04 - DSD-NL 2016 - Geo Klantendag - Workshop ongedraineerd rekenen voor waterkeringen - Andre van Hoven, Deltares

1. 27 juni 2016
‘Ongedraineerd rekenen’
André van Hoven en Harry van Essen

2. 27 juni 2016
Programma
1. Introductie
2. Waarom ‘ongedraineerd rekenen’ en CSSM en SHANSEP in het
kort +/- 20 min
3. De waarde van gedegen grondonderzoek en zelf aan de slag met
klei, het ‘werk’ gedeelte van de workshop (Harry van Essen)
totaal +/- 30 min
4. Discussie 10 min (mag ook tussendoor)
• Ongedraineerde stabiliteitsanalyses in D-Geo Stability aan de
demo-tafels tijdens pauze/ borrel (Raymond van der Meij)

3. Intro
‘Ongedraineerd rekenen’ dekt niet de lading
Hiermee wordt bedoeld toepassen van het CSSM (Critical State
Soil Model) raamwerk en voor ongedraineerd reagerende
grondlagen het rekenen met ongedraineerde schuifsterkte volgens
SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering
Properties)
Schuifsterkte van ongedraineerd reagerende grond (klei en veen)
gemodelleerd met een ongedraineerde schuifsterkte su
Schuifsterkte gedraineerd reagerende grond (zand) gemodelleerd met
f’.
27 juni 2016

4. Intro
Probleem: Macro-instabiliteit dijken bij hoogwater leidend tot
overstroming van het achterland
Doel: optimaal ontwerpen en toetsen van dijken, door modelleren van
schuifsterkte van grond bij de beoordeling van macrostabiliteit zo
dicht mogelijk bij de werkelijkheid.
Focus op dijken bij hoogwater.
27 juni 2016

5. Intro
Afschuiving Streefkerk
27 juni 2016

6. Intro
Kleine afschuiving Lingedijk bij Spijk bij binnendijks wiel.
(lekke waterleiding in de kruin)
27 juni 2016

7. Intro
Macrostabiliteit proef IJkdijk Macrostabiliteit proef
Bergambacht (met opdrijven)
27 juni 2016

8. Intro
Druk op de dijken 1995 (TAW)
Kunnen we vertrouwen op onze dijken?
27 juni 2016

9. Intro en waarom
27 juni 2016
Druk op de dijken 1995 (TAW)

10. Intro en waarom
Druk op de dijken 1995 (TAW)
27 juni 2016

11. Waarom
Betrouwbaar model schuifsterkte van groot belang bij beoordeling
macrostabiliteit bij toetsen en bij ontwerpen (en bij extreme
omstandigheden?)
Waarom overstap van gedraineerde parameters c’ en f’ naar nieuw
schuifsterktemodel:
• Afschuiving talud treedt snel op in relatie tot consolidatie; grond
bezwijkt zonder volumeverandering, ofwel ongedraineerd. Dit
ongedraineerd grondgedrag van klei en veen wordt (onterecht) niet
in rekening gebracht.
• Sterkte uit lab-proeven bij grote rek, overeenkomstig bezwijken in
de praktijk waar lokaal in de grond al grote rek optreedt, ook al is
er van buiten nog weinig te zien.
zoz 27 juni 2016

12. Waarom
Waarom overstap van gedraineerde parameters c’ en f’ naar nieuw
schuifsterktemodel:
• Gedraineerde cohesie c’ is deels gevolg van proefprocedure
• Geen heldere bezwijkdefinitie in huidige c’ en f’ bepaling
(Pieksterkte, reststerkte, 2% of 5% rek)
• Schuifsterkte grond beschreven door c’ en f’ wordt soms
overschat en soms onderschat met vigerende werkwijze
27 juni 2016

13. 27 juni 2016
Waarom
Voorbeeld toename opgelegde schuifspanning bij gelijke vertikale
spanning (DSS proef) bij normaal geconsolideerde (NC) grond
Waterspanningsgeneratie bij NC grond tijdens afschuiving beinvloed
schuifsterkte
toename waterspanning door contractant gedrag

14. Waarom
normaal
t overgeconsolideerd geconsolideerd
Critical State Line
φcs
pieksterkte
gerelateerd aan grensspanning
c'p
φp
s'v
t overgeconsolideerd normaal geconsolideerd
Critical State Line
φcs
pieksterkte
c'p gerelateerd aan grensspanning
φp
s'v
Ongedraineerd
gedrag geeft
hogere
schuifsterkte
(dilatantie)
Ongedraineerd
gedrag reduceert
schuifsterkte
(contractie)
OCR > 2,0
OCR = 1,0

15. Schuifsterktemodel in het kort
Nieuw schuifsterktemodel uitgaande van ongedraineerde sterkte voor
klei en veen:
• Toepassen Critical State Soil Model en SHANSEP-techniek
• Onderscheid gedraineerd grondgedrag (zand) en ongedraineerd
grondgedrag (klei en veen)
• In situ toestand van grond in rekening brengen (grensspanning of
OCR) en onderscheid tussen normaal geconsolideerd gedrag en
overgeconsolideerd gedrag
• Rekenen met bezwijksterkte van grond (ultimate state i.v.m.
deformatie actief en passief en verschillen in stijfheid) in
tegenstelling tot 2% - 5% rek.
27 juni 2016

16. Schuifsterktemodel in het kort
su = σ’vi S OCRm , met OCR = σ’vy / σ’vi
su ongedraineerde schuifsterkte (kPa)
σ’vi in situ effectieve verticale spanning (kPa)
S normaal geconsolideerde ongedraineerde
schuifsterkteratio = (su/σ’v)nc (-)
OCR overconsolidatieratio (-)
m sterkte toename exponent (-)
σ’vy grensspanning (kPa)
SHANSEP techniek (Ladd et al 1974 en Ladd 1991)

17. Schuifsterktemodel in het kort
Gangbare waarden parameters S (-)
(bepaling mbv proeven straks door Harry van Essen)
27 juni 2016
Grondsoort Verzadigd
volumegewicht sat
(kN/m3
)
Normaal
geconsolideerde
ongedraineerde
schuifsterkte ratio S
(-)
Veen mineraalarm 10 – 11 0,30 – 0,44
Veen kleiig 11 – 12 0,27 – 0,34
Veen compact 10 – 12 0,30 – 0,33
Gyttja 11 – 13 0,27 – 0,34
Klei venig / klei organisch 12 – 14 0,16 – 0,38
Klei 14 – 16 0,22 – 0,26
Klei zandig 16 – 20 0,22 – 0,26
Zand 18 – 21 n.v.t.
Löss 16 – 21
Keileem 19 – 24
Dijksmateriaal 13 – 21 0,22 – 0,48

18. Schuifsterktemodel in het kort
Gangbare waarden voor sterkte toename exponent m (-)
• Bepalen m op meerdere manieren mogelijk (Harry van Essen)
• Kan liggen tussen 0,5 en 1
• Gangbaar is 0,8 à 0,9
27 juni 2016

19. Schuifsterktemodel in het kort
Gangbare waarden grensspanning σ’vy (of OCR of POP)
OCR = σ’vy / σ’vi POP = σ’vi + σ’vy
• Bij hoge grensspanning t.o.v. actuele terreinspanning: relatief
samengedrukt dus relatief klein poriënvolume in relatie tot
terreinspanning
• Range grensspanning 0 – 50 kPa
• Voor holoceen pakket, zonder grote voorbelasting, is
grensspanning toch vaak groter dan terreinspanning als gevolg
van: kruip, polderpeilwisselingen, bodemvormende processen
• Range OCR (-) holoceen pakket:
• Onder de dijk 1 - 2
• Naast de dijk 1,5 – 5, waarbij hogere waarde in de bovenste
meters
27 juni 2016

20. Schuifsterktemodel in het kort
Hoe pakt het ongeveer uit.
27 juni 2016
Voorbeeld:
σ’vy =25 kPa
S=0,3 (-)
m=0,8-0,9-1
Grensspanning
m=1
m=0,9
m=0,8

21. Schuifsterktemodel in het kort
Hoe pakt het ongeveer uit.
27 juni 2016
Voorbeeld:
σ’vy =25 kPa
S=0,18-0,24-0,3
m=0,9
Grensspanning
S=0,3
S=0,24
S=0,18

22. Schuifsterktemodel in het kort
27 juni 2016
Klei anorganisch uit het Noorden van
het land (Tfcc)
Ongedraineerd: Skar = 0,21; m=0,8;
pg=50 kPa
Gedraineerd:
c’kar=1.1 kPa ; f’kar=24.7o

23. Schuifsterktemodel in het kort
27 juni 2016
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
σ' en τ' φ' φ' φ' su su su su
celproef triaxiaalproef dss proef klei txc veen dss triaxiaalproef dss proef klei txc veen dss ADP
max rek bij tpiek max rek max rek max rek max rek max rek
Fmin[-]
Bergambacht (macrostabiliteitsproef) Deltares Lekdijk west (TAW-proefvak) Witteveen+Bos
Lekdijk west (TAW-proefvak) Deltares Heinoomsvaart (deformatie kade) Tauw
IJkdijk (macrostabiliteitsproef) Deltares Spijk Zuiderlingedijk afschuiving Deltares
Gorinchem Wolpherensedijk Haskoning Streefkerk afschuiving 1984 Deltares
norm norm incl 3D
beoogde aanpak
Validatie NL – narekenen afschuivingen
Celproef
overschat
werkelijke
schuifsterkte

24. Schuifsterktemodel in het kort
27 juni 2016
Dijken met overleefde waterstanden (marginaal) stabiel met
ongedraineerde schuifsterkte

25. Schuifsterktemodel in het kort
27 juni 2016
Samenvatting
• Effectieve spanningsanalyse en analyse ongedraineerde
schuifsterkte gemiddeld ongeveer gelijke stabiliteitsfactoren bij
rekenwaarden
• Grote verschillen voor specifieke gevallen mogelijk
• Grote verschillen in huidige proevenverzamelingen
• Ongedraineerde schuifsterkte gemiddeld genomen gunstiger bij
veen en bij lage effectieve spanningen (ook bij Stowa
consequentie-analyse) en bij opdrijven
• Ongedraineerde schuifsterkte gemiddeld genomen ongunstiger bij
klei
• Geen trends naar regio of geologie of dijktype
• Onterecht goed- en afkeuren wordt verminderd

26. Schuifsterktemodel in het kort
Hoe een en ander kan worden ingevoerd in D-Geo Stability is te zien
aan de demotafels (Raymond vd. Meij)
27 juni 2016

27. Ongedraineerd bezwijken
27 juni 2016
Levee blasting
Harry van Essen
De waarde van gedegen grondonderzoek.

28. 4 Discussie
Wat zijn de ervaringen met nieuwe benadering van de
schuifsterktepaling?
Hoe zijn de ervaringen?
Wat zijn de knelpunten uitdagingen?
27 juni 2016