Heaveschermen

 Op dit moment wordt nog aan deze vraag gewerkt. In hoofdstuk 5 van de Publicatie Heaveschermen is hiervoor een voorlopige ontwerpregel opgenomen.

Bij het Definitief Ontwerp voor de versterking van de Lekdijk op het deeltraject Schoonhoven-Salmsteken (SAS) spelen rond het kunstwerk gemaal de Koekoek verschillende vragen over de overstromingskans door piping. Aan de innovatieversneller is gevraagd of nieuwe kennis meer inzicht geeft in de wijze waarop piping tot een overstroming kan leiden en wat dat betekent voor het ontwerp van de pipingmaatregelen van het kunstwerk en de heaveschermen in de naastgelegen kering.  Om de vraag te beantwoorden is een werksessie met het projectteam, de keringbeheerder en DIV georganiseerd waarin de benodigde kennis is gemobiliseerd. Tijdens de werksessie is een BRP voor opbarsten van de slootbodem bij gemaal de Koekoek ingevuld. Geconcludeerd is dat door het scherper bepalen van de stijghoogte en het meenemen van de spanningsspreiding de opdrijfveiligheid kan worden aangescherpt. Wanneer daarna nog niet aan de eisen wordt voldaan wordt aanbevolen een maatregel uit te stellen tot de kennis uit de POD is verwerkt in het instrumentarium voor beoordelen en ontwerpen. Het advies is opgenomen in een memo.

Bij de dijkverlegging en dijkversterking in Arcen (waterschap Limburg) zijn pipingmaatregelen voorzien in de vorm van kleikisten en (kunststof) heaveschermen. Vanwege de lokale situatie heeft het project aan DIV gevraagd of onderbouwd afgeweken kan worden van het minimale inbeddingscriterium van 3 meter dat is opgenomen in de Publicatie Heaveschermen. In deze memo is de achtergrond van de totstandkoming van het criterium nader toegelicht, en zijn aandachtspunten en duiding meegegeven voor het onderbouwd afwijken hiervan.

Waterschap Aa en Maas heeft DIV gevraagd om mee te kijken bij de toepassing van Publicatie Heaveschermen bij de beoordeling van een bestaand heavescherm. Op basis van het advies van DIV heeft Aa en Maas de beoordeling verder aangescherpt. Het advies is opgenomen in een memo.

Binnen het project Salmsteke van HDSR is de publicatie Heaveschermen toegepast bij het ontwerp van een heavescherm. Hierbij kwamen de volgende vragen naar voren:

1. Tabel 5-3 in de publicatie suggereert dat heaveschermen wat betreft onderloopsheid ontworpen moeten worden met het prisma (mega-drain) in combinatie met toetsen aan de Verticale Evenwichts Methode (VEM) over de hoogte van de prisma. Klopt deze interpretatie?
2. In een eerdere versie van de Publicatie stond in paragraaf 4.3.3: “Daarom wordt geadviseerd om de gradiëntenmethode te vervangen door de methode die in deze paragraaf is beschreven.” (de methode in deze paragraaf is de Verticale Evenwichts Methode (VEM)). Echter wordt in tabel 5-4 alsnog de Gemiddelde Gradiënten Methode (GGM) aanbevolen. Welke van de twee kan het beste worden toegepast?

Hieronder zijn de antwoorden op beide vragen gegeven:

1. Voor onderloopsheid bij situaties met een deklaag wordt aanbevolen om de Verticale Evenwichts Methode toe te passen. Daarbij kan uitgegaan worden van een brede pijp of een erosielens, ter grootte van het te beschouwen prisma. Uit een gevoeligheidsanalyse blijkt namelijk dat het uitgangspunt van een brede pijp of een erosielens ongunstiger is dan een smalle pijp. Er geldt wel een voorwaarde bij het toepassen van de Verticale Evenwichts Methode, namelijk dat de inbedding van het scherm in de watervoerende laag ten minste 3 meter dient te zijn. Dat heeft te maken met het mechanisme van voortschrijdende verticale fluïdisatie langs het scherm. Wanneer de inbedding dieper is dan 3 meter dan wordt het niet meer waarschijnlijk geacht dat voortschrijdende verticale fluïdisatie maatgevend is.

2. De Gemiddelde Gradiënten Methode (GGM) is conservatiever dan de Verticale Evenwichts Methode (VEM). Voor situaties waar de deklaag beperkte invloed heeft (deklaag dunner dan ca. 2 meter) zullen de methodes vergelijkbare antwoorden gegeven, uitgaande van een minimum inbedding van 3 meter. Daarom kan bij dunne deklagen ook Gemiddelde Gradiënten Methode worden toegepast. Bij dikkere deklagen wordt deze methode te conservatief geacht om het gewicht van de deklaag geheel te verwaarlozen. Het toepassen van GGM bij dikkere deklagen wordt dan ook afgeraden. 

Om te verifiëren dat kunststof heaveschermen tijdens het installeren niet uit het slot zijn gelopen, en dus een dicht doorgaand schermen vormen, worden vaak slotverklikkers toegepast. Aangezien kunststof heaveschermen niet heel stijf zijn, is de kans op uit het slot lopen reëel. In de OBOR Kunststof heaveschermen is in paragraaf 5.4 een voorbeeld opgenomen hoe met dit risico kan worden omgegaan.

Vanuit het project WAM van HDSR is aan DIV de vraag gesteld hoe kan worden omgegaan met drukval in de pipe bij heaveschermen. Het antwoord op deze vraag is verwerkt in de Publicatie Heaveschermen in paragraaf 5.5.3. Geadviseerd wordt om zeer terughoudend te zijn met dit uitgangspunt en in principe geen drukval over de deklaag mee te nemen. In het KIA-onderzoek Heaveschermen, getrokken door waterschap Aa en Maas, zal specifiek naar dit effect gekeken worden.

Het project WAM heeft in 2023 aan DIV gevraagd wat het effect is van bovenbelasting op heave en de lengte van heaveschermen. In de Publicatie Heaveschermen wordt in paragraaf 4.2 ingegaan op de verschillende 'heave' mechanismen. Daarnaast bevat de publicatie een aanpak voor het dimensioneren van heaveschermen. Hiervoor is een uitgebreid literatuuronderzoek uitgevoerd waarbij ook naar het effect van bovenbelasting is gekeken.

In projecten worden verschillende uitgangspunten gebruikt voor het bepalen van de lengte van heaveschermen. De projectbegeleiders van het HWBP hebben in 2023 aan DIV gevraagd of er vuistregels zijn waarmee snel kan worden ingeschat of de gehanteerde lengtes reëel zijn. Er zijn geen vuistregels beschikbaar, maar de praktijk wijst uit dat de meest heaveschermen tussen de 3 en 6 meter in het zand zullen steken. De precieze lengte is natuurlijk afhankelijk van de locatiespecifieke omstandigheden.

Door HDSR is in 2022 aan DIV gevraagd van welke gradiënt in de pipe voor een heavescherm bij het schematisatie van heaveschermen moet worden uitgegaan. Het antwoord op deze vraag is opgenomen in de Publicatie Heaveschermen in hoofdstuk 4, paragraaf 4.2. In dit hoofdstuk staan twee methoden beschreven waarmee op hydraulische grondbreuk kan worden getoetst: de gemiddelde gradiënten methode en de verticale evenwichtsmethode.

Diverse projecten hebben in 2022 aan DIV gevraagd hoe met het mechanisme voortschrijdende fluïdisatie bij de schematisatie van heaveschermen moet worden omgegaan. Deze vraag heeft geleid tot een aparte beschrijving van het mechanisme in de Publicatie Heaveschermen, zie paragraaf 4.3. In deze paragraaf is een ontwerpcriterium voor dit mechanisme opgenomen. Daarnaast maakt dit mechanisme deel uit van het KIA-onderzoek Heaveschermen, getrokken door waterschap Aa en Maas, dat een aantal witte vlekken rondom heaveschermen onderzoekt.

Het project SAS (onderdeel van Sterke Lekdijk) heeft in 2023 aan DIV gevraagd in hoeverre de fragmentenmethode toegepast mag worden voor piping en heaveschermen. Voor de beantwoording van deze vraag is een memo opgesteld. 

Het project Meanderende Maas heeft aan DIV gevraagd om mee te kijken met het toepassen van de verticale evenwichtsmethode voor hydraulische grondbreuk bij de toetsing van een bestaand heavescherm aan het uiteinde van een duiker in een primaire waterkering. Het scherm bevindt zich ter plaatse van de overgang van constructie naar kolk. Het rekenvoorbeeld bij de publicatie Heaveschermen bleek hier goed toepasbaar. Er is gevarieerd met enkele bepalende parameters uit de geohydrologische schematisering (randen, eigenschappen deklaag en anisotropie).