Hoofdpublicaties
Onder de noemer 'Actuele Sterkte' is binnen de POVM een succesvolle aanpak ontwikkeld voor het scherper beoordelen van macrostabiliteit. Na een eerst uit te voeren kansenscan wordt de voornaamste winst doorgaans geboekt via een betere schematisering en een eventueel aanvullend nog uit te voeren directe faalkansbepaling.
Deze PPA vat de stapsgewijze aanpak samen, geeft inzicht in de effecten op projecten (winstkans versus projectinpassing), illustreert de aanpak en effecten met praktijkvoorbeelden en geeft ten slotte aanbevelingen voor doorontwikkeling.
Deze POVM publicatie gaat vergezeld van een positief ENW advies over de toepasbaarheid.
Vragen & Antwoorden m.b.t. Publicatie Actuele Sterkte (PPA)
De invloed van de onzekerheid in het volumegewicht op macrostabiliteit is afhankelijk van de situatie. Het verdient daarom aanbeveling om de keuze te maken op basis van de resultaten van een gevoeligheidsstudie en van de gekwantificeerde onzekerheid in het volumegewicht.
Achtergrond: Volgens de ‘Schematiseringshandleiding macrostabiliteit WBI 2017’ moet bij primaire keringen en een regionale proevenverzameling een berekening worden gemaakt met een hoge en lage karakteristieke waarde van het volumegewicht van slappe lagen. Het is vooraf namelijk niet altijd duidelijk welke keuze het meest ongunstig uitpakt. In de 'POVM Werkwijzer bewezen sterkte (2016)' werd nog gesuggereerd dat het niet nodig is om het volumegewicht als stochastische variabele te beschouwen. Een onzeker volumegewicht kan onder bepaalde omstandigheden echter wel degelijk een significante invloed op de faalkans hebben, in het bijzonder bij opdrijfcondities. Het volumegewicht moet in de faalkansberekening dus als stochast worden meegenomen indien de onzekerheid in het volumegewicht significant is en indien het volumegewicht in een of meer van de beschouwde scenario's bovendien ook een significante invloed heeft op de stabiliteitsfactor.
De invloed van de onzekerheid in de waterspanning op macrostabiliteit is afhankelijk van de situatie. Het verdient daarom aanbeveling om de keuze te maken op basis van de resultaten van een gevoeligheidsstudie en van de gekwantificeerde onzekerheid in de waterspanning.
Achtergrond: Deltares heeft voor twee gevallen ('Vestingwal Hellevoetsluis' en 'Sterke Lekdijken - Wijk bij Duurstede - Amerongen') onderzocht wat de invloed op de faalkans is van het meenemen van onzekerheid in de waterspanning. In deze twee gevallen bleek de invloed beperkt: de betrouwbaarheidsindex nam toe met 0,1 tot 0,2 (faalkansafname factor 1.5 tot 2). In situaties nabij opdrijven kan de onzekerheid in de stijghoogte/waterspanning echter een meer significante invloed hebben. De waterspanning moet dus als stochast in de faalkansberekening worden meegenomen indien de onzekerheid in de waterspanning significant is en indien de waterspanning in een of meer van de beschouwde scenario's bovendien ook een significante invloed heeft op de stabiliteitsfactor.
De toe te passen werkwijze voor de vertaling van het resultaat van een faalkansberekening in een representatieve doorsnede ('Actuele Sterkte' stap 2) naar een vak staat beschreven in het ‘Assemblageprotocol WBI 2017’ en ook in de ‘Schematiseringshandleiding macrostabiliteit WBI 2017’. Voor deze vertaling is de berekende faalkans van het representatieve dwarsprofiel nodig en ook de vaklengte. Analoog aan de semi-probabilistische beoordeling wordt de onzekerheid in geometrie, laagligging en eventueel ook waterspanning binnen het vak verdisconteerd via 'schematiseringsscenario's', met kansen van voorkomen. De werkwijze voor de vertaling van het resultaat van een aanvullende 'Bewezen Sterkte analyse' ('Actuele Sterkte' stap 3) wordt behandeld in het rapport 'Doorvertaling van bewezen sterkte resultaten naar een dijkvak'. Het geval waarin de overleefde belasting slechts in een beperkt deel van het dijkvak aanwezig is, is daarbij echter nog niet beschouwd (kennisleemte).
Kader 3.3 uit de Handreiking Faalkansanalyse beschrijft het combineren van de scenario's met en zonder volledige infiltratie bij het samenstellen van de relatie tussen de faalkans en een gegeven waterstand (de 'fragility curve'). Dit gebeurt met hulp van: (1) de twee afzonderlijke 'fragility curves' en (2) de kans op volledige infiltratie bij gegeven waterstand. De kans op volledige infiltratie is daarbij doorvertaald naar de kans op het overschrijden van een bepaalde grenswaarde voor het overslagdebiet. Onder deze grenswaarde wordt volledige infiltratie uitgesloten. De grenswaarde moet locatiespecifiek worden bepaald, afhankelijk van de kwaliteit van de bekleding en van verder relevante informatie.
- Met de Hydra-NL software kan anno 2020 op de meeste locaties direct de kans worden bepaald op het overschrijden van de grenswaarde bij gegeven waterstand. Specialisten kunnen deze directe relatie bovendien ook afleiden met hulp van de databases onder het rekenhart van Riskeer.
- Een benaderingsmethode op basis van illustratiepunten biedt een alternatief indien resultaten van de directe methode niet beschikbaar zijn. Zie het rapport Faalkans Updating 3 cases (2016) voor een toepassingsvoorbeeld van de benaderingsmethode. Voor het bovenriviergebied is de benaderingsmethode overigens conservatiever dan de directe methode. Dit komt omdat de waterstand (afvoer gedomineerd) en de wind in het bovenrivierengebied nauwelijks gecorreleerd zijn, in tegenstelling tot het benedenriviergebied/kustgebied.
In onderstaande grafieken wordt geïllustreerd hoe de eigen probabilistische resultaten het best kunnen worden vergeleken met de in 2016 gekalibreerde WBI 'schadefactor-lijn' . Op de verticale as staat de stabiliteitsfactor SF uit de semi-probabilistische berekening, gedeeld door een modelfactor gelijk aan 1,06. De resulterende waarde correspondeert met de schadefactor γn. Op de horizontale as staat de betrouwbaarheidsindex die uit de probabilistische berekening volgt. De blauwe lijn representeert de relatie tussen de 'schadefactor' en de betrouwbaarheidsindex, zoals voorgeschreven vanuit het WBI. Deze lijn is in 2016 lijn bepaald door kalibratie op de donkerblauwe punten, onder voorwaarde dat 80 % van deze punten rechts van de lijn moet liggen. Elk van deze punten representeert daarbij een combinatie van SF/1,06 en betrouwbaarheidsindex voor een bepaalde rekendoorsnede. De voor kalibratie gebruikte punten hebben een betrouwbaarheidsindex die ligt tussen 2 en 7.
De eigen resultaten worden in deze grafieken voorbeeldsgewijs getoond als 'Actuele Sterkte' resultaten'.
Om na te gaan in hoeverre de 'Actuele Sterkte' resultaten' overeen komen met de resultaten die zijn gebruikt voor kalibratie kan het best worden gekeken naar:
- het aantal punten links van de lijn versus het aantal punten rechts van de lijn. Zie de linkergrafiek. Bij goede overeenkomst moet ruwweg 80 % rechts liggen.
- De ligging van de punten vergeleken met de puntenwolk waarop is gekalibreerd (de donkerblauwe punten). Zie de rechtergrafiek. Bij goede overeenkomst moeten de eigen resultaten liggen binnen de puntenwolk die voor kalibratie is gebruikt.
Aanvullende kennisdocumenten
Kennisleemtes m.b.t. POVM Publicatie Actuele Sterkte (PPA)
Hierna volgt een ruw overzicht van bekende kennisleemtes, waarvoor in de desbetreffende POVM publicatie nog handvatten ontbreken, waar de gegeven aanwijzingen nog onvoldoende onderbouwd en/of waar de aanwijzingen nog onvoldoende geoptimaliseerd zijn. Indien de opdrachtgever en/of de opdrachtnemer binnen een dijkversterkingsproject met deze kennisleemtes te maken krijgen zullen zij zelf nadere keuzes moeten maken. Een goed vastgelegde en gevalideerde onderbouwing is daarbij vereist, waar mogelijk ondersteund door specifieke kwaliteitscontroles tijdens en na uitvoering. Aan de opdrachtgever wordt aanbevolen om de benodigde onderbouwing en de uit te voeren kwaliteitscontroles te laten opstellen of valideren door deskundige partijen, die daartoe door de opdrachtgever zelf moeten worden aangewezen. Het is dus vooralsnog aan opdrachtnemer en opdrachtgever zelf om hierin keuzes te maken en om deze keuzes voldoende te onderbouwen en te laten controleren.
Binnen de kaders van het HWBP, streeft het DIV team intussen na om op dit gebruikersplatform stapsgewijs meer handvatten te gaan bieden voor de kennisleemtes waarover veel vragen worden gesteld. Middelen daarvoor zijn het delen van 'best practices', het opstellen van actuele kennisdocumenten en het uitvoeren van verder onderzoek. Het DIV team moedigt daarom aan om uw eigen onderbouwde 'best practices' waar mogelijk in te brengen, zodat anderen daarop kunnen doorbouwen. Inbrengen kan schriftelijk (div@wsrl.nl) en via de gebruikersbijeenkomsten/K&I-cafés.
- Voor het uitvoeren van Actuele Sterkte stap 0 (kansenscan) ontbreken in de PPA nog handvatten.
- Voor het uitvoeren van Actuele Sterkte stap 1 (nauwkeurig schematiseren en uitvoeren semi-probabilistische glijvlak-analyse) ontbreken handvatten en gereedschappen voor:
- het vertalen van belangrijke 3D-effecten naar een aangepaste 2D-schematisering en/of voor het uitvoeren van 3D (eindige-elementen) stabiliteitsanalyses.
- het kwantificeren en verkleinen van de onzekerheden in relevante parameters door het combineren van grondonderzoek met (life cycle) monitoringsdata (zettingsbakens, peilbuizen, sensoren, remote sensing etc.).
- Voor het uitvoeren van probabilististische glijvlak-analyses (Actuele Sterkte stap 2 en 3) gelden de volgende kennisleemtes en/of ontbrekende softwaregereedschappen:
- Het binnen probabilistische berekeningen als stochastische variabele toepassen van andere relevante onzekere parameters dan gerelateerd aan grondsterkte en waterspanning.
- Het in de software rekening houden met de kansbijdragen van glijvlakken met verschillende ligging. Zie de Handreiking faalkansanalyse macrostabiliteit voor hoe dat tot en met 2020 benaderingsgewijs gebeurt op basis van twee losse berekeningen met vaste glijvlakligging.
- In software opgenomen meer efficiente probabilistische methoden voor integrale probabilistische glijvlak-analyse, idealiter zonder tussenliggende fragility curves als functie van waterstand (of van verkeersbelasting).
- Handvatten voor de in rekening te brengen correlaties tussen verschillende stochastische variabelen.
- Handvatten voor het kiezen van de grenswaarde voor het overslagdebiet bij het begin van infiltratie en bij volledige verzadiging door infiltratie, zoals nodig voor het combineren van de kansbijdragen voor scenario's zonder en met infiltratie.
- Handvatten voor het meenemen van reststerkte voor binnen- en buitenwaartse stabiliteit, al dan niet binnen een faalpad-analyse.
- Handvatten voor het rekening houden met de reststerkte na binnenwaartse afschuiving, vooral in geval van ondiepe glijvlakken die niet of nauwelijks door hoogwateromstandigheden worden beïnvloed. In dergelijke situaties is het wenselijk om met een restprofiel te mogen rekenen, inclusief de gunstige invloed van eventueel aanwezig voorland.
- Handvatten voor de probabilistische analyse van buitenwaartse stabiliteit. Inclusief het meenemen van de reststerkte na buitenwaartse afschuiving en inclusief het meenemen van de benodigde hersteltijd (zie POVM-AS_Macrostabiliteit_Buitenwaarts.pdf).
- Specifiek voor toepassing van “Bewezen Sterkte” in combinatie met probabilistische analyses (Actuele Sterkte stap 3) gelden aanvullend de volgende kennisleemtes:
- De vertaling van resultaten in een dwarsprofiel naar een dijkvak voor het geval waarin de overleefde belasting slechts in een beperkt deel van het dijkvak aanwezig was.
- De potentiele meerwaarde van het meenemen van:
- de overleefde extreme neerslagcondities (belangrijk voor ondiepe glijvlakken),
- de uitvoeringsstabiliteit met de daarbij gemeten wateroverspanningen,
- de bewezen stabiliteit onder dagelijkse omstandigheden, indien de faalkans in die situatie ook al relatief hoog is (zie ook hierboven, bij 'reststerkte binnen glijvlakanalyses').
- Voor de praktische toepasbaarheid is ten slotte ook betere ondersteuning door de rekentools nodig.
