Verslag
Datum verslag
Opgemaakt door
22 september 2009
Robert 't Hart
Datum bespreking
Aantal pagina's
3 september 2009
6
Vergadering
Asfalt en hoge golven Aanwezig
Adam Bezuijen, Arjan de Looff, Bernadette Wichman, Mark Klein Breteler, Robert `t Hart.
ENW(-techniek) heeft het toepassingsgebied voor GOLFKLAP begrensd tot Hs = 3 Ă 3,5 m. ENW heeft feitelijk geconstateerd dat er nog sprake is van een kennisleemte, die door gebruik te maken van het beheerdersoordeel speciale aandacht moeten krijgen. Het gaat om meerdere locaties langs de Nederlandse Noordzeekust die in beheer zijn van verschillende beheerders (waterschappen en RWS). Het betreft daarbij de zwaarst aangevallen dijken van Nederland. Het past binnen de systematiek van het VTV om, als de gedetailleerde rekenregels tekort schieten, wat hier feitelijk het geval is, over te gaan op een geavanceerde toetsing. De VTV maakt echter niet het voorbehoud ten aanzien van de toepassingsgrenzen, die ENW wel maakt. Dat maakt dat formeel de toetsing met GOLFKLAP zou moeten worden uitgevoerd, maar dat in het beheerdersoordeel de nieuwe inzichten moeten worden meegewogen. De begeleidende brief bij het programma GOLFKLAP, waarin bekendheid zou moeten worden gegeven aan het advies van de ENW, wordt momenteel niet verspreid in combinatie met het programma (site van Helpdesk Water). Bernadette kaart dit aan bij Peter Blommaart, wat moet gaan leiden tot het informeren van de betreffende beheerders. (actie) De grens van het toepassingsgebied is arbitrair, niet anders onderbouwd dan het engineering judgement van ENW-T. De ervaring in modelopstellingen gaat grofweg tot H s = 1,6 m. In praktijkgevallen zijn er wellicht ooit omstandigheden tot grofweg Hs = 2 m opgetreden. De asfaltbetonbekledingen worden echter zelden belast: zij worden over het algemeen boven gemiddeld hoogwater aangelegd en aangezien golven inslaan op enige afstand onder de SWL moet er sprake zijn van een extreme storm(opzet) alvorens de asfaltbekleding daadwerkelijk door golfklappen wordt belast. Het beperken van het toepassingsgebied van GOLFKLAP door ENW-techniek moet niet zozeer worden uitgelegd als bedenkingen ten aanzien van de geldigheid van het rekenmodel zelf, alswel het alleen beoordelen van de bekleding met dat rekenmodel. Het kan bij dergelijke extrapolaties niet worden uitgesloten dat volslagen andere mechanismen maatgevend worden. Dat maakt dat we het toepassingsgebied mogelijk uit kunnen breiden als we andere mogelijke mechanismen kunnen uitsluiten. Anders geformuleerd: voor H s groter dan 3 m moet er nader onderzoek worden gedaan naar het gedrag van de grond onder de asfaltbekleding. Dit betreft het eventueel bezwijken van de grond, en andere faalmechanismen zoals verweking voor een volledig verzadigde ondergrond. Het bezwijken van de grond zou ook bij een droge ondergrond kunnen optreden. Het eerste mechanisme wat ter sprake komt, is het bezwijken van de zand-ondergrond.
Datum
Pagina
22 september 2009
2/6
Allereerst wordt gespeculeerd of er een probleem kan optreden zolang de freatische lijn laag is, oftewel als het zandbed onder de bekleding droog blijft. Dat lijkt immers de meest stabiele situatie en als voor de Nederlandse praktijk slechts te maken hebben met die situatie, dan beperkt dat het probleem. Er zou gerekend kunnen worden aan de spanningen in de ondergrond met bijvoorbeeld Plaxis. Over de daarbij in rekening te brengen belasting is enige discussie. Aanvankelijk bestaat het idee om in de in rekening te brengen golfklap te baseren op formules die ook voor steenzettingen worden gebruikt. Die formules houden rekening met verschaling. Uit proeven op kleine schaal (Scheldegoot) en op grotere schaal (Deltagoot) is een schaalfactor gedestilleerd, die ertoe leidt dat de stootfactor afneemt evenredig met de wortel uit de golfhoogte. Alhoewel dit trendmatig ook fysisch logisch lijkt (op grote schaal is sprake van meer luchtinsluitingen waardoor de klap sterker wordt gedempt), kan veiligheidshalve voor de extrapolatie van de belasting naar de extreme golfhoogten die schaalregel maar beter niet worden gehanteerd. In de discussie werd duidelijk dat de maximale druk (pmax) volgens golfklap (adhv de stootfactoren) veel groter is dan de pmax waarbij rekening wordt gehouden met de schaalregels. Uit de inventarisatie van stormschades kan worden geconstateerd dat in de praktijk er grondwatergerelateerde problemen op kunnen treden. Dit betrof echter steeds specifieke gevallen vrij laag op het talud. De bijzonderheden betroffen òf het feit dat er sprake was van een relatief klein zandlichaam waarbij afstroming naar de achterzijde van de dijk niet mogelijk was (Boulevard Vlissingen) òf het feit dat er uit de aanlegfase nog een overmaat van grondwater in het dijklichaam aanwezig was (Friesland, Schelphoek). Voor wat betreft verweking kan onderscheid worden gemaakt tussen twee verschillende vormen van verweking. 1) Verweking van een groot volume zand als gevolg van een golfklap, waardoor de bekleding geen draagkrachtige ondergrond meer heeft. 2) Verweking van een dunne grenslaag van het zand direct onder de bekleding als gevolg van het oplichten van de bekleding tijdens de golfterugtrekking, waardoor migratie van zand onder de bekleding mogelijk wordt. Via cumulatie van vervormingen zou dit uiteindelijk tot een schadelijke omvang kunnen leiden. Bij proeven in de Deltagoot met hoge grondwaterstanden onder een dichte asfaltbekleding (WAB) is uiteindelijk een vaag S-profiel opgetreden, maar daartoe is dan langdurig bij een nagenoeg constante waterstand gegolfd. Dit is ook geconstateerd bij proeven op een ingegoten zuilenzetting op een granulair filter op klei. Opgemerkt is dat asfalt viskeus is, zodat vervormingen die over langere tijd optreden makkelijker gevolgd kunnen worden dat snelle vervormingen. Eventuele restspanningen door opgelegde vervormingen verdwijnen in de loop van de tijd. In de praktijk rekening houden met het cumulatieve effect van meerdere stormen is om die reden in ieder geval niet noodzakelijk. Ten aanzien van 1) is de verdichtingsgraad een bepalende factor. Als de verdichting voldoende is, kan dit mechanisme worden uitgesloten. Om mechanisme 2) uit te sluiten is een goede verdichtingsgraad niet afdoende. Als er sprake is van oplichten van de toplaag door golfterugtrekking, dan wordt het zandbed in een dunne laag onder de toplaag als het ware opgeschud, zo is de redenering. Een vlotte verkenning (zie tekstvlak 1) leert dat het mechanisme niet op voorhand kan worden uitgesloten. Het gaat echter om hele kleine grenslagen zodat alleen cumulatieve vervormingen door langdurig herhaalde belastingen eventueel tot problemen zouden kunnen leiden.
Datum
Pagina
22 september 2009
3/6
Gesuggereerd is dat de modelbak aan de Stieltjesweg kan worden gebruikt om het principe te onderzoeken. In die bak kan de verdichtingsgraad worden gecontroleerd en is het mogelijk de bekleding op het zandbed te belasten. Rekenen aan het proces is in principe ook mogelijk, maar dat vereist een 2 fasenmodel (korrels, water). Zowel het experimentele, welhaast fundamentele onderzoek in de modelbak, als het numerieke spoor is rond 1980 al eens verkend. Dat waren langlopende zeer gecompliceerde onderzoeken. Deze daarom bij vooralsnog vermijden. Ten aanzien van het verdichten van het zandbed is opgemerkt dat er altijd eerst golfklappen optreden in de situatie waarin de ondergrond nog niet volledig is verzadigd. Hetgeen gunstig is voor de verdichting op het maatgevende moment. Gesuggereerd is dat in de praktijk de verdichtingsgraad eventueel met een handsondering kan worden onderzocht. Uiteraard door het asfalt voorboren (boorkern nemen). [Kanttekening achteraf: wellicht is dat wat veel gevraagd van een handsondering als we het hebben over echt hoge golven en we de pakking willen beoordelen tot ten minste een halve golfhoogte diep.]
SWL
1mm/s
Asfalt Uitdijende zandlaag Ongestoorde zandondergrond 1 Verkenning stabiliteit grenslaag zand onder asfalt als gevolg van oplichten bij golfterugtrekking. Verondersteld wordt dat een aantal mm’s dikke laag zand onder het asfalt tijdens de golfterugtrekking door het opdrukken van het asfalt gedurende enkele seconden met een snelheid 1 mm/s alle vervormingen opneemt. De laag wordt dus 1mm/s dikker. Dat betekent dat 1.10-3 m 3/s/m 2 aan water moet worden aangevoerd vanuit de ondergrond (waarbij de druk niet zodanig mag terugvallen dat ook de bekleding weer terug zakt). Zelfs bij een verhang van orde 1 en een voor zand gebruikelijke doorlatendheid van 10-4 is dat niet mogelijk. De vervorming(ssnelheid) moet een orde 10 kleiner zijn. Daarmee wordt de ruimte die ontstaat tijdens het oplichten gedurende een enkele golf ook zeer beperkt, maar in ieder geval wel in de orde van grootte waarbij een zandkorrel kan bewegen. Migratie van zand door oplichten als gevolg van overdrukken bij golfterugtrekking kan dus niet worden uitgesloten. Maar het moge duidelijk zijn dat alleen door cumulatieve vervormingen als gevolg van langduriger golfaanval er significante vervormingen op kunnen treden.
Datum
Pagina
22 september 2009
4/6
Noodzakelijke voorwaarde voor beide vormen van verweking is een verzadigd zandbed direct onder de bekleding. Een vlotte verkenning van een zeer ongunstige situatie (zie tweede tekstvlak) leert dat niet in alle gevallen kan worden uitgesloten dat de grondwaterstand bij bekledingen die boven gemiddeld hoogwater liggen te hoog zal komen. Dat maakt dat als wordt overgegaan tot een geavanceerde toetsing dat de geometrie van dijk en eventuele perskades dan wel oude kleikernen in kaart moeten worden gebracht en grondwaterstromingsberekeningen nodig zijn om vast te stellen of de maximale hoogte van de grondwaterstand laag genoeg blijft om het mechanisme in die situatie uit te sluiten. Voor het stijgen van de freatische lijn in het zandbed onder het asfalt kan boven een bepaald niveau een geringere doorlatendheid in rekening worden gebracht omdat het zand daar gegarandeerd droog is. In een praktijkgeval, een freesvak bij Westhoek Zwarte Haan, is geconstateerd dat het zandbed onder de asfaltbekleding boven GHW inderdaad kurkdroog was. Overige besproken schadegevallen betreffen holtes onder de bekleding. Holtes kunnen diverse oorzaken hebben: Het meest prominent zijn de schadegevallen waarbij de onderliggende bekleding is bezweken, de overgangsconstructie faalde en de asfaltbekleding werd ondermijnd door golven (oploop) (Breskens, Roggeplaat). Dit kan uiteraard niet als falen van de asfaltbekleding worden gezien. Bij de Roggeplaat is zand onder de steenbekleding aangetroffen wat er niet had mogen zitten volgens de bestekstekening. Dit zand lijkt afkomstig van het zandpakket onder de bovengelegen asfaltdijkbekleding. Gebruikelijker, maar van een veel beperkter schaal, zijn ontgrondingen door scheuren of openstaande naden. Dierlijke activiteiten (mieren, muizen) kunnen daarbij een rol spelen, maar ook afstromend regenwater kan een rol spelen. Bij goed beheer zullen dergelijke holtes beperkt blijven tot overspanningen die de asfaltdikte niet te boven gaan. Goed beheer zal significante zanduitspoeling bij overgangsconstructies natuurlijk altijd moeten voorkomen. Een over grotere afstand ondermijnde asfaltplaat blijft immers nooit heel. Hij stort na verloop van tijd zelfs al onder zijn eigen gewicht in.
Datum
Pagina
22 september 2009
5/6 SVP = NAP+5m
NAP+2 Asfalt Zandlaag kleikern 2 Verkenning stijging grondwaterstand gedurende storm. Om na te gaan of uitgesloten kan worden dat de grondwaterstand tot het niveau direct onder de golfklappen kan oplopen, is een zeer conservatieve situatie zoals weergegeven in bijgaande figuur aangenomen. De overgangsconstructie naar de eronder gelegen bekleding wordt verondersteld niet waterdicht te zijn. Bij een doorlatendheid van de zandlaag van 10-4 zal bij een duur van de top van de storm van 4 uur = 14.000 s in de gegeven situatie een significant deel van de zandlaag vol kunnen lopen. De grondwaterstand kan in een ongunstige situatie dus hoog genoeg komen. Het risico dat dit tot problematische schade leidt kan dus niet op voorhand worden uitgesloten. De vuistregels voor de maatgevende grondwaterstand voor het mechanisme opdrijven kunnen niet worden gebruikt om de hoogste grondwaterstand in het dijklichaam te bepalen. Het moment waarop voor het mechanisme opdrijven de maatgevende situatie ontstaat, is namelijk bij een al flink gedaalde buitenwaterstand, waarbij de grondwaterstand in de dijk ook al weer aan het zakken is. Opgemerkt wordt dat de Roggeplaat, een locatie die in de categorie met zeer zware golfaanval valt en die in beheer is bij RWS-Zeeland, waarschijnlijk een vrij hoog achterland heeft. Daarmee zou in dat geval extreme neerslag wel eens meer bepalend voor de grondwaterstand kunnen zijn dan de stormomstandigheden. Afgesproken is dat Robert een plan schrijft (actie) gericht op met name de witte vlek, de mogelijke mechanismen bij golfrandvoorwaarden Hs > 3 m. Het onderzoek moet leiden tot het uitsluiten van potentiÍle andere mechanismen (, andere dan beschreven door GOLFKLAP). Aannemende dat dit probleem door alle betrokken partijen als serieus, urgent probleem wordt gezien, gaat het hier niet om een onderzoek dat in SBW-kader moet worden opgepakt. De urgentie laat, aldus de aanwezigen niet toe, dat het onderzoek pas in 2011 zou starten. Het lijkt verstandig het plan eerst met de Waterdienst (Peter Blommaart) te bespreken, alvorens het voor te leggen aan Jentsje en ENW-T. [Kanttekening achteraf: Bernadette heeft Peter Blommaart gepolst en hij wil het plan in de stuurgroep asfaltdijkbekledingen van 2 oktober a.s. bespreken. In plaats van de geplande Plaxis berekeningen zal nu dus een plan worden geschreven.] Elementen die in ieder geval in het plan aan de orde moeten komen: Berekeningen (bijvoorbeeld Plaxis) betreffende spanningen in droog zandbed teneinde vast te stellen dat bij lage freatische lijn er daadwerkelijk geen probleem kan optreden. Vergelijking met spanningsniveau’s in de wegenbouw benutten (Proefschrift Rien Huurman: Elementenverhardingen op zand). Literatuur/archief studie m.n. naar proeven en 2-fase berekeningen hierbij.
Datum
Pagina
22 september 2009
6/6
Inventarisatie internationale ervaring met (dunne) asfaltbekledingen. Nagaan in hoeverre er internationaal asfaltbekledingen vergelijkbaar met de Nederlandse vrij dunne bekledingen op zand, aanwezig zijn op locaties waar sprake is van (extreem) zware golfaanval. (Havendam Dunkerque (fr); Asfaltbekleding voor boulevard Porthcawl (Wales, UK); Japan?) Heranalyse van grondwaterstromingssommen, indertijd gemaakt ten behoeve van het mechanisme opdrukken, met als doel het bepalen van maatgevende grondwaterstanden i.v.m. mechanisme verweking, gegeven homogeen doorlatende dijklichamen.
Actielijst: Bernadette Met Peter Blommaart contact opnemen over het informeren van de betreffende beheerders met betrekking tot de beperking van het geldigheidsgebied van GOLFKLAP, resulterend in geavanceerde toetsingen dan wel beheerdersoordelen. Robert Opstellen besprekingsverslag. Robert Opstellen onderzoeksplan asfaltbekleding en hoge golven. Bernadette Met Peter Blommaart bespreken of we het plan inbrengen in de stuurgroep asfaltdijkbekledingen van 2 oktober a.s. Aantekening achteraf: De acties van Bernadette zijn inmiddels uitgevoerd: Peter Blommaart zal bijgevoegde aanbiedingsbrief op korte termijn (binnen 1 week) op de helpdesk waterkeren site zetten, inclusief de handleiding en werkwijzebeschrijving. Afgesproken is dat het plan zal worden ingebracht in de stuurgroep asfaltdijkbekledingen van 2 okt.
Kopie aan
Aanwezigen