Ontwerp van dijken

45
Ontwerp van dijken Koen Haelterman Afdeling Geotechniek

Transcript of Ontwerp van dijken

Ontwerp van dijken

Koen Haelterman

Afdeling Geotechniek

Inhoud

Grondlagenopbouw en karakteristieken

Bepaling watertafel

Ophogingen op draagkrachtige grond

Ophogingen op weinig draagkrachtige grond

ο Problematiek

ο Staged construction

ο Middelen om de stabiliteit te verbeteren

Piping en microstabiliteit

Grondlagenopbouw en karakteristieken

Via geotechnisch onderzoek

Cfr eerste Trefdag Dijken

Bepaling grondwatertafel

ο Is randvoorwaarde voor de berekeningen aan de

landzijde van de dijk

ο Grondwatertafel uit sonderingen (niet nauwkeurig) of uit

peilbuizen geplaatst in boorgat (aangewezen)

ο Voldoende grote meetreeks nodig

ο Langs tijrivieren werken met diver

Bepaling watertafel doorheen het

dijklichaam

ο Randvoorwaarde aan rivierzijde is rivierpeil

ο WL levert een aantal ontwerpstormen

ο Bv. GOG Vlassenbroek -> 56 ontwerpstormen -> niet mogelijk deze allemaal mee te nemen in de berekeningen -> keuze maken

ο Bij GEO delen we op:

ο omhullende nemen voor bepaling meest negatieve waterpeil aan landzijde

ο minima en maxima nemen voor bepaling meest negatieve waterpeil aan rivierzijde

Bepaling watertafel

Bepaling watertafel

ο Stromingsberekening doen met SEEP/W

ο Randvoorwaarden:

ο Rivier: waterpeil op basis van stormen

ο Land: natuurlijk grondwaterpeil

ο Doorlatendheid van de dijk en onderliggende

grondlagen te kiezen

Bepaling watertafel

ο Probleem: doorlatendheid vette grond

ο Bij tijrivieren: k = 10-7 m/sec want regelmatig

onder water

ο Bij ringdijken zijn er lange droge periodes

waardoor vette grond uitdroogt, scheurt.

Bovendien dan bodemwerking

ο Nederlandse studie: na verloop van tijd k =

10-5 m/sec -> onderzoek starten op oude dijken

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 1

7

Kant GOG/GGG

Kant land

Bepaling watertafel

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 1

8

Kant GOG/GGG

Kant land

Bepaling watertafel

Stabiliteitsberekening

Steeds 2 berekeningen maken

ο (1) Ogenblikkelijke toestand -> toestand

onmiddellijk na het aanbrengen van de

ophoging -> veiligheid 1.1 nodig

ο (2) Toestand op lange termijn -> toestand na

volledige consolidatie -> veiligheid 1.3 nodig

ο (1) en (2) verschillen van elkaar door

aanwezigheid van poriënwateroverspanning

Stabiliteitsberekening

Bij zandige ondergrond: (1) = (2)

ο Door de grote doorlatendheid zal de poriënwateroversp. zeer snel (tijdens aanbrengen ophoging) verdwijnen (dissipatie)

Bij weinig draagkrachtige grond (klei / leem)

ο (1) = toestand met veel poriënwateroversp. -> is veel nadeliger dan (2) = toestand na consolidatie waarbij poriënwateroversp. verdwenen is

Bij ophoging is (1) kritischer dan (2)

Stabiliteitsberekening

Illustratie van de spanningsverlopen bij ophoging

Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening

klassiek is cirkelvormig glijdvlak met een bepaalde straal

door variatie straal en middelpunt wordt glijdvlak gezocht

met kleinste veiligheid

Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening

Stabiliteitsberekening: glijdvlakberekening

Stabiliteitsberekening: lamellenmethode

Stabiliteitsberekening: lamellenmethode

Opmerking: we gaan er vanuit dat de

veiligheidsfactor voor elk “lamelletje” hetzelfde

is

We zitten echter met teveel onbekenden

daarom moeten aannames gedaan worden ->

verschillende methodes hiervoor:

Fellenius: krachten tussen lamelletjes = 0 -> fout

van 5 à 20 %

Bishop: X = 0 -> veel nauwkeuriger -> fout van

1%

Stabiliteitsberekening: lamellenmethode

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 2

1

Voorbeeld lamellenmethode

Ophoging op draagkrachtige grond

ο Draagkrachtige grond -> zand

ο Gedraineerd gedrag:

- Effectieve schuifweerstand

- Rekenen met effectieve spanningen

- Indien aanwezig: watertafel correct definiëren

ο Mits correcte keuze van de grondparameters,

eenvoudig te berekenen met de methode van

de lamellen

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 2

5

Ophoging op draagkrachtige grond:

storm

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 2

5

Ophoging op draagkrachtige grond:

enkel grondwater

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

ο Weinig draagkrachtige grond = fijnkorrelige

grond, cohesieve grond, plastische grond ->

klei / leem

ο Met water verzadigd (anders ook geen

plastisch/ ongedraineerd gedrag)

ο Ophoging is ‘snelle belasting’ vs

consolidatieperiode

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

ο Grond vertoont ongedraineerd gedrag -> ogenblikkelijk:

elke belasting is toename van de waterspanning; geen

toename van de korrelspanning en dus ook geen

toename van de schuifweerstand

ο Mogelijkheden:

ο Ophoging kan in 1 keer aangebracht worden binnen

de toelaatbare veiligheid -> met de tijd neemt de

veiligheid toe want poriënwateroverspanning

verdwijnt geleidelijk

ο Ophoging kan niet in 1 keer aangebracht worden ->

staged construction

ο Gebruik middelen om de draagkracht te verbeteren

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Praktische werkwijze

Schuifweerstandskarakteristieken :

ο Ofwel niet gedraineerde cohesie cu (lamellenmethode)

ο Ofwel effectieve hoek van inwendige wrijving φ’ en effectieve cohesie c’ (eindige elementen bv. Plaxis)

Opmerking

De niet gedraineerde cohesie cu (of su) is geen materiaalkarakteristiek maar is een rekenmethode. Hiermee wordt de schuifweerstand in de grond bij een bepaalde consolidatiespanning aangegeven.

Bij rekenen met effectieve karakteristieken: nagaan of cu-waarden en effectieve karakteristieken wel samen horen.

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Staged construction

Bij elke ophogingsstap wordt er een cu in rekening gebracht. Deze cu is de initiële cu,0 (bepaald door de initiële consolidatietoestand), vermeerderd met de toename Δcu ten gevolge van de spanningstoename Δσ’v.

Deze laatste wordt bepaald uit de consolidatiegraad U(t) die bereikt wordt onder de aangebrachte spanning op het gekozen tijdstip

Δσ’v,t = U(t). Δp

Δcu,t = α X Δσ’v,t

cu,t = cu,0 + Δcu,t

α is afhankelijk van grondsoort (plasticiteit) -> veilige aanname = 0.23

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 9

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 1

0

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 1

1

ST-0

9/0

53

Bijla

ge 1

2

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Middelen om stabiliteit te verbeteren

ο Grondverbetering: weinig draagkrachtige grond uitgraven en vervangen door goed verdicht zand

ο Hellingen verflauwen

ο Belasting aanbrengen aan de teen (tegengewicht)

ο Versnelde consolidatie van de ondergrond door middel van verticale drainage -> opletten vlakbij rivier dat je water niet “aantrekt”

ο Gebruik van geotextiel / geogrids

ο Dragende (al dan niet drainerende) elementen inbrengen zoals grindkolommen, kalkkolommen, palen, ..

ο Damwanden, nagels,…

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Ophoging op weinig draagkrachtige

grond

Verticale drainage – principe

De poriënwaterspanningen die worden veroorzaakt door de belasting moeten sneller weg want dan neemt de schuifweerstand sneller toe: hoe?

Door de verticale drains wordt de stroomafstand tussen de overspannen water en drainerende laag geminimaliseerd (horizontale afstroming)

Opmerking:

Combinatie van verticale en horizontale afstroming

Horizontale doorlatendheid doorgaans groter

Verticale drainage

Microstabiliteit

οOorzaak is te hoge freatische waterlijn in de dijk

οAfdrukken of afschuiven bekleding: kan optreden

als een minder doorlatende toplaag op een

doorlatende kern ligt (bv. vette grond op

zandkern)

Microstabiliteit

οUitspoelen van gronddeeltjes door uittredend

grondwater: kan optreden als een doorlatende

toplaag op een doorlatende kern ligt

οMeestal aan onderkant talud landzijde

οTreedt in principe enkel op bij niet-cohesief

materiaal materiaal / bij cohesieve gronden

treedt eerder een diepe afschuiving op

Piping

ο Is geconcentreerde uitstroming van grondwater

met zulke hoge snelheid dat er grond wordt

meegesleurd

οDoor terugschrijdende erosie kunnen in de grond

gangen of holten ontstaan

οTe vermijden door er voor te zorgen dat er tot

voldoende grote afstand van de dijktaluds geen

grote uittredeverhangen of uitstroomsnelheden

kunnen optreden

Piping

οKlassiek formule van Bligh -> functie van

kwellengte, verval en dikte afdekkend pakket

ο Iets nauwkeuriger Sellmeyer -> functie van

kwellengte, dikte en doorlatendheid van laag

waarin piping kan optreden, korrelgrootte