kenmethode
ctionele
dijk
Multif
unctionele
waterkerin-gen beschermen
niet
alleen
het achterland tegen
overstro-mingen
(primair),
maar
heb-ben vaak
een
tweede
belang-rijke functie
(secundair). Denk
aan
bebouwing
op of
in een
dijk.
De
secundaire
functie
komt
voort uit
de
toenemende
druk
op
de
ruimtelijke
ontwik-keling
in en
rond steden
aan
het water. lnteressant
is
het
als
de
verschillende functies
con-structief zijn
te combineren.
Dit
vraagt
echter
om een
een-duidige
rekenmethode.
IR. J. VAN MECHELEN / DR. IR. G. VAN MEURS /
ING. M.Z.VOORENDT
Waterveiligheid en overstromingsrisico zijn be-langr'tjke begrippen voor een laaggelegen land als Nederland. Combineren van functies op of in de waterkering mag de bescherming van het achterland tegen overstroming niet aantasten. Een constructie die de secundaire functies van een waterkering vervult, bepaalt dan ook mede
de sterkte van de waterkering. Hierdoor is de wa-terkering niet alleen ook fundering van de
con-structie, maar neemt de constructie gedeeltelijk
(of geheel) de waterkerende (primaire) functie
over.
Binnen de huidige methodiekvoor het
beoorde-len van de veiligheid van waterkeringen worden objecten die de multifunctionaliteit vertegen-woordigen beoordeeld op de mate waarin ze de
sterkte van de waterkering reduceren of de be-Multifunctionele dijken dienen als waterkering én als ondergrond voor bebouwing
Verschillende constuctie-eisen voor bebou-wing en dijksterkste maken toetsing lastig Toetsing kan via de semiprobabilistis methode en die van de propabilistische
Propabilistisch is complex maar leidt tot pro-gresievere ontweÍpen en extra faalkansinfo
30
LAND+WATER NR.5-MEI2OI4WAÏERH
U
ISHOU
DI
NG
&
WATERBOUW
lasting verhogen. ln het geval dat men een con-structie in een d'rjkwil bouwen, neemt de con-structie een zodanig groot gedeelte van water-kering in beslag dat het niet meer mogelijk is om
te spreken van een sterktereductie. De sterkte
van de waterkering wordt in dat geval deels (of geheel) bepaald door de sterkte van de con-structie en de interactie tussen het
grondli-chaam en de constructie.
Binnen het huidige Nederlandse toetsinstru-mentarium voor waterkeringen is multifunctio-neel gebruik van de waterkering mogelijk, maar toetsregels dienen in veel gevallen nog te
wor-den opgesteld. Daarnaast zijn er de (strengere) eurocodes die eisen stellen aan de constructieve veiligheid van alle mogelijke bouwconstructies.
Verschuiving
Voor het toetsen van waterkeringen vindt een
verschuiving plaats van een semiprobabilistische
naar een probabilistische methode. Deze
ver-schuÍving gaat samen met het voornemen om
de normering van waterveiligheid te veranderen van een benadering, gebaseerd op de
overschrij-dingsfrequentie, naar een integrale faal
kansme-thodiek. Voor bouwconstructies is deze verschuÈ
ving naar een probabilistische methode (nog) niet waarneembaar.
Het grote verschil tussen een
semiprobabilisti-sche methode en een probabilistische methode
is het type resultaat. Uit een semiprobabilistische methode volgt oferwordtvoldaan aan een
ge-stelde eis: voldoet het ontwerp wel of niet. Een
probabilistische methode resulteert in een kans
dat het ontwerp niet voldoet aan een gestelde
eis: de zogenaamde faalkans.
Eenvoud
versusfaalkans
Om een bepaalde veiligheid te waarborgen,
wordt in een semiprobabilistische methode voor
het toetsen van waterkeringen de gestelde over-stromingskans van een waterkering vertaald
naar een maatgevende waterstand met een hele kleine kans van optreden (die voor primaire
wa-terkeringen in Nederland is vastgelegd in deWa-terwet). Met deze waterstand wordt dan bepaald of de dijk voldoet aan een aantal eisen die zijn gerelateerd aan mogelijke faalmechanismen die
Dijken kunnen meer dan alleen maar water keren. De secundaire functie kan bovendien bijdragen aan de sterkte van de waterkeÍing.
kunnen optreden in een waterkering. Bij de be-rekeningen naar mogelijke faalmechanismen, wordt gewerkt met partiële veiligheidsfactoren
om onzekerheden in de belasting, het materiaal-gedrag en het model te verdisconteren. Het
voordeel van deze methode is de relatieve
een-voud waarmee waterkeringen zijn te
beoorde-len. Daartegenover staat wel het beperkte
resul-taat in termen van wel of niet voldoen aan de
gestelde eis; de mate waaÍin er voldaan wordt aan de eis is onbekend.
Een probabilistische methode gaat voor
dezelf-de faalmechanismen na wat de kans is dat de waterkering bezwijkt met als voordeel dat de daadwerkelijke faalkans van een dijk wordt
be-paald. De berekeningen worden nu wel een stuk complexer in vergelijking met de
semiprobabilis-tische methode.
Parkeergarage in
eendijk
De genoemde verschuiving van een
semiproba-bilistische naar een probabilistische methode
voor waterkeringen levert een verschil tussen de methode gebruikt voor het toetsen van waterke-ringen en het toetsen van bouwconstructies. Een belangr'rjk onderdeel van het ontwerpproces is dan de wijze waaÍop omgegaan wordt met een
multifunctionele waterkering waarbij de bouw-constructie als een waterkering is op te vatten.
Als afstudeeronderwerp aan deTU-Delft is een
ontwerp gemaakt voor een multifunctionele wa-terkering bestaande uit een parkeergarage in een dijk. De doelstelling van de studie was het vinden van eenjuiste methode om een
aantoon-baar veilige multifunctionele wateÍkeÍing te ont-werpen. Het constructieve ontwerp is getoetst
met zowel de semiprobabilistische methode als de probabilistische methode om het verschil
tus-sen beide methoden te kunnen waarnemen en
beoordelen.
Het ontwerp van de parkeergarage in de dijk is
getoetst op een aantal faalmechanismen die zijn onder te verdelen in drie categorieën:
geotech-nische stabiliteit, constructief evenwicht en con-structieve sterkte. Denk bij geotechnische faal-mechanismen aan overslag, onderloopsheid en
instabiliteit van de bekleding. Het constructief evenwicht beschouwt het kantelen en
horizon-taal afschuiven van de constructie, en de con-structieve sterkte beoordeelt de elementen in de constructie.
Het belangrijkste resultaat van het doorlopen
van het ontwerpproces volgens beide metho-den komt naar voren bij het beoordelen van het constructief evenwicht en de constructieve
sterkte. Het resultaat met behulp van de semF
probabilistische methode hangt sterk af van de
keuze voor de representatieve waterstand en de daarbij behorende veiligheidsfactor.
Een combinatie van een waterstand met een al kleine kans van optreden en een veiligheidsfac-tor lijkt ook tot een dubbele introductie van
vei-ligheid in de berekeningen. Daarnaast verschilt
de afhankelijkheid van de waterstand per
faal-mechanisme, waardoor er per faalmechanisme
een wisselende veiligheidsmarge in de bereke-ningen wordt geïntroduceerd.
Minder
conservatief
ontwerp
De probabilistische methode is toegepast om
het ontwerp te toetsen, met als resultaat een be-paalde faalkans. Wanneer deze faalkans wordt
vergeleken met de vereiste faalkans, valt op dat
het ontwerp ruimschoots voldoet aan de vereis-te faalkans. Met andere woorden, de eisen die
een semiprobabilistische methode stelt aan het ontwerp, zijn te conservatief. De voornaamste
reden is de keuze voor een íepresentatieve
wa-terstand. Het is lastig om een waterstand te
be-palen die voldoet aan alle eisen, zonder een te conservatieve keuze te maken, vanwege het
ver-schil in afhankelijkheid van de waterstand voor
individueel faalmechanisme.
De probabilistische methode resulteert in een
minder conservatief ontwerp. Bovendien levert
deze methode extra informatie over de daad-werkelijke faalkans op. Het minder conservatieve ontwerp samen met de extra informatie over de daadwerkelijke faalkans weegt waarschijnlijk op tegen de toename in complexiteit van de bere-keningen. Dit is vooral aantrekkelijk bij de toet-sing van bestaande multifunctionele
waterkerin-gen, waar eventuele aanpassingskosten
vanwe-ge de complexiteit hoog kunnen uitvallen.
Verantwoordelijkheid
enbelangen
Behalve de technische uitdagingen levert multÈ functioneel gebruik ook op andere vlakken en-kele uitdagingen op. Bijvoorbeeld de verdeling
van verantwoordelijkheden over de
verschillen-de overheidsorganen en eventuele particuliere partijen maakt het ontwerpproces van een mul-tifunctionele waterkering complex. Een
water-schap, de beheerder en verantwoordel'rjkvoor waterveiligheid, ziet multifunctionaliteit van de waterkering vaak als een bedreiging voor de wa-terveiligheid en verwacht een verhoging van de kosten voor beheer en onderhoud van de kering. De exploitant van de constructie in de waterke-ring geeft prioriteit aan de exploitatie van zijn aangeboden dienst.
De multifunctionaliteit zorgt daaÍnaast nog voor betrokkenheid van andere partijen waaronder
de gemeente en de rijksoverheid.
Naast deze bestuurlijke uitdagingen tUdens het ontwerpproces zijn er ook nog uitdagingen te vinden op het gebied van de verdeling van
kos-ten en risico's. Vragen die daarbij een rol spelen zijn: Wie draagt, in welke vorm, verantwoorde-lijkheid voor beheer en onderhoud? Welke risÈ co's worden geïntroduceerd door toekomstige veranderingen in het bewustzfin en gebruikvan 'secundaire' gebruikers? Kortom: verschillende
paÍtUen hebben verschillende belangen, doelen
en verantwoordelijkheden ten opzichte van een
multifunctionele waterkering.
Extra
informatie
De doelstelling van het onderzoek door de TU Delft was het vinden van de juiste methode om aantoonbaar veilig multifunctionele
waterkerin-gen te kunnen ontwerpen. Uit dit onderzoek blijkt dat het toepassen van een
semiprobabilis-tische methode in een conservatiefontwerp re-sulteert. Met de toepassing van een probabilistÈ
sche methode zal winst behaald kunnen worden
met een minder conservatief ontwerp. Daar-naast resulteert een probabilistische methode in extra informatie over de Íaalkans ten opzichte
van een semiprobabilistische methode. Deze in-formatie is nodig om een aantoonbaar veilig ontwerp te kunnen maken en het is daarom
no-dig de multifunctionele waterkering met een
probabilistische methode te ontwerpen.
Conclusie
De vraag naar multifunctionele waterkeringen neemt in de toekomst zeker toe door de
toene-mende druk op de ruimtel'rjke ontwikkeling. Het onderzoek van deTU Delft toont aan dat de pro-babilistische methode geschikt is voor het veilig ontwerpen van multifunctionele waterkeringen.
Op andere vlakken lÍggen er nog volop
uitdagin-gen die verder onderzoek behoeven.
Jeroen von Mechelen is AdviseurWaterkeringen bij
Grontmij; Gercd von Meurs coördineert projecten voor Deltoprogrammo lJsselmeergebied bij
Delto-res; MarkVoorendt is universitoir docent Hydrouli-sche Structuren aan deTU Delft.
ln het ontwerpvoorbeeld is uitgegaan van een combinatie van dijk en parkeergarage.
