Langsconstructies

Deze publicatie gaat in op verschillende typen stabiliteitverhogende langsconstructies. Onder langsconstructies worden relatief slanke verticale elementen verstaan, die  vooral op buiging worden belast. De PPL geeft handvatten voor  de ontwerp-, realisatie- en beheerfase.  De PPL vervangt de eerder vigerende ontwerprichtlijn voor stabiliteitsschermen in primaire waterkeringen (de OSPW).

• Hoofdstuk 1 beschrijft onder ander de posititionering van de PPL ten opzichte van kaderstellende documenten
• Hoofdstuk 2 geeft een overzicht van de  behandelde constructietypen.
• In hoofdstuk 3 worden afwegings- en toepassingscriteria gegeven voor de verschillende typen langsconstructies.
• De veiligheidsbenadering komt aan bod in Hoofdstuk 4. De PPL geeft uitsluitend een uitwerking voor de functie ‘waterkeren’, met een doelbetrouwbaarheid volgens de Waterwet.
• Hoofdstuk 5 bevat aanwijzingen die van toepassing zijn op meer dan één constructietype, waaronder het schematiseren van de ondergrond.
• Hoofdstuk 6 geeft een samenvatting van de in de PPE opgenomen aanwijzingen, die gaan over het berekenen van stabiliteit, spanningen en vervormingen met eindige-elementen software.
• Hoofdstuk 7 behandelt de uitvoeringsaspecten.
• Hoofdstuk 8 gaat in op de kwaliteitsborging gedurende de levenscyclus.
• Hoofdstuk 9 behandelt aspecten van de gebruiks- en instandhoudingsfase tijdens de levensduur.
• Hoofdstuk 10 gaat in op procedures en besluitvorming rondom het toepassen van een langsconstructie.
• De hoofdstukken 11 tot en met 19 behandelen de verschillende constructietypen. Achtereenvolgens zijn dat: een damwand (zowel verankerd als onverankerd); een boorpalenwand; een diepwand of barettewand; een combiwand; een kistdam; een korte damwand; een korte boorpalenwand; dijkdeuvels; ongewapende soilmixblokken.
• Hoofdstuk 20 geeft een overzicht van resterende kennisleemtes bij het schrijven van voorliggende publicatie.
• De bijlagen gaan nader in op:
  • de toe te passen partiële factoren;
  • de toe te passen rekenmodellen, anders dan eindige-elementen;
  • de overgang tussen langsconstructie en gronddijk;
  • Aanbevelingen voor de opdrachtgever bij aanbesteding via de contractvorm Design & Construct, omtrent de vast te leggen uitgangspunten en randvoorwaarden, de inhoud van de door de opdrachtnemer te leveren rapportages en de aan uitvoering te stellen eisen;
  • De voorbeeldsgewijze dimensionering van een gording;
  • De berekening van 2e orde momenten bij verankerde wanden.

Deze POVM publicatie gaat vergezeld van een positief ENW advies over de toepasbaarheid.

Dit POVM kennisdocument (versie 1.0, maart 2020, status: DEFINITIEF) gaat in op de controle van verticaal evenwicht bij verankerde stabiliteitsverhogende langsconstructies, zoals vereist volgens de  POVM publicatie Eindige Elementen (PPE, maart 2020).  De in de definitieve PPE versie beschreven controle wordt in dit kennisdocument onderbouwd en voor vier praktijkgevallen vergeleken met alternatieven.

Aanleiding voor dit kennisdocument is de eerdere eis die  was opgenomen in concept versie 1.1 van de PPE (juli 2019). Volgens die eis zou  verticaal evenwicht moeten worden getoetst door te controleren of de verticale wandverplaatsing beperkt blijft tot maximaal 0,02m. Motivatie daarvoor was dat de schachtwrijving bij een dergelijke verplaatsing volledig gemobiliseerd zal zijn. Bij een aantal praktijktoepassingen bleek echter dat de numeriek berekende verplaatsingen soms toch groter werden, terwijl de schachtwrijving nog niet volledig gemobiliseerd was. De oorzaak daarvoor bleken de berekende elastische vervormingen in de 'interface' tussen grond en constructie, die fysisch echter onrealistisch zijn. Vanwege deze modelmatige beperkingen zou het vasthouden aan een vervormingseis voor verticaal evenwicht dus hebben geleid tot onnodig lange wanden, met extra kosten en praktische problemen bij het inbrengen als gevolg.

Gebaseerd op de onderbouwing in dit kennisdocument wordt de draagkracht in de definitieve PPE versie daarom gebaseerd op conusweerstanden, volgens de NEN 9997-1. Dat was ook al het geval in de 'Ontwerprichtlijn stabiliteitsschermen in primaire waterkeringen' (OSPW). Vergeleken met de OSPW hoeft  volgens de PPE bij de belasting echter geen rekening meer  te worden gehouden met de invloed van negatieve kleef, omdat die in praktijk bij een zeer beperkte neerwaartse verplaatsing weer zal worden geneutraliseerd. Conform de NEN 9997-1 moet bij het bepalen van de rekenwaarde voor de conusweerstand wel rekening worden gehouden met de inbrengmethode. 

Dit POVM kennisdocument (versie 1.0, april 2020, status: DEFINITIEF) gaat in op de controle op knik en tweede‑orde-effecten bij verankerde stalen damwanden, zoals vereist volgens de POVM publicatie langsconstructies (PPL, maart 2020). Aanleiding daarvoor is dat in de conceptversie 1.1 van de PPL (oktober 2019) alleen een controle werd voorgeschreven conform NEN-EN 1993-5. Voor stabiliteitswanden is deze controle naar verwachting echter te conservatief, met een mogelijk te zware dimensionering als resultaat. In de definitieve PPL versie wordt daarom ook een alternatieve controlemogelijkheid beschreven, die minder conservatief uitpakt. Deze mogelijkheid is gebaseerd op het uitvoeren van een geometrisch niet-lineaire berekening (Updated Mesh), waarin de tweede‑orde-effecten direct worden meegenomen. Aan toepassing daarvan zijn enkele pragmatische randvoorwaarden verbonden. Het kennisdocument bevat de afleiding en onderbouwing voor zowel deze alternatieve controlemogelijkheid als voor de daarbij te hanteren randvoorwaarden. Verder bevat het kennisdocument ook enkele illustratieve rekenvoorbeelden.

Dit POVM kennisdocument (versie 0.5, december 2020, status: DEFINITIEF CONCEPT) bevat een eerste voorstel voor het modelleren van het effect van een niet-kritische instabiliteit van het bin nentalud achter een langsconstructie. Volgens de POVM publicatie Eindige Elementen (PPE, maart 2020) moet de berekening dan worden doorgezet met een gesche matiseerd restprofiel, waarbij ook rekening moet worden gehouden met de afname van de schuifsterkte in de verstoorde zone. De aanpak die daarvoor in de 'Ontwerprichtlijn stabiliteitsschermen in primaire waterkeringen' (OSPW) wordt gegeven (de hoogte van het geschematiseerde restprofiel is 1/3 van de oorspronkelijk taludhoogte, zonder verdere aanpassing van de schuifsterkte) is bedoeld voor een gedraineerde schuifsterktemodellering. Deze aanpak is voor ongedraineerde sterkte mogelijk onvoldoende conservatief. Vanwege ontbrekend inzicht in de werkelijke ongedraineerde reststerkte wordt in de PPE nog geen definitieve aanpak voorgeschreven. 

In dit kennisdocument wordt voor twee gevallen (beide verankerde damwanden) het effect geanalyseerd van een aannemelijk veronderstelde verlaging van de critical state schuifsterkte in de verstoorde zone tot 70 % van de critical state waarde. De hoogte van het in rekening te brengen restprofiel wordt daarbij vrijgelaten. Enige eis aan de combinatie van het restprofiel met de tot 70 % verlaagde schuifsterkte is dat de stabiliteit  tijdens de stabiliteitscontrole bewaard blijft.  De effecten van alleen de schuifsterkteverlaging op de wandmomenten blijken voor deze twee verankerde wanden beperkt.  

De voorgestelde aanpak is gebaseerd op de actuele kennis en modellen, die anno 2020 echter niet volledig toereikend zijn.  Het is niet zeker of de verlaging tot 70 % van de critical state waarde onder alle omstandigheden voldoende conservatief is. Mogelijk is het effect bij een onverankerde wand groter dan bij verankerde wanden.  Voor voldoende onderbouwde richtlijnen is daarom meer ervaring en verder onderzoek  nodig.

Dit POVM kennisdocument (versie 1.1, februari 2021, status: DEFINITIEF CONCEPT) bevat een eerste voorstel voor het modelleren van een restprofiel wanneer daarbij een significant overslagdebiet zou worden toegelaten. In de POVM publicatie langsconstructies (PPL, maart 2020) wordt aanbevolen om, naast het in rekening brengen van een restprofiel en reststerkte, een kritiek overslagdebiet van 0,1l/s/m (zanddijk) of 1l/s/m (kleidijk) te hanteren voor het faalmechanisme GEKB (Gras Erosie Kruin en Binnentalud). Reden daarvoor is dat de sterkte van de bekleding bij een afgeschoven profiel (restprofiel) lager is dan bij een niet-afgeschoven binnentalud. De waardes van 0,1l/s/m en 1l/s/m zijn pragmatische waarden om deze gereduceerde reststerkte van de bekleding in rekening te brengen.

In praktijk bestaat echter de wens om bij het optreden van een restprofiel toch hogere kritieke overslagdebieten toe te staan. In het kennisdocument wordt een voorstel gedaan voor de ontgronding die bij verschillende kritieke overslagdebieten in rekening zou kunnen worden gebracht, met onderscheid tussen een klei- en een zanddijk. Daarbij wordt aangesloten op het voorstel in het POVM kennisdocument 'Modellering Restprofiel' voor het modelleren van de geometrie en reststerkte zonder significante golfoverslag.

De voorgestelde aanpak is gebaseerd op de actuele kennis en modellen, die anno 2020 echter niet volledig toereikend zijn. De voorgestelde aanpak dient vanwege deze beperkingen met zorg toegepast te worden. Nader onderzoek naar geschikte erosiemodellen is wenselijk.

Dit POVM kennisdocument (versie 1.5, februari 2021, status: CONCEPT) bevat een voorstel en rekenvoorbeeld voor de bepaling van de toename van de ankerkracht door zakkende grond. Vergeleken met de CUR166 geeft het document aanvulling, verduidelijking en context. Vergeleken met de PPL wordt een aangepast model voorgesteld, dat alleen voor schuine ankers in dijken is bedoeld.

Het document geeft alternatieve formules voor CUR166 'geval 1' en 'geval 2'. Deze zijn afgeleid op basis van de kabelvergelijking. De omrekening naar een equivalente sinusvormige belasting is daarom niet meer nodig.  De uitkomsten van de alternatieve formules komen overeen met de uitkomsten van de bestaande CUR166 formules. De alternatieve formule voor 'geval 2' is vervolgens aangepast, om rekening te kunnen houden met een zetting die aan boven- en onderzijde verschilt.  Voor het zettingsprofiel is daarbij een vorm aangenomen die typisch is voor een dijklichaam op slappe grond.

Het rapport beschrijft verder ook een geschikte methode om de gecombineerde veerstijfheid van damwand en ondersteunende grond (de k') te bepalen met een eindige-elementenmodel. Uit die bepaling resulteert doorgaans een minder conservatieve waarde dan bij toepassing van de analytische waarde die de CUR166 geeft (en die zonder correctie alleen geldt voor horizontale ankers).

De voorgestelde aanpak is gebaseerd op de actuele kennis en modellen, die anno 2020 echter niet volledig toereikend zijn. Het document geeft daarom een aantal concrete aanbevelingen voor op korte termijn nog verder te concretiseren aspecten en voor het daarbij ook nog benodigde onderzoek.