POV-Macrostabiliteit - stabiliteitsverhogende langsconstructies
- vernieuwde ontwerpmethodiek
Arny Lengkeek en Helle Larsen POVM
Inhoud presentatie • Deel 1: Basisrapport EEM • Arny Lengkeek
• Deel 2: POVM Publicatie langsconstructies • Helle Larsen
Basisrapport EEM EEM toepassing binnen het ontwerp - aanwijzingen - voorbeelden
Arny Lengkeek Witteveen+Bos
Stabiliteitsverhogende langsconstructies ˗ Nodig wanneer er geen ruimte is voor een versterking in grond • Damwanden ˗ Langsconstructies o Verankerd en onverankerd o Met en zonder openingen (panelen) • Diepwanden en barettewanden • Kistdammen • Combiwanden ˗ Vernageling (bij beperkt veiligheidstekort) • Boorpalen • Soil-mix blokken • Dijkdeuvels •
Klassiek en JLD (voorgespannen) 4
Wat geeft u mee bij de uitvraag en het contract? Anno 1900 (Markermeerdijken)
5
Wat geeft u mee bij de uitvraag en het contract? ˗ Anno 2018:
•
Wettelijke kaders: WBI en NEN/CUR166
•
OI2014
•
Grondslagen voor hoogwaterbescherming
˗ Deels verouderd en/of inconsistent: •
Ontwerprichtlijn voor stabiliteitsschermen (OSPW)
•
CUR219 voor vernageling/MIP/dijkdeuvels
•
Leidraad kunstwerken
•
Technische rapporten 6
Daarom: POV Publicaties en Basisrapport EEM
7
Inhoudelijke bijdragen vanuit:
..en een brede klankbordgroep
8
Waar gaan de publicaties op in? ˗
Ontwerp en (EEM) modellering
˗
Alternatievenafweging
˗
Uitvoeringsaspecten
˗
Detaillering
˗
Beheer & onderhoud
˗
Monitoring
˗
Randvoorwaarden tbv toekomstige toetsingen
˗
Aanpasbaarheid/uitbreidbaarheid, toekomstbestendig, duurzaamheid
˗
Interactie tussen faalmechanismen
˗
Interactie met omgeving 9
Gevolgd proces voor B-EEM versie 1.1
Aug 2017
Review oude/huidige ontwerpkaders en praktijkervaringen Discussie over de gewenste EEM invulling Opstellen EEM versie 1.0: voorstel voor uniformering Dec 2017 Consequentie- analyse (wat doet er wel/niet toe) Uitvoeren voorbeelden en vergelijkingen Opstellen EEM toepassing binnen het ontwerp (v 1.0) aanwijzingen en voorbeelden
Juli 2018
Afstemming en interactie via wekelijkse samenwerkingsdagen 10
Basisrapport EEM (B-EEM) Versie dec 2017: ˗
Voorstel voor de uniforme veiligheidsfilosofie en
de EEM toepassing (PLAXIS) ˗
Achtergrond document
Versie juli 2018 (1.0): ˗
Aanwijzingen en voorbeelden voor het met EEM ontwerpen van constructief versterkte dijken
11
Inhoud B-EEM, versie 1.0 ˗
Aanwijzingen voor het ontwerpen met EEM
˗
Voorbeelden voor verankerde damwand*, soilmix blokken, vernageling en JLD
˗
Een vergelijkend versterkingsontwerp in grond
˗
Een vergelijking van het EEM damwandontwerp met een ontwerp volgens de OSPW
˗
Een vergelijking van EEM voorspellingen met de in een praktijkproef waargenomen vervorming en stabiliteit van een gronddijk
Alle voorbeelden zijn gebaseerd op dezelfde case (Bergambacht)
Uitbreiding met onverankerde stabiliteitswand volgt in versie 1.1 12
Na oplevering is regelmatig actualisatie nodig Via POV 2.0
Update WBI, Update B-EEM mogelijkheden of terugkoppeling vanuit projecten
Aanpassing B-EEM en/of POV publicaties
Voorstel voor aanpassing
Uitvoeren consequentieanalyse 13
Beperking: alleen ontwerp t.b.v. waterveiligheid (Nog) geen uitwerking volgens de Eurocode: ˗
In ieder geval van toepassing bij
•
Objecten in/naast dijk (huis, weg, leiding, L-muur)
•
Gecombineerde functies (waterkerend/piping, kademuur)
Voorbeeld combinatie: kademuur en waterkering
14
Belangrijkste wijzigingen t.o.v. OSPW Veiligheidsfilosofie: ˗ Faalkanseis en “schadefactor “ volgens WBI/OI2014
˗ Eenvoudiger verdeling over constructief en geotechnisch falen, zonder verdere decompositie. ˗ Belasting-effectfactoren en materiaalfactoren volgens NEN/CUR166 ˗ Mogelijkheid voor vervormingeisen “op maat” EEM: ˗ Materiaalmodellering volgens WBI (critical state, ongedraineerd) ˗ Impliciete toets op verticaal evenwicht binnen de EEM berekening 15
Aanwijzingen en uitgewerkt voorbeeld voor: Bepaling grondparameters: ˗ Zand: Hardening Soil
˗ Klei en veen gedraineerd: Soft Soil (Creep) ˗ Klei en veen, ongedraineerd: SHANSEP NGI-ADP Bepaling grensspanningsveld Bepaling stijghoogteverloop, incl. modellering grenspotentiaal Bepaling aparte schematiseringsfactor geotechnisch en constructief, o.b.v. scenario’s, m.b.v. nieuwe spreadsheet 16
Gelijke uitgangspunten voor de voorbeelden Case: Bergambacht Gekozen dwarsdoorsnede Ligging oude dijk
Bezweken dijk
17
Vergelijking met glijvlakberekening (D-GEO en PLAXIS) Nulsituatie
18
Vergelijking met glijvlakberekening Ontwerp in grond: berm 35m lang, 2m dik
19
Invloed fijnheid elementennet
20
Conclusie vergelijking met glijvlakberekening Beperkte en aanvaardbare verschillen* bij gebruik van: • Critical state parameters
• Ongedraineerde sterkte volgens het SHANSEP model • Invoer van grensspanningen via hetzelfde “POP” veld (POP is verschil tussen grensspanning en veldspanning)
*
Gelijke POP invoer leidt onder het talud en nabij de teen tot een verschillende ongedraineerde sterkte bij PLAXIS en D-GEO. Reden is dat PLAXIS de overconsolidatiegraad niet op verticale spanning maar op hoofdspanning baseert. Onder het talud en nabij de teen is in PLAXIS daarom een wat lagere POP waarde nodig om tot een gelijke ongedraineerde sterkte te komen. 21
Ontwerpvoorbeeld verankerde damwand
22
Rekengang voor damwandontwerp ˗ Vergelijkbaar met CUR166 aanwijzingen/varianten ˗ Eenvoudiger dan OSPW
˗ Effect van zakkende grond op de schuifspanning langs de wand door volume-contractie of door kruip. ˗ Effect van zakkende grond op ankerkracht wordt additioneel in rekening gebracht. ˗ Effect van zakking op hoogte via geometrie-invoer ˗ Partiele factoren op grondsterkte en op belastingeffecten 23
Effect van zakking op hoogte Ë— Invoer geometrie bij einde levensduur, inclusief effect zakking volgens contract
24
Krachten en momenten per rekenfase Fase bodemdaling
Fase
Buigend Moment
Normaalkracht
Ankerkracht
[kNm/m']
[kN/m]
[kN/m']
installatie
(2)
25
39
36
bodemdaling zakkende grond op ankers
(3a)
117
235
48
(3b)
273
310
234
MHW
(4a)
381
284
377
verkeersbelasting
(4b)
397
290
385
constructieve toets
(5)
629
338
435
FN;max = -235kN
3a
Fase 3b zakkende grond opankerstang
Fase 4 WBN
FN;max = -309kN
FN;max = -284kN
25
Toetsingen vergelijkbaar met NEN/CUR166
26
Vergelijking ontwerp volgens OSPW en Basisrapport EEM Bergambacht. Zelfde norm. Oorzaken verschillen:
OSPW
B-EEM
AZ50-700 (panelen)
AZ38-700 (panelen)
25,5 m lang
22,0 m lang
Leeuwanker 76,1x17,5 / h.o.h 1,4m / 33 m
Leeuwanker 101,6x22,2 / h.o.h 2,8m / 35 m
4,9 ton staal/m
3,2 ton staal/m
•
Kortere damwand door impliciete toets op verticaal evenwicht.
•
Ongedraineerd rekenen is gunstiger, wat leidt tot lichtere profielen.
27
Vergelijking ontwerp volgens OSPW en B-EEM Case Eemdijk (damwandproef). Onverankerde wand
OSPW
BEEM (licht)
BEEM (zwaar)
AZ46-700
AZ28-700
AZ52-700
22,0 m lang
18,0 m lang
22,0 m lang
5,0 ton staal/m
2,8 ton staal/m
5,5 ton staal/m
Ux;wand = 0,51m
Ux;wand = 0,59m
Ux;wand = 0,38m
In de damwandproef was het profiel vergelijkbaar met AZ12 28
Conclusies uit de twee rekenvoorbeelden Het damwandontwerp volgens EEM blijkt lichter en korter dan het damwandontwerp volgens de
OSPW. Zowel verankerd als onverankerd. Voornaamste oorzaken daarvoor zijn: ˗ de impliciete toets op verticaal evenwicht (kortere wanden) ˗ de overstap op ongedraineerd rekenen (lichtere profielen)
De damwandproef laat zien dat het B-EEM ontwerp resulteert in een profiel dat nog steeds twee keer zo zwaar is als het profiel waarbij in de proef bezwijken optreedt. In het geval van onverankerde wanden leidt een strenge vervormingseis tot een zeer zwaar
ontwerp. Volgens het B-EEM zijn echter minder strenge vervormingseisen mogelijk, door het stellen van aanvullende randvoorwaarden “op maat”. 29
Voorbeeld vervormingseis “op maat” (EEM) Door hoogwater is meer vervorming toelaatbaar bij aanvullende eis(en) aan bijv.: • de vervorming per m’ van de overgangsconstructie • De benodigde overhoogte • Het toelaatbaar overslagdebiet • De horizontale vervorming ter plaatse van het buitentalud • Het voorkomen van kiervorming en scheuren • Het effect op belendingen • Het effect op beheer en onderhoud bij niet-extreme hoogwaterstanden 30
Welke voorkeur heeft u? Wel/niet verankering toepassen? • Onverankerde wanden vervormen meer • Ankers in de dijk zijn vanuit beheer-oogpunt ongewenst • Onverankerde wanden zijn later nog met verankering uitbreidbaar • Aanlegkosten versus levensduurkosten Wel/niet panelen toepassen? • Nu vaak geëist, vanwege mogelijke verdroging in de teen • Weegt dat op tegen het risico bij een mogelijk restprofiel? 31
Er valt nog meer te winnen…. ˗
Dijksamenstelling en dijksmateriaal
˗
Opdrijven/opbarsten*
˗
Reststerkte en restprofiel*
˗
Ontwerpen volgens Eurocode
˗
Partiele factoren “op maat” (probabilistisch*)
˗
Vervormingseisen vs. werkelijk vervormingsgedrag
˗
Integraal/beter model voor vervorming/sterkte slappe grond*
˗
Damwanden: toets op knik
˗
Damwanden: plastisch rekenen
˗
Damwanden: reductie randplanken panelen
* Eerste aanzet al binnen POVM gegeven.
36
Einde deel 1 (Arny Lengkeek) Start deel 2 (Helle Larsen)