Toets op maat (incl geavanceerde toets) bij waterkerend grondlichaam 1 Algemeen

Indien na de gedetailleerde toetsing niet wordt voldaan aan de veiligheidscriteria ten aanzien van piping en/of heave, dient een Toets op maat te worden uitgevoerd. De Toets op maat is gericht om de veiligheid van de waterkering te beoordelen volgens een methodiek die gericht is op de specifieke situatie cq. locatie. De procedurele uitvoering van de Toets op maat en de eisen die aan de Toets op maat worden gesteld zijn voorgeschreven in het nieuwe VTV - Algemeen deel.

Bij de Toets op maat is de te volgen toetsmethodiek en uit te voeren analyses per definitie niet voorgeschreven. Er zijn ook geen criteria voorgeschreven, waaraan een toets op maat moet voldoen. Het is wel een vereiste dat de Toets op maat goed onderbouwd is.

Aanvullend grondonderzoek dient hier in principe niet te worden uitgevoerd. Dit dient voor de gedetailleerde analyse al voldoende te zijn verricht. In de Toets op maat worden alleen nog geavanceerdere analysemethodes en –modellen toegepast, waarbij de beoordeling op een hoger abstractieniveau ter verrichten is. Dit dient bijvoorbeeld niet meer alleen op basis van veiligheidsfactoren, maar op basis van faalkansen te gebeuren.

Figuur 7.3 geeft een algemeen overzicht van de door te lopen stappen binnen de toets op maat.

De toets op maat bestaat uit vier stappen:

Stap 3a: (Betere) Schematisatie van het pipingprobleem en uitgangspunten in toetsregel; Stap 3b: Inventariseren geavanceerde analyses;

Stap 3c: Kosten-baten analyse;

Stap 3d: Uitvoeren geavanceerde analyse.

Een geavanceerde analyse kan uiteindelijk bij een gunstig resultaat tot een technische eindscore ‘voldoet’ (v) leiden.

124 van 345

Figuur 7.3 Toetsschema voor toets op maat

Voor piping en heave bestaan verschillende methodes die, afhankelijk van de situatie, een scherpe beoordeling mogelijk maken.

7.4.2 Stap 3a

Er zijn situaties waarbij al op voorhand kan worden gesteld dat de geavanceerde toetsing niet zinnig is omdat de kans klein is dat de geavanceerde toetsing tot een score ‘voldoende’ leidt. De eerste stap (3a) in de toets op maat bestaat daarom uit een controle of met een verdere analyse kan worden aangetoond dat aan de veiligheidscriteria wordt voldaan. Daarbij wordt enerzijds gekeken naar de schematisatie van het pipingprobleem en anderzijds of andere uitgangspunten in de toetsregel tot een ander veiligheidsoordeel kunnen leiden. Voor deze stap is specialistische kennis nodig.

7.4.2.1 Stap 3a.-I: Betere schematisatie van het pipingprobleem

• In het eerste deel van stap 3a van de toets op maat wordt nagegaan in hoeverre de schematisatie van het pipingprobleem en de gebruikte modellen recht doen aan de werkelijkheid.

Toets op maat

Leidt verdere analyse tot ander oordeel?

nee ja

Is er een geavanceerde analyse beschikbaar?

nee ja

Is een geavanceerde analyse kosteneffectief? nee ja Geavanceerde analyse o v (3a) (3b) (3c) (3d) o

125 van 348

7.4.2.2 Stap 3a.-II: Uitgangspunten in toetsregel

In het tweede deel van stap (3b) wordt nagegaan of verder toetsen nog zin heeft. De toets op maat kan worden uitgevoerd als het toetsoordeel boven een zekere “afkeurgrens” ligt. Daartoe wordt gecontroleerd of ook bij gunstige aannamen voor onzekerheden nog steeds een veiligheidsoordeel ‘onvoldoende’ wordt verkregen. In de toetsregel voor de gedetailleerde toetsing zijn hiervoor veilige aannamen gedaan. Het toepassen van gunstige aannamen op de toetsregel kan worden beschouwd als het bepalen van een soort afkeurgrens. Indien zelfs met gunstige aannamen niet kan worden voldaan aan de veiligheidscriteria, heeft verder toetsen geen zin meer.

De aannamen in de toetsregel voor de gedetailleerde toetsing zijn veilig: • de watervoerende zandlaag is homogeen van opbouw en samenstelling;

• er wordt geen rekening gehouden met tijdsafhankelijkheid van het mechanisme; • het lengte-effect wordt met theoretische aannamen bepaald;

• de voor het mechanisme piping gereserveerde faalkansruimte bedraagt 10 %.

Er wordt met andere woorden uitgegaan van een ongunstige situatie. In werkelijkheid zal de situatie vaak op één of meer aspecten gunstiger zijn.

Voordat een geavanceerde analyse wordt uitgevoerd is het zinvol om eerst na te gaan of het oordeel uit de gedetailleerde toetsing gelijk blijft bij een van de volgende gunstige aannamen in de toetsregel:

• voor de representatieve korreldiameter wordt een gemiddelde waarde van de d70

aangehouden in plaats van een ondergrenswaarde. Deze aanname gaat ervan uit dat het pakket heterogeen is en de sterkste schakel de weerstand tegen piping bepaalt; • er wordt geen rekening gehouden met het lengte-effect;

• de gereserveerde faalkansruimte voor het mechanisme piping bedraat 50%; • bij een βeis,dsn < 4,5 is de veiligheidsfactor n gelijk aan 1 + 0,44 * βeis,dsn.

7.4.3 Stap 3b: Inventariseren geavanceerde analyses

Kenmerkend voor de toets op maat is dat diverse analyses beschikbaar zijn. Belangrijk hierbij is dat de beoordelingscriteria en de gemaakte keuzes goed onderbouwd zijn.

7.4.3.1 Geavanceerde bepaling veiligheidsfactor

Binnen de toets op maat kan het lengte-effect per dijkring aan de hand van de pipinggevoelige lengte per dijkring worden verdisconteerd in de toe te passen veiligheidsfactor.

De methode om deze lengte nader te beschouwen is tevens in [Lopez de la Cruz et al. 2010] beschreven. Een eerste voorzet voor de veiligheidsfactor als functie van de pipinggevoelige lengte per dijkring is in Tabel 7.3 vermeld.

De veiligheidsfactor zelf kan zowel semiprobabilistisch als ook probabilistisch worden bepaald. Voor het bepalen van de vereiste sterkte kunnen twee methoden worden toegepast. (a) een niveau-I aanpak met partiële veiligheidsfactoren en (b) een aanpak die direct gebaseerd is op de vereiste betrouwbaarheidsindex. De aanpak met partiële veiligheidsfactoren levert een lineair verband tussen vereiste betrouwbaarheidsindex en veiligheidsfactor. In methode (a) zit een zekere maat aan conservatisme. Door direct rekenen met de vereiste betrouwbaarheidsindex (methode) kan dus scherper worden getoetst.

126 van 345

Voor de gedetailleerde toets zijn in Tabel 7.2 partiële veiligheidsfactoren per normfrequentie voorgegeven. Binnen de Toets op maat kan voor een geavanceerde toets ook de partiële veiligheidsfactor per dijkring worden bepaald. Deze worden bepaald aan de hand van de pipinggevoelige lengte per dijkring. In Tabel 7.3 is een eerste voorzet voor deze per dijkring bepaalde veiligheidsfactoren gegeven. Aan de hand van de resultaten van de volgende toetsronde kunnen deze waardes weer worden bijgesteld. Reden hiervoor is dat op het moment van de eerste bepaling van de veiligheidsfactoren nog geen toetsresultaten op basis van de aangepaste toetsregel van Sellmeijer beschikbaar zijn. De toetsresultaten van de derde toetsronde zijn nog gebaseerd op de oude toetsregel van Sellmeijer, maar ook grotendeels op basis van de inmiddels ingetrokken toetsregel van Bligh. Het is daarom nog niet mogelijk geweest een exact beeld van de pipinggevoelige lengte per dijkring te verkrijgen.

127 van 348 Dijk- ring Norm [-] Totale lengte Cat A dijk [km] Piping- gevoelige lengte [km] n [-] Dijkring Norm [-] Totale lengte Cat A dijk [km] Piping- gevoelige lengte [km] n [-] 1 0,0005 12 1 1,20 31 0,00025 54 12 1,28 2 0,0005 36 4 1,20 32 0,00025 86 21 1,35 3 0,0005 26 4 1,20 33 0,00025 16 <1 1,20 4 0,0005 2 <1 1,20 13 0,0001 253 20 1,46 10 0,0005 47 19 1,24 14 0,0001 236 12 1,39 11 0,0005 43 15 1,21 18 0,0001 5 2 1,20 15 0,0005 97 14 1,20 19 0,0001 8 2 1,20 16 0,0005 108 24 1,27 9 0,0008 86 23 1,20 21 0,0005 69 21 1,25 36 0,0008 104 78 1,36 22 0,0005 37 11 1,20 36a 0,0008 4 3 1,20 23 0,0005 21 6 1,20 37 0,0008 4 3 1,20 24 0,0005 60 14 1,20 38 0,0008 66 45 1,29 34 0,0005 110 20 1,25 39 0,0008 4 4 1,20 34a 0,0005 110 1 1,20 40 0,002 12 8 1,20 35 0,0005 31 5 1,20 41 0,0008 87 53 1,31 5 0,00025 58 9 1,24 42 0,0008 18 38 1,27 6 0,00025 270 <1 1,20 43 0,0008 193 130 1,43 7 0,00025 92 30 1,39 44 0,0008 185 30 1,24 8 0,00025 116 15 1,30 45 0,0008 38 4 1,20 12 0,00025 66 16 1,31 46 0,0008 8 <1 1,20 17 0,00025 62 31 1,40 47 0,0008 14 11 1,20 20 0,00025 71 15 1,30 48 0,0008 53 75 1,36 25 0,00025 96 14 1,30 49 0,0008 35 26 1,22 26 0,00025 86 17 1,32 50 0,0008 20 15 1,20 27 0,00025 74 15 1,30 51 0,0008 23 18 1,20 28 0,00025 48 7 1,21 52 0,0008 65 49 1,30 29 0,00025 69 14 1,29 53 0,0008 114 85 1,38 30 0,00025 89 17 1,32 Maaskaden 1,20

NB: 1) Lengten zijn afgerond op hele kilometers

2) Voor praktisch gebruik bij toetsen mag een verschil tussen berekende veiligheidsfactoren en vereiste veiligheidsfactoren van minder dan 0,025 als verwaarloosbaar worden beschouwd. Voorbeeld: wanneer een berekende veiligheidsfactor 1,34 is en de eis 1,36, dan wordt geacht voldaan te zijn aan de eis.

Tabel 7.3 Partiële veiligheidsfactoren per dijkring

Het is ook mogelijk om een probabilistische piping- of heave analyse op basis van faalkansen uit te voeren. Voor een dergelijke aanpak is specialistische kennis en rekenmodellen vereist. Tabel 7.3 is uitsluitend bedoeld voor het toetsen, niet voor het robuust ontwerp van

128 van 345

7.4.3.2 Betrouwbaarheidseisen, gekoppeld aan meerjarige referentieperioden bij geavanceerde toetsing op piping en opbarsten

De gedetailleerde toetsing op opbarsten en piping wordt uitgevoerd met behulp van semi- probabilistische toetsregels. Deze regels zijn afgeleid op basis van een aangenomen toelaatbare kans op doorbraak van de waterkering, die door het faalmechanisme opbarsten en piping wordt bijgedragen. Vooralsnog is uitgegaan van bijdrage aan de faalkans van de waterkering, gelijk aan 1/10 van de normfrequentie (dit is de overschrijdingkans van de hydraulische belasting waar de waterkering op berekend moet zijn). Hierbij gaat het om overschrijdingskansen per jaar. En dus ook om een bijdrage aan de faalkans per jaar, waar elk jaar gedurende de planperiode (beoogde levensduur) aan moet worden voldaan. Dit is conform het traditionele concept bij dijken (Leidraad Rivieren).

In de ENW veiligheidsfilosofie is dit traditionele concept opgerekt tot beschouwingen van faalkansen, gebaseerd op een referentieperiode van 10 jaar (Leidraad Kunstwerken). Vooralsnog is deze leidraad van toepassing op harde constructies, of combinaties van grond en harde constructies. Echter, recent is een ontwikkeling in gang gezet richting de toepassing van dit afwijkend concept ook voor grondconstructies toe te laten. De crux van de aanpak is dat gebruik wordt gemaakt van het feit dat de sterkte van grond (net als van beton of staal) ook door de jaren heen gecorreleerd is. Dit leidt tot enigszins lichtere eisen aan de materiaalsterkte.

Vooralsnog wordt voorgesteld om een veiligheidsbeschouwing, gebaseerd op een referentieperiode van 10 jaar, toe te laten voor geavanceerde toetsanalyses van opbarsten en piping (toetsing op maat).

129 van 348