Dit handelingsperspectief (versie 1.0, november 2021, status: DEFINITIEF) is gericht op het beoordelen en ontwerpen van macrostabiliteit van waterkeringen, voor situaties waar de schuifsterkte van de capillaire zone en de (initieel) onverzadigde zone een relevante invloed heeft op de faalkans door macro-instabiliteit. Met dit handelingsperspectief worden beheerders geholpen bij het opzetten van grondmechanisch veld- en laboratoriumonderzoek naar de schuifsterkte van deze zones. Tevens wordt in dit handelingsperspectief aangegeven hoe de schuifsterkte van deze zones kan worden gemodelleerd voor het uitvoeren van macrostabiliteitsanalyses.

De schuifsterkte van de (initieel) onverzadigde kleiige grondlagen blijkt hoger te zijn dan de gedraineerde schuifsterkte. Onder relatief natte omstandigheden, als de verzadigingsgraad relatief hoog is, blijkt de ongedraineerde schuifsterkte te worden gemobiliseerd. Onder relatief droge omstandigheden, als de zuigspanning hoog is, blijkt tot enkele meters onder maaiveld (in de bruine geoxideerde klei) een hogere schuifsterkte dan de ongedraineerde schuifsterkte te worden gemobiliseerd.

Uit een in 2020 uitgevoerde consequentie-analyse blijkt dat verschillen in modellering van de schuifsterkte van de (initieel) onverzadigde zone kunnen leiden tot verschillen in berekende stabiliteitsfactor tot een factor 1,5. Uitgedrukt in de kans op het optreden van macro-instabiliteit kan dit gaan om een afname van deze kans met een factor 10 tot 10.000. Op korte termijn zal deze consequentie-analyse worden geactualiseerd, op basis van de inmiddels beschikbare inzichten uit dit handelingsperspectief.

Dit rapport met bijlagen is opgesteld in opdracht van  DIV en RWS en maakt deel uit van anno 2022 nog lopend onderzoek naar de schuifsterkte van cohesieve grond die niet altijd verzadigd is. Het rapport beschrijft de tussenresultaten van veldmetingen en laboratoriumtesten voor twee locaties (IJsseldijk nabij Westervoort en Maasdijk nabij Oijen). De analyse van de meetgegevens is gerapporteerd in een afzonderlijk analyse-rapport (zie hieronder).

De gerapporteerde veldmetingen van zuigspanning, waterspanning en watergehalte vonden plaats tussen oktober 2019 en november 2021.  Dicht bij de sensoren zijn ook CPT’s, veldvintesten en boringen uitgevoerd. Monsters uit de boringen zijn beproefd in het laboratorium, voor wat betreft schuifsterkte en samendrukbaarheid. Daarnaast zijn classificatietesten uitgevoerd, zoals bepalingen van korrelgrootteverdelingen, Atterbergse grenzen, watergehalte, specifiek oppervlak en poriëngrootteverdelingen.

Dit rapport is ook opgesteld in opdracht van  DIV en RWS en maakt eveneens deel uit van anno 2022 nog lopend onderzoek naar de schuifsterkte van cohesieve grond die niet altijd verzadigd is. Het rapport beschrijft een tussentijdse analyse van de veldmetingen en laboratoriumtesten voor twee locaties (IJsseldijk nabij Westervoort en Maasdijk nabij Oijen). De meetgegevens zijn gerapporteerd in een afzonderlijk factual report (zie bovenstaand rapport).

Op basis van de veld- en laboratoriummetingen is het grondgedrag in de (initieel) onverzadigde zone gekwantificeerd. Het is gebleken dat een substantieel deel van de grond boven het normale dagelijkse freatisch vlak blijvend verzadigd is (grijze klei). Boven deze permanent verzadigde zone ligt een zone waar de mate van verzadiging en zuigspanning sterk varieert (bruine klei). Uit de schuifsterktemetingen bij Westervoort en Oijen blijkt dat de grond in de permanent verzadigde zone (grijze klei) zich ongedraineerd gedraagt. In de zone waar de verzadigingsgraad en de zuigspanning fluctueren (bruine klei) is het grondgedrag afhankelijk van de verzadigingsgraad. In deze zone is de gedraineerde schuifsterkte afhankelijk van zuigspanning en verzadigingsgraad en varieert dus ook sterk. De grond gedraagt zich ongedraineerd vanaf een bepaalde drempelwaarde van de verzadigingsgraad. In de ondiepe 1,0 m tot 1,5 m, waar zich scheuren in de klei kunnen bevinden, kan de gemobiliseerde schuifsterkte worden verminderd, wanneer het schuifvlak (gedeeltelijk) het patroon van de scheuren kan volgen. De afmetingen van deze drie zones en de grootte van de schuifsterkte binnen deze zones zijn afhankelijk van de grondsoort en de geohydrologische omstandigheden.

De ongedraineerde schuifsterkte van klei en veen wordt voor een deel bepaald door de overconsolidatieratio (OCR). De OCR neemt volgens de isotachen-theorie toe in de tijd als gevolg van kruip. Daarmee is de verwachting dat ook de ongedraineerde schuifsterkte toeneemt in de tijd. In de praktijk wordt soms in stabiliteitsanalyses in dijkversterkingsprojecten al rekening gehouden met deze sterkte-toename. Hier wordt op verschillende manieren invulling aan gegeven.

Dit rapport doet verslag van de eerste stap in een onderzoek naar de toename van de ongedraineerde schuifsterkte in de tijd. In deze eerste stap is voor twee onderzoekslocaties onderzocht of de toename van sterkte in de tijd van het materiaal onder dijken en stabiliteitsbermen aangetoond kan worden of niet, en zo ja, of deze beschreven kan worden met de isotachen-theorie.

Uit het uitgevoerde veld- en laboratoriumonderzoek blijkt dat er in zekere mate wel sprake is van toename van sterkte in de tijd, maar deze is aanzienlijk minder dan voorspeld wordt met de isotachen-methode. Dit geldt met name voor veen. Waardoor dit verschil wordt veroorzaakt, is vooralsnog niet duidelijk. Dit kan voor een deel worden veroorzaakt door de uitgangspunten en de afleiding van de parameters. Mogelijk behoeft het isotachen-model aanpassing. Als dat het geval is, heeft dat ook consequenties voor zettingsanalyses. Verder onderzoek hiernaar is belangrijk, maar valt buiten de scope van deze eerste analyse.

De gevonden OCR-waarden voor beide locaties liggen tussen 1,0 en 1,5 met een gemiddelde waarde van 1,24, een standaardafwijking van 0,10 en een karakteristieke ondergrenswaarde van 1,09. Deze waarden gelden voor een kruiptijd van 23 jaar en voor alle kleiige en venige grondsoorten. Deze waarden kunnen ook worden toegepast in dijkversterkingsprojecten, waar stabiliteitsbermen worden ontworpen voor een planperiode van minimaal 23 jaar. De genoemde waarden kunnen worden gebruikt om invulling te geven aan de verwachte ‘pre overburden pressure’ (POP) behorend bij de toekomstige dagelijkse omstandigheden (TDO), zoals voorgesteld in KPR-Factsheet omgang met grensspanning in het ontwerp (23-1-2018).