20201201 - Bijeenkomst 2020-03

1. Introductie door Joost van der Schrier

Joost heet de ruim 60 deelnemers welkom en neemt de agenda door.

2. Stand van zaken POVM Publicatie Vernagelingstechnieken (PPV) door Pieter-Jeroen Bart

De PPV behandelt zowel de klassieke vorm van dijkvernageling als de (voorgespannen) JLD-Dijkstabilisator.

Dijkvernageling: Sinds het verschijnen van de PPV is onderzoek gestart naar de laterale belasting vanuit de grond op de nagel, wanneer die nagel in PLAXIS wordt gemodelleerd als 'embedded beam row'. Dit onderzoek is gestart omdat onvoldoende duidelijk is in hoeverre deze belasting bij gebruik van de standaard PLAXIS instellingen realistisch wordt berekend. De inmiddels uitgevoerde validatie aan de bezwijkproef bij Purmerend geeft geen reden voor twijfel. Via de  HWBP 'Kennis en Innovatie Agenda' staat verdere validatie gepland, gekoppeld aan de Markermeerdijken. Hierbij is ook de inzet van centrifugeproeven voorzien.

JLD-Dijkstabilisator:   Het afgelopen jaar zijn de gemeten veranderingen in de voorspanningen bekeken voor de Ringdijk-locatie te Amsterdam. Het komend jaar wordt een analyse van deze gegevens openbaar gemaakt via het bij HWBP belegde vervolg.

3. Stand van zaken POVM Publicatie Grondverbeteringen (PPG) door Rimmer Koopmans

Grondverbetering is het verhogen van de schuifsterkte van de grond door een van de volgende opties: de grond  vervangen; bindmiddelen toevoegen; geotextiel toevoegen. Positief nieuws is dat de acceptatie van grondverbetering bij dijkbeheerders groeit, mede omdat ze vaak nevenvoordelen bieden. Rimmer noemt de volgende voorbeelden: (1) Bij de kade te Arnhem wordt toepassing van geotextiel overwogen in plaats van een visueel minder aantrekkelijke damwand; (2) Langs een te verhogen deeltraject van waterschap Vallei en Veluwe is een bindmiddel  aan de grond toegevoegd (Geoconcrete) om gelijktijdig ook de berijdbaarheid te verbeteren; (3) Bij Beesd (Waterschap Limburg) zijn bentoniet-matten samen met gebiedseigen grond toegepast, als duurzamer alternatief voor een toplaag van klei. Afsluitend beveelt Rimmer aan goed na te gaan welke toegevoegde waarde een bepaalde grondverbeteringstechniek naast stabiliteitsverhoging ook kan bieden in relatie tot voor de beheerder belangrijke nevendoelstellingen.

4. Stand van zaken POVM Publicatie Drainagetechnieken (PPD) door Monique Sanders

Drainagetechnieken zijn bedoeld om de waterspanning te verlagen en om zo de microstabiliteit, en/of macrostabiliteit en/of de weerstand tegen piping te verhogen. Ze worden al op enkele locaties toegepast. Voor de aantoonbaar bewezen technieken uit de PPD zal de aanstaande richtlijn 'Ontwerp en Beoordelingsrichtlijn Drainagetechnieken' (OBR) vanaf halverwege 2021 nadere aanwijzingen gaan geven voor het ontwerp en de beoordeling. De OBR wordt geschreven door Antea, in opdracht van Waterschap Aa en Maas, met ondersteuning vanuit een expertteam. Vergeleken met de PPL zal meer aandacht worden gegeven aan praktijkervaring, uitvoeringsaspecten, gebruik van een geohydrologisch model voor bepaling van karakteristieke stijghoogtevelden, te gebruiken kentallen en ten slotte partiële factoren.  Na het gereedkomen van de eerste versie is het plan om nog enkele 'witte vlekken' te gaan invullen, waaronder ook het opzetten van een aantal voorbeelden.

5. Stand van zaken POVM Publicatie Actuele Sterkte (PPA) door Mark van der Krogt

Actuele Sterkte is een methode om het veiligheidsoordeel voor macrostabiliteit na een eerste kansenscan aan te scherpen met hulp van de volgende stappen: (1) scherpere schematisering op basis van grondonderzoek; (2) scherpere faalkansbepaling met probabilistische analyses; (3) Bewezen sterkte. In samenwerking met verschillende partijen is stap 2 het afgelopen jaar succesvol in praktijk toegepast voor andere de dijkversterkingen SAFE, Neder-Betuwe en Sterke Lekdijk. Door toepassing van stap 2 kon de scope kon  worden verkleind of werd een alternatieve oplossing haalbaar. Stap 3 is succesvol toegepast voor de vestingwal Hellevoetsluis, waardoor daar geen versterking nodig bleek. Relevante vragen bij deze toepassingen naar voren kwamen zijn samen met antwoorden opgenomen op het POVM Gebruikersplatform. Verder wordt de methode tijdens de toepassing steeds verder verbeterd voor wat betreft bijvoorbeeld de in rekening te brengen onzekerheid bij infiltratie door overslag, het meenemen van reststerkte, de toepassing van stap 2 voor piping, het toepassen van stap 2 voor ontwerpdoeleinden en het automatiseren van de volledige rekengang.

6. Ervaringen met toepassing van probabilistische analyses binnen het Neder-Betuwe ontwerp door Herman-Jaap Lodder en Antonis Mavritsakis

Het 20 km lange Neder-Betuwe traject is tijdens de voorverkenning volledig afgekeurd voor wat betreft binnenwaartse macrostabiliteit, op basis van semi-probabilistische analyses. Het traject wordt gekarakteriseerd door grote kerende hoogtes, forse zandscheggen, een deklaagdikte van 2 tot 6 m klei en het passeren van drie dorpskernen. Als randvoorwaarde moet rekening worden gehouden met een overslagdebiet van 10 l/m/s.

In de verkenningsfase zijn  5 locaties probabilistisch beschouwd, waardoor 1 van die locaties alsnog goedgekeurd kon worden. In de planfase zijn  probabilistische analyses vervolgens ook ingezet voor verdere scopeverkleining en deels ook voor ontwerpdoeleinden. Van probabilistische analyses wordt een scherper veiligheidsoordeel  verwacht (mede door het benutten van de extra veiligheid bij aanwezigheid van voorland), als ook een beter inzicht in maatgevende onzekerheden.  De ongedraineerde schuifsterkte van de zware klei  in de dijk is in de probabilistische analyses gekarakteriseerd door een via een tabel ingevoerd direct verband met de spanning. Daarbij is gebruik is gemaakt van een logaritmische regressie op proefresultaten, waaruit direct ook een variatiecoëfficiënt volgt.  

In een probabilistische berekening wordt rekening gehouden met verzadiging door significante overslag door het combineren van de 'fragility curves' voor het scenario zonder en met volledige verzadiging, zoals beschreven in de Handreiking Faalkansanalyse. In tegenstelling tot de verwachting blijkt de minder stabiele situatie met volledige verzadiging in de probabilische aanpak van veel grotere invloed op het veiligheidsoordeel dan volgt uit de momenteel gangbare semi-probabilistische aanpak. In de gangbare aanpak wordt de maximaal toelaatbare faalkans gegeven de kans op significante overslag eerst bepaald op basis van de KPR 'factsheet'.  Vervolgens wordt aangenomen dat de WBI-relatie tussen faalkans en de schadefactor ook van toepassing is bij volledige verzadiging. De zo geschatte faalkans wordt met de maximaal toelaatbare waarde vergeleken. De WBI-relatie is echter niet gekalibreerd voor de situatie met volledige verzadiging. Bij een probabilistische berekening valt  de faalkans voor dit scenario veel hoger uit, zo blijkt uit de Neder-Betuwe analyses.

Omdat de WBI-kalibratie in het Neder-Betuwe geval te optimistisch blijkt voor de situatie met volledige verzadiging wordt de probabilistische analyse in het geval van Neder-Betuwe nu ook toegepast voor een voldoende veilige ontwerpoptimalisatie. Daarbij wordt de faalkans voor het scenario van volledige verzadiging door significante overslag probabilistisch berekend, en daarna getoetst aan de volgens de KPR factsheet toelaatbare waarde, gegeven de kans op significante overslag. De ontwerpcontrole voor het scenario zonder significante overslag blijft semi-probabilistisch.

In de discussie komt het volgende aan de orde.

• Naar aanleiding van de presentatie vraagt Thomas Naves hoe de freatische lijn en stijghoogte als functie van de buitenwaterstand precies zijn gemodelleerd. Herman-Jaap geeft aan dat peilbuisanalyses en analytische formules zijn gebruikt voor het geval zonder volledige verzadiging, zoals gebruikelijk. Bij volledige verzadiging door significante overslag is de invloed van de buitenwaterstand verwaarloosbaar.
• Andries van Houwelingen vraagt zich af of de afwijking tussen de WBI-kalibratie en de berekende faalkans bij verzadiging hier vooral wordt veroorzaakt door de aanwezige zandscheggen. Antonis en Herman-Jaap beamen dat bij zandscheggen een grotere afwijking te verwachten valt. In het traject zitten echter ook kleidijken, waar de WBI-kalibratie bij volledige verzadiging ook te optimistisch blijkt te zijn.
• Peter Hopman vraag zich af wat er op grond van deze ervaringen in het WBI zou moeten veranderen en of er voor het geval van volledige verzadiging geen aparte kalibratie zou moeten komen. Herman-Jaap weifelt daarover.
• Arny Lengkeek vraagt zich af in hoeverre de zeer onzekere relatie tussen overslagdebiet en mate van infiltratie wel goed meegenomen kan worden. Herman-Jaap bevestigt deze onzekerheid en geeft aan dat nu is gekozen voor een relatief hoge grenswaarde van het overslagdebiet waarboven volledige verzadiging door infiltratie wordt aangenomen (10 l/m/s).
• Ben Rijneveld vraagt zich af of microstabiliteit en stabiliteit van de bekleding vanwege de zandscheggen niet meer bepalend zijn dan macrostabiliteit. Herman-Jaap bevestigt dit en zegt dat daarvoor aanvullende maatregelen zoals drainage genomen zullen worden.
• Andries van Houwelingen heeft de ervaring dat een hoge waarde voor het maximaal toelaatbare overslagdebiet veel ontwerpcomplicaties oplevert terwijl de winst in euro's beperkt blijft.   Volgens Herman-Jaap is infiltratie lokaal ook mogelijk bij relatief kleine maximaal toelaatbare overslagdebieten.

7. Kennisdocument Restprofiel bij ongedraineerde sterkte door Arny Lengkeek

Wanneer in de eindige-elementenberekening tijdens een van de rekenfasen aan landzijde van een stabiliteitswand een niet-kritische instabiliteit optreedt, moet volgens de PPE achter de wand een zogenaamd 'restprofiel' worden geschematiseerd. Daarbij is de impliciete (niet hard in de PPE omschreven) veronderstelling dat dit restprofiel altijd wordt geintroduceerd vanaf rekenfase fase 4a (hoogwateromstandigheden, karakteristieke gedraineerde grondsterkte), ook al treedt de niet-kritische stabiliteit pas in een latere rekenfase op.  Schematiseren van het restprofiel gebeurt volgens de PPE door aanpassing van de geometrie en de schuifsterkte in de verstoorde zone. De reden om ook de schuifsterkte aan te willen passen is dat de eerder gangbare modellering (talud verlagen tot 1/3e van de oorspronkelijke hoogte zonder aanpassing van de schuifsterkte) vermoedelijk niet meer voldoende veilig is, nu we van gedraineerde schuifsterkte zijn overgestapt naar de ongedraineerde SHANSEP schuifsterkte. De ongedraineerde schuifsterkte wordt door verlaging van de effectieve spanning namelijk veel minder beïnvloed, omdat de grensspanning gelijk blijft.

De PPE schrijft niet hard voor hoe het restprofiel moet worden gemodelleerd. Bovendien bestaat met de in de PPE gesuggereerde keuzes nog geen openbaar gedocumenteerde ervaring. Daarom is in een recent POVM kennisdocument (nog in concept) het resultaat van een beperkte studie naar de effecten van mogelijke keuzes vastgelegd, voor twee gevallen met een verankerde wand. Voor de sterktereductie in de verstoorde zone  zijn daarbij de volgende twee alternatieven  vergeleken: (1) verlagen van de SHANSEP parameter S tot 70 % van de oorspronkelijke waarde; (2) verlagen van de SHANSEP parameter m tot 0. In het tweede geval gaat het hele effect van overconsolidatie verloren. Het verlagen van de S waarde krijgt in het document de voorkeur. In combinatie daarmee is de toe te passen helling van het restprofiel in de studie iteratief bepaald als de waarde waarbij stabiliteit nog bewaard blijft tot aan controle op geotechnische stabiliteit (rekenstap 6). Voor de toe te passen hoogte van het resprofiel is dus niet meer standaard 1/3e van de oorspronkelijke hoogte gebruikt. In een iets andere vorm werd deze iteratieve bepaling overigens ook al toegepast in een eerdere POVM studie (Modellering restprofiel), waarbij toen echter gebruik werd gemaakt van een gedraineerde schuifsterktekarakterisering.

Het inhoudelijk nog aan te passen definitieve kennisdocument verschijnt begin 2021. Dit document zal echter alleen de tijdens de studie opgedane ervaringen met de hiervoor gepresenteerde schematiseringswijze beschrijven. Voor definitieve  en voldoende onderbouwde aanwijzingen zijn meer ervaringen en verder onderzoek nodig.  Arny nodigt de ontwerpers in de praktijkprojecten om hun eigen ervaringen en inzichten vanaf 2021 ook via het POVM gebruikersplatform te gaan delen.

In de discussie komt het volgende aan de orde.

• Andries van Houwelingen vraagt of de gedraineerde sterkte van granulaire lagen in de afschuifzone ook gereduceerd moet worden.  Arny verwacht dat dit niet nodig is.
• Volgens Alexander van Duinen is het ook bij klei niet nodig om de ongedraineerde critical state sterkte  te verlagen.  Dat zou alleen nodig zijn bij 'landslides', met meters vervorming. Joost van Schrier geeft aan dat we niet goed weten met welke ongedraineerde schuifsterktereductie moet worden gerekend bij de vervorming die typisch optreedt tijdens een niet kritische instabiliteit.  Een vanuit POVM uitgevoerd onderzoek naar reststerkte als functie van vervorming (POVM Reststerkte.pdf) gaf daarover onvoldoende duidelijkheid. Op dit moment is er dus ook geen zekerheid dat er in het geheel geen reductie nodig zou zijn. 
• Peter Hopman vraagt namens de beheerders om een duidelijke bronverwijzing/onderbouwing voor de keuze van 70 %.
• 'JPV' vraagt waarom geen rekening wordt gehouden met het volume van de grond dat aan de uittredende zijde van het glijvlak omhoog komt. Arny geeft aan dat er ook veel situaties zijn waarin de grond niet omhoog komt maar zijdelings kan bewegen. Voor een praktische en algemeen toepasbare methodiek wordt het mogelijk omhoog bewegen van de grond daarom verwaarloosd.
• Rens Servais vraagt zich of de berekende ondiepe glijvlakken in praktijk wel kunnen voorkomen, omdat de sterkte van het niet volledig verzadigde dijksmateriaal in de berekening wordt onderschat.  In relatie daarmee stelt hij ook vast dat de spanningsafhankelijke ongedraineerde sterkte die sinds kort in D-Stability wordt gebruikt voor siltige klei in PLAXIS niet eenvoudig is te modelleren.

8. Kennisdocument Restprofiel bij significante overslag door Ben Rijneveld

Aanleiding voor het kennisdocument is dat de PPL geen aanwijzingen geeft voor het in praktijk vaak voorkomende geval dat men significante overslag wil toestaan in het geval dat een restprofiel moet worden geschematiseerd. In het kennisdocument wordt een aanpak voorgesteld om in dat geval een restprofiel te schematiseren waarin de invloed van erosie wordt meegenomen. Daarbij is gebruik gemaakt van bestaande kennis, die is gemobiliseerd door consultatie van een expertgroep.

De focus ligt op het in rekening brengen van de door overslag veroorzaakte erosie achter de damwand, nadat daar een niet-kritische stabiliteit is opgetreden. Daarvoor is een stappenplan ontwikkeld.  In dit plan wordt de in rekening te brengen ontgronding afhankelijk gesteld van het type dijkopbouw, in de wetenschap dat klei minder snel zal eroderen dan zand. De faalkanseis gegeven significante overslag wordt bepaald volgens de KPR 'factsheet'. De in het stappenplan toe te passen rekenwaarde voor het overslagdebiet wordt bepaald bij dezelfde maximaal toelaatbare overschrijdingskans als geldt voor de hoogte.  Voor het erosieprofiel wordt ingeval van een kleidijk een 'head cut erosion' formule gebruikt, terwijl bij een zanddijk een overloop-formule wordt toegepast.

• Bij een kleidijk wordt uitgegaan van een initiële afname van de taludhoogte tot 2/3e van de oorspronkelijke hoogte, gevolgd door het in rekening brengen van een extra afname door erosie. Deze extra afname wordt in een tabel afhankelijk gesteld van de kleisoort van het dijksmateriaal (schraal/stevig) en de rekenwaarde van het overslagdebiet. 
• Bij een zanddijk op zand of klei wordt de diepte van de in rekening te brengen ontgrondingskuil (ten opzichte van niveau binnenteen)  in een tabel afhankelijk gesteld van de grondsoort van de omringende omgeving (stevige klei, schrale klei, zand) en de rekenwaarde van het overslagdebiet.

De ontwerpverificaties worden vervolgens uitgevoerd voor de situatie zonder en met significante overslag, net zoals voor een 'groene dijk'.

Voor het nauwkeurig modelleren van erosie ontbreken voldoende geschikte modellen met goed te bepalen parameters. De aanpak in het document is pragmatisch en gebaseerd op een expertinschatting dat deze aanpak in zijn geheel niet overmatig conservatief of optimistisch is.  Daarom raadt Ben af om op binnen dit raamwerk op losse onderdelen te optimaliseren.

Het definitieve kennisdocument verschijnt eind 2020 en zal inhoudelijk worden aangepast om aan te sluiten op de hiervoor gepresenteerde aanpak voor schematisering van een restprofiel bij ongedraineerde sterkte.

In de discussie vraagt Joost van der Schrier in hoeverre rekening wordt gehouden met een iteratieve bepaling van de ligging, zoals in het eerder gepresenteerde kennisdocument gebruikt voor de situatie zonder significante overslag. Ben antwoordt dat de inhoud van de twee kennisdocumenten nog op elkaar moet worden afgestemd., waarbij het niet valt uit te sluiten dat nog iteraties nodig zijn om in geval van een kleidijk tot een stabiel talud te komen.

Via de Chat wordt verder nog gesproken over de volgende onderwerpen:

• Andries van Houwelingen geeft aan dat het nu al lastig is om in het eindige-elementennet veel verschillende mogelijke taludliggingen op te moeten nemen (geometrielijn op huidig binnentalud, restprofiel zonder overslag, restprofiel met overslag, scheiding (on)gedraineerd en de geometrielijn op de freatische lijn), wanneer ze allemaal eindigen in hetzelfde punt (de teen). Iteratief variëren van de taludhelling compliceert dat nog verder. Thomas Naves en Arny Lengkeek antwoorden dat het als alternatief ook mogelijk is om  tijdens de iteratie niet de taludhelling te verflauwen, maar om bijvoorbeeld aan bovenzijde laagjes te verwijderen.
• Rens Servais is het eens met de eerdere opmerking van Andries van Houwelingen dat veel ontwerpcomplicaties zouden kunnen worden voorkomen door weer een lager maximaal toelaatbaar overslagdebiet toe te gaan passen, met wat meer benodigde hoogte als consequentie.

9. Doorzetten van gebruikersondersteuning vanaf 2021 door Dirk van Schie

De POVM stopt per eind 2020 definitief en de POVM website gaat dan ook uit de lucht. De vraag is daarom of en hoe de via het POVM gebruikersplatform in 2020 gestarte gebruikersondersteuning  zal worden gecontinueerd, evenals de in de toekomst verder nog benodigde kennisontwikkeling.

Vanuit het HWBP start daartoe per begin 2021 een door WSRL getrokken vervolg op alle POV's tezamen, onder de naam 'de Innovatieversneller'. Het projectteam bestaat uit de huidige POVM kerngroep. Doel van de 'Innovatieversneller' is om als concept beschikbare innovaties te brengen tot generiek toepasbare rekenmethodes. De looptijd is minimaal drie jaar. De halverwege 2020 gestarte POVM gebruiksondersteuning via de wiki en  de expertpool zal vanaf 2021 via de 'Innovatieversneller' worden doorgezet en bovendien worden verbreed naar onderwerpen buiten macrostabiliteit. Parallel aan de wiki wordt door het HWBP momenteel een 'kennisbank' opgezet, waar gestolde kennis vanuit de POV's ook in terug te vinden is.

10. Doorzetten van kennisontwikkeling Langsconstructies door Helle Larsen

Sinds het verschijnen van de PPL en PPE zijn met betrekking tot langsconstructies via het gebruikersplatform veel vragen en opmerkingen binnengekomen, waarop nog niet altijd een antwoord beschikbaar is (kennisleemtes).

Uit deze kennisleemtes zijn de volgende optimalisatiekansen en nog verder benodigde aanwijzingen of onderbouwing af te leiden.

• Vijf van de acht door Helle gepresenteerde optimalisatiekansen zijn van gelijk belang voor zowel ontwerp als beoordeling. Dit zijn: (1) Onderbouwde aanscherping van verschillende partiele factoren/veiligheidsfactoren; (2) Restprofielschematisering; (3) Gepast rekening houden met vervorming door kruip en hoogwater, inclusief het effect van grondvervorming op de constructie; (5) Controle op stromen van grond door openingen in de wand; (6) Corrosie van ankerstangen. Drie aanvullende optimalisatiekansen hebben meer (maar niet uitsluitend) betekenis voor de beoordeling: (6) Actuele sterkte van constructies; (7) Reststerkte na initieel falen; (8) Benutten van plastische wandcapaciteit.
• Voor wat betreft ontbrekende/incomplete aanwijzingen zijn de volgende drie door Helle gepresenteerde onderwerpen van gelijke betekenis voor zowel ontwerp als beoordeling: (1) aanwijzingen voor nog ontbrekende constructietypen zoals kistdammen en op palen gefundeerde constructies; (2) 3D situaties; (3) Buitenwaartse stabiliteit. Voor het voorontwerp is daarnaast behoefte aan: (4) een meer getrapte systematiek voorafgaand aan toepassing van volledige eindige-elementenberekeningen. Voor de beoordeling is verder behoefte geconstateerd aan: (5) een getrapte beoordelingssystematiek voorafgaand aan toepassing van volledige eindige-elementenberekeningen en (6) mogelijkheden voor levensduurverlenging.

Om invulling te geven aan de optimalisatiekansen en aan de nog ontbrekende aanwijzingen zijn als ondersteunde pijlers nodig: (a) Een onderbouwd veiligheidsraamwerk (dit was ook het belangrijkste ENW advies); (b) Geschikte modellen voor alle te beschouwen mechanismen en (c) Metingen tijdens uitvoering en gebruik, ten behoeve van validatie en levensduurverlenging.  Enkele deelonderwerpen die van belang zijn voor het beoordelen krijgen in 2021 al een plaats op de kennisagenda van Rijkswaterstaat. Overkoepelend is het echter wenselijk om samen met een trekkend waterschap  te komen tot een samenhangend totaalprogramma, met financiering vanuit zowel HWBP als Rijkswaterstaat.  Zo'n overkoepelend programma, met koppeling aan diverse praktijkprojecten, is gewenst om effectief en snel resultaten te kunnen boeken en om daarbij ook voldoende invulling te geven aan de benodigde drie pijlers. Alle ideeen en wensen die hierover leven zijn van harte welkom, via povm@deltares.nl. Zowel vanuit de verschillende ontwerpende en beoordelende projectteams als vanuit de diverse beheerders.