Hoofdpublicaties
Deze publicatie geeft beknopte aanwijzingen en uitgebreide toepassingsvoorbeelden voor de eindige-elementenanalyse van stabiliteitsverhogende constructies, ten behoeve van een ontwerp volgens de PPL en PPV. Er worden uitwerkingen gegeven voor verschillende constructietypen, met de voormalige proeflocatie Bergambacht als de daarbij te verbeteren situatie. Via een rekenvoorbeeld worden ook de verschillen geïllustreerd met de voormalige ontwerprichtlijn voor stabiliteitsschermen in primaire waterkeringen (de OSPW).
- Hoofdstuk 2 geeft een overzicht van de kaderstellende documenten, als ook een samenvatting van de relevante voorschriften in het WBI en van de toe te passen controles volgens de PPL en PPV. Op het stellen van vervormingseisen 'op maat' wordt nader ingegaan in bijlage A.
- Hoofdstuk 3 geeft aanwijzingen voor toepassing van de eindige-elementensoftware PLAXIS, inclusief complete rekenschema's. Daarbij komen aan de orde: de schematisering en de controle van stabiliteit, verplaatsingen, krachten en momenten. Voor parameterbepaling wordt doorverwezen naar bijlage C.
- Hoofdstuk 4 beschrijft de uitgangspunten voor de casus Bergambacht, die gelijk zijn voor alle toepassingsvoorbeelden.
- Hoofstuk 5 beschrijft voor een versterkingsontwerp in grond de vereiste vergelijking tussen het resultaat van een glijvlakberekening en een eindige-elementenberekening.
- De hoofdstukken 6 tot en met 11 geven uitgewerkte toepassingsvoorbeelden voor: een verankerde damwand; een onverankerde damwand, een onverankerde diepwand; soilmix-blokken oftewel ‘mixed-in-place’ (MIP); Dijkvernageling; de JLD-Dijkstabilisator (klapanker). In de voorbeelden voor de onverankerde damwand en de onverankerde diepwand wordt daarbij ook geïllustreerd hoe kan worden gewerkt met vervormingseisen 'op maat', in combinatie met aanvullende controles.
- In de bijlagen wordt onder andere ingegaan op de te stellen vervormingseisen, de parameterbepaling en de vergelijking tussen PPE en OSPW.
Zie verder ook de bijbehorende PLAXIS bestanden voor de rekenvoorbeelden en het bij de voorbeelden gebruikte Excel 'Rekenblokje' voor bepaling van de schematiseringsfactoren.
Deze POVM publicatie gaat vergezeld van een positief ENW advies over de toepasbaarheid.
Errata
PPE
| Locatie | Beschrijving |
|---|---|
| Bijlage K | Hier is abusievelijk het ENW advies voor de PPL geplaatst, in plaats van voor de PPE. De juiste tekst is hier te vinden: https://www.enwinfo.nl/images/pdf/adviezen-2019/ENW-19-06-Advies-aan-Waterschap-Rivierenland-en-POV-Macrostabiliteit-inzake-Publicatie-eindige-elementenmethode-juli-2019.pdf |
| Bijlage G2 | Aan de ene kant wordt in bijlage G2 bij het berekenen van de extra ankerkracht door zakkende grond niet de huidige PPL aanwijzing gevolgd om de CUR166 modelfactor 1/(4 pi2) te vervangen door 1/24. Aan de andere kant is in deze PPL aanwijzing - volgens het latere kennisdocument POVM Kennisdocument - Zakkende Grond op Ankers.pdf - echter over het hoofd gezien dat de factor 1/24 gecombineerd zou moeten worden met een uniforme gelijkmatig verdeelde belasting en niét met de amplitude van een equivalente sinusvormige belasting. Bovendien zijn de CUR166 formules waaraan de PPL refereert alleen afgeleid voor horizontale ankers. Voor het geval van schuine ankers worden in het kennisdocument daarom vervangende formules voorgesteld. |
| Hoofstuk 6 t/m 11 | In de voorbeeldberekeningen wordt voor het Soft Soil Creep model binnen belastingstappen ten onrechte met een tijdsduur gelijk aan 0 gerekend. Consequentie daarvan is dat er tijdens deze belastingstappen geen plastische volumevervorming door 'cap hardening' kan plaatsvinden. Bij een vergelijkende berekening, waarin met een tijdsduur van 1 dag is gerekend, blijkt het effect in deze voorbeelden verwaarloosbaar. De reden daarvoor is in deze gevallen dat de isotrope effectieve spanning in alle gevallen beneden de isotrope preconsolidatie-spanning blijft, waardoor elastische volumevervorming domineert. In het algemene moet bij toepassing van het Soft Soil Creep model echter worden gewerkt met een tijdsduur van 1 dag. Dit om, in voorkomende gevallen, een binnen korte tijd optredende plastische volumevervorming door 'cap hardening' mogelijk te maken. |
Vragen & Antwoorden m.b.t. Publicatie Eindige-elementen (PPE)
Initiële spanningen
De reden om geen gravity loading toe te passen voor een bestaande dijk is dat alleen via een K0 procedure rekening kan worden gehouden met een bestaande grensspanning in en onder de dijk.
Restprofiel
De PPE geeft voor deze kennisleemte nog geen volledig eenduidige aanwijzingen. Dit komt omdat de eerder in de OSPW gebruikte aanpak (talud restprofiel gelijk aan 1/3 van de oorspronkelijke hoogte, zonder aanpassing van de schuifsterkte in de verstoorde zone) was afgeleid voor gedraineerde sterkte. Een eerste voorstel voor de modellering bij niet-significante overslag is te vinden in het POVM Kennisdocument - Modellering Restprofiel.
In PPL § 4.8.4 en § 4.8.7 wordt aanbevolen om het kritieke overslagdebiet te beperken tot niet-significante waarden wanneer een niet-kritische instabiliteit al optreedt tijdens de vervormingscontrole. Deze aanbeveling is samengevat in PPE § 2.3. De PPL en PPE suggereren echter ten onrechte dat deze beperking alleen tijdens de vervormingscontrole geldt. De beperking geldt ook wanneer een niet-krische instabiliteit optreedt bij het 'infiltratiescenario' (bij significant overslagdebiet), tijdens de controle op constructieve sterkte of stabiliteit. Zie § 5.4.4 van de PPL voor verdere toelichting op dit infiltratiescenario. Zie de volgende vraag voor het geval dat u de aanbeveling om het kritieke overslagdebiet te beperken bij het optreden van een niet-kritische instabiliteit niet wilt - of niet kunt - opvolgen.
De PPE geeft voor deze kennisleemte geen aanwijzingen. Dit komt omdat in § 4.8.4 van de PPL staat dat significante overslag niet is toegelaten in combinatie met het optreden van een niet-kritische stabiliteit. In praktijk bestaat echter toch de wens om wel met die combinatie te kunnen rekenen, omdat kruinverhoging niet altijd mogelijk of wenselijk is. Voor die gevallen is een eerste voorstel opgesteld voor het modelleren van de ontgrondingskuil in combinatie met een restprofiel plus gereduceerde ongedraineerde sterkte. Zie het POVM Kennisdocument - Restprofiel bij grote overslag.
De PPE geeft voor deze kennisleemte geen aanwijzingen. Ook het recente POVM Kennisdocument - Modellering Restprofiel houdt nog geen rekening met deze situatie. Het is voorlopig dus aan de opdrachtnemer en opdrachtgever zelf om hierin keuzes te maken en om deze keuzes voldoende te onderbouwen en te laten controleren. Advies is om het restprofiel en de verstoorde zone in ieder geval wel tot de damwand te laten doorlopen.
Kruip
De kruipfase is begin 2019 vooral geïntroduceerd om kleefbelasting op een langsconstructie te modelleren, onder invloed van de interactie tussen grond en constructie. Tot en met de concept versies 1.1 van de PPE (juli 2019) en de PPL (oktober 2019) werd het modelleren van deze kleefbelasting nodig geacht voor: (a) de bepaling van de normaalkracht en momenten voor wanddimensionering en (b) een op verplaatsingen gebaseerde controle van het verticaal evenwicht. Bij introductie was het (nog) niet het doel om ook de invloed van de horizontale component van kruip op de wandmomenten realistisch te modelleren. Bij introductie was de kruipfase verder ook niet bedoeld om ter plaatse van ankerstangen realistische verplaatsingen door zakkende grond uit te rekenen.
In de definitieve versie van de PPL en PPE (maart 2020) is voor de controle op verticaal evenwicht overgestapt op een bepaling van de draagkracht van het zand uit conusweerstand. Bij deze controle wordt aan de belastingkant geen rekening meer gehouden met het effect van negatieve kleef, omdat die met een beperkte neerwaartse verplaatsing weer zal worden geneutraliseerd. Zie het POVM Kennisdocument - Verticaal evenwicht bij verankerde stabiliteitsverhogende langsconstructies voor details. Sindsdien is de kruipfase volgens het oorspronkelijke doel dus alleen nog nodig om de normaalkracht en momenten voor de wanddimensionering te bepalen.
In hoeverre de met het 'Soft Soil Creep' model voorspelde kruip het effect van verticale en horizontale kruip op wandmomenten op realistische wijze in rekening brengt is nog onvoldoende bekend (kennisleemte).
De initiële kruipfase voordat de langsconstructie wordt geplaatst is/was bedoeld om de initiële spanningsrotaties als gevolg van kruip geen significante invloed te laten hebben op de wandmomenten. De benodigde duur wordt proberenderwijs bepaald, door te controleren of na het aanbrengen van de langsconstructie onder onveranderde dagelijkse omstandigheden door verdere kruip geen significante wandmomenten ontstaan. In hoeverre de PPE gegeven indicatie van 10 jaar initiële kruip toereikend is moet dus wel worden gecontroleerd.
De kruip is/was primair bedoeld om kleef te modelleren, en niet om een significante invloed op de wandmomenten te hebben. Wanneer er bij onverankerde wanden in het buitentalud, ondanks een lange initiële kruipfase, echter toch een significante gunstige invloed op het moment wordt waargenomen, ligt het in de rede om de wanddimensionering voor binnenwaartse stabiliteit te baseren op het wandmoment uit een berekening zonder kruip, in combinatie met de normaalkracht op dezelfde hoogte uit een berekening met kruip.
Het doel van het meenemen van kruip is/was primair om het effect van de kleefbelasting op de snedekrachten te modelleren. Deze kleefbelasting is niet van de precieze zetting afhankelijk. Om alleen kleefbelasting te modelleren is het daarom niet nodig om de kruip precies te fitten op de bekende maaiveldzetting. Verder bestaat soms de misvatting dat via de kruipberekening ook de invloed van maaiveldzetting op de geometrie zou worden meegenomen. Zoals § 3.4.6 van de PPE aangegeven moet de invloed van maaiveldzetting op de geometrie tijdens de levensduur echter handmatig in rekening worden gebracht aan de start van een reguliere (geometrisch lineaire) berekening. Dat kan door zelf de aangenomen geometrie bij einde levensduur te modelleren.
Ankerkracht
Zoals in de vraagstelling al aangeduid is het inderdaad conservatief om de gunstige invloed van de excentriciteit te verwaarlozen. Het mogelijk meenemen van deze invloed is als wens toegevoegd aan het overzicht met kennisleemtes.
De grootste waarde uit fase 4b en 5a is maatgevend.
Constitutieve modellen
De overstap op SHANSEP in stap 4b is alleen nodig wanneer er voor wordt gekozen om al bij de vervormingscontrole in fase 4b een tijdelijke bovenbelasting/verkeersbelasting aan te brengen. In dat geval wordt door PLAXIS bij de overstap naar SHANSEP een ongedraineerde schuifsterkte berekend bij de effectieve spanningen die gelden voordat deze verkeersbelasting wordt aangebracht. Zoals in par 3.4.8 aangegeven is het bij toepassing van verkeersbelasting in fase 4b overigens ook mogelijk om in die fase nog te rekenen met 'Soft Soil' in combinatie met 'Undrained', zolang in de eerder rekenfasen geen (grensspanningverhogende) kruip heeft plaatsgevonden.
Bij de overstap op het SHANSEP NGI-APD model berekent PLAXIS op basis van het SHANSEP model een ongedraineerde schuifsterkte voor het NGI-ADP model, op basis van de actuele effectieve spanningen en de actuele grensspanning. Voor een complete modellering van ongedraineerd gedrag moet daarnaast ook onsamendrukbaarheid worden beschreven. Daartoe voegt PLAXIS via de optie 'Undrained' de bulkmodulus van het water toe aan die van de gedraineerde grond. Bij 'Ignore Undrained' gebeurt dat niet, en zal het NGI-APD model alleen rekenen met de bulk modulus van de gedraineerde grond, zoals bepaald op basis van de ingevoerde dwarscontractiecoëfficiënt en de actuele glijdingsmodulus Gur bij ontlasten/herbelasten. De bij ongedraineerd gedrag door PLAXIS berekende wateroverspanningen of -onderspanningen hebben binnen het NGI-ADP model overigens geen invloed op de ongedraineerde schuifsterkte of op de schuifstijfheid in de grond. Zie hierna voor de combinatie van SHANSEP met interface-elementen.
Bij de overstap op het SHANSEP NGI-APD model past PLAXIS de interface-eigenschappen niet automatisch aan, omdat PLAXIS het SHANSEP NGI-APD model behandelt als een 'User Defined Model'. Bij toepassing van SHANSEP NGI-APD moet in de interface dan formeel een adhesie worden ingevoerd die overeenkomt met de ongedraineerde sterkte in de naastliggende grond. Dat is echter zeer bewerkelijk. Bij een alternatieve karakterisering van de schuifsterkte in de interface door middel van een wrijvingshoek en een adhesie moet een combinatie gezocht die het verloop van de ongedraineerde sterkte in de naastliggende grond het best benadert. Zolang PLAXIS deze beperking kent is een eenvoudiger en preciezer alternatief is helaas niet beschikbaar.
VOORLOPIG: Om deze beperking te omzeilen kan worden overwogen om de interface-elementen te vervangen door een dunne laag met grond-elementen, met gereduceerde grondsterkte. De ervaring met dit mogelijke alternatief is echter nog beperkt. Op voorhand dient men zich er dan wel van bewust te zijn dat PLAXIS, na het 'uitzetten' van de interface-elementen vanaf een bepaalde rekenfase,nog steeds een (niet-fysische) schuifstijfheid in rekening brengt tussen damwand en grond. De schuifrek in de interface reduceert de schuifrek in de dunne grondlaag. Dit ongewenste effect kan het best worden voorkomen door bij toepassing van een dunnen grondlaag helemaal geen interface-elementen in het model op te nemen.
Het toepassen van kleine cohesiewaarden in toplagen (indicatief tot 2 kPa) is gebruikelijk om ondiepe glijvlakken te voorkomen en een controle op werkelijke macrostabiliteit te kunnen uitvoeren. Een dergelijke keuze mag echter geen significante invloed hebben op de berekening, en dus ook niet op de aan te houden schematiseringsfactor. Bij twijfel wordt een gevoeligheidsstudie aanbevolen. Bij toepassing van dergelijke niet-fysische cohesiewaarden in zand moeten eventueel relevante oppervlakkige afschuivingen apart worden beschouwd.
Bij toepassing van rekenschema B (PPE blz 49), met parallelle uitvoering van fase 4b en fase 5, is her-initialisatie niet nodig. Bij de overstap op SHANSEP NGI-ADP kunnen in deze parallelle fasen direct de juiste (per fase verschillende) SHANSEP parameters worden ingevoerd. Hierbij wordt aangenomen dat een eventueel benodigd restprofiel wordt geintroduceerd in fase 4a. Ook bij toepassing van rekenschema A, met volledig parallelle berekeningen, is her-initialisatie niet nodig.
