Beknopte modelbeschrijvingen voor de te toetsen deelmechanismen

Deze paragraaf gaat in op de modellen die worden gebruikt voor de Gedetailleerde toets van de stabiliteit van steenzettingen.

De Gedetailleerde toets van de stabiliteit van steenzettingen betreft feitelijk de beoordeling van een tweetal stadia. Beide stadia zijn in Figuur 8.10 aangegeven:

Gat in de toplaag: bekleding bezweken. Gat in de onderlaag: bekleding faalt.

Maar voordat die beoordeling plaatsvindt wordt eerst vastgesteld of de te toetsen steenzetting valt binnen de toepassingsvoorwaarden van het rekenmodel.

8.9.1 Initieel bezwijkmechanisme resulterend in gat in toplaag

Het gat in de toplaag kan door een vijftal initiële mechanismen ontstaan. Elk van die mechanismen heeft zijn eigen modellering, waarvan de benodigde formules zijn opgenomen in de WTI-toetssoftware.

Het initiële mechanisme Lokale afschuiving door golfaanval (ZAF) wordt beoordeeld met een empirische relatie die grote overeenkomsten vertoont met een vergelijking die volgt uit een evenwichtsrelatie van het totale bekledingspakket.

De belasting (Hs) gedeeld door de sommatie van bekledingsdikte maal de relatieve dichtheid

wordt vergeleken met een factor maal de cosinus uit de taludhelling.

Voor het initiële mechanisme Materiaaltransport vanuit de granulaire laag (ZMG) wordt bij een open toplaag in essentie de geometrische dichtheid van de toplaag voor het filtermateriaal beoordeeld. De karakteristieke korreldiameter van de granulaire laag dient groter te zijn dan het maximum van spleetbreedte en eventuele gaten in de toplaag. Wordt niet voldaan aan die geometrische eis, dan wordt nog een erosiediepte in de gaten berekend om te beoordelen of er sprake is van een voldoende dynamisch evenwicht.

Voor het initiële mechanisme Materiaaltransport vanuit de ondergrond (ZMO) zijn diverse modellen beschikbaar die worden gebruikt afhankelijk voor de verschillende situaties: dunne/dikke filterlaag; wel/niet een geotextiel; ondergrond zand of klei. Voor diverse situaties wordt de met de leklengte-theorie berekende verhangen in de filterlaag vergeleken met het kritische verhang. Het kritische verhang is steeds afhankelijk van de korreldiameter van de ondergrond.

Voor het initiële mechanisme Toplaaginstabiliteit onder langsstroming (ZTS) wordt geen gedetailleerde toets uitgevoerd. Als dit mechanisme mogelijk relevant is, moet een Toets op maat worden uitgevoerd.

Voor het initiële mechanisme Toplaaginstabiliteit onder golfaanval (ZTG) wordt voor de meest voorkomende bekledingen gebruik gemaakt van een model dat voor de belasting gebaseerd is op de leklengte-theorie. De waterdrukken op het talud ten gevolge van golfbelastingen op het talud worden met de leklengte-theorie omgerekend naar verschildrukken over de toplaag. Als het om een niet-geklemde zetting gaat bestaat de sterkte in hoofdzaak uit het gewicht van de zettingselementen (los blok) Is er wel sprake van klemming in de toplaag, dan wordt het gewicht vermeerderd met de boogwerking in de toplaag. De evenwichtsvergelijking loodrecht op het talud bepaalt of de sterkte afdoende is om de belasting te dragen.

8.9.2 Van bezwijken toplaag tot falen bekleding

Na het initiële bezwijkmechanisme volgt een beoordeling van de weerstand tegen erosie van de onderlagen. Uitzondering daarbij is het initieel mechanisme afschuiven. Bij dat mechanisme zullen toplaag èn onderlagen afschuiven, waardoor de kans aanzienlijk is dat er direct een gat in de kleilaag ontstaat, zodat de zandkern direct kan worden belast door de golven: bij het mechanisme afschuiven (ZAF) wordt verondersteld dat de bekleding faalt zodra de bekleding bezwijkt.

Voor de ander mechanismen bestaat de weerstand tegen erosie van de onderlagen in essentie uit empirische relaties gebaseerd op modelonderzoek. Deze empirische relaties leveren een conservatieve schatting van de tijdsduur tot het ontstaan van een gat in de betreffende onderlaag aan de hand van enkele constructie- en belastingparameters. Als de tijdsduur nodig voor de erosie de belastingduur overtreft, dan is de erosieweerstand afdoende om falen van de bekleding te voorkomen.

Voor het initieel mechanisme Toplaaginstabiliteit onder golfaanval gaat de beoordeling nog iets verder. In de kalibratiestudie [3] is voor de toplaagstabiliteit onder golfaanval een veiligheidsfactor bepaald, waarbij de waarde afhankelijk is van de reststerkte van het

dijklichaam. Als de reststerkte van de dijk erg groot is, de dijk is erg breed in verhouding tot de golfhoogte, dan is het beschermingsniveau dat de toplaag moet bieden aan het erosiegevoelige dijklichaam geringer dan voor een smalle dijk. Voor de brede dijk is de benodigde veiligheidscoëfficiënt danook wat lager dan in geval van een smalle dijk. In de faaldefinitie voor de Gedetailleerde toets is voor het mechanisme Toplaaginstabiliteit onder

golfaanval dus deels rekening gehouden met de erosieweerstand van het dijklichaam.

In Tabel 8.1 worden voor de verschillende initiële bezwijkmechanismen de verschillende sterktecomponenten benoemd waarmee rekening moet worden gehouden in de Gedetailleerde toets. Als de belasting door langsstroming daartoe aanleiding geeft zal de beoordeling (ZTS) in een Toets op maat plaatsvinden.

Initieel mechanisme: Sterktecomponenten:

ZTG ZMO ZMG ZAF ZTS

Sterkte toplaag Ja Ja Ja Ja NVT

Groei gat in toplaag/erosie van granulaire laag Ja Ja Ja Nee NVT

Reststerkte geotextiel Nee Nee Nee Nee NVT

Erosie onderlaag van klei Ja Ja Ja Nee NVT

Reststerkte dijklichaam:

erosie van de “overmaat” in breedte Ja Nee Nee Nee NVT Reststerkte dijklichaam:

erosie van een smal dijklichaam Nee Nee Nee Nee NVT Tabel 8.1 Overzicht welke sterktecomponenten worden gebruikt in de Gedetailleerde toets van steenzettingen

gegeven een initieel bezwijkmechanisme 8.10 Literatuur steenzettingen

[1] Handreiking Dijkbekledingen, Deel 2: Steenzettingen. In opdracht van RWS-WLV en

Projectbureau Zeeweringen, januari 2015.

[2] Schematiseringshandleiding voor toetsing steenzettingen WTI-2017, Cluster 5,

product 5.35. M. Klein Breteler, G.C. Mourik. Deltares rapport 1220086-013-HYE-

0008, versie 3. Delft, december 2015.

[3] A semi-probabilistic assessment rule for the stability of block revetments under wave

attack. R.B. Jongejan, M. Klein Breteler. Deltares rapport1220080-004-ZWS-0002.

Delft, August 2015.

[4] Functional design semiprobabilistic assessments Ringtoets. R.B. Jongejan, W.J.

Klerk. Deltares report 1209431-008-ZWS-0009. Delft, May 2015.

[5] Documentatie Steentoets2015, Excel-programma voor het berekenen van de

stabiliteit van steenzettingen. M. Klein Breteler. Deltares rapport 1209832-006-HYE-

0006, november 2015.

[6] Handleiding Steentoets2015, Excel-programma voor het toetsen en ontwerpen van steenzettingen. M. Klein Breteler. Deltares rapport 1209832-006-HYE-0008, november 2015.

9 Duinwaterkering