Instabiel of toch niet? Van gedraineerd naar ongedraineerd rekenen
Bij de beoordeling van een dijk wordt onder meer de stabiliteit berekend. Regelmatig is er reden om aan het resultaat te twijfelen, zo ook bij de kade van Overleek. Klopt dit wel, vroegen we ons af. We besloten nog eens te rekenen, maar dan met een andere methode: ongedraineerd rekenen. Het leidde tot een pilot. Geotechnisch adviseurs Thijs Zonneveld en Mitchell van der Horst vertellen over het onderzoek en de resultaten, waarover het laatste woord nog niet is gezegd.
Bij de beoordeling van een regionale kering bepalen we de sterkte op basis van gedraineerd gedrag. Wat wordt daarmee bedoeld?
Thijs: “Dit is een stabiliteitsberekening waarbij je uitgaat van een ‘’gedraineerde situatie’’, waarin overdrukken in de grondwaterstand goed kunnen wegzakken. Deze situatie komt voor bij regelmatige, extensieve belastingen, zoals doorgaand verkeer en een stabiel buitenwaterpeil. Regionale keringen zijn bij uitstek waterkeringen met een gedraineerde situatie; het verkeer is meestal niet intensief en de uitersten van het boezempeil liggen enkele decimeters boven of onder het gemiddelde peil.”
Bij de beoordeling van de kade bij Overleek besloten jullie na de gedraineerde berekening nog een berekening te doen. Waarom?
Thijs: “Uit de berekening volgde dat de kade instabiel was. Hij zou op meerdere plekken behoorlijk moeten worden verbreed om in een gedraineerde situatie stabiel te blijven. We zouden fors moeten ingrijpen in de ruimte (langer talud, bermverplaatsing, teenslootverplaatsing, stabiliteitsscherm), wat niet alleen voor de omgeving gevolgen heeft, maar ook voor de portemonnee van HHNK. We vroegen ons af: is zo’n investering echt noodzakelijk? Is de kade in de huidige staat echt zo instabiel? Daarom besloten we een andere berekening erop los te laten, een ongedraineerde.”
Mitchell: ”Sinds een paar jaar hebben we software die ongedraineerd rekenen makkelijker maakt.”
Wat zijn de verschillen tussen gedraineerd en ongedraineerd rekenen?
Thijs: “Het verschil zit in het uitgangspunt. In een ongedraineerde situatie kunnen overdrukken in de grondwaterstand niet goed wegzakken. De overdrukken ontstaan veelal in slecht waterdoorlatende grondlagen ten gevolge van iets zwaars wat langere tijd op de dijk blijft drukken zoals een verhoogd boezempeil of een geparkeerde vrachtwagen. Dit zijn omstandigheden die minder voorkomen dan die van gedraineerd rekenen.”
Mitchell: “Al lange tijd leeft het idee dat de huidige methode met gedraineerd rekenen bij specifieke situaties, niet helemaal aansluit bij de werkelijkheid en de belastingen die we in het rekenmodel stoppen. De norm schrijft voor dat we een hoge verkeersbelasting aanhouden, die leidt tot een wateroverspanning in de ondergrond. Tegelijkertijd is de sterkte van de grond bepaald bij een situatie zonder wateroverspanning. Bij ongedraineerd rekenen gebruiken we nieuwe technieken om de grondsterkte te bepalen bij een situatie die beter aansluit bij de werkelijkheid.”
Hoe hebben jullie het aangepakt?
Thijs: “Dat hebben we gedaan met grondonderzoek. Op verschillende plekken in de dijk zijn boringen gedaan. De monsters zijn vervolgens in het lab onderzocht.”
Mitchell: “We hebben twee scenario’s onderscheiden:
- Een situatie met hoogwater in de boezem, een hoge verkeersbelasting en een hoge grondwaterstand door hevige neerslag. Dit zijn 'maatgevende omstandigheden'. De berekening is ongedraineerd.
- Een dagelijkse situatie met een normale waterstand in de boezem, zonder verkeersbelasting. In deze situatie keken we in feite naar het vervormen van de dijk door eigen gewicht. Hierbij rekenden we ouderwets 'gedraineerd'.”
Waren er obstakels?
Thijs: “Er waren meerdere obstakels. Ten eerste moesten we een methodologie voor regionale keringen ontwikkelen, want die was er niet. Ongedraineerd rekenen passen we eigenlijk alleen toe bij primaire waterkeringen. Daarnaast moest er een motivatie komen voor het uitvoeren van grondonderzoek, want dat kost veel geld.”
Wat zijn de resultaten?
Thijs: “We hebben zowel de maatgevende als de dagelijkse omstandigheden geanalyseerd. Wat blijkt? De kade bij Overleek is op meerdere locaties in een maatgevende situatie wél stabiel, waar hij dat in een dagelijkse gedraineerde situatie niet is. Dit is opvallend.
Omdat de dijk stabiel oogt, zijn de resultaten onder dagelijkse omstandigheden in twijfel getrokken. In een pilot met Survintel is onderzocht of onderbouwing met InSAR-data een beheerdersoordeel mogelijk maakt. InSar-data geven inzicht in de vervorming van de ondergrond. Het doel van de pilot was te onderzoeken of InSar-data voldoende informatie biedt om uit te sluiten dat de dijk te veel vervormt, zodat goedkeuring op bewezen sterkte voor de dagelijkse situatie alsnog mogelijk werd. Om de resultaten van Survintel te controleren is monitoring uitgevoerd.”
De monitoring komt redelijk goed overeen met de analyse van Survintel. De gemeten horizontale vervorming is te groot om met zekerheid te stellen dat de dijk voldoende stabiel is onder dagelijkse omstandigheden. De afwijkende resultaten doen vermoeden dat er sprake is van plastische vervorming. Daarom is besloten om alle strekkingen te versterken. Toch is er winst: de versterking blijft mede door toepassing van de ongedraineerde rekenmethode beperkt tot het verzwaren van de teenslootbodem.”
In welke andere gevallen zou ongedraineerd rekenen een optie zijn?
Thijs: “Dit is een optie bij keringen met een vergelijkbare grondstructuur. Een van de uitgangspunten van ongedraineerd rekenen is dat het water moeilijk weg kan stromen. Grondsoorten als veen en klei belemmeren het stromen van water. We hebben vooral in het zuiden van ons gebied veel dijken op veen- of kleigrond.”
Mitchell: “Grondsoorten die goed waterdoorlatend zijn, zoals zand en zandige klei, reageren niet ongedraineerd bij een piekbelasting.”
Wat is er nu nodig om ongedraineerd rekenen succesvol te integreren?
Mitchell: “We hebben draagkracht nodig vanuit andere waterschappen om ongedraineerd rekenen in te zetten als standaard methodiek. Er zijn nog wat vragen overgebleven uit de pilot, met name over hoe we omgaan met de sterkte van de dijk in de dagelijkse, gedraineerde situatie. We hebben de resultaten gedeeld met de STOWA. Dit onderwerp wordt nu landelijk opgepakt. Mijns inziens is ongedraineerd rekenen geen vervanging van de reguliere toetsmethode, omdat het niet bij alle ondergronden kansrijk is en tevens een kostbare exercitie. Het is echter wel een zeer kansrijk middel voor nader onderzoek om er zeker van te zijn of een versterking echt nodig is.”
Rens Stam