Geotechniek april 2001. Hoog belaste strengenankers, Open sprekersdag TU Delft, 24 maart 1998. Deelaspect Geotextiel en het onder druk vullen van rondgeweven geotextiel: • Onderhogen: Van idee tot uitvoering. Ministerie Verkeer en Waterstaat; Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde; 17 december 2004. • Huiden, E.J. – BAM Grondtechniek, Innovatieproject ‘Onderhogen’, Proeven A15/A16. Maart 2002. 104


5/16/07 3:00:56 PM


Rappor t 219

• Huiden, E.J. – BAM Grondtechniek, N11, Onderhogen bij kunstwerk N11. Januari 2003. • Huiden, E.J. – BAM Grondtechniek, Onderhogen, Proeven bij Slufter. Januari 2004. Deelaspect Cement-bentoniet • CUR-publicatie 189, Cementbentoniet schermen. CUR, Gouda, 1997. • CUR-Aanbeveling 84, Cementbentoniet wanden. CUR, Gouda, 2002. • Huesker Synthetics GmbH; website www.huesker.com • www.dijkdeuvel.nl

105


5/16/07 3:00:56 PM

Bijlage A

Analyse van risico’s en maatregelen MIP Tabel 1 FMEA - ontwerpen voorbereidingsfase no.

O1

O2

O3

O4

Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

verzamelen basisgegevens en vaststellen ontwerpuitgangspunten Onjuiste functionele ontwerpeisen (levensduur, gewenste betrouwbaarheid, hydraulische randvoorwaarden)

Onjuiste geotechnische en milieutechnische randvoorwaarden bodem

keuze ontwerp principe en mengtechniek (schetsontwerp) Onjuiste keuze ontwerpprincipe

Gekozen mengtechniek niet geschikt

Effect

• Onvoldoende kennis van

• onjuiste ontwerpuitwaterkeringen (mogelijke gangspunten, fout faalmechanismen) ontwerp, vertraging • Onvoldoende afstemming • in ontwerp onvolmet waterschap en provincie doende rekeing • Onjuiste informatie wordt gehouden met verstrekt aan ontwerpers kenlpunten vanuit • Randvoorwaarden omgeving omgeving, ontwerponvoldoende bekend aanpassing • te weinig bodemonderzoek (geotechnisch en milieukundig) • onjuiste informatie wordt verstrekt aan ontwerpers • het gewenste bodemonderzoek is niet beschikbaar • bodemonderzoek verkeerd uitgevoerd

• aanvullend bodemonderzoek uitvoeren, vertraging • onjuiste ontwerpuitgangspunten, fout ontwerp, vertraging

• onvoldoende kennis van

• bijstelling laat in project met consequenties voor ontwerp • te dure oplossing

faalmechanisme en gedrag MIP • onvoldoende economische optimalisatie • onvoldoende afweging met alternatieve ontwerpmethoden • materieel niet geschikt voor • bijstelling laat de specifieke situatie in project met • onvoldoende oog voor kosten consequenties voor ontwerp • te dure oplossing

Beheersmaatregel

No. maatregel

• Minimum eisen te stellen aan ontwerp(ers) • Kwaliteitscontrole ontwerp / second opinion • Afstemming met waterschap en provincie • Goede inventarisatie van omgevingseffecten in begin stadium ontwerp • Beschikbare gegevens toetsen op volledigheid en juistheid • bodemonderzoek toetsen op kwaliteit, gebruikte normen

O 1-1 1

• verschillende principes evalueren in ontwerpstadium

O 3-1 1

O 1-2 2 O 1-3 3 O 1-4 4

O 2-1 1 O 2-1 1

• verschillende mengmethoden evalueren in ontwerpstadium

O 4-1 1

106


5/16/07 3:00:57 PM


Rappor t 219

Tabel 1 FMEA - ontwerpen voorbereidingsfase no.

O4

O5

Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

ontwerpberekeningen (voorontwerp/ definitief ontwerp) Faalmechanismen over het hoofd gezien

Ontwerpsterkte MIP te laag ingeschat

• Onvoldoende kennis van MIP • Ontwerpbepalende of van waterkeringen mechanisme wordt over het hoofd gezien • Onvoldoende ervaring met • Ontwerpaanpassing MIP, onvoldoende geschikttijdens de uitvoeheidsonderzoek ring, zie FMEA • effect van spreiding of resiUitvoering duele sterkte op de ontwerp- • Ontwerpaanpassing sterkte groter dan verwacht • Onvoldoende geanticipeerd op nieuwe informatie of waarschuwingen

O6

O6

O7

Ontwerpberekening onjuist

Ontwerp niet goedgekeurd

keuze mix variabelen (procesontwerp) verkeerde bindermaterialen

Effect

• niet de juiste richtlijnen of normen gebruikt • rekenprogrammatuur verkeerd gebruikt • discussies over ontwerpuitgangspunten

• stabilisatie effect van bindermateriaal onvoldoende geevalueerd • lange duur gedrag onvoldoende onderzocht

tijdens de uitvoering, zie FMEA Uitvoering • Over het hoofd zien van ontwerpbepalende eigenschappen • Ontwerpveiligheid wordt niet gehaald

• ontwerpaanpassing, vertraging

Beheersmaatregel

No. maatregel

• Literatuuronderzoek, aanbevelingen Eurocode • Afstemming met TAW • zie beheersmaatregelen onder “keuze mix variabelen” • Afstemming met TAW • second opinion door

O 4-1 1

O 4-2 2 O 5-3 3

O 4-2 O 5-4 4

onafhankelijke MIP expert(s)

• Minimum eisen te stellen aan ontwerp(ers) • Kwaliteitscontrole ontwerp / second opinion • Duidelijke afspraken over ontwerpfasering (bijv. VO, DO en aanpassingen in uitvoering) en goedkeuringsprocedure

• verrassingen tijdens • geschiktheidsonderuitvoering (bij conzoek op aanwezige trole) grondsoort (geotech• sterkte kan over nisch onderzoek op lange duur niet worin het laboratorium den gegarandeerd gemixte monsters) • literatuuronderzoek • praktijktest • duurzaamheidsonderzoek • meten zuurgraad bodem en evalueren effect op MIP (bijv. d.m.v. pinhole of erosie test)

O 1-1 O 1-2 O 6-1 1

O 7-1 1

O 7-2 2 O 7-3 3 O 7-4 4 O 7-5 5

107


5/16/07 3:00:58 PM

Tabel 1 FMEA - ontwerpen voorbereidingsfase no.

O8

O9

Gebeurtenis keuze mix variabelen (procesontwerp) te lage hoeveelheid binder

te hoge hoeveelheid

O 11

Effect

• onvolledig geschiktheidson-

• gewenste • geschiktheidsonderzoek op aansterkte wordt wezige grondsoort (geotechnisch niet bereikt onderzoek op in het laboratorium gemixte monsters) • onvodoende aandacht voor omrekenen van laboratorium omstandigheden naar veldomstandigheden • praktijktest • opname • geschiktheidsonderzoek op aan-

derzoek • vertaling van laboratoriumonderzoek naar veldomstandigheden niet juist

• onvolledig geschiktheidsonderzoek

binder

O 10

Mogelijke oorzaak

te lage mix-intensiteit (blade rotation number)

vergunningentraject geen vergunning om project te starten

Beheersmaatregel

capaciteit van de grond wordt overschreden. Cement komt boven maaiveld uit • onvolledig geschiktheidson- • slechte derzoek spreiding • vertaling van laboratoriumvan cement onderzoek naar veldomstanbinnen het digheden niet juist blok

wezige grondsoort (geotechnisch onderzoek op in het laboratorium gemixte monsters) • goede afstemming mix equipement en binder hoeveelheid (bijv. mixen met waterinjectie)

• vergunning te laat aange-

• tijdig (en centraal) overleg over vergunningverlenende instanties • juiste voorlichting van voorgestelde werkzaamheden • Duidelijkheid over eigendomsgrenzen in/voor haalbaarheidsfase van ontwerpproces.

• vertraging

vraagd

• MIP toepassing buiten • vertraging eigendomsgrenzen waterof vervalschap len van MIP • in projectgebied gelden zeer optie strenge provinciale eisen • MIP variant (bijv. natuurbeschermingshier niet gebied) toepasbaar • werk voldoent niet aan eisen vergunning (bijv. werktijden) • werk kan slechts in een bepaalde tijd van het jaar worden uitgevoerd (niet in broedseizoenen, open seizoen waterkering) • geen overeenstemming over te treffen maatregelen

No. maatregel

O 7-1

O 8-1 1

O 7-3 O 7-1

O 9-1 1

O 7-1 • geschiktheidsonderzoek op aanwezige grondsoort (geotechnisch onderzoek op in het laboratorium gemixte monsters) • literatuuronderzoek • praktijktest

O 7-2 O 7-3

O 11-1 1 O 11-2 2 O 11-3 3

108


5/16/07 3:00:59 PM


Rappor t 219

Tabel 2 FMEA - uitvoeringsfase no.

Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

Effect

Beheersmaatregel

No. maatregel

U1

Effect van uitvoering op omgeving weg op kruin gedeeltelijk of geheel afgesloten

• werken vanaf de kruin

• verkeershinder

• tijdig vergunning aanvragen bij gemeente en provincie

U 1-1 1

• geluidsoverlast omgeving

• werktijden in vergunning aangegeven • communicatie met omgeving

U 2-2 2

• gebruik rijplaten • communicatie met omgeving • gebruik rijplaten en duidelijke

U 3-4 4 U 2-3

U2

U3

en aanvoer cement

• geluid an aggregaat en materieel

geluidsoverlast

tijdelijke schade aan wegen en terreinen

• schade door rupsvoertuigen en zwaar

• scheuren in weg

materieel • schade door rupsvoertuigen en zwaar materieel • cement dat naar boven wordt gevoerd bij mixen

• spoorvorming • tijdelijke cementhopen op maaiveld

U 2-3 3

U 3-5 5 afspraken over periode van herstel terreinen (inzaaien etc.) • afspraken over wijze en periU 3-6 6 ode van herstel

U4

tijdelijk verwijderen van eigendommen blow-out

• eigendommen staan in de weg (hekken, struiken, opslagmateriaal, etc..)

• tijdelijke hinder/ schade omwonenden

• afspraken over wijze en periode van herstel

U5

welvorming via sondeer- of boorgat

• te weinig afdekking in verhouding tot luchtdruk

• kortstondig ontstaan van stofwolken

• werken met water injectie bij mixen • instellingen boorcomputer • beschermbak tegen blow-out

U 5-1 1

• niet goed afdichten van gaten

• welvorming

• afdichten sondeer- en boorgaten

U 6-1 1

U6

U 5-2 2 U 5-3 3

109


5/16/07 3:00:59 PM


Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

Effect

Beheersmaatregel

No. maatregel

U7

Toegang terrein en werkbaarheid materieel Steiler talud

• onvoldoende profiel-

• controle geometrie voorafgaand aan de uitvoering • uitvoering vanaf de kruin van de dijk of d.m.v. prefab platform • ontwerp controleren/ wijzigen, toegespitst op lokale omstandigheden. • Werken vanaf een prefab platform • werken vanaf een tijdelijk aan te leggen middenberm (of terras) • ontwerp controleren/ wijzigen, toe-

U 7-1 1

• materieel te zwaar;

• aanpassen ontwerp • aangepast ontwerp moeilijk uitvoerbaar • aanpassen ontwerp • aanpassen uitvoering bijv. werken vanaf prefab platform • ontwerpfase /

te hoge locale bodembelastingen • Onvoldoende onderzoek,

uitvoeringsfase • Uitvoering vanuit terras in talud niet meer mogelijk

• Stabiliteitsprobleem dijktalud door inkassing in dijk t.g.v. hoge verkeersbelastingen; • Onvoldoende onderzoek, • geen, onjuiste of onvolledige informatie omtrent aanwezige objecten en obstakels

• ontwerpfase / uitvoeringsfase • Uitvoering vanuit terras in talud niet meer mogelijk

gespitst op lokale omstandigheden. • Belastingen spreiden; gebruik maken van draglineschotten. • Werken vanaf een prefab platform • werken buiten hoogwaterseizoen • ontwerp controleren/ wijzigen, toegespitst op lokale omstandigheden • verkeersbelasting verminderen (wegafsluiting) • uitvoeringswijze wijzigen • werken buiten hoogwaterseizoen

• ontwerp wijzigen, toegespitst op lokale omstandigheden.

• voorafgaand aan uitvoering KLICmelding doen • vooronderzoek aanwezige obstakels uitvoeren

U 11-1 1

• harde laag • obstakels (bomen, explosieven) • reeds verharde MIP kolommen • dikke vaste zandlaag

• kolom kan niet over gehele lengte worden gemaakt

U 12-1 1

• te weinig ruimte door steil talud • te weinig ruimte door aanwezigheid van woning; • bovengrondse obstakels

• ontwerpfase / uiitvoeringsfase • onvolledige stabilisatie

• voldoende onderzoek in ontwerpfase en praktijkfase • extra kolom aanbrengen • uitvoeren met kleinere kolomdiameter • controleren van ontwerp i.g.v. van onvolkomenheden bij het ontwerp • ontwerp controleren/ wijzigen, toegespitst op lokale omstandigheden. • Meer binder toevoegen

U8

U9

Uitvoering niet mogelijk met kraan op de kruin van de dijk lokale afschuiving onderste deel dijktalud door overbelasting

U 10 lokale afschuiving bovenste deel dijktalud door overbelasting

U 11 Aantreffen onvoorzien object/obstakel in bodem

U 12 mengkop komt niet op diepte

U 13 Te weinig ruimte om stabilisatie aan te brengen

metingen • verkeerde profielmetingen • beperkte reikwijdte mixkraan

U 7-2 2 U 8-1 1 U 8-2 2 U 8-3 3 U 9-1 1 U 9-2 2 U 9-3 3 U 9-4 4 U 10-1 1 U 10-2 2 U 10-3 3 U 10-4 4

U 11-2 2

U 12-2 2 U 12-3 3 U 12-4 4 U 13-1 1 U 13-2 2

110


5/16/07 3:01:00 PM


Rappor t 219


Gebeurtenis

Plaatsbepaling te mixen kolommen U 14 Mixed in place niet op juiste plaats

Mixproces U 15 binder verhardt niet goed U 16 Te weinig binder toegevoegd

Mogelijke oorzaak

Effect

Beheersmaatregel

No. maatregel

• locatie goed van te

• verwarring in veld, blokken op verkeerde plaats • uitvoeringsfase/ gebruiksfase • op bepaalde plaatsen teveel en op ander plaatsen te weinig binder.

• duidelijke en volledige werktekening (RD co-ordinaten) • Hellingmetingen in twee richtingen • controle diepte • controle locatie middel plaatsbepalingsysteem o.g. • locatie blokken “verklikken” na uitvoering (RD-co-ordinaten) • calibratie meetaparatuur

U 14-1 1

• uitvoeringsfase/ gebruiksfase: • uitvoeringsfase / gebruiksfase • Onvoldoende sterkte ontwikkeling • uitvoeringsfase / gebruiksfase • Ongelijkmatige sterkte ontwikkeling, grote spreiding

• goed materieel met nauwkeurige meetapparatuur • verhelpen storing • registratie cementtoevoer per diepte mengkop • opnieuw instellen boorcomputer • storing verhelpen • registratie omwentelingssnelheid per diepte en verticale snelheid van mengkop • Voldoende onderzoek vooraf (geschiktheidsonderzoek, praktijkproef) • controle van boorparameter door ervaren machinist

U 15-1 1

voren vastgelegd • verkeerde helling; • verkeerde diepte • verkeerde locatie • meetfout

• fout tijdens mengen; • storing; • verstopte leidingen, spuitmond

U 17 Onvoldoende menging

• te lage draaisnelheid; • te hoge treksnelheid; • andere bodemsamenstelling dan verondersteld

U 14-1 1 U 14-3 3 U 14-4 4 U 14-5 5 U 14-6 6

U 16-1 1 U 16-2 2 U 16-3 3 U 16-4 4 U 17-1 1

U 17-2 2

U 17-3 3

111


5/16/07 3:01:01 PM


Gebeurtenis

Kwaliteitsborging tijdens de uitvoering: kwaliteitsbeheersplan U 18 discussie over te volgen procedure voor sterktecontrole tijdens de uitvoering

Mogelijke oorzaak

Effect

• goedkeuring kwali-

• testprocedure niet geaccepteerd

teitsbeheersplan niet gegeven • testprocedure niet volledig

• er ontstaan nieuwe inzichten of onvoorziene situaties tijdens de uitvoering van de sterktecontrole

Beheersmaatregel

• pas starten met werkzaamheden na goedkeuring kwaliteitskwaliteitsbeheersplan • discussies over • duidelijke criteria opstellen testprocedure tijdens waaraan kwaliteitsbeheersplan de uitvoering moet voldoen voorafgaand aan aanbesteding door opdrachtgever. • grondige toetsing op volledig-

• testprocedure voorziet niet voor de specifieke situatie

No. maatregel

U 18-1 1

U 18-2 2

U 18-3 3

heid van kwaliteitsbeheersplan (door experts opdrachtgever) in aanbestedingsfase • rekening houden met bijstelling U 18-4 4 van kwaliteitsbeheersplan tijdens de uitvoering en bijbehorende goedkeuringsprocedure (Non-Conformance Procedures)

• er is onvoldoende • tijdig melden van nieuwe situruimte voor het atie aan opdrachtgever bijplaatsen van ko• In ontwerp voldoende ruimte lommen bij tegenvaltussen blokken aanhouden lende sterkte. Geen (bijv. uit gaan van maximale compensatie meer improvement ratio van 70%) mogelijk tijdens • committment van opdrachtuitvoering gever (en diens adviseur) voor snel doorlopen van goedkeuringsprocedure (hiermee wordt bedoeld snelle reactie tijd op bijgestelde kwaliteitsbeheersplan) • vooraf duidelijkheid omtrent goedkeuringsprocedure door opdrachtgever (organisatorisch) • vooraf duidelijkheid omtrent doorlooptijd goedkeuringsprocedure door opdrachtgever (i.v.m. effect op de planning van het project)

U 18-5 5 U 18-6 6

U 18-7 7

U 18-8 8

U 18-9 9

112


5/16/07 3:01:02 PM


Rappor t 219


Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

Effect

Kwaliteitsborging tijdens de uitvoering: kwaliteitsbeheersplan U 19 discussie over compen- • goedkeuring kwali• in kwaliteitsbeheersteitsbeheersplan niet plan voorgestelde satiewerk (te nemen gegeven maatregelen worden compenserende maatniet geaccepteerd regelen volgend uit • in kwaliteitsbeheers- • discussies over testprocedure tijdens plan is de relatie de noodzaak van de uitvoering) tussen de uitkomst compensatiewerk en van de testprocedure de omvang daarvan en compensatiewerk tijdens de uitvoering niet of onvoldoende aangegeven

• maatregelen passen niet bij specifieke situatie

Beheersmaatregel

No. maatregel

• pas starten met werkzaamheden na goedkeuring kwaliteitskwaliteitsbeheersplan

U 19-1 1

• duidelijke criteria opstellen waaraan kwaliteitsbeheersplan moet voldoen voorafgaand aan aanbesteding door opdrachtgever. • grondige toetsing op volledig-

U 19-2 2

heid van kwaliteitsbeheersplan (door experts opdrachtgever) in aanbestedingsfase • rekening houden met bijstelling van kwaliteitsbeheersplan tijdens de uitvoering en bijbehorende goedkeuringsprocedure (Non-Conformance Procedures) • tijdig melden van nieuwe situatie aan opdrachtgever • committment van opdrachtgever (en diens adviseur) voor snel doorlopen van goedkeuringsprocedure (hiermee wordt bedoeld snelle reactie tijd op bijgestelde kwaliteitsbeheersplan) • vooraf duidelijkheid omtrent goedkeuringsprocedure door opdrachtgever (organisatorisch) • vooraf duidelijkheid omtrent doorlooptijd goedkeuringsprocedure door opdrachtgever (i.v.m. effect op de planning van het project)

U 19-3 3

U 19-4 4

U 19-5 5 U 19-6 6

U 19-7 7

U 19-8 8

113


5/16/07 3:01:02 PM


Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

Kwaliteitsborging tijdens de uitvoering: testmethoden* • KPS komt niet op U 20 Column penetration diepte door aanwetest (KPS) faalt zigheid harde lagen • KPS wordt onvoldoende geleid en zoekt zwakkere zones (in test blok) op

• KPS-stang of aansluiting breekt

U 21 bij kernen of voorboren ontstaan scheuren in MIP materiaal

U 22 sterkteproeven niet op juiste wijze uitgevoerd

• te hoge boorvloeistofdruk bij uitvoeren van de kernboring of voorboren • gekernde monsters zijn gebroken of te lage booropbrengst. In geval van vergruizend voorboren is dit niet bekend • geen ervaring met beproeven MIP materiaal • onvoldoende feeling met ontwerp

Effect

Beheersmaatregel

• sterkte van de lagen • voldoende grondonderzoek vooraf onder deze harde uitvoeren om afwijkingen in de laag kunnen niet bodemopbouw vast te stellen. Bij met KPS worden het maken van testblok potentieel gecontroleerd harde lagen met lage hoeveelheid binder mixen • onderschatting van • alternatieve methode voor sterktede sterkte MIP op controle toepassen bijvoorbeeld basis van KPS laboratoriumtesten (volumege wicht+watergehalte en sterkte proeven) op gekernde monsters • sterkte van de lagen • te verwachten KPS-weerstand onder deze harde voorspellen op basis van grondonlaag kunnen niet derzoek met KPS worden • inzet van sondeerequipement gecontroleerd afstemmen op te verwachten drukweerstand • onderschatting van • voorboren / kernen, voordeel van de sterkte MIP op kernen is dat dit gecombineerd basis van KPS kan worden met monstername • sterkte MIP kan • KPS uitvoeren in een blokstabiliniet op de gewenste satie en niet op enkele kolommen diepte worden • helling in boor/kerngat meten bepaald omdat • voorboren of kernen er geen monsters • vaststellen van maximale drukbeschikbaar zijn weerstand (waarschuwingsgrens) voor het uitvoeren van een KPStest • missen van rele• kwaliteit kernboring testen aan vante informatie de hand van de booropbrengst en (bijv. geen residuele sterkte gemeten) • sterkte op onjuiste wijze bepaald

monsterkwaliteit • selectie boorfirma met aantoonbare goede ervaring met kernen op gestabiliseerd veen en klei • duidelijke specificaties laboratoriumonderzoek, normen • selectie laboratorium met aantoonbare goede ervaring met testen van gestabiliseerd veen en klei • specificaties proeven relateren aan functionele eisen vanuit ontwerp

No. maatregel

U 20-1 1

U 20-2 2

U 20-3 3

U 20-4 4

U 20-5 5

U 20-6 6 U 20-7 7 U 20-8 8 U 20-9 9

U 21-1 1

U 21-2 2

U 22-1 1 U 22-2 2

U 22-3 3

* In deze FMEA is uitgegaan van sterktebeproeving door middel van KPS-testen die op verschillende locaties in een testblok worden uitgevoerd aangevuld met laboratoriumtesten op gekernde monsters uit een testblok.

114


5/16/07 3:01:03 PM


Rappor t 219

Tabel 3 FMEA - gebruiksfase no.

Gebeurtenis

Mogelijke oorzaak

Effect

Beheersmaatregel

No. maatregel

G1

beheer en onderhoud machines rijden over / nabij de kolommen.

• Te zwaar (onderhoud)materieel

• Overschrijding belastingen

• Beheersplan voor de gebruiksfase • Monitoringsplan

G 1-1

• In ontwerp marge

G 3-1

G2

Verandering chemische samenstelling bodem en grondwater

• Overtreden beheersmaatregel • Verandering landgebruik / RO/

G 1-2

rivierbeheer: • bemesting; • zoutindringing rivier • Calamiteiiten (chemicaliën) • tankauto / giertank ongeval • lozing oppervlaktewater • vergrote kans op calamiteiten door (aanpassing rioleringstelsel, verwijderen septic tanks en dergelijke.

G3

verandering van functionele eisen Toetspeil stijgt tot boven ontwerppeil

• Klimaatsverandering

• Afname veiligheid • Kruinverhoging

G4

Maaivelddaling polder groter dan in ontwerp aangehouden waarde

• Onjuiste voorspelling

• Afname veiligheid

G5

Wijziging in ruimtegebruik op en rond dijk (bijv. verkeersbelasting)

• bijv. toename verkeersintensiteit • Afname veiligheid

aanhouden voor toekomstige ontwikkelingen • In ontwerp marge aanhouden voor toekomstige ontwikkelingen • Monitoringsplan • Beheersplan voor gebruiksfase

G 3-2

G 3-3 G 3-4

115


5/16/07 3:01:04 PM

Bijlage B

Analyse van risico’s en maatregelen Dijkvernageling Tabel 1 Onzekerheden inzake ‘dijkvernageling’ geometrie- en uitvoeringsplannen Onzekerheid

Mogelijk gevolg

Mogelijke oorzaak van onzekerheid

Fase

Mogelijke preventieve maatregel

Mogelijke correctieve Eigen maatregel ervaring

• geometrische ontwerpruimte

• aanpassing ontwerp tijdens uitvoering

• onduidelijke specificaties van O, U, G • verificatie van opgegeven x, y, • aanpassen ontwerp O, U vrije ontwerpruimte; z coördinaten; • onjuiste inmetingen; • opname van bebouwingen en andere elementen; • veranderende inzichten in waterbeleid en ruimtelijke • eenduidig haalbare specificaordening ties opnemen in Programma van Eisen; • ontwerp per sectie

• geometrische uitvoeringsruimte

• aanpassing van uitvoeringsplan

• onduidelijke specificaties inzake bebouwing; • onduidelijke specificaties inzake verkeer; • onjuiste specificaties over toegankelijkheid van werkgebied

• aanwezigheid van harde elementen en of vast gepakte lagen in en onder het dijkmassief

O, U

• alternatief uitvoe• eenduidige haalbare specificaties opnemen in ringsplan; Programma van Eisen; • aanleg tijdelijk werkwegen of • uitvoeren van inmeting van werkgebied; omleidingen • opname vooraf van staat woningen; • aandacht in MER voor omgaan met deze uitvoeringsbepalende onzekerheid; • onderbouwde keuze van geschikte uitvoeringstechniek

O, U

• beperkingen bij installatie • oude wegfunderingen; • oude taludbekledingen; • vastgepakte grondlagen; • onvoldoende historisch onderzoek, detectie en grondonderzoek; • onjuiste gegevens

O, U

• historisch onderzoek, detectie • lokaal weggraven en grondonderzoek; harde elementen; • verificatie van gegevens mid- • voorboren dels proefboringen in dijkvak; • verwijderen harde elementen; • aanpassen ontwerp c.q. uitvoeringsmethode aan situatie

O, U

• aanwezigheid van nutsvoorzieningen en kruisende hoofdleidingen

• beperkingen bij installatie; • hinder en schade aan voorzieningen

• voorziening niet opgenomen in KLIC; • onvoldoende onderzoek; • onjuiste plaatsaanduiding

O, U

• KLIC meldingen ter plaatse verifiëren; • (tijdelijk) verleggen of afschermen van kabels en leidingen

• omgevingsinvloed van installatie

• hinder omwonenden; • hinder verkeer; • beperkingen in vergunbaarheid

• onvoldoende monitoring en waarborging van uitvoeringsplan; • onvoldoende inventarisatie van omgevingsinvloeden

O, U

• voldoende praktijkgeba• aanbrengen van seerde aandacht in MER voor mitigerende vooruitvoeringshinderaspecten en zieningen; vergunbaarheid van uitvoe• aanpassen uitvoering; ringsplan • gecoördineerd overleg met gehinderde; • gemotiveerde keuze van installatietechniek ten aanzien van stof, geluid en overige hinder;

• reparatie van O, U voorzieningen; • (tijdelijk) verleggen van voorzieningen O, U

116


5/16/07 3:01:05 PM


Rappor t 219

Tabel 2 Onzekerheden inzake ‘dijkvernageling’ ontwerpen uitvoeringskwaliteit Onzekerheid

Mogelijk gevolg


• houdkracht

• uittrekken trekelement

• onvoldoende praktisch getoetst inzicht in techniek (afhankelijk van inbrengmethode)

•levensduur

• vroegtijdige aanpassing van constructie

•onderschatting levensduur; O, U, G • gebruik gecertificeerde mate- • bijplaatsen trekele- O, U, G rialen; menten • invloed van dynamisch belastingregime • grondonderzoek (chemische samenstelling, grondwaterkwaliteit); • monitoring

• treksterkte

• onder- of overschatting treksterkte

• benodigde vervorming van de O, U, G • innovatief gebruik van meer- • aanpassen trekO, U, G dijk t.b.v. sterkteontwikkeling dere modellen (o.a. EEM) sterkte en/of h.o.h. en combineren met analoge afstand trekeleervaring verankeringsconmenten; structies; • gebruik van gevalideerd rekenmodel, • laboratorium proeven korte duur – lange duur treksterkte; eventueel op te nemen in leidraad • gebruik gecertificeerde materialen; • in-situ beproeven treksterkte; • monitoren spanningen en vervormingen tijdens proef en uitvoering; • valideren gebruikte modellen met in-situ metingen

• benodigde vervor- • onder- of overschatting • onvoldoende praktisch ming dijk t.b.v. van de vervorming van de getoetst inzicht in techniek sterkteontwikkeling dijk

Fase


Mogelijke correctieve Eigen maatregel ervaring

O, U, G • innovatief gebruik van meer- • reparatie met inO, U, G dere modellen (o.a. EEM) situ injectie; en combineren met analoge • ontwerp aanpassen ervaring verankeringscon(lengte, h.o.h. structies; afstand, rondom grouten / cement • in-situ beproeven houdkracht tijdens proef en tijdens bentoniet); uitvoering; • gebruik van gevalideerd rekenmodel, • valideren gebruikte modellen met in-situ metingen eventueel op te nemen in leidraad

O, U, G • innovatief gebruik van • aanpassen trekrekenmodel (o.a. EEM) en sterkte en/of h.o.h. combineren met analoge afstand trekeleervaring; menten; • monitoren spanningen en • gebruik van gevalivervormingen tijdens proef deerd rekenmodel, en uitvoering (drukdozen of eventueel op te rekstrookjes); nemen in leidraad • valideren gebruikte modellen met in-situ metingen

117


5/16/07 3:01:06 PM

Tabel 3 Onzekerheden inzake ‘dijkvernageling’ ontwerpparameters en -methodiek Onzekerheid

Mogelijk gevolg


• grondparameters inzake stabiliteit, permeabiliteit en vervorming

• onder- of overschatting parameters

• onjuiste interpretatie veld- en O, U, G • voldoende grondonderzoek; • bijstellen ontwerp labgegevens; aan de hand van • bepaling parameterwaarden met partiële veiligheid; monitoring uitvoe• gegevens onvoldoende representatief • toepassen gebiedsrepresenta- ring tieve ervaringsgegevens; • ontwerpen per sectie; • toepassen normen en richtlijnen

• afschuifvlak (vorm) • onder- of overschatting veiligheidsfactor

• definitie vorm glijvlak in rekenmodel ligt vaak vast

• vervormingen

• te lage kruinhoogte; • schade aan panden en infrastructuur

• keuze grondvervormingsmodel en modelparameters

• stijghoogte in watervoerend pakket

• opdrijven / opbarsten bin- • variabele afzettingen door nendijkse deklaag; alluviale morfologie; • kwel; • onzekerheid waterstanden • piping

• verhang over en • opdrijven en of opbarsten • variabele afzettingen door stroming onder van binnendijkse deklaag alluviale morfologie dijkmassief met • kwel • onzekerheid in binnen- en aanwezige zandla- • piping buitenwaterstanden gen • afschuifglijvlak (vorm)

• overschatting of onder• definitie vorm glijvlak in schatting veiligheidsfactor rekenmodel ligt vaak vast;

• verhang over en stroming onder dijkmassief

• opdrijven / opbarsten bin- • variabele afzettingen door nendijkse deklaag; alluviale morfologie; • kwel; • binnen- en buitenwaterstand • piping

Fase

O, U


• meervoudige grondmodellering (EEM / Talren); • monitoren vervormingen

Mogelijke correctieve Eigen maatregel ervaring O, U, G

• aanpassen bouwfa- O, U sering, • aanpassen ontwerp

O, U, G • monitoren vervormingen; • gebruik van verbe- O, U, G terd rekenmodel; • gebruik ervaringsgegevens; • expertpredictie middels EEM • aanpassen ontwerp modellering O, U, G • toepassen normen en richtlij- • bijstellen ontwerp nen; aan de hand van • toepassen gebiedsrepresenta- monitoring uitvoetieve ervaringsgegevens; ring; • ontwerpen per sectie; • ballasten lek; • plaatsen voldoende peilbui- • afvoeren water zen

O, U

O, U, G • toepassen van normen en richtlijnen • conservatieve aanname van maatgevende ontwerpconditie • voldoende grondonderzoek • ontwerpen per sectie

O, U, G

O, U

• inbrengen scherm • aanbrengen filter • afvoeren water • ballasten wel • ontwerp bijstellen

• meervoudige grondmodelle- • aanpassen bouwfa- O, U ring (EEM 2D en lamellenmo- sering del) • aanpassen ontwerp • monitoren vervormingen

O, U, G • voldoende grondonderzoek; • conservatieve aanname maatgevende ontwerpconditie; • ontwerpen per sectie; • monitoren; • toepassen normen en richtlijnen

• inbrengen scherm; O, U, G • aanbrengen filter; • ballasten lek; • afvoeren water; • aanpassen ontwerp

• wateroverspanning • onder- of overschatting veiligheidsfactor

• wateroverspanning afhankelijk van spanningspad

• kwel / piping

• onder- of overschatting kwel/piping

• onder- of overschatting verschilwaterstanden

O, U, G • conservatief model (Bligh / Lane); • monitoren

• niet-stationaire grondwaterstroming

• onder- of overschatting freatische lijn

• duur van hoog water

O, U, G • uitgaan van stationaire verza- • gebruik van gevali- O, U, G digde situatie; deerde tijdsafhankelijk rekenmodel; • toepassen normen en richtlijnen; • aanpassen ontwerp • monitoren

O, U

• monitoren wateroverspannin- • aanpassen bouwfa- O, U gen; sering; • toepassen normen en richtlij- • aanpassen ontwerp nen O, U, G • toepassen rekenmodel Sellmeijer • aanpassen ontwerp

118


5/16/07 3:01:07 PM

Woord vooraf. CUR Bouw & Infra Rappor t 219

Recommend Documents