Bijlage 1i - Sweco - stabiliteit bodem en waterkeringen
Tekst van het document
Stabiliteit bodem en waterkeringen Voorverkenning gebiedsontwikkeling Alem
Lijst met aanpassingen Versie
Datum
Beschrijving van de wijziging
C1.0
11-03-2022
Concept versie
D1.0
23-06-2022
Definitieve versie n.a.v. review
Verantwoording Titel Onderwerp Projectnummer Klant Referentienummer Versie
Stabiliteit bodem en waterkeringen Alem diverse onderzoeken 51006865 Dekker Grondstoffen B.V. NL22-648800269-26476 D1.0
Datum
23-06-2022
Auteur E-mailadres
Martijn Peters waterbouw@sweco.nl
Gecontroleerd door Paraaf gecontroleerd
Frank Smorenburg
Vrijgegeven door Paraaf vrijgegeven
Marc Everaars
2/56
Inhoudsopgave 1. 1.1 1.2 1.3 1.4
Inleiding ................................................................................................................................................... 4 Achtergrond ............................................................................................................................................. 4 Doel ......................................................................................................................................................... 4 Gevraagde onderzoeken ......................................................................................................................... 5 Onderzoeksaspecten .............................................................................................................................. 5
2. 2.1 2.2 2.3 2.4
Uitgangspunten ....................................................................................................................................... 7 Normen en richtlijnen............................................................................................................................... 7 Veiligheidsfilosofie ................................................................................................................................... 7 Ontwerp en bodemopbouw ..................................................................................................................... 8 Hydraulische belasting ..........................................................................................................................12
3. 3.1 3.2 3.3 3.4
Methodiek ..............................................................................................................................................15 Macrostabiliteit.......................................................................................................................................15 Piping .....................................................................................................................................................16 Grasbekleding .......................................................................................................................................18 Verwekings- en bresvloeiing .................................................................................................................18
4.
Pipingopgave traject 39-1 ......................................................................................................................20
5. 5.1 5.2 5.3 5.4
Stabiliteit zandwinput .............................................................................................................................22 Afschuiven .............................................................................................................................................22 Verwekingsvloeiing ................................................................................................................................22 Bresvloeiing ...........................................................................................................................................25 Maatregelen ...........................................................................................................................................26
6. 6.1 6.2 6.3
Effect zandwinning op dijk .....................................................................................................................30 Stabiliteit buitenwaarts ..........................................................................................................................30 Piping .....................................................................................................................................................30 Stabiliteit binnenwaarts .........................................................................................................................31
7. 7.1 7.2 7.3
Erosie door golfslag ...............................................................................................................................32 Effect winning op golfhoogte .................................................................................................................32 Golfafslag van voorland .........................................................................................................................35 Maatregelen ...........................................................................................................................................36
8. 8.1 8.2 8.3 8.4
Effect verplaatsen haven .......................................................................................................................37 Stabiliteit buitenwaarts ..........................................................................................................................37 Piping .....................................................................................................................................................38 Stabiliteit binnenwaarts .........................................................................................................................40 Effect op grasbekleding dijk ..................................................................................................................41
9. 9.1 9.2 9.3
Effect getijdengeul .................................................................................................................................42 Stabiliteit buitenwaarts ..........................................................................................................................42 Piping en stabiliteit binnenwaarts ..........................................................................................................43 Ontwerp en vervolgstappen ..................................................................................................................43
10. 10.1 10.2 10.3 10.4
Conclusie en aanbevelingen .................................................................................................................45 Pipingopgave .........................................................................................................................................45 Zandwinput ............................................................................................................................................45 Verplaatsen haven.................................................................................................................................46 Getijdengeul ..........................................................................................................................................46
11.
Referenties ............................................................................................................................................47
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0 Document referentie p:\5310\51006865\waterkering\8. rapportage\nl22-648800269-26476_alem-stabiliteit bodem en waterkering_d1.0.docx
3/56
1. Inleiding 1.1 Achtergrond Voor de gebiedsontwikkeling Alem-St Andries wordt een MIRT-onderzoek uitgevoerd dat inzicht moet geven in de volgende vragen: • •
Is er een gezamenlijke gebiedsontwikkeling mogelijk waarin meerdere opgaven verwezenlijkt worden, en is zandwinning in de Marensche Waarden daar onderdeel van? Is een dergelijke gebiedsontwikkeling ook haalbaar en realiseerbaar, in termen van financiering, draagvlak en uitvoerbaarheid?
Op grond van dit onderzoek nemen de betrokken partijen een besluit over een vervolg voor nadere uitwerking (MIRT-verkenning). De eerste stap van het onderzoek was het inventariseren van opgaven en aandachtspunten. Hiervoor is informatie verzameld, in overleg met een projectgroep en een klankbordgroep. Vanuit beide groepen zijn aanvullende vragen gesteld, waarbij met name de vragen van de klankbordgroep zich richten op de effecten van zandwinning. In een regulier planproces komen de gestelde vragen over de effecten van maatregelen op de omgeving pas in een later stadium aan bod. Het is de wens van de betrokken partijen om hier niet op te wachten, maar om nu een tussenstap te nemen met aanvullend onderzoek. Opdrachtgever verwacht als uitkomst van de onderzoeken meer inzicht te krijgen in de haalbaarheid en uitvoerbaarheid van de zandwinning, en andere mogelijke maatregelen in het kader van de gebiedsontwikkeling.
1.2 Doel Middels de te voeren aanvullende onderzoeken wil opdrachtgever alvast voor enkele onderdelen duidelijkheid verkrijgen over de veiligheid voor de omgeving, de haalbaarheid en uitvoerbaarheid en daarmee de kans op vergunbaarheid. Opdrachtgever wil graag aandachtspunten aangeleverd zien met betrekking tot deze uitgangspunten om tot een gedegen ontwerp te komen. Opgemerkt wordt dat het detailniveau van het aanvullend onderzoek niet gelijk is aan dat van een MER, omdat de planvorming op dit moment nog niet concreet genoeg is.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
4/56
1.3 Gevraagde onderzoeken De gevraagde onderzoeken hebben betrekking op de volgende disciplines: • • •
geohydrologie; oppervlaktewaterkwaliteit; geotechniek (stabiliteit bodem en waterkeringen).
In voorliggend rapport worden de resultaten van het onderzoek naar de stabiliteit van bodem en waterkeringen (geotechniek) gepresenteerd.
1.4 Onderzoeksaspecten In tabel 1.1 zijn de onderzoeksaspecten met betrekking tot de geotechniek vermeld met een verwijzing naar de betreffende paragrafen.
Tabel 1.1 Onderzoeksaspecten geotechniek Hoofdonderdeel
Subonderdeel
Onderzoeksvragen
Effecten van de grondstoffenwinning
Stabiliteit bodem en waterkering
Wat zijn de effecten van de ontzanding op de stabiliteit van de waterkering?
Paragraaf
Beknopt antwoord
6.1 t/m 6.3
Ontgraving heeft geen invloed op stabiliteit van de waterkering.
Wat is het effect op de macrostabiliteit?
5.1
Een talud van 1:4 voor de put is stabiel.
Wat is het effect op de verwekingsvloeiing?
5.2
Er is een hoog risico op verwekingsvloeiing.
Wat is het effect op de bresvloeiing?
5.3
Er is een klein risico op bresvloeiing.
Onder welke randvoorwaarden dient de ontzanding plaats te vinden om de bodemstabiliteit te garanderen?
5.4
Door uitvoeringsmaatregelen te treffen.
Met welke maatregelen/werkwijze kunnen de effecten geminimaliseerd worden?
5.4
Aanvullende onderzoeken, maatregelen tijdens de uitvoering of verflauwing taludhelling.
Golfslag
Met welke maatregelen/werkwijze kunnen de effecten geminimaliseerd worden?
7.3
Bekleding aanbrengen op de oever. De afslag van voorland is gering, dus enkel herstel is voldoende.
Algemeen
Zijn er aanbevelingen om de uitgangspunten te verbeteren?
9.3
Houd 1,5 m dikke deklaag onder geul aan en voer aanvullende onderzoeken uit.
Wat is het effect van de ontzanding op de bodemstabiliteit?
Effecten van de getijdengeul
Subonderzoeksvragen
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
5/56
Hoofdonderdeel
Effecten van verplaatsing haven
Subonderdeel
Onderzoeksvragen
Stabiliteit waterkering
Stabiliteit waterkering
Subonderzoeksvragen
Paragraaf
Beknopt antwoord
Wat zijn de effecten van de vergraving voor een getijdengeul op de stabiliteit van de waterkering? Is de maatregel vergunbaar? Zo nee, hoe is deze vergunbaar te maken?
9.1 t/m 9.3
Getijdengeul ligt ver genoeg weg, daardoor waarschijnlijk geen effect op stabiliteit.
Met welke maatregelen/werkwijze kunnen de effecten geminimaliseerd worden?
9.3
Voldoende dikke deklaag (>1,5 m).
Wat zijn de effecten van de vergraving voor een haven op de stabiliteit van de waterkering? Is de maatregel vergunbaar? Zo nee, hoe is deze vergunbaar te maken?
8.1 t/m 8.4
Groot effect, voornamelijk op piping. Het is vergunbaar door deklaag te garanderen op de havenbodem of door pipingscherm aan te brengen.
Met welke maatregelen/werkwijze kunnen de effecten geminimaliseerd worden?
8.1 t/m 8.2
Meest effectief is door op voldoende afstand van de teen te graven.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
6/56
2. Uitgangspunten 2.1 Normen en richtlijnen De berekeningen van de zandwinput en het effect op de waterkering worden uitgevoerd conform de vigerende normen en richtlijnen: • •
CUR-aanbeveling 113: Oeverstabiliteit bij zandwinputten [11] WBI 20171 [9]
2.2 Veiligheidsfilosofie De zandwinput dient veilig en stabiel ontworpen te worden. Dit is uitgevoerd conform de CUR-aanbeveling 113. Bij het ontwerp dient de waterveiligheid van het dijklichaam gegarandeerd te worden, hiervoor is gebruik gemaakt van het WBI 2017. Voor elk dijktraject een norm vastgesteld. De dijk rond Alem is normtraject 39-1, de dijk ten westen van de gebiedsontwikkeling is onderdeel van normtraject 38-2. Voor beide trajecten is de ondergrens vastgesteld op 1/3.000 per jaar [1]. Op basis van de faalkansbegroting is een faalkansruimte voor de diverse toetssporen bepaald. De faalkansruimte voor de relevante toetssporen zijn hieronder weergegeven in Tabel 2-1. Vanwege het verschil in lengte tussen beide trajecten verschillen de doorsnede-eisen. Tabel 2-1 Faalkansruimte per toetsspoor
Toetsspoor
Piping (STPH) Macrostabiliteit binnenwaarts (STBI) Grasbekleding erosie buitentalud (GEBU)
Toegestane bijdrage aan faalkans [%] 24 4
Faalkansruimte [1/jaar]
Doorsnede-eis traject 39-1 [1/jaar]
Doorsnede-eis traject 38-2 [1/jaar]
1/12.500 1/75.000
1/90.864 1/307.742
1/349.372 1/1.075.511
5
1/60.000
1/30.774
1/107.551
Afslag van het voorland zal niet direct leiden tot falen van de dijk. Voor de afslag van het voorland is voornamelijk relevant wat de te verwachten schade is. Daarom worden berekeningen voor de afslag van het voorland gedaan bij een storm met een terugkeertijd van 10 jaar en 100 jaar. 1 In deze fase wordt gekeken naar de haalbaarheid van het ontwerp waaronder de effecten van het ontwerp op de
huidige waterkering. Het effect op de huidige situatie van de waterkering wordt daarom beschouwd conform het WBI 2017.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
7/56
2.3 Ontwerp en bodemopbouw In deze paragraaf wordt het principeontwerp en de bodemopbouw beschreven van de diverse onderdelen van de gebiedsontwikkeling nabij Alem.
2.3.1
Zandwinput
Voor de zandwinning wordt het voorland ten noordwesten van Alem ontgraven, zoals is weergegeven in Figuur 2-1. Er zijn twee varianten ontworpen waarbij enkel de inrichting in het noordoostelijke deel van de zandwinput varieert. De exacte inrichting in het noordoostelijke deel heeft geen effect op de stabiliteit. Beide varianten zijn in Appendix 1 weergegeven.
Figuur 2-1 Locatie zandwinput nabij Alem. Ontgraving zandwinput aangegeven met zwarte lijnen, oeverzone in groen en de dijk rond Alem met rood. De locatie van dwarsdoorsnede 3 (DP3), zie Figuur 2-2, is aangegeven met de blauwe stippellijn
Het huidige voorland varieert van NAP +1,0 m tot NAP +7,0 m. Onder een taludhelling van 1:4 wordt de zandwinput gegraven tot een diepte van NAP -32,0 m. De putdiepte is dus 33 m tot 39 m. Een doorsnede van de zandwinput is gegeven in Figuur 2-2, dit is dwarsprofiel 3 (DP3). De locatie van DP3 is met een blauwe stippellijn aangegeven in Figuur 2-1.
Figuur 2-2 Dwarsprofiel 3
Tussen de zandwinput en de waterkering rondom Alem, is een oeverzone van 30 m vastgesteld dat grenst aan de beschermingszone van de dijk. Deze beschermingszone beslaat circa 150 m vanaf de kruin van de dijk. Net binnen de beschermingszone komt mogelijk een zomerkade met daarop een fietspad.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
8/56
De zomerkade heeft een hoogte van NAP +4,6 m, een breedte van 5,0 m en een helling van 1:5. In 2007 is door Fugro grondonderzoek uitgevoerd [2]. Hierbij zijn sonderingen en boringen uitgevoerd en zijn korrelverdelingen gemaakt. Deze sonderingen en boringen zijn alleen in het noordelijke deel van de huidige variant van de zandwinput uitgevoerd. Om meer inzicht te krijgen in de bodemopbouw in het zuidelijke deel van de ontgraving zijn in 2022 vier aanvullende sonderingen uitgevoerd tot een diepte van circa NAP -49 m [3]. In combinatie met de aanvullende sonderingen is genoeg bekend over de bodemopbouw om de analyses voor deze fase uit te voeren. Een overzicht van alle uitgevoerde sonderingen is weergegeven in Figuur 2-3.
Figuur 2-3 Overzicht uitgevoerde sonderingen uit 2007 (blauwe driehoeken) en uit 2022 (oranje driehoeken)
De boringen en sonderingen geven duidelijk weer dat de bodem met uitzondering van de bovenste paar meter bestaat uit zand. Op dieptes van NAP -20 m tot NAP -25 m bestaat de grond meer uit grind. De interpretatie van het grondonderzoek is gepresenteerd in Tabel 2-2. Tabel 2-2 Bodemopbouw zandwinput (gebaseerd op S1 en B1 vanwege centrale ligging [2])
Van [m NAP] Maaiveld 1,5 -10,5 -19,5 -25,0 -35,0
Tot [m NAP] 1,5 -10,5 -19,5 -25,0 -35,0
Grondsoort Klei Zand, matig vast Zand, vast Grind Zand, matig vast Zand, vast
Op basis van tabel 2.b uit de NEN9997-1 (2017) zijn de karakteristieke waardes voor de grondeigenschappen bepaald.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
9/56
Tabel 2-3 Karakteristieke waardes voor bodemopbouw zandwinput uit NEN9997-1
Grondsoort Klei, matig Zand, matig vast Zand, vast Grind, matig
γnat [kN/m3] 17 18 19 18
γsat [kN/m3] 17 20 21 20
c’kar [kPa] 5,0 0,0 0,0 0,0
φ'kar [°] 17,5 32,5 35,0 35,0
Waarvoor geldt: γnat γsat c’kar φ’kar
2.3.2
Volumegewicht van de grond bij natuurlijk watergehalte; Volumegewicht van verzadigde grond; Effectieve cohesie (karakteristieke waarde) Effectieve hoek van inwendige wrijving (karakteristieke waarde)
Verplaatsen haven
Een ander onderdeel van de gebiedsontwikkeling rond Alem is het verplaatsen van jachthaven De Maas. Het zoekgebied voor de nieuwe haven is ten zuidoosten van de huidige haven, zoals is weergegeven in Figuur 2-4. Het zoekgebied is grotendeels binnen de beschermingszone van de primaire waterkering rond Alem. Dit betekent dat de aanleg van de haven mogelijk een effect heeft op de stabiliteit van de waterkering.
Figuur 2-4 Zoekgebied verplaatsing van de haven
Het huidige voorland binnen het zoekgebied ligt op circa NAP +2,5 m tot NAP +3,0 m. Voor de haven wordt het voorland ontgraven tot een waterdiepte van 3 m. Dit betekent dat de ontgraving plaatsvindt tot een diepte van NAP -2,0 m uitgaande van een gemiddeld waterpeil van NAP +1,0 m, zoals gepresenteerd in paragraaf 2.4.1. De bodem bestaat voornamelijk uit zand onder een deklaag van enkele meters van klei. Binnen het zoekgebied is de kleideklaag in het noordwesten tot circa
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
10/56
NAP +1,0 m en richting het zuidoosten tot circa NAP -3,0 m op basis van sonderingen uit 2022 [3]. In onderzoeken van Grontmij uit 1997 is rond Alem een karakteristieke weerstand van de deklaag (c-waarde) van gemiddeld 20 dagen gevonden bij een deklaag van ruim 3 m [4]. Onder de deklaag is een dik watervoerend pakket aanwezig van circa 70 m. In het onderzoek uit 1997 is een kD-waarde, de combinatie van de doorlatendheid en dikte van het watervoerend pakket, van 3250 m2/dag gehanteerd [4]. Op basis van het WTI SOS kan ook de deklaagdikte en de korrelgrootte, d70, worden bepaald. Op basis van het SOS is in 70% van de scenario’s een deklaag tot een diepte van in ieder geval NAP -1,25 m aanwezig. Op basis van alle SOS-scenario’s, is vast te stellen dat er een deklaagdikte van minimaal 1,25 m aanwezig is. Onder de deklaag is er sprake van zeer grof zand. In alle SOS-scenario’s is de gemiddelde d70 gelijk aan 360 μm en een gemiddelde doorlatendheid van 50 m/dag. Deze doorlatendheid komt overeen met de gehanteerde doorlatendheid in het onderzoek van Grontmij uit 1997. Op basis van bovenstaande informatie zijn conservatieve waardes aangehouden. Daarbij zijn de gemiddelde waardes omgerekend naar karakteristieke waardes [10]. Deze waardes zijn nodig voor de piping berekeningen.
Bij de berekening naar karakteristieke waarden is uitgegaan van een lognormale verdeling met een variatiecoëfficiënt van 12% voor de d 70 en 50% voor de doorlatendheid. Voor de deklaagdikte en de weerstand van de deklaag is gebruik gemaakt van de boringen, het oude onderzoek en de hoogtekaart van Nederland (AHN4). Een overzicht van de gehanteerde parameters voor de piping berekeningen zijn weergeven in Tabel 2-4. Tabel 2-4 Parameters voor piping berekeningen
Parameter
Zandwinning
Maaiveldhoogte voorland Maaiveldhoogte achterland2 Onderzijde deklaag Doorlatendheid deklaag Dikte zandlaag Doorlatendheid zandlaag Korreldiameter (d70)
2.3.3
NAP +2,80 m
Ontgraven haven (oost) NAP +2,50 m
Ontgraven haven (west) NAP +2,50 m
NAP +3,00 m
NAP +4,00 m
NAP +5,80 m
NAP -1,25 m 0,15 m/dag
NAP +1,25 m 0,15 m/dag
NAP +1,25 m 0,15 m/dag
70 m 93,83 m/dag
70 m 93,83 m/dag
70 m 93,83 m/dag
288,69 μm
288,69 μm
288,69 μm
Getijdengeul
In het voorland bij dijktraject 38-2, dijktraject Maasdijk Bommelerwaard, is het plan om een getijdengeul aan te leggen. De geul zal lopen tussen de huidige haven bij Alem en het Gat van Sientje vlak langs de rotonde nabij de plaats Rome. De gebiedsontwikkeling met de getijdengeul bij dijktraject 38-2 is weergegeven in Figuur 2-5.
2 Bij locaties 2 en 3 is een grote berm aanwezig en is de gegeven maaiveldhoogte op een afstand van
respectievelijk 70 m en 50 m vanaf de kruin bepaald.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
11/56
Figuur 2-5 Gebiedsontwikkeling ten westen van Alem met getijdengeul
Het huidige voorland heeft een hoogte van circa NAP +3,0 tot NAP +4,0 m. De afgraving in het voorland voor de getijdengeul betreft maximaal een diepte van één meter. In het gebied zijn in het voorland drie boringen beschikbaar in Dinoloket (geraadpleegd in februari 2022). Uit deze boringen is een deklaagdikte van slechts 0,4 m tot 0,8 m te identificeren. Uit onderzoek van Grontmij in 1997 is een gemiddelde karakteristieke deklaagdikte van 5,2 m gevonden voor het dijktraject Maasdijk Bommelerwaard tussen hm0 en hm37 [4]. Op basis van het SOS is in slechts 16% van de scenario’s een deklaag aanwezig van meer dan 5,2 m. In 60% van de scenario’s is de deklaagdikte slechts 1,7 tot 2,0 m dik. Er zijn voor de getijdengeul enkel kwalitatieve analyses uitgevoerd, waardoor er geen exacte parameters bepaald zijn voor dit gebied.
2.4 Hydraulische belasting 2.4.1
Waterstanden
Voor de bepaling van de waterstanden bij de norm (1/3.000 jaar) is gebruik gemaakt van de software Hydra-NL v2.8.2 met de database WBI2017_Bovenmaas_39-1_v03. Met deze software wordt conform het WBI 2017 gerekend inclusief onzekerheden. De waterstand bij de norm (terugkeertijd van 3.000 jaar) is NAP +7,66. Deze waterstand is benodigd voor onder andere de pipingberekeningen en is bepaald bij het rekenpunt dk_00044 zoals is weergegeven in Figuur 2-6.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
12/56
Figuur 2-6 Rekenlocatie hydraulische belasting
Om te bepalen wat de waterstand is bij normale omstandigheden is gebruik gemaakt van de database van Rijkswaterstaat. Bij Alem is geen meetpunt aanwezig, maar 7 km bovenstrooms ligt een meetpunt bij Lith. De data bij dit meetpunt komt goed overeen met de werkelijkheid bij Alem.Op basis van data van Rijkswaterstaat uit 2020 en 2021, varieert de waterstand bij Lith onder normale omstandigheden rond NAP +1,0 m met een enkele uitschieter naar boven. Op basis van deze gegevens wordt uitgegaan van een lage waterstand van NAP +0,0 m. Het polderpeil is benodigd voor de pipingberekeningen en is bepaald aan de hand van het peilbesluit. Het peilbesluit vanuit het waterschap is weergegeven in Tabel 2-5. In beide gebieden is een marge van ±0,15 m. Tabel 2-5 Peilbesluit
Alem Rome (peilgebied BOM560) (peilgebied BOM534) Zomerpeil [m NAP] 2,90 2,45 Winterpeil [m NAP] 2,70 2,30
Het polderpeil heeft grote invloed op het risico op piping. De waardes uit Tabel 2-5 zijn conservatief, naar verwachting zal het polderpeil stijgen bij hoogwater. Daarom wordt voor opbarsten uitgegaan van polderpeil plus de 0,15 m marge, dus een peil van NAP +2,85 m. Indien opbarsten plaatsvindt zal het peil gelijk zijn aan het maaiveld.
2.4.2
Golfbelasting
Voor het bepalen van de golfhoogte voor de afslag van het voorland is geen gebruik gemaakt van Hydra-NL. Er is gekozen om de golven met de formule van Bretschneider te bepalen. Op deze manier kunnen de invoergegevens, zoals de strijklengtes, nauwkeuriger en beter navolgbaar toegepast worden. De golfhoogtes zijn bepaald op basis van de volgende vergelijkingen [6]: ̅ = 0,283 tanh(0,530𝑑̅ 0,75 ) tanh( 𝐻
0,0125𝐹̅0,42 ) tanh(0,53𝑑̅ 0,375 )
𝑑𝑔 𝑑̅ = 2 𝑢
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
[1] [2]
13/56
𝐹𝑔 𝐹̅ = 2
[3]
̅ = 𝐻𝑠2𝑔 𝐻
[4]
𝑢
𝑢
Met 𝑔 = valversnelling [m/s2] (9,81 m/s2) 𝑢 = windsnelheid op 10 m hoogte [m/s] 𝑑 = waterdiepte [m] 𝐹 = strijklengte [m] 𝐻𝑠 = Significante golfhoogte [m]
Voor de windsnelheden wordt gebruik gemaakt van de data van het weerstation bij Deelen, omdat dit weerstation redelijk nabij gelegen is (ca. 45 km). Daarnaast is dit weerstation net als Alem ook niet in de buurt van de kust gelegen, waardoor de windsnelheden en -richtingen naar verwachting nauwkeurig overeenkomen. Zoals is weergegeven in bovenstaande formules spreken we van significante golfhoogte. Wanneer er in dit rapport gesproken wordt over golfhoogte gaat het, tenzij anders vermeld, altijd over de significante golfhoogte.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
14/56
3. Methodiek De gebiedsontwikkeling bestaat uit 3 onderdelen, namelijk de zandwinput, haven en getijdegeul. Bij de onderdelen moeten, afhankelijk van het onderdeel de volgende aspecten beschouwd worden: • Macrostabiliteit • Piping • Bekleding van de dijk • Verwekings- en bresvloeiing In onderstaande paragrafen staat per onderdeel de aanpak toegelicht.
3.1 Macrostabiliteit Een analyse op macrostabiliteit brengt het risico op afschuiven van een talud langs een glijvlak in kaart. Gedurende een storm stijgt de grondwaterstand in de dijk, waardoor een hoger risico op afschuiven aan de binnenzijde plaatsvindt. Aan de buitenzijde kan afschuiven plaatsvinden als de waterstand snel daalt na hoogwater. Hierdoor is de grondwaterstand in de dijk ten opzichte van de buitenwaterstand hoog en is er een hogere kans op afschuiven aan de buitenzijde. De berekeningen zijn gedaan met de software D-Geo Stability v18.1.1.3.
3.1.1
Zandwinput
Voor het afschuiven van de zandwinput wordt de CUR-aanbeveling 113 gevolgd [11]. Daarbij dient aan onderstaande voorwaardes te worden voldaan, indien niet aan de voorwaarden wordt voldaan dient een stabiliteitsberekening met de methode Bishop te worden uitgevoerd. • • • •
géén gronddepot of andere bovenbelasting vlak langs oever; géén slappe cohesieve lagen; helling flauwer dan 1:3. Of Stabiliteitsberekening volgens methode Bishop met grondparameters geschat volgens NEN 6740.
Door de zandwinning zal materiaal langs de oever aanwezig zijn en vrachtwagens zullen worden ingezet. Daarom wordt niet aan de eenvoudige voorwaardes voldaan en dient een stabiliteitsberekening te worden uitgevoerd. Voor het risico op afschuiven van de zandwinput wordt een D-Geo Stability berekening uitgevoerd met de methode Bishop. Hierin wordt de bodemopbouw en parameters gevolgd zoals beschreven in hoofdstuk 2.3.1. Voor de parameters van de bodemopbouw worden karakteristieke waardes ingevoerd. Volgens de CUR-aanbeveling dient er dan te worden voldaan aan een veiligheidsfactor van 1,3 bij de methode van Bishop [11]. Voor de berekeningen van de stabiliteit van het talud van de zandwinput is uitgegaan van een grondwaterstand gelijk aan het waterpeil, aangezien de bodem bestaat uit zand. Door de hoge doorlatendheid van het grondlichaam zal de grondwaterstand direct reageren op variatie in de buitenwaterstand. Onder
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
15/56
normale omstandigheden zal de waterstand, zoals is aangegeven in paragraaf 2.4.1, op circa NAP +1,0 m liggen. Er wordt een verkeersbelasting van 13,3 kN/m2 over een lengte van 2,5 m toegepast. Dit is de maximale verwachte belasting en komt overeen met zwaar werkverkeer. De aanpassingspercentages in de cohesieve grondsoorten als gevolg van de verkeersbelasting bedragen 50% en als spreiding in de ondergrond wordt een hoek van 26,6° aangehouden [5].
3.1.2
Waterkering
Er is geen informatie aangeleverd over de dijkopbouw. Daarom worden in deze fase geen berekeningen uitgevoerd en wordt de stabiliteit van de waterkering kwalitatief beschouwd.
3.2 Piping Piping is een faalmechanisme dat bestaat uit drie onderdelen, namelijk opbarsten, heave en terugschrijdende erosie. Alle drie de onderdelen moeten optreden om daadwerkelijk te leiden tot piping. Opbarsten van de deklaag kan plaatsvinden als de deklaag dun is en de stijghoogte, de druk vanuit het water onder de deklaag, hoog. Bij heave wordt het risico op verticale waterstroming bij het uittredepunt bepaald. Bij terugschrijdende erosie wordt het daadwerkelijk vormen van de pipe berekend waarbij zand meegevoerd wordt. Bij Alem is 1,0 km dijk mogelijk afgekeurd op piping in het voorlopig oordeel afkomstig van het waterveiligheidsportaal. Dit betekent dat het waterschap niet kan uitsluiten dat piping kan optreden bij een storm die overeenkomt met de norm. De exacte opgave op basis van huidige regelgeving is niet bekend. Voordat de effecten van het ontgraven op het risico op piping worden doorgerekend, wordt gekeken naar de huidige staat van de dijk. Vervolgens wordt gekeken naar het effect van de gebiedsontwikkeling op het risico op piping, aangezien de dijk moet blijven voldoen aan de veiligheidsnormen. In deze notitie wordt ingegaan op de huidige pipingopgave, het effect van het ontgraven van het voorland en welke maatregelen genomen kunnen worden om aan het WBI te voldoen.
3.2.1
Huidige pipingopgave
Om de pipingopgave in kaart te brengen worden drie doorsnedes berekend op het risico op opbarsten, heave en terugschrijdende erosie. Indien één van de drie mechanismes niet kan optreden, kunnen er geen zandmeevoerende wellen ontstaan. Deze berekeningen worden gedaan conform het WBI [9]. Om de pipingopgave goed in kaart te brengen worden drie locaties geanalyseerd zoals is weergegeven in Figuur 3-1. Locatie 1 is gekozen vanwege het relatief lage maaiveld achter de dijk. Locatie 2 en 3 zijn gekozen om de pipingopgave goed in beeld te hebben binnen het zoekgebied voor de haven.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
16/56
Figuur 3-1 Locaties voor piping berekeningen bij het afgekeurde dijkvak (paarse lijn)
Voor de drie deelfaalmechanisme (opbarsten, heave en terugschrijdende erosie) zijn verschillende vereiste veiligheidsfactoren. Er wordt uitgegaan van een veilige schematiseringsfactor van 1,2. In Tabel 3-1 zijn de vereiste factoren weergegeven. Tabel 3-1 Factoren voor de piping berekeningen bij Alem
Schadefactor Opbarsten Heave Terugschrijdende erosie
3.2.2
1,45 1,10 1,23
Schematiseringsfactor 1,20 1,20 1,20
Vereiste veiligheidsfactor 1,74 1,33 1,47
Effect ontgraven voorland
Bij de werkzaamheden wordt alleen (een deel van) het voorland weggegraven. Het dempende effect wordt bepaald door de effectieve voorlandlengte (fictieve lengte waarover de stijghoogte daalt) te berekenen. Deze wordt berekend met de volgende vergelijking [10]: 𝐿
𝐿𝑒𝑓𝑓 = 𝜆1 tanh 1
𝜆1
𝑑
𝜆1 = √𝑘𝐷 𝑘𝑙𝑒𝑖 𝑘𝑘𝑙𝑒𝑖
[Vergelijking 3.1] [Vergelijking 3.2]
Met: 𝐿1 = Voorlandlengte [m] k = Doorlatendheid watervoerend pakket [m/dag] D = Dikte zandmeevoerende laag [m] 𝑑𝑘𝑙𝑒𝑖 = Dikte deklaag [m] 𝑘𝑘𝑙𝑒𝑖 = Doorlatendheid deklaag [m/dag]
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
17/56
Om het risico op piping niet te vergroten dient een maatregel genomen te worden dat het ontgraven voorland compenseert en ervoor zorgt dat het risico niet wordt vergroot.
3.3 Grasbekleding Het ontgraven van het voorland heeft mogelijk invloed op het risico op erosie van de bekleding van de dijk. De bekleding aan de buitenzijde van de dijk kan eroderen door golven die op het talud klappen (mechanisme golfklap) of door de stroming van het oplopen van het water na de golfklap (golfoploop). Golfklap heeft een hogere belasting dan golfoploop en is daarom dominant. De dijk bestaat volledig uit grasbekleding aan de buitenzijde en daarom wordt geanalyseerd of de bekleding blijft voldoen. Als eerste wordt het effect van de ontgravingen op de hydraulische belasting bij de norm bepaald. Dit wordt gedaan met de software Hydra-NL door een profiel inclusief voorland en exclusief voorland door te rekenen. Vervolgens wordt de grasbekleding, conform het WBI [9], doorgerekend met de software BM Gras Buitentalud. Aangezien geen informatie over de kwaliteit van de grasbekleding beschikbaar is, wordt zowel een gesloten als een open grasbekleding doorgerekend. Als resultaat wordt een veiligheidsfactor berekend. Indien de veiligheidsfactor groter is dan 1, betekent het dat de bekleding voldoet bij de norm.
3.4 Verwekings- en bresvloeiing Bij een ontgraving van een diepe put, dient het risico op verwekings- en bresvloeiing in kaart te worden gebracht conform de CUR-aanbeveling 113.
3.4.1
Verwekingsvloeiing
Verwekingsvloeiing kan optreden door verlies aan korrelspanning in een losgepakt zandpakket waardoor het zandpakket wegstroomt. Een plotselinge verandering in belasting kan dit mechanisme initiëren. Verwekingsvloeiing zal optreden als het talud voldoende steil is, losgepakte zandlagen aanwezig zijn en een verandering in belasting. Om te bepalen of het talud voldoende steil is zodat verwekingsvloeiing kan plaatsvinden wordt gebruik gemaakt van het geometriecriterium uit de CUR-aanbeveling. Het geometriecriterium is als volgt: 𝐻
1
𝛼𝑅 flauwer dan 1: 7( 𝑅 ) ⁄3 30
𝐻
1
𝛼𝑅 flauwer dan 1: 4( 𝑅 ) ⁄3 30
[Vergelijking 3.3] [Vergelijking 3.4]
Met: 𝛼𝑅 = rekentaludhelling [-] 𝐻𝑅 = rekenputdiepte [m] Wanneer wordt voldaan aan geometriecriterium [1] is de kans op verwekingsvloeiing verwaarloosbaar klein. Wanneer aan geometriecriterium [2] wordt voldaan is de faalkans verwaarloosbaar klein als de dikte van de verwekingsgevoelige lagen kleiner is dan 3 m. Wanneer aan beide criteria niet wordt voldaan, dienen de verwekingsgevoelige lagen kleiner te zijn dan 1 m.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
18/56
Om de aanwezigheid van losgepakte zandlagen voldoende in kaart te brengen dient er elke 500 m een sondering tot een diepte van 1,5 keer de putdiepte aanwezig te zijn. Of een zandlaag los- of vastgepakt is, wordt bepaald op basis van het criterium van Baldi [7]. Het Baldi criterium geeft op basis van de conusweerstand en de diepte een schatting van de relatieve dichtheid en daarmee ook de aanwezigheid van los of vastgepakte zandlagen. Bij een relatieve dichtheid van tussen 33% en 50% is er sprake van los tot matig gepakte zandlagen. Onder de 33% is er sprake van zeer losgepakte zandlagen. Bij een relatieve dichtheid van meer dan 50% zal verwekingsvloeiing niet optreden.
3.4.2
Bresvloeiing
Bresvloeiing is oppervlakte-erosie waardoor het talud wordt uitgesleten en zandlagen mogelijk wegstromen. Bresvloeiing kan ontstaan als het zuigproces niet voldoende wordt gemonitord, dikke klei- of veenlagen niet op een juiste manier worden verwijderd, fijne zandlagen aanwezig zijn en bij een steil talud met onvoldoende bermen. De uitwerking van deze eisen en de resultaten zijn verder toegelicht in paragraaf 5.3.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
19/56
4. Pipingopgave traject 39-1 Voordat het effect van ontgravingen op het risico op piping wordt behandeld, wordt ingegaan op het risico op piping bij Alem in de huidige situatie. Uit de wettelijke beoordeling, uitgevoerd in 2020 [12], volgt namelijk dat een deel van het dijktraject bij Alem niet is goedgekeurd voor het faalmechanisme piping. De andere faalmechanismen hebben in dit traject het oordeel voldoet. Om inzicht te verkrijgen waar deze risico’s liggen in het gebied, en welke eventuele compenserende maatregelen getroffen dienen te worden, is voorliggende analyse uitgevoerd. Het effect van de ontgravingen bij Alem op het risico op piping komen aan bod bij de zandwinput in paragraaf 6.2 en de haven, paragraaf 8.2. In de beoordeling heeft het dijkdeel tussen dijkpaal 0 en dijkpaal 10 het oordeel categorie IV gekregen voor piping, dit betekent dat de dijk mogelijk is afgekeurd voor dit faalmechanisme. Er zijn in dit dijkdeel geen berekeningen uitgevoerd volgens de huidige normen, het oordeel is gebaseerd op de resultaten uit het VNK in combinatie met een beheerdersoordeel. Mogelijk is de pipingopgave kleiner of niet aanwezig op delen van het traject. Indien er wel een pipingopgave aanwezig is, kan deze worden gemitigeerd door maatregelen te treffen in combinatie met de gebiedsontwikkeling.
In dit hoofdstuk wordt het risico op piping beschreven in de huidige situatie zonder ontgravingen.
Figuur 4-1 Eindoordeel op faalmechanisme piping [12]
Op basis van de berekeningen is naar voren gekomen dat de westelijke locaties voldoen aan de gestelde eisen en de oostelijke locatie niet voldoet, zoals gepresenteerd in Tabel 4-1. In Appendix 2 zijn de berekeningen gepresenteerd.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
20/56
Tabel 4-1 Oordeel piping huidige situatie
Opbarsten Heave Terugschrijdende erosie Oordeel
Vereiste factor 1,74 1,33 1,47
Locatie 1
Locatie 2
Locatie 3
1,01 0,41 1,43
0,75 0,31 1,93
1,00 0,41 1,61
Voldoet niet
Voldoet
Voldoet
Op alle drie de locaties is er een risico op opbarsten (het openscheuren van de deklaag) en risico op heave (omhoog gerichte waterstroming bij het uittredepunt). Bij het zuidwestelijke gedeelde, dus locaties 2 en 3, wordt voldaan aan de eisen voor terugschrijdende erosie. Het grote verschil met locatie 1, waar niet wordt voldaan aan de gesteld eisen t.a.v. terugschrijdende erosie, is dat bij locatie 1 het maaiveld in het achterland 1,0 tot 2,8 m lager ligt. Dit is duidelijk waarneembaar op de hoogtekaart (AHN4), zoals weergegeven in Figuur 4-2. Hierdoor is de aanwezige deklaagdikte kleiner. Daarnaast ligt bij hetzelfde dijkvak in het voorland een plas. De plas is in dit onderzoek verder niet meegenomen, aangezien dit dijkdeel al afgekeurd wordt bij de aanname dat de deklaagdikte onder de plas voldoende is. Exacte gegevens over deze plas zijn onbekend, dus om een nauwkeuriger oordeel te kunnen geven dient deze ingemeten te worden en daaronder de deklaagdikte bepaald te worden.
Figuur 4-2 Hoogtekaart (AHN) Alem met meest pipinggevoelig gedeelte zwart omcirkeld
In bovenstaande analyses zijn een hoge schematiseringsfactor en conservatieve uitgangspunten gehanteerd. Dat betekent dat met aanvullende boringen en inmetingen het dijkvak mogelijk goedgekeurd kan worden. Er wordt daarom geadviseerd om eerst te kijken naar optimalisaties van het oordeel voordat versterkingsmaatregelen genomen worden.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
21/56
5. Stabiliteit zandwinput Het graven van een zandwinput dient onder een veilig en stabiel talud uitgevoerd te worden. De stabiliteit van de zandwinput wordt bepaald conform de CUR-aanbeveling 113. Deze norm is gebruikelijk voor de aanvraag van een eventuele vergunning. Het ontwerp van de zandwinput wordt doorgerekend op het risico op afschuiven, verwekingsvloeiing en bresvloeiing. Vervolgens worden mogelijke beheersmaatregelen om het risico nog verder te kunnen minimaliseren beschreven en wordt een optimalisatie van het ontwerp gepresenteerd.
5.1 Afschuiven Afschuiven betekent dat het talud langs een glijvlak bezwijkt. Er is, zoals beschreven in paragraaf 3.1.1, een stabiliteitsberekening uitgevoerd met D-Geo Stability om het risico op afschuiven te bepalen. Alleen dwarsdoorsnede DP3 is doorgerekend, aangezien dit de enige dwarsdoorsnede is waarbij belasting aanwezig is naast de oever. De geometrie van de andere doorsnedes en locaties zijn gelijk, waardoor dwarsdoorsnede DP3 maatgevend is voor afschuiven. Uit de stabiliteitsberekening, uitgevoerd met de methode van Bishop, volgt een veiligheidsfactor van 2,59. Het resultaat van de berekening is weergegeven in Appendix 3. De berekende veiligheidsfactor van 2,59 is ruim hoger dan de vereiste factor van 1,30. Dit betekent dus dat het risico op afschuiven zeer klein is en dat het talud voldoet op afschuiven volgens de CUR-aanbeveling 113.
5.2 Verwekingsvloeiing Verwekingsvloeiing ontstaat door een trilling bij losgepakte zandlagen bij een steil talud. Verwekingsvloeiing vindt vaak plaats in een kort tijdsbestek van enkele minuten tot een half uur. Als resultaat vloeit veel zand weg waardoor een flauwer talud ontstaat. Voor het optreden van verwekingsvloeiing moet aan de volgende drie criteria worden voldaan: 1. Het zand moet verwekingsgevoelig zijn, dus voldoende losgepakt; 2. De taludgeometrie moet ongunstig zijn; 3. Er moet sprake zijn van een inleidend mechanisme. Aangezien het winnen van zand een inleidend mechanisme voor verwekingsvloeiing kan zijn, wordt aan het derde criterium voldaan. In onderstaande paragrafen is de beoordeling uitgevoerd van criterium één en
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
22/56
twee. Als één van de twee criteria niet voldoet, treedt er geen verwekingsvloeiing op.
5.2.1
Verwekingsgevoelige zandlagen
Op basis van het Baldi-criterium, zie paragraaf 3.4, is in kaart gebracht of er losgepakte zandlagen aanwezig zijn [7]. De sonderingen en het Baldi-criterium voor los en vastgepakte zandlagen zijn weergegeven in Appendix 4. In elke sondering zijn los tot matig los gepakte zandlagen geïdentificeerd van meer dan 1,0 m dik. Het overzicht is weergegeven in Tabel 5-1. Het grootste risico op verwekingsgevoelige zandlagen is, op basis van de geanalyseerde sonderingen, tussen NAP -26,5 m en NAP -37,0 m. Tabel 5-1 Verwekingsgevoelige zandlagen met minimale dikte 1,0 m (relatieve dichtheid kleiner dan 50%)
Sondering DKM1A DKM1A DKM1A DKM2 DKM2 DKM2 DKM3
Diepte [m NAP] -6,7 tot -8,1 -25,3 tot -27,6 -28,0 tot -32,5 1,5 tot -0,2 -5,1 tot -8,5 -28,0 tot -32,0 -30,2 tot -34,0
Dikte [m] 1,4 2,3 4,5 1,7 3,4 4,0 3,8
DKM4 DKM4
-4,0 tot -6,0 -27,0 tot -33,4
2,0 6,4
DKM5 DKM5
-1,0 tot -2,0 -28,2 tot -32,9
1,0 4,7
DKM5 DKM6 DKM7 DKM7 DKM7 DKM8 DKM9 DKM9 DKM9 DKM10 DKM11 DKM11 DKM11 DKM001 DKM001 DKM001 DKM002 DKM003 DKM003 DKM003 DKM003 DKM004 DKM004
-33,2 tot -35,0 -30,0 tot -34,0 -27,5 tot -29,3 -30,9 tot -31,0 -34,2 tot -37,1 -26,8 tot -28,7 -18,5 tot -20,5 -28,1 tot -32,5 -33,0 tot -34,4 -27,9 tot -29,0 -6,0 tot -8,1 -25,0 tot -26,3 -26,5 tot -34,3 -5,0 tot -7,0 -31,2 tot -33,3 -35,0 tot -37,1 -30,0 tot -33,0 -15,0 tot -17,0 -17,2 tot -19,9 -26,0 tot -33,6 -37,0 tot -40,0 -26,0 tot -35,5 -37,1 tot -39,0
2,8 4,0 1,8 1,1 2,9 1,9 2,0 4,4 1,4 1,1 2,1 1,3 7,8 2,0 2,1 2,1 3,0 2,0 2,7 7,6 3,0 9,5 1,9
Opmerkingen
Relatieve dichtheid vooral meer dan 33% Relatieve dichtheid overal meer dan 33%. Wrijvingsgetal fluctueert tussen 0,8% en 1,5%
Indien wordt gekeken naar de definitie van losgepakte zandlagen bij een relatieve dichtheid van minder dan 33%, zijn losgepakte zandlagen aanwezig op een diepte zoals weergegeven in Tabel 5-2.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
23/56
Tabel 5-2 Sterk losgepakte zandlaag met minimale dikte 1,0 m (relatieve dichtheid kleiner dan 33%)
Sondering DKM1A DKM2 DKM6 DKM7 DKM7 DKM11 DKM003 DKM003 DKM004 DKM004 DKM004
Diepte [m NAP] -28,0 tot -29,6 -28,1 tot -30,1 -31,5 tot -33,5 -30,9 tot -31,0 -34,2 tot -37,1 -28,0 tot -32,9 -26,0 tot -29,3 -30,2 tot -33,0 -27,7 tot -31,6 -33,1 tot -34,2 -37,4 tot -38,9
Dikte [m] 1,6 2,0 2,0 1,1 2,9 4,9 3,3 2,8 3,9 1,1 1,5
Op basis van de duidelijke losgepakte zandlagen is er nog steeds risico op verwekingsgevoelige lagen op een diepte van NAP -26,0 m tot circa NAP -38,0 m. Op basis van deze analyse kan risico op verwekingsvloeiing niet worden uitgesloten.
5.2.2
Taludgeometrie
Verwekingsvloeiing kan enkel optreden wanneer het talud steil is. Wanneer het talud voldoende flauw is kan er dus geen verwekingsvloeiing optreden. Dit is bepaald op basis van het geometriecriterium, zoals is beschreven in paragraaf 3.4. Bij een maaiveldhoogte van NAP +3,0 m en een putdiepte op NAP -32,0 m voldoet een talud van 1:4 niet aan beide criteria. Om te voldoen aan criterium 1 dient de taludhelling maximaal 1:7,53 te zijn en om te voldoen aan criterium 2 dient de taludhelling maximaal 1:4,30 te zijn. Dit betekent dat, met het huidige ontwerp (1:4 talud), de dikte van verwekingsgevoelige lagen maximaal 1 m mag zijn om verwekingsvloeiing uit te sluiten conform de CUR-aanbeveling 113.
5.2.3
Conclusie
Verwekingsvloeiing kan worden uitgesloten als aan één van de drie criteria die gesteld zijn in paragraaf 5.2 níet kan worden voldaan. Aan criterium 3, aanwezigheid van een inleidend mechanisme, wordt voldaan door de zandwinning. Uit analyses uitgevoerd voor criteria 1 en 2 blijkt dat op basis van zowel de geometrie als de aanwezigheid van losgepakte zandlagen verwekingsvloeiing niet kan worden uitgesloten. Figuur 5-1 geeft weer de sonderingen weer met bijbehorende risico op basis van de huidige analyse op verwekingsvloeiing. Er is een gemiddeld risico toegekend als er lagen van meer dan 1,0 m los tot matig gepakt aanwezig zijn en een hoog risico als er lagen van meer dan 1,0 m los tot zeer los gepakt aanwezig zijn.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
24/56
Figuur 5-1 Sonderingen met hoog risico (zeer losgepakte zandlagen) en gemiddeld risico (losgepakte tot matig gepakte zandlagen) op verwekingsvloeiing
Dit betekent niet dat verwekingsvloeiing daadwerkelijk op zal treden. Er zijn aanvullende analyses of beheersmaatregelen nodig om het risico op verwekingsvloeiing uit te kunnen sluiten. Deze aanbeveling is verder uitgewerkt in paragraaf 5.4.
5.3 Bresvloeiing Naast de analyses op afschuiven en verwekingsvloeiing, dient er ook conform de CUR-aanbeveling 113 een analyse op bresvloeiing uitgevoerd te worden. Bij bresvloeiing bezwijkt het talud door gestaag wegstromen van grondlagen. In tegenstelling tot verwekingsvloeiing dat binnen een half uur plaatsvindt, kan bresvloeiing wel 12 uur lang doorgaan. Volgens de eenvoudige toets van de CUR-aanbeveling 113 voldoet de zandwinput op bresvloeiing als er wordt voldaan aan onderstaande 6 voorwaarden: 1. Dikke stoorlagen (> 1 m) , indien aanwezig, worden met geschikt materieel verwijderd; 2. Zand is grof genoeg; 3. Er wordt van te voren een werkplan voor de uitvoering vastgesteld; 4. Zuigproces wordt beheerst door monitoring van positie zuigbuis en productie; 5. Gezogen taluds worden regelmatig gepeild; 6. Taludhelling volgens tabel 2a en 2b in de CUR-aanbeveling 113.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
25/56
Voorwaarde 3, 4 en 5 vinden plaats tijdens de uitvoering. Er wordt aangenomen dat deze acties als zodanig worden uitgevoerd, voor en tijdens het graven van de zandwinput. Voorafgaand aan de uitvoering dient dit geverifieerd te worden. Voorwaarden 1, 2 en 6 zijn in onderstaande paragrafen nader toegelicht. Onder dikke stoorlagen (voorwaarde 1) worden cohesieve lagen, als klei en veen, verstaan. Dikke stoorlagen zijn nauwelijks aanwezig in dit gebied. Deze zijn enkel in de bovenste paar meter aanwezig. Door bij de fasering van het zandwinnen rekening te houden met het eerst weghalen van de bovenste circa 2 m, zal dit niet leiden tot bresvloeiing. Bij de boringen die zijn uitgevoerd door Fugro in 2007 [2], is ook de korreldiameter bepaald, waardoor ook gekeken kan worden of het zand grof genoeg is om te voldoen aan voorwaarde 2. Fijner zand levert namelijk meer risico op bresvloeiing op. Als voorwaarde voor grof zand stelt de CURaanbeveling een minimale waarde voor D50 van 200 μm en voor D15 van 100 μm. Voor deze voorwaarden zijn boormonsters B1 t/m B4 bekeken, daaruit is gebleken dat alleen bij boring B3 niet aan de voorwaarden kan worden voldaan. Op een diepte van NAP +1,8 m tot NAP -1,2 m is de D50 gelijk aan 200 μm en de D15 aan 90 μm, waardoor niet aan de tweede voorwaarde wordt voldaan.
Dit is 0,5 tot 3,5 m onder maaiveld en indien deze laag voorzichtig wordt verwijderd, zal deze fijnere zandlaag ook geen bresvloeiing veroorzaken. Naast de bodemeigenschappen, dient het talud ook voldoende flauw te zijn (voorwaarde 6). Wanneer het talud niet voldoende flauw is zal bij bresvloeiing het talud verflauwen. De interpretatie op basis van de CUR-aanbeveling voor deze zandwinput is gepresenteerd in Tabel 5-3. Hieruit kan worden opgemaakt dat het huidige plan, een put van 35 m diep met een taludhelling van 1:4 niet volstaat zonder een berm. Aan de rivierzijde, waar de diepte 22 m is ten opzichte van de huidige bodem, volstaat een talud van 1:4. Tabel 5-3 Taludhelling zandwinput gebaseerd op CUR-aanbeveling 113 tabel 2a en 2b
Putdiepte [m] Zonder berm 1 berm 2 bermen
35 35 35
Taludhelling gemiddeld [v:h] 1:5,43 1:3,5 1:3
3 bermen
35
1:2,5
Diepte berm [m t.o.v. maaiveld]
Breedte berm [m]
n.v.t. 17,5 12,0 9,0
n.v.t. 17,5 12,0 (bovenste berm) 24,0 (onderste berm) 9,0 (bovenste berm) 18,0 (middelste berm) 37,0 (onderste berm)
Concluderend kan worden samengevat dat niet direct aan voorwaarde 1 en 2 wordt voldaan maar in voorgaande paragrafen mogelijkheden zijn aangereikt waardoor op basis van deze voorwaarden geen bresvorming hoeven te veroorzaken. Op basis van bovenstaande analyse wordt niet voldaan aan voorwaarde 6 vanwege een te steile taludhelling. Om mogelijk te voldoen aan deze voorwaarde zijn aanvullende analyses en/of maatregelen benodigd om bresvorming uit te kunnen sluiten.
5.4 Maatregelen Het talud van de zandwinput voldoet op het faalmechanisme afschuiven, maar zowel verwekingsvloeiing als bresvloeiing kan niet worden uitgesloten. Er zijn in
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
26/56
totaal vier te treffen maatregelen waardoor de zandwinput voldoet gegeven in de CUR-113. Deze worden in onderstaande paragrafen toegelicht. Vervolgens wordt er in paragraaf 5.4.5 toegelicht welke maatregelen worden geadviseerd.
5.4.1
Gedetailleerde analyses
Voor verwekingsvloeiing en bresvloeiing zijn nadere analyses mogelijk waardoor mogelijk het risico op verwekingsvloeiing en bresvloeiing kan worden uitgesloten. Bij de uitgevoerde analyse op verwekingsvloeiing is de korreldiameter niet meegenomen. Met een aanvullende analyse kan de benodigde dikte voor verwekingsvloeiing, dat afhankelijk is van de korreldiameter, nader worden bepaald. Hierdoor kan mogelijk verwekingsvloeiing worden uitgesloten. Uit de boringen blijkt dat de korreldiameter (D50) gemiddeld circa 350 μm is. Dit is grover dan vereist is voor bresvloeiing. Met een bresmodel kan het risico op bresvloeiing met de korreldiameter nauwkeuriger worden bepaald. Voor het bresmodel is naast de korreldiameter ook de porositeit en doorlatendheid nodig waarvoor aanvullende onderzoeken uitgevoerd dienen te worden.
5.4.2
Praktijkproef
Zowel verwekings- als bresvloeiing voldoen niet volgens de eenvoudige beoordeling binnen de CUR-aanbeveling 113. Met behulp van een praktijkproef kan mogelijk worden aangetoond dat verwekings- en bresvloeiing niet zullen optreden. De praktijkproef dient wel te worden gedaan bij soortgelijke omstandigheden en kan mogelijk worden gecombineerd door dit op locatie uit te voeren en te integreren in het werkplan.
5.4.3
Ontwerp aanpassen
Het ontwerp kan op twee manieren worden aangepast, namelijk door de put minder diep te graven en door de helling van het talud te verflauwen of bermen toe te passen. De aanpassingen om bresvloeiing uit te sluiten zijn klein. Met een berm met een breedte van 17,5 m op een diepte van 17,5 m onder maaiveld, kan er zand gewonnen worden onder een talud met een gemiddelde helling van 1:3,5. Hierdoor zal het ruimtebeslag van de zandwinput niet of nauwelijks veranderen. Er kan ook gekozen worden voor meer platbermen zoals is weergegeven in Tabel 5-3. Verwekingsgevoelige lagen komen voornamelijk voor onder NAP -28 m. Wanneer er zand wordt gewonnen tot NAP -18 m, zullen deze lagen geen risico vormen voor verwekingsvloeiing. De lagen zijn dan dieper dan 1,5 keer de putdiepte, waardoor die geen invloed hebben op de stabiliteit van de zandwinput. Een andere optie om verwekingsvloeiing uit te sluiten is om een flauw talud aan te houden van 1:7,53 (geometriecriterium). Wanneer zand gewonnen wordt onder dit talud zal er geen verwekingsvloeiing kunnen plaatsvinden bij een putdiepte van 35,0 m. Bovenstaande drie mogelijkheden om het ontwerp aan te passen zodat verwekingsvloeiing of bresvloeiing kan worden uitgesloten zijn weergegeven in Figuur 5-2. Zoals is weergegeven kan bresvloeiing relatief eenvoudig worden
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
27/56
uitgesloten zonder dat het een groot effect heeft op het ruimtebeslag3. Het ontwerp aanpassen zodat het voldoet aan verwekingsvloeiing heeft echter een groot effect op het ruimtebeslag.
Figuur 5-2 Aanpassingen aan ontwerp om te voldoen aan bresvloeiing of verwekingsvloeiing. Om beide risico's uit te sluiten zal een combinatie van de oplossing voor bresvloeiing als verwekingsvloeiing moeten worden toegepast.
5.4.4
Maatregelen uitvoering
Om het risico op verwekings- en bresvloeiing te minimaliseren, kunnen maatregelen worden getroffen voor de uitvoering. Tijdens de uitvoering kunnen onderstaande maatregelen worden genomen om het risico klein te houden: In het geval van hydraulisch ontgraven: • Bij de uitvoering een cutterzuiger gebruiken en verwekingsgevoelige lagen laagsgewijs wegbaggeren; • Zorgen voor dat de ontgravingen in den natte plaats vinden, met natuurlijke toestroom van zand, waar gewerkt wordt met constante zuigdiepte en verhaalsnelheid. In het geval van mechanisch ontgraven: • De ontgraving met een kraanschip met knijper uitvoeren in lagen van enkele meters. De exacte dikte van de lagen zal bepaald dienen te worden voor aanvang van de uitvoering. Naast het winnen van zand, kunnen ook andere trillingen een aanleiding zijn voor verwekingsvloeiing. Door het inbrengen van bijvoorbeeld funderingspalen kunnen wateroverspanningen ontstaan in de verwekingsgevoelige laag, waarna de schuifsterkte wegvalt en het risico bestaat op instabiliteit van het talud. Bij werkzaamheden die trillingen kunnen veroorzaken tijdens of nadat de zandwinput is gegraven, wordt geadviseerd om waterspanningsmeters toe te passen. Bij te hoog oplopen van de wateroverspanningen dienen de
3 Om bresvloeiing helemaal uit te sluiten dient de toplaag eerst verwijderd te worden, zoals is beschreven in
paragraaf 5.3.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
28/56
werkzaamheden dan tijdelijk te worden gestaakt tot het moment dat de waterspanningen weer zijn gedaald tot een aanvaardbaar niveau.
5.4.5
Conclusie
Met de huidige schetsontwerpen en analyses kan verwekingsvloeiing en bresvloeiing niet worden uitgesloten. Om te komen tot een stabiele zandwinput tijdens de uitvoering worden de volgende maatregelen geadviseerd: • • •
Uitvoering van nadere analyse om verwekingvloeiing uit te sluiten op basis van korreldiameter. Aanpassing van het ontwerp door een platberm van 17,5 m breed op NAP -14,5 m toe te voegen. De taludhelling reduceren4 tot een gemiddelde taludhelling van 1:3,5. Fasering toe te passen waarbij de bovenste 3,5 m voorzichtig wordt afgegraven voordat de rest van het voorland wordt ontgraven.
Er wordt dus een aanpassing van het ontwerp geadviseerd om bresvloeiing uit te sluiten. Om het risico op verwekingsvloeiing uit te sluiten is een nadere analyse geadviseerd, omdat een aanpassing van het ontwerp op basis van de huidige analyse een grote impact op het ruimtebeslag heeft. Afhankelijk van de resultaten worden daarbij nog aanvullende uitvoeringsmaatregelen en monitoring geadviseerd.
4 De verwachting is dat een talud van 1:3,5 niet zal afschuiven vanwege de hoge berekende stabiliteitsfactor bij
een talud van 1:4, maar dit dient ter controle nog te worden berekend.
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
29/56
6. Effect zandwinning op dijk Voor de dijk wordt een deel van het voorland ontgraven. Dit kan mogelijk een effect hebben op de stabiliteit van de dijk en het risico op zandmeevoerende wellen (piping).
6.1 Stabiliteit buitenwaarts De ontgravingen van het voorland voor de zandwinput gebeuren buiten de beschermingszone. Dit betekent dat deze ontgravingen geen effect zullen hebben op de stabiliteit van de waterkering. Zoals is weergegeven in Figuur 6-1 is de afstand van de teen van de dijk tot de oeverzone van de zandwinput minimaal 130 m. Het is niet mogelijk dat een glijvlak ontstaat met een lengte van meer dan 130 m. Daarnaast heeft een ontgraving van het voorland geen significant invloed op de waterstanden gerelateerd aan het faalmechanisme stabiliteit buitenwaarts. Concluderend zal een ontgraving buiten de beschermingszone niet leiden tot een verhoogd risico op instabiliteit van het buitentalud.
Figuur 6-1 Afstand (in meters) ontgravingen vanaf teen van de dijk. Kaart geprojecteerd op hoogtekaart (AHN4)
6.2 Piping Het huidige voorland heeft een dempend effect en daarmee ook reducerend effect op het risico op piping. Door (een deel van) het voorland weg te graven kan potentieel een verhoogd risico op piping optreden. De maximale kwelweglengte is maximaal het dubbele van de dijkbasis [10]. De pipegroei zal namelijk tot halverwege de kwelweglengte een evenwicht bereiken. Wanneer het intredepunt verder dan de dijkbasis van de buitenteen geschematiseerd wordt zal de pipe tot maximaal de buitenteen groeien. Uit onderzoek is naar voren gekomen dat meer voorland meegenomen mag worden voor de kwelweglengte. Bij waterschap Rivierenland wordt daarom een
Sweco | Stabiliteit bodem en waterkeringen Projectnummer 51006865 Datum 23-06-2022 Versie D1.0
30/56
maximale kwelweglengte van driemaal de dijkbasis gehanteerd. In Figuur 6-2 is schematisch weergegeven wat wordt bedoeld met kwelweglengte, dijkbasis en stijghoogteverloop.
Figuur 6-2 Schematisering kwelweglengte met stijghoogteverloop (blauwe strepen)
De dijkbasis bij Alem, afstand buitenteen tot binnenteen, heeft een breedte van maximaal 70 m. Voor de kwelweglengte mag maximaal driemaal de dijkbasis meegenomen worden, wat in dit geval neerkomt op 210 m. Van het voorland wordt dus 140 m meegenomen. Zoals te zien is in Figuur 6-1 vindt de ontgraving ruim 130 m plaats vanaf de buitenteen. Daarnaast is een 30 m brede oeverzone voor het daadwerkelijke talud van de zandwinput. Dat betekent dat de ontgravingen op een afstand van 160 m. Dit is dus verder weg van de dijk dan meegenomen mag worden in de pipingberekening. Daarom kan worden vastgesteld dat de zandwinput conform de huidige normen en regelgeving geen nadelig invloed heeft op het risico op piping.
6.3 Stabiliteit binnenwaarts De hoogte van de freatische lijn (de grondwaterstand binnen de dijk) en de stijghoogte (de opwaartse druk vanuit de zandlaag) hebben invloed op de stabiliteit van de binnenzijde van de dijk. Het risico op instabiliteit van de waterkering is het hoogst bij een hoge freatische lijn en hoge stijghoogte. Deze situatie wordt veroorzaakt door een hoge waterstand. Het ontgraven van het voorland heeft in ieder geval geen invloed op de freatische lijn voor de analyse op stabiliteit binnenwaarts, omdat de freatische lijn niet afhankelijk is van het voorland. Zoals naar voren is gekomen bij de geohydrologische analyse, heeft het ontgraven van het voorland nagenoeg geen invloed op de stijghoogtes in het achterland. Daarnaast zal bij maatgevend hoogwater de deklaag achter de dijk opbarsten, zoals ook weergegeven in hoofdstuk 4. Na opbarsten zal de stijghoogte niet verder kunnen stijgen, waardoor een potentieel verhoogde stijghoogte niet zal leiden tot andere uitgangspunten voor de analyse op stabiliteit binnenwaarts. De waterlijnen in de dijk zullen in dit geval niet veranderen en daardoor zal de ontgraving van de zandwinput niet leiden tot een verhoogd risico op instabiliteit van de binnenzijde van de dijk.