Stabiliteitsverhogende langsconstructies en vernieuwde ontwerpmethodiek POV-Macrostabiliteit

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)