ontwerpmethodiek dijken op veen

Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

Inhoud

2 april 2015 2

• Waarom onderzoek naar sterkte veen • Onderzoeksdoelen • Relatie met andere projecten

• Terugblik veldproeven • Werkwijze op hoofdlijnen • Stappenplan


Praktijkonderzoek

Versterking Markermeerdijken Experts:

• Kennislacune sterkte veen • Voorgeschreven rekenmodellen voor veen

Praktijkonderzoek is:

• Uniek • Geen variantstudie voor Markermeerdijken • Toegepast wetenschappelijk onderzoek

Aanleiding

Eigenschappen veen

15 april 2015

DSS test Triaxiaal proef Celproef

Laboratoriumonderzoek

Onderzoeksdoelen 1. HHNK/HWBP:

• Sterkte veen • Check geschiktheid rekenmethoden voor veen

2. RWS: • Verdiepen van inzicht in sterkte eigenschappen, gedrag

en faalmechanismen van veen onder dijken • Bepalen nut & noodzaak aanvullend onderzoek • Bepalen nut & noodzaak aanpassen rekensystematiek

3. Toepasbaar maken resultaten Dijken op veen 1

voor MMD

Eis: resultaten representatief & breed gedragen door experts! Afstemming met WTI 2017

Nieuwe werkwijze moet wel veilig zijn Daarom veiligheidsfilosofie nodig voor werkwijze Dit houdt in: Afleiden materiaalfactoren in relatie tot de andere partiële veiligheidsfactoren Belang bij kennis uit WTI 2017; In WTI reeds gestart met afleiden veiligheidsfactoren MMD niet in eerstvolgende toetsronde meteen afkeuren Aansluiting gezocht bij WTI2017 en OI2014

Inpassing in de veiligheidsfilosofie

Relatie met WTI (WettelijkToetsInstrumentarium)

• Zelfde schuifsterktemodel met ongedraineerde schuifsterkte voor klei en veen (CSSM) • Onderscheid tussen gedraineerd en ongedraineerd • Rekenen met bezwijksterkte van grond • In situ toestand van grond in rekening brengen

(grensspanning of OCR) en onderscheid tussen normaal geconsolideerd gedrag en overgeconsolideerd gedrag

• Parameterbepaling vergelijkbaar: DSS voor veen en triaxiaal voor klei; gebruik van sonderingen

Zeer binnenkort meer informatie op Helpdesk Water

Verschil toetsen en ontwerpen

Toetsen voor periode van 12 jaar Ontwerpen voor langere termijn Binnen toetsen van grof naar fijn Bij ontwerpen meer informatie nodig Rekening houden met effect versterking, Na ophoging andere spanningen in de ondergrond

Overige relaties

POV (ProjectOverstijgendeVerkenning) Macrostabiliteit Ontwerpinstrumentarium STOWA; regionale keringen

Werkwijze

Producten: • Protocollen parameterbepaling; hoe parameters bepalen • Geoptimaliseerd rekenmodel;

• Hoe parameters in rekenmodel gebruiken • Hoe met rekenmodel stabiliteit dijken op veen bepalen • Stappenplan • Inclusief software specifiek voor Markermeerdijken • Bijbehorende veiligheidsfilosofie

Dit omvat niet: • Grondonderzoek over hele traject • Andere faalmechanismen dan macrostabiliteit • Landelijk toepasbaar model (bijv. situaties met opdrijven) • Andere parameters dan veen • Ontwerp Markermeerdijken zelf

2 april 2015 14

• Waarom onderzoek naar sterkte veen • Onderzoeksdoelen • Relatie met andere projecten

• Terugblik veldproeven • Werkwijze op hoofdlijnen • Stappenplan


Inhoud (herhaling)

Basisgedachte veldproeven

2 april 2015 15 Ontwerpmethodiek Dijken op Veen

• Opwekken glijvlak door veen (en alleen veen) • Vaststellen gemobiliseerde schuifweerstand langs glijvlak • Vergelijken gemobiliseerde weerstand met de huidige

voorschriften en beschikbare alternatieven • Het opwekken van een afschuiving dient veilig en

gecontroleerd plaats te vinden

Opzet veldproeven


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

Vaststellen faalmechanisme


gemeten horizontale verplaatsingen horizontale scheur en verschillende kleine scheuren

primaire verticale scheur

secundaire verticale scheur

container

Proef 1 en 2

Samenvatting resultaten veldproeven


proef su [kPa] 1 7,4 2 7,3 4 (13,2) 5 8,5 6 8,9 6 12,6 / 5,5

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-10 5 10 15 20 25

Die

pte

[NAP

m]

su [kN/m2]

su (bol sonde)DSS-proevenveldproef 1veldproef 2

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-10 5 10 15 20 25

Die

pte

[NAP

m]

su [kPa]

B33 (vooraf)

B40e (13 nov 2012)

B41 (16 jan 2013)

B46 (na afloop)

field vane (vooraf)

field vane (na afloop)

field vane (na afloop)

(EEM, PLAXIS MC-model)

Conclusie veldproeven

2 april 2015 19

• Berekeningen conform huidige werkwijze geven te lage stabiliteit, gevolg van lage waarde c’ en lage spanning waardoor ϕ’ geen bijdrage levert aan sterkte.

• Berekeningen met su sluit goed aan bij waarnemingen proef • Beste overeenkomst tussen DSS proeven bij terreinspanning

met veldwaarnemingen • EEM geeft in analyse achteraf goed resultaten, voorspelling

lastig • Problemen met:

• Lage spanningen • Grote vervormingen


Werkwijze (hoofdlijn)

2 april 2015 20

• Aansluiten bij WTI • Critical state soil mechanics / Ongedraineerde sterkte

eigenschappen • SHANSEP benadering • Correlaties met sondeerweerstanden

• IJkvelden • Rekenprofielen

Basis:


' , ,'

mvy u

u vv vy

s CR RRs S S mCR

σσ

σ σ −

= = =

Ladd & Foot (1974) Ladd (1991)


2 april 2015 21

• Resultaten veldproeven in SHANSEP raamwerk • Bezwijken snel ten opzichte van consolidatiegedrag

(onder)grond; su bepaald door spanningscondities net voor bezwijken

• Sterkte ondergrond bepaald aan de hand van sondeerwaarden, echter sondering niet tijdens maatgevende omstandigheden uitgevoerd soms correctie nodig


0 5 10 15 20 250

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

σ'v [kPa]

τ [

kPa]

fit test 6Field test 1Field test 2Field test 4Field test 5Field test 6Triax testsDSS tests

τ = 0.60(OCR)0.9σ'v


2 april 2015 22

• Door indringing buitenwater (extreme neerslag) veranderen waterspanningen en daardoor effectieve spanningen, gevolg verandering su

• De grootte van de verandering su hangt af van spannings-verandering en waarde m

• Voor m = 1 geen verandering su


' , ,'

mvy u

u vv vy

s CR RRs S S mCR

σσ

σ σ −

= = =


2 april 2015 23

• Uitgangspunt critical state sterkte, vertaalt naar ultimate strength (sterkte bij einde proef)

• Pieksterkte eveneens mogelijk, echter dan onderscheid maken naar actief, passief en simple shear. Voor bestaande dijken is dit onderscheid niet evident als gevolg van spanningsrotatie

• WTI geeft mogelijkheid rekenen met pieksterkte als toets op maat


Werkwijze Dijken op Veen – 9 stappen

2 april 2015 24

1. Keuze dwarsprofielen 2. Uitvoeren terreinwerkzaamheden 3. Uitvoeren laboratoriumproeven 4. Opstellen correlaties 5. Bepaling rekenparameters 6. Bepaling overige uitgangspunten 7. Ontwerp 0-variant 8. Ontwerp dijkversterking 9. Niet Dijken op Veen ger. aspecten


Stap 1 – Keuze dwarsprofielen

2 april 2015 25

• Correlaties worden opgesteld ter plaatse van ijkvelden, deze dienen representatief te zijn voor het traject

• In rekenprofielen worden sonderingen uitgevoerd voor het bepalen van sterkte-profielen

• Keuze representatieve dwarsprofielen vergelijkbaar met gangbare praktijk, op basis van ondergrond, geometrie en eventueel variatie in belastingen


Stap 1 – Keuze dwarsprofielen

2 april 2015 26

• Voor goede keuze dwarsprofielen, goede schematisatie ondergrond noodzakelijk

• Vanuit Dijken op Veen onderzoek speciale aandacht voor karakterisatie veenlagen

• Onderscheid in veen -, en Gyttja / Detritus lagen


Detailopname Zeggeveen

Stap 2 – Uitvoeren terreinwerkzaamheden

2 april 2015 27

• Uitvoeren boringen en sonderingen op de ijkvelden t.b.v. opstellen correlaties

• Uitvoeren sonderingen ter plaatse van de rekenprofielen

• Bolsonde metingen t.p.v. teen / achterland, sondering met waterspanningsmeting t.p.v. berm en kruin

• Belangrijk is een nauwkeurige meting van zowel puntweerstand als waterspanning (u2)

• Protocol voor sondeerwerk wordt opgesteld in WTI onderzoek


Stap 3 – Uitvoeren laboratoriumproeven

2 april 2015 28

• Uitgangspunt DSS proef voor veen, triaxiale compressieproef voor klei

• T.b.v. correlatie proeven uitvoeren bij terreinspanning

• Sterkte bepalen bij grote rek • Eventueel extra proeven t.b.v.

dijkversterking • Ook informatie over volume

gewicht, grensspanning en m-parameter nodig (samendrukkingsproeven)


Stap 4 – Opstellen correlaties


( ) 2 01;c v b

kt bu u

q a u qN Ns s

σ+ − += =

N Conus 14,6

Bol-sonde 18,2

Nauwkeurigheden komen samen u2

An

Ac

Wrijvingsmantel

Conus

Stap 5 – Bepaling rekenparameters

2 april 2015 30

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

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


1

,, , , ,

,

''

m

v uu kar u u kar i

v i

s sσσ

−

=

, ,,

u kar uu d

m

ss

γ=


2 april 2015 31

Bepaling verwachtingswaarde met computerprogramma DOV Soilmodel: • Keuze laagscheidingen • Berekenen su verloop

m.b.v. correlaties • Lineariseren - bepaal

waarde boven en onderzijde laag


sondering interpretatie linearisatie


2 april 2015 32

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

werkwijze



2 april 2015 33

Bepaling materiaalfactor γm: • Grootte materiaalfactor afhankelijke van andere

onderdelen in veiligheidsfilosofie, met name schadefactor γn

• Bij 0-variant levensduurbenadering, daadwerkelijk ontwerp jaarkansfilosofie


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

Jaarkansfilosofie basis-β = 4,8 ontwerp dijkversterking


Bepaling veiligheidsfactor γm: Bepaling γ in overeenstemming met WTI en gecontroleerd met probabilistische berekening van situatie die net voldoet aan schadefactor

2 april 2015 Ontwerpmethodiek Dijken op Veen 34

Pf berekend 1)

Pf norm 2)

Pfnorm/Pf berek.

Pf berekend 1)

Pf norm 2)

Pfnorm/Pf berek.

[-] [-] [-] [-] [-] [-]Uitdam Dijk28 Dp 72 9,76E-11 6,03E-08 618 3,94E-08 6,03E-07 15Durgerdam Dijk28 Dp 146 2,28E-12 6,03E-08 26447 1,73E-08 6,03E-07 35

Jaarkansfilosofie Levensduurfilosofie (referentieperiode 10 jaar)

1) Berekende faalkans inclusief waterstandstatistiek2) Faalkansnorm

Dwarsprofiel

Profiel 1 Profiel 2

Stap 6 – Bepaling overige uitgangspunten

2 april 2015 35

• Ondergrondschematisatie • Extra aandacht voor veenlagen

• Maatgevende belasting • Bij levensduurbenadering wijzigt MHW

• Grondwaterstand en stijghoogtes • Indringing grondwater van belang bij bepaling sterkte

• Vaststellen criterium, SF ≥ γr: • Schematiseringsfactor, γb • Modelfactor, γd

• Schadefactor, γn • Criterium, γr = γb γd γn

• Overig • Zie huidige werkwijze


Stap 7 – Ontwerp 0 variant

2 april 2015 36

• 3 modellen toepassen, laagste maatgevend, bij groot verschil toelichten

• Bishop en LiftVan als richtwaarde voor Spencer van der Meij


Spencer van der Meij, SF = 1,24

LiftVan, SF = 1,27 Bishop, SF = 1,28

Stap 8 – Ontwerp dijkversterking

2 april 2015 37

• Overstap naar jaarkansbenadering, let op MHW • Sterkte parameters nodig ter plaatse van dijkversterking

• Op locaties waar spanningscondities niet veranderen, toepassen correlaties met sonderingen

• Op overige locaties toekomstige sterkte bepalen


Stap 8 – Ontwerp dijkversterking

2 april 2015 38

• Toekomstige spanning, σ’vu hoger dan huidige grensspanning:

• S volgt uit laboratoriumproeven. Dit is de sterkte net na consolidatie, POP = 0

• Toekomstige spanning, σ’vu lager dan huidige grensspanning:


' ,'u

u vuvy

ss S Sσσ

= =

' , ,'

mvy u

u vv vy

s CR RRs S S mCR

σσ

σ σ −

= = =

Stap 9 – Niet Dijken op Veen ger. aspecten

2 april 2015 39

In ontwerp spelen ook andere aspecten een rol: • Dijken op Veen gaat alleen over macrostabiliteit, er zijn

ook andere faalmechanismen • Zonering • Stabiliteit extreme neerslag • Gebruik gezette geometrie


Samenvatting

2 april 2015 40

Uit de veldproeven blijkt dat veen sterker is dan volgt uit de vigerende werkwijze

Het Dijken op Veen onderzoek heeft een werkwijze voor het

berekenen van de stabiliteit van dijken op een veenondergrond opgeleverd

De werkwijze gaat uit van ongedraineerde sterkte

eigenschappen en SHANSEP benadering Sterkte parameters gecorreleerd aan veldsonde metingen,

inzicht in lokale sterkte De werkwijze sluit aan op WTI, dus ontwerp is ook toetsbaar


Aanvraag rapporten: [email protected] Meer informatie: [email protected]

Aanmelden tweede webinar: https://www.deltares.nl/nl/academy-cursussen/


Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

Aanvraag rapporten: [email protected] Meer informatie: [email protected]

Aanmelden tweede webinar: https://www.deltares.nl/nl/academy-cursussen/

ontwerpmethodiek dijken op veen

Documents