Leidraad waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies

LEIDRAAD

WATERKERENDE KUNSTWERKEN

EN

BIJZONDERE CONSTRUCTIES

juni 1997 l ]echnische

~

dviescommissie voor de

m

aterkeringen

VOORWOORD

Reeds geruime tijd bleek dat de uit 1976 daterende "leidraad voor ont

-werp, beheer en onderhoud van constructies en vreemde objecten in, op en nabij waterkeringen" niet meer voldoende ondersteuning gaf aan beheerders en ontwerpers. De veiligheidseisen, te stellen aan keersluizen, coupures en dergelijke utilitaire kunstwerken, konden destijds onvol-doende warden uitgewerkt.

Daarom heeft de TAW projectgroep 06 samengesteld met de opdracht een geactualiseerde leidraad samen te stellen, waardoor een betere vei-ligheidsbeoordeling mogelijk zou zijn.

Daarnaast leeft in de samenleving steeds meer de wens om hoog ge-waardeerde functies en elementen van de bestaande dijk of zijn omge-ving te betrekken in het ontwerp van de verbetering van de waterke-ring. In de "Handreikingen 1994" wordt aangegeven hoe door visie-ontwikkeling, inventarisatie en waardering LNC-aspecten, ruimtelijk ontwerpen, gebruik van geavanceerde constructieve ontwerpen (waar-onder "bijzondere" waterkerende constructies) en toepassing van be-leidsanalyse deze aspecten in de besluitvorming kunnen

warden

mee-gewogen. Daarbij wordt verondersteld dat die bijzondere constructies inderdaad voldoende veilig zijn. Er wordt echter niet nader ingegaan op de veiligheidsbeoordeling zelf.

Door de ontwikkeling en het toenemend gebruik van probabilistische methoden is het, beter dan in 1976, mogelijk om de normen voor de veiligheid van waterkeringen duidelijker vast te stellen en overeenkom-stig die normen de waterkerende constructies te beoordelen_ Door de TAW wordt gewerkt aan het opstellen van een algemene benadering van de veiligheidsbeoordeling van waterkeringen gebaseerd op de be-paling van het inundatierisico. Het zal nog wel enige tijd duren voordat deze benadering volledig is uitgekristalliseerd. Daarom is besloten om de beoordeling van kunstwerken en bijzondere waterkerende construe-ties voorshands te baseren op de "overbelastingsbenadering van dijk-vakken". In deze leidraad is een invulling gegeven aan deze overbelas-tingsbenadering, toegespitst op kunstwerken en bijzondere constructies.

In de leidraad zijn de hoofdlijnen van de beoordeling aangegeven terwijl in het bijbehorende Basisrapport de achtergronden en overige informatie zijn opgenomen.

In deze leidraad wordt niet nader ingegaan op de "vreemde objecten" , die wel in de leidraad van 1976 werden behandeld. In de Handreiking

Voorwoord

Constructief Ontwerpen (1994) en in de Leidraad Toetsen op Veiligheid (1996) wordt uitgebreid ingegaan op de veiligheidsaspecten van deze niet-water-kerende objecten. lndien het echter nodig is constructieve maatregelen te treffen om de waterkerende functie van een kering met deze objecten te verzekeren dienen deze constructies beoordeeld te worden op basis van onderhavige leidraad.

Om het mogelijk te maken ervaringen met en wensen tot verbetering van de leidraad in een definitieve versie te verwerken, zal de leidraad gedurende enkele jaren de status van "groene versie" hebben. lk ben ervan overtuigd dat reeds de groene versie van de leidraad zal bijdragen aan het "uitgekiend" ontwerpen van waterkerende kunst-werken en bijzondere constructies.

Den Haag, april 1997 ir. W. van der Kleij

voorzitter van de Technische Adviescommissie

voor de Waterkeringen.

INHOUDSOPGAVE LEIDRAAD

VOORWOORD 1 INLEIDING 9 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 Doel 9 Overzicht leidraden 10

Definities waterkerende kunstwerken, bijzondere constructies en niet waterkerende objecten 12

Waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies 12

Niet-waterkerende objecten 14 Overzicht van de hoofdstukindeling 15 2 UITGANGSPUNTEN 17 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 Algemeen 17 Functionele eisen 17

lnventarisatie van functies en toekenning van waarden 17

Primaire eis voor de waterkerende functie 18 Veiligheidsbenadering 19 Betrouwbaarheidsanalyse 19 Overbelastingsbenadering 20 Normstelling 22 Kwaliteitsborging 23 3 BELASTINGEN 25 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 lnleiding 25

Rekenwaarden voor de belasting 25 Algemeen 25 Permanente belastingen 26 Veranderlijke belastingen 27 Bijzondere belastingen 29 4 UITWERKING VEILIGHEIDSBENADERING 31 4.1 Algemeen 31 4.2 Overlopen en overslag 31

4.3 Rekenwaarden voor sterkte en stabiliteit 33 4.4 Betrouwbaarheid sluitingsoperatie 35

4.4.1 Algemeen 35

4.4.2 Afsluitmiddelen te sluiten bij hoogwater 38 4.4.3 Afsluitmiddelen te openen op aanvraag 40

4.4.4 Afsluitmiddelen altijd gesloten 40

4.4.5 Afsluitmiddelen te sluiten bij calamiteit 40

lnhoudsopgave Leidraad

5 UITVOERING 43

6 Beheer, onderhoud en toetsing 45

6.1 Algemeen 45

6.1.1 Afstemming ontwerp en beheer 45 6.1.2 Plannen en documentatie 46

6.2 Beheer van ontwerp- en uitvoeringsgegevens 46 6.2.1 Algemeen 46 6.2.2 Ontwerpgegevens 47 6.2.3 Uitvoeringsgegevens 47 6.3 Bedieningsplan 47 6.4 Onderhoudsconcept en onderhoudsplan 48 6.5 Calamiteitenplan 49 6.6 Toetsing 49

VERKLARING VAN GEHANTEERDE BEGRIPPEN 51 LITERATUUR 55

OVERZICHT SPECIALISTISCHE LITERATUUR 57 TOTSTANDKOMING 58

INHOUDSOPGAVE

VAN HET BIJBEHORENDE

BASISRAPPORT

1 UITWERKING BETROUWBAARHEIDSANAL YSE

2 AANBEVELINGEN VOOR SLUITINGSPROCEDURES

3 STANDAARD BEOORDELINGSMETHODE BETROUWBAARHEID SLUITINGSOPERATIE

4 GOLFBELASTINGEN OP EEN VERTIKALE WAND

5 BEPALING KERENDE HOOGTE VERTIKALE KERING

6 ONDER- EN ACHTERLOOPSHEID

7 KRUISINGEN VAN PIJPLEIDINGEN MET WATERKERINGEN

8 ONDERHOUDSCONCEPT EN ONDERHOUDSPLAN

9 KWALITEITSBORGING ONTWERPPROCES

10 OVERZICHT WATERKERENDE KUNSTWERKEN EN BIJZONDERE CONSTRUCTIES

11 PRAKTIJKVOORBEELD "KEERSLUIS"

1 INLEIDING

1.1 Doel

In, open nabij waterkeringen is een grate verscheidenheid aan

water-kerende kunstwerken, bijzondere constructies en niet waterkerende objecten aanwezig. De kunstwerken (coupures, sluizen etc.) zijn nodig om

bepaalde utilitaire kruisingen (bijvoorbeeld met wegen of waterwegen) mogelijk te maken en daarbij de waterkering te verzekeren; de bijzon-dere constructies (kademuren, keermuren, kleppenkeringen) kunnen nodig zijn om de waterkering in bijzondere omstandigheden voldoende veilig te laten zijn. Niet waterkerende objecten (zoals wegen, bebouwing en begroeiing) hebben oak utilitaire of andere functies. Zij zijn vaak niet ontworpen op een waterkerende functie en kunnen de standzekerheid van de waterkering ondermijnen.

Waterkerende kunstwerken en bijzondere waterkerende constructies

kunnen ook ingezet warden om waterkeringen zodanig te versterken

dat tegemoet gekomen wordt aan de wens om landschap, natuur en cultuur volwaardig mee te wegen. Keermuren kunnen bijvoorbeeld een

gedeelte van de dijk opvangen waardoor bebouwing kan blijven staan,

en kleppenkeringen kunnen een deel van de dijk vervangen, waardoor

een historisch stadsgezicht bewaard blijft.

Voorts zijn kunstwerken, bijzondere constructies en objecten soms zelf

waardevol uit oogpunt van cultuurhistorie, natuur of landschap.

Deze kunstwerken, bijzondere constructies en objecten dienen bij

ont-werp, beheer en onderhoud te voldoen aan veiligheidseisen van de

waterkering.

In de "Handreikingen 1994" [lit.3] wordt aangegeven hoe door vis

ie-ontwikkeling, inventarisatie en waardering LNC-aspecten, ruimtelijk

ontwerpen, gebruik van geavanceerde constructieve ontwerpen (waar-onder "bijz(waar-ondere" waterkerende constructies) en toepassing van

beleidsanalyse deze aspecten in de besluitvorming kunnen warden meegewogen.

De onderhavige Leidraad is bedoeld als hulpmiddel voor het beoordelen

van het waterkerend vermogen van waterkerende kunstwerken en bij -zondere waterkerende constructies in primaire waterkeringen. In deze Leidraad wordt niet nader ingegaan op de "niet waterkerende objecten".

In de Handreiking Constructief Ontwerpen [lit.3.5] en in de Leidraad Toetsen op Veiligheid [lit.4] wordt reeds uitgebreid ingegaan op de be"invloeding van de veiligheid van de waterkering door deze niet-water-kerende objecten. lndien het nodig is constructie-technische maatregelen

te treffen om de waterkerende functie te verzekeren dienen deze

lnleiding

structies te voldoen aan de eisen van deze leidraad. Overigens dient in de bestuurlijke besluitvorming rekening te warden gehouden met de beperkte levensduur van deze constructies en met de mogelijkheid dat later verdergaande versterkingen van de waterkering nodig zijn. Er is naar gestreefd om in de leidraad zoveel mogelijk een integratie te bewerkstelligen van de probabilistische aanpak met de praktijk zoals die bij ontwerpers en beheerders gebruikelijk is.

De leidraad is een bundeling van door de TAW erkende rekenregels en benaderingen, bedoeld voor technici die als ontwerper of beheerder betrokken zijn bij waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies. De in de leidraad opgenomen informatie kan tevens van dienst zijn bij het opstellen van beleidsanalyses.

Voor de meest gebruikelijke kunstwerken en bijzondere constructies geeft de leidraad voldoende informatie om de (invloed op de) waterkerende functie te kunnen beoordelen. In bijzondere gevallen, waar de in de Lei-draad opgenomen ontwerpmethode onvoldoende bruikbare resultaten geeft, wordt aanbevolen om een betrouwbaarheidsanalyse uit te voeren. Er is voor gekozen in de leidraad zelf slechts de hoofdzaken, van belang voor de waterkerende functie, te behandelen.

Naast de Leidraad is in het Basisrapport een aantal onderwerpen uit de Leidraad nader uitgewerkt of onderbouwd. In de Leidraad zal waar nodig hier naar warden verwezen. Het Basisrapport bevat soms beschouwingen die vooruitlopen op de in ontwikkeling zijnde inundatierisicobenadering, soms beoordelings- en berekeningsmethoden die recent zijn ontwikkeld en nuttig lijken, en soms aanbevelingen in algemene zin. Het Basisrapport heeft dus niet dezelfde status als de Leidraad.

Daarnaast zijn van kracht de eisen uit het Bouwbesluit (NENnormen) -voorzover de Leidraad geen strengere eisen stelt- en de overige TAW-leidraden en - publicaties. Tenslotte kan ook gebruik warden gemaakt van diverse specialistische literatuur (zie literatuurlijst).

1.2 Overzicht Leidraden

De Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW) geeft een samenhangend geheel van leidraden uit. De samenhang van de Leidraad Waterkerende Kunstwerken en Bijzondere Constructies met de andere leidraden en publicaties van de TAW is in tabel 1.1 aangegeven. Er warden twee typen leidraden onderscheiden.

lnleiding

Tabel1.1 Samenhang van de TAW-Ieidraden en -publicaties

lntegrale leidraden Leidraden per waterkeringtype Specifieke publicaties Leidraad Grondslagen * Leidraad Rivierdijken 1985, 1989 Materialen

Leidraad Toetsen op Veiligheid 1996 Handreikingen 1994 Eisen Klei 1994

* nog uit te brengen

Leidraad Zee- en Meerdijken

.

Cementbetonnen

Leidraad Waterkerende dijkbekledingen 1991

Kunstwerken en Asfalttoepassingen

Bijzondere Constructies 1997 in de waterbouw 1984

Leidraad Zandige Kusten 1995

Leidraad Boezemkaden

.

Belastingen Golfoploop en -overslag 1972. 1994 Gereedschappen Keuzemethodiek dijk- en oeverbekledingen 1988 Cel-en triaxiaalproeven 1988 Bodemonderzoek in en nabij waterkeringen 1988 Duinatslag 1984,1996 Beheeraspecten Gas- en vloeistotleidingen 1971, 1973 Landbouwkundig en natuurtechnisch

beheer van rivierdijkgrasland 1986

Pijpleidingcode< 1990

Techn. Rapport Toetsen

Boezemkaden 1993

Techn. Rapport

Piping Rivierdijken 1994

• heeft de status van leidraad.

De integrale leidraden geven algemene regels, die voor alle typen water-keringen van belang zijn. De Leidraad Grondslagen bevat de algemene veiligheidsbenadering, ontwerpuitgangspunten en definities van rele-vante grootheden. De Leidraad Toetsen op Veiligheid geeft de regels voor de vijfjaarlijkse veiligheidstoetsing van de primaire waterkeringen, die in het kader van de Wet op de Waterkering moet plaatsvinden.

De leidraden per waterkeringtype geven waterkeringbeheerders instru-menten om hun beheertaak uit te voeren. Per waterkeringtype wordt de uitwerking van de methoden voor ontwerp, aanleg, beheer en onder-houd gegeven. Deze leidraden zijn in principe zelfstandig te gebruiken.

lnleiding

Deelaspecten zoals materialen en achtergronden worden in aparte pu-blicaties, basisrapporten of technische rapporten behandeld.

1.3 Definities waterkerende kunstwerken, bijzondere constructies en niet waterkerende objecten.

1.3.1 Waterkerende kunstwerken en biizondere constructies Onderscheid wordt gemaakt in:

a. waterkerende kunstwerken

Waterkerende kunstwerken worden aangelegd ten behoeve van utilitaire kruisingen (verkeer, waterhuishouding). Deze kunstwerken moeten, naast hun utilitaire functie, ook een waterkerende functie vervullen. Waterkerende kunstwerken nemen over een beperkte lengte de water-kerende functie van de dijk geheel of gedeeltelijk over. Voorbeelden zijn schut-, keer- en spuisluizen, afsluitbare duikers, hevels en persleidingen van gemalen en coupures.

Doorgaande pijpleidingen kruisen de waterkering maar hebben geen waterkerende functie. Wel dienen voorzieningen getroffen te worden ter voorkoming van aantasting van de waterkering (zie Basisrapport Hoofdstuk 7)

Weg- en spoorwegtunnels zelf hebben meestal geen voorzieningen ter kering van hoogwater. Wel moeten zo mogelijk kanteldijken worden aangebracht. Bij ruimtegebrek kunnen soms ter kering van extreem hoog water afsluitmiddelen nodig zijn, die moeten voldoen aan de eisen van deze leidraad. Ook zal per tunnel moeten worden nagegaan of afsluit-middelen nodig zijn om inundatie bij calamiteiten (brand, explosie) te voorkomen.

b. bijzondere waterkerende constructies

Bijzondere waterkerende constructies worden toegepast om andere functies mogelijk te maken of om die bij versterking van de waterkering

te handhaven. Dit kan zijn het over slechts een beperkte lengte en/of hoogte volledig vervangen van de gebruikelijke waterkering (bijvoor-beeld kademuren, kistdammen), maar ook het overnemen van enkele deelfuncties van een dijk of duin (bijvoorbeeld kwelschermen als geheel

lnleiding

Tabel1.2 Overzicht kunstwerken (meest voorkomende situatie)

KUNSTWERK/CONSTRUCTIE AFSLUITMIDDEL Waterkerende kunstwerken

- schutsluizen ' in beginsel gesloten

- spuisluizen te openen op aanvraag -inlaatsluizen te openen op aanvraag

- afsluitbare duikers te sluiten bij sluitpeil

- stormvloedkeringen te sluiten bij sluitpeil - keersluizen te sluiten bij sluitpeil

- gemalen te sluiten bij sluitpeil of calamiteit

- coupures te sluiten bij sluitpeil

- tunnels met afsluitmiddelen te sluiten bij sluitpeil of calamiteit

Biizondere waterkerende constructies

-van buitenaf aan te voeren keringen te sluiten bij hoogwater

- roteerbare of verschuifbare keringen te sluiten bij hoogwater

-oppompbare keringen te sluiten bij hoogwater

-kwelschermen n.v.t.

- erosieschermen n.v.t.

-diepwand/kistdammen n.v.t. -dijkmuurtjes n.v.t.

-keermuren/wanden en kademuren n.v.t.

-gabions/gewapendegrondconstructies n.v.t.

of gedeeltelijke vervanging van een binnenberm). Deze constructies kunnen een aantrekkelijk alternatief bieden voor de dijkverzwaring met traditionele middelen, doordat meer tegemoet kan warden gekomen aan belangen van landschap, natuur en cultuur.

BiJzondere waterkerende constructies kunnen zowel vast als afsluitbaar warden uitgevoerd

Met betrekking tot de veiligheidseisen wordt in deze leidraad geen onderscheid gemaakt tussen kunstwerken en bijzondere constructies. Afsluitmiddelen

Waterkerende kunstwerken zijn in vrijwel alle gevallen voorzien van een of meer afsluitmiddelen. Bijzondere waterkerende constructies warden

zowel metals zonder -afsluitmiddelen toegepast. Omdat afsluitmiddelen meerdere faaloorzaken kunnen hebben moet veel zorg besteed warden

aan de betrouwbaarheidsanalyse en handhaving van de betrouwbaarheid. In tabel 1.2 is een overzicht gegeven van de me est voorkomende kunstwerken en bijzondere constructies, met een typering van de wijze

lnleiding

waarop eventueel aanwezige afsluitmiddelen in de meeste gevallen worden bediend. Een nadere beschrijving van de kunstwerken en bijzondere constructies is opgenomen in Basisrapport Hoofdstuk 10. In bijlage 5 van de Handreiking Constructief Ontwerp is een uitgebreid overzicht van bijzondere constructies opgenomen.

1.3.2 Niet-waterkerende objecten

Onder niet-waterkerende objecten worden alle objecten verstaan die zich in de waterkering bevinden doch niet bijdragen aan de functie

"waterkering". Objecten kunnen leiden tot het falen van de water-kering, bijvoorbeeld als gevolg van erosie of explosie.

Onderscheid wordt gemaakt in:

a. doorgaande pijpleidingen

Deze pijpleidingen kunnen parallel aan de waterkering lopen of deze kruisen. Als ze binnen de veiligheidszone liggen dienen ze te voldoen aan de Pijpleidingcode, c.q. aan NEN 3650, 3651 en 3652 en aan de NPR 3659. lndien ze de waterkering kruisen dienen ze te voldoen aan de regels van Basisrapport Hoofdstuk 7.

b. overige constructies

Dergelijke constructies zijn gebouwen, wegen, aanlegsteigers etc. In principe hebben deze geen waterkerende functie. Wel dienen zonodig constructie-technische maatregelen te worden getroffen om de water-kerende functie te verzekeren. Deze constructie-technische maatregelen dienen te voldoen aan de eisen van deze leidraad.

c. begroeiing

Onder begroeiing wordt verstaan: bomen, struiken, grasland etc. De veiligheidsbeoordellng van de niet-waterkerende objecten sub ben c is uitgebreid behandeld in de Handreiking Constructief Ontwerp (1994) en de Leidraad Toetsen op Veiligheid (1996) en vormt daarom geen onderwerp van deze leidraad.

lnleiding

1.4 Overzicht van de hoofdstukindeling

Na het inleidende haafdstuk 1 warden in haafdstuk 2 de uitgangspunten

beaardelen van kunstwerken en constructies in waterkeringen

beschre-ven. Naast de waterkerende functie wardt aak ingegaan ap andere

functies zaals landschap, natuur en cultuur. Uitgangspunt vaar de veilig-heidsfilasafie is de averbelastingsbenadering vaar een dijkvak. Tevens kamen enkele aspecten met betrekking tot kwaliteitsborging aan de orde.

Haafdstuk 3 bevat een overzicht van de belastingen, die een ral kunnen spelen bij de beaordeling van het waterkerend vermogen. De

belang-rijkste permanente, veranderlijke en bijzondere belastingen warden taegelicht. Voorts worden de belastingsfactoren gegeven vaar deze verschillende belastingen.

In hoafdstuk 4 wordt aangegeven ap welke wijze de verschillende typen kunstwerken dienen te warden beaardeeld ap hun waterkerend verma

-gen. Dit betreft zowel nieuw antwarpen als wijzigingen van bestaande constructies. Bij de beoordeling van kunstwerken wordt apart ingegaan

op de beoordeling van de haagte, de stabiliteit en de afsluitmiddelen.

Hoofdstuk 5 gaat kort in ap de veiligheidsaspecten tijdens de uitvoering van kunstwerken en bijzondere constructies.

In haafdstuk 6 kamt het beheer en onderhoud van kunstwerken en

bijzondere canstructies aan de arde.

2 UITGANGSPUNTEN

2.1 Algemeen

De leidraad richt zich op de beoordeling van het waterkerend vermogen van kunstwerken en bijzondere constructies en/of van de waterkering, waarin deze kunstwerken en constructies zijn opgenomen. Bij ontwerp, aanleg en beheer moeten ook de andere functies die kunstwerken en constructies vervullen, worden betrokken. In paragraaf 2.2 wordt hierop kort ingegaan.

De eisen die aan het waterkerend vermogen worden gesteld ziJn afge-leid uit de overbelastingsbenadering voor een dijkvak of een kunstwerk. Het gewenste veiligheidsniveau wordt bepaald door de ontwerpfrequen-tie, dat wil zeggen de overschrijdingsfrequentie per jaar van de hoog-waterstand waarop de waterkering, gelet ook op andere factoren die het waterkerend vermogen bepalen, moet zijn berekend. Deze ontwerp-frequentie is voor primaire waterkeringen gespecificeerd in de Wet op de Waterkering [lit.'!]. In paragraaf 2.3 wordt nader ingegaan op de veiligheidsaspecten.

2.2 Functionele eisen

2.2.1 lnventarisatie van functies en toekenning van waarden

Naast de waterkeringsfunctie vervult een waterkering waarin kunstwer-ken zijn opgenomen diverse andere functies. Tabel 2.1 geeft een indi-catief overzicht [lit.2].

De aanwezigheid van waterkerende kunstwerken of bijzondere construe-ties zal in de meeste gevallen consequenties hebben voor de manier waarop de waterkering deze functies vervult. In de besluitvorming over aanleg en beheer zal worden afgewogen in hoeverre aan de diverse functies recht kan worden gedaan

Waterkerende kunstwerken zijn meestal ontworpen om naast de water-kerende functie een of meer andere functies te vervullen.

Bij waterbouwkundige kunstwerken betreft dit functies voor utilitaire kruisingen, bijvoorbeeld het doorlaten van water (doorlaatsluis), het doorlaten van scheepvaart (schutsluis of keersluis), het doorlaten van wegverkeer (coupure, tunnel) of nutsvoorzieningen (pijpleidingen).

2 Uitgangspunten

In deze gevallen is telkens sprake van een kruising van de waterkering. Bij bijzondere waterbouwkundige constructies is vaak sprake van een landschappelijke of cultuurhistorische functie of een recreatiefunctie. Zij kunnen echter ook warden toegepast ten behoeve van utilitaire functies (bijvoorbeeld kademuren). Door het toepassen van bijzondere waterkerende constructies kan de waterkering beter warden afgestemd op de functies recreatie en wonen, of op het behoud en ontwikkeling van cultuur, natuur en landschap.

Om een afweging te kunnen maken tussen de soms strijdige functionele eisen, dienen de uit de verschillende functies voortvloeiende eisen of wensen ten aanzien van kosten, ruimte, landschap, natuur en cultuur te warden geconcretiseerd. Daartoe moeten aan de eigenschappen van landschap, natuur en cultuur waarden warden toegekend. Voor meer informatie hierover wordt verwezen naar de Handreiking lnventarisatie en waardering LNC-aspecten en naar de Handreiking Beleidsanalyse [lit.3].

Tabel 2.1 lndicatief overzicht van de functies van de waterkering functie -waterkering - waterbeheersing - landverkeer - scheepvaart -recreatie -wonen - landbouw - industrie - cultuurhistorie -natuur - landschap omschrijving

beschermen tegen overstroming

door/a ten water en reguleren waterstanden; beheersen waterkwaliteit

infrastructuur (wegen)

doorlaten, laden, laden en lossen scheepvaart diverse vormen van vrijetijdsbesteding op en rond de waterkering, wonen permanente bewoning

gebouwen, installaties, beweiding op

en rond de waterkering, gebruik als hooiland bedrijfsterreinen /angs de waterkering herkenbare patronen en objecten uit de historie

kenmerkende of zeldzame planten, dieren

en leefgemeenschappen, ecologische verbinding,

geomortologische elementen

visuele verschijningsvorm als resultante van het samenspel van abiotische, biotische

en cultuurhistorische elementen in ruimtelijke patronen

2.2.2 Primaire eis voor de waterkerende functie

Als primaire eis wordt gesteld, dat een waterkeringsconstructie zodanig dient te warden ontworpen, gebouwd en onderhouden, dat de beoogde waterkerende functie gedurende een voorgenomen tijdsduur

2 Uitgangspunten

periode), bij de vigerende ontwerp-en/of toetsingsuitgangspunten met

voldoende betrouwbaarheid zal worden vervuld. Deze eis is in de concept

Wet op de Waterkering gespecificeerd als de overschrijdingskans per jaar van de hoogwaterstand waarop de waterkering, gelet ook op andere factoren die het waterkerend vermogen bepalen, moet zijn berekend. Teneinde aan de waterkerende functie te kunnen voldoen, worden aan

waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies eisen gesteld ten aanzien van:

- overlopen en overslag; - sterkte en stabiliteit;

- betrouwbaarheid afsluitmiddelen.

In het algemeen worden de volgende hoofdonderdelen onderscheiden: - bovenbouw, bestaande uit vaste constructie-onderdelen (wanden,

hoofden) en de beweegbare delen van de kering (schuiven, deuren); - fundering en ondergrond;

- overgangsconstructies, bestaande uit kwelschermen, bodembescher

-ming, filters en vliezen;

- bewegingswerk (aandrijving, bediening).

Alle onderdelen dienen hun functie zodanig te vervullen dat de kans op falen van de gehele constructie voldoet aan de primaire eis.

Met betrekking tot onderhoud en inspecteerbaarheid dient rekening te worden gehouden met de bereikbaarheid van de diverse onderdelen.

2.3 Veiligheidsbenadering

2.3.1 Betrouwbaarheidsanalyse

Om na te gaan of een constructie (bestaand, in ontwerp of in uitvoe -ring) aan de primaire eis voldoet, kan men een betrouwbaarheidsanalyse uitvoeren, waarbij rekening gehouden wordt met alle situaties die zich gedurende de vastgestelde referentieperiode kunnen voordoen. Men dient zich daartoe een beeld te vormen van alle belastingen en

bedreigingen, faalmechanismen en grenstoestanden die een rol kunnen spelen voor alle onderdelen.

Onder referentieperiode wordt verstaan de tijd waarin de constructie zijn

(waterkerende) functie moet vervullen. Bij een ontwerp is de referenti e-periode gelijk aan de planperiode.

2 Uitgangspunten

Voor de definitie van de begrippen "faalmechanisme" en " grenstoestan-den" wordt verwezen naar de "Verklaring van gehanteerde begrippen". Een belangrijk hulpmiddel bij het uitvoeren van een betrouwbaarheids-analyse is de foutenboom. Dit is een schematische weergave van oor-zaken die tot falen van een bepaald systeem aanleiding kunnen geven. De topgebeurtenis van de foutenboom is "een bepaalde ongewenste situatie" bijvoorbeeld "inundatie van het achterland". In de takken van de boom wordt aangegeven via welke ketens van gebeurtenissen de betreffende topgebeurtenis kan ontstaan. Hiermee worden de diverse onderdelen van het systeem met hun (deel)mechanismen op systemati-sche wijze in kaart gebracht.

Deze leidraad maakt gebruik van een aantal begrippen uit de betrouw-baarheidsanalyse en verwijst soms naar specifieke onderwerpen in die bijlage. Voorshands wordt voor de leidraad uitgegaan van de overbe-lastingsbenadering waarbij het kunstwerk of de constructie beschouwd wordt als een dijkvak. De Leidraad geeft daarbij een aantal richtlijnen vol-gens welke naar de huidige inzichten wordt voldaan aan de primaire eis. In gevallen waarin een nadere analyse gewenst is, kan gebruik worden

gemaakt van het Basisrapport Hoofdstuk 1. Hierin wordt dieper ingegaan

op de betrouwbaarheidsanalyse.

2.3.2 Overbelastingsbenadering

In figuur 2.1 is de normstelling voor een kunstwerk of bijzondere con-structie, uitgaande van de overbelastingsbenadering, in beeld gebracht. De essentie van de overbelastingsbenadering is, dat als primair

ontwerp-criterium een eis wordt gesteld met betrekking tot het mechanisme

"over/open en overslag", dat wil zeggen aan de hoogte van de kering (voorwaarde 1). De eis is, dat de kans dat het voor het betreffende dijkvak (kunstwerk of constructie) vastgestelde toelaatbare overslag-debiet wordt overschreden kleiner moet zijn dan de ontwerpfrequentie. Tevens wordt gesteld dat, indien geen overbelasting optreedt, de kans op falen door alle overige faalmechanismen zeer klein moet zijn (voor-waarde 2). In formulevorm:

Voorwaarde 1 · P{q > qt} < norm

Voorwaarde 2: P{falen EN q < qt} < 0,1 norm

2 Uitgangspunten

I

bovenbouw (o.a ..

I

keermiddelen)

000000000

Betekenis van de symbolen in deze voorwaarden:

P{ .. } kans dat in een jaar de tussen { } geplaatste gebeurtenis zich voordoet

q overslagdebiet, volgend uit de geometrie en de hydraulische randvoorwaarden

q₁ toelaatbaar overslagdebiet, volgend uit algemene constructie-kenmerken en uit kenmerken van het achterliggende gebied norm de ontwerpfrequentie als vastgelegd in de Wet op de

Waterkering

In figuur 2.1 is alleen de tweede voorwaarde van de overbelastingsbe -nadering uitgewerkt als een hoofdfoutenboom.

OVERBELASTINGSBENADERING KUNSTWERK

VOORWAARDE 1 VOORWAARDE 2 norm

overlopen/over- overige mechanismen 1/1250 per jaa slag kunstwerk kunstwerk 1/2000 per jaa 1 I 4000 per jaa

P{q>q1} < norm P{falen EN q<q1} < 0,1 norm 1/10000 per jaa

000000000

of

l

sterkte en/of

I

I

falen sluiting

I

stabiliteit afsluitmiddel onvoldoende

of en

fundering overgangs-

l

l

_{keermiddel niet}

i

l

_{waterstand hoger}

I

constructies tijdig gesloten dan drempel 000000000 000000000 000000000

Fig. 2.1 Schema overbelastingsbenadering voor een waterkerend kunstwerk of bijzondere constructie

2 Uitgangspunten

2.3.3 Normstelling Overlopen en overslag

Uit de eerste voorwaarde van de overbelastingsbenadering volgt dat criteria vastgesteld moeten warden voor toelaatbare hoevee/heden over-slag en overloop, welke met een kans gelijk aan de ontwerpfrequentie voorkomen. Dit bepaalt dan tevens de minimaal vereiste hoogte van het kunstwerk.

lndien het overslag- (en overloop-) debiet terecht komt op een onver-dedigd binnentalud van de waterkering is het toelaatbaar overslagdebiet tijdens maatgevende omstandigheden overeenkomstig de bepalingen in de Leidraad Rivierdijken (0, 1 -1 -10 /Jms). Aanvullende eis is dat de oppervlakten waarop het overslagwater neerslaat erosiebestendig zijn. lndien het overslag- (en overloop-) debiet terechtkomt in een water-bassin en indien voorzieningen zijn getroffen zodat het kunstwerk en de aansluitingen een (veel) grater debiet kunnen verwerken, wordt het toelaatbaar overs/ag- en overloopdebiet bepaald door de beschikbare komberging en door het verloop van de waterstand tijdens de hoog

-waterperiode. Deze komberging wordt door de beheerder van de kering vastgesteld. De komberging dient zodanig te warden vastgesteld dat geen schade als gevolg van de tijdelijke peilverhoging optreedt. Sterkte/ stabi lite it

Uit de tweede voorwaarde van de overbe/astingsbenadering volgen de eisen met betrekking tot de sterkte en stabiliteit en met betrekking tot de betrouwbaarheid van de afs/uitmiddelen. Omdat biJ constructies met afsluitmiddelen een belangrijk dee/ van de totaal hiervoor beschikbare faa/ruimte benodigd is voor het sluitproces wordt aanbevolen de kans op verlies van sterkte en stabiliteit een orde kleiner te nemen dan de kans op niet sluiten van de kering. Hiermee wordt de faalruimte voor het sluitproces gesteld op 0,1 maa/ de normfrequentie en die voor de sterkte/stabiliteit op 0,01 maal de norm.

In theorie kan de foutenboom verder warden opgesplitst in faalruimten voor de hoofdonderdelen bovenbouw, fundering en overgangsconstruc-ties en vervolgens weer in faalruimten voor onderdelen (de "nul/en" in figuur 2.1) Omdat er altijd sprake zal zijn van een aanzien/ijke afhank e-lijkheid tussen de faalmechanismen, vooral via de waterstand, en reke

2 Uitgangspunten

ning mag worden gehouden met het feit dat meestal een herverdeling van krachten in de constructie optreedt ("redundancy"), is voor de Leidraad uitgegaan van een a\gemene faalruimte voor alle onderdelen afzonderlijk van 0,01 maal de norm. Deze faalruimte kan worden gere-a\iseerd indien het kunstwerk of de constructie wordt gedimensioneerd volgens de NEN-6700 serie, met inachtname van de in paragraaf 3.2 (rekenwaarden voor de belasting) en paragraaf 4.3 (rekenwaarden voor sterkte en stabiliteit) gegeven aanbevelingen.

Bij constructies zonder afsluitmiddelen geldt een faalruimte voor de sterkte en stabiliteit van 0,1 maal de norm. Toch wordt aanbevolen bovengenoemde rekenwaarden te blijven hanteren.

Van deze aanbevelingen kan worden afgeweken wanneer een betrouw-baarheidsanalyse wordt uitgevoerd, waarbij er voor gewaakt dient te worden dat de betrouwbaarheidsindex niet onder de NEN-norm komt (zie de appendix "Afstemming Wet op de Waterkering en Bouwbesluit" bij het Basisrapport Hoofdstuk 1).

Sluiting beweegbare kering

De sluiting van een beweegbare kering faalt indien de kering niet tijdig wordt gesloten en indien de buitenwaterstand dusdanig hoog is dat niet sluiten tot falen van de waterkering leidt. Om voldoende faalruimte te scheppen voor het mechanisme "kering sluit niet" wordt aanbevolen hiervoor vrijwel de volledig beschikbare faalruimte te bestemmen. Dus P{falen afsluitmiddel} < 0,1 norm [per jaar]

2.3.4 Kwaliteitsborging

Om te voorkomen dat de beoogde veiligheid niet wordt bereikt als ge-volg van fouten in ontwerp, uitvoering of onderhoud dient een goede kwaliteitsborging te worden opgezet. Kwaliteitsborging is een systeem van procedures, kennis, kunde en zorg dat er voor moet zorgen dat de waterkering als geheel en zijn onderdelen voldoen aan de gestelde uit -gangspunten.

2 Uitgangspunten

De kwaliteitsborgingsactiviteiten zijn: 1. Vastleggen van normen en eisen.

2. Vastleggen van procedures en werkmethoden.

3. Meten (a/ dan niet steekproefsgewijs) en toetsen aan normen en eisen.

4. Eventueel vervangen, herstellen of corrigeren.

5. Vastleggen van meetresultaten en correcties ten behoeve van de evaluatie van het (deel)proces.

In de praktijk betekent dit voor kunstwerken en bijzondere constructies dat de volgende documenten beschikbaar moeten zijn:

- ontwerpgegevens - uitvoeringsgegevens

- bedieningsplan (inclusief opleiding en training) - onderhoudsplan

- evt. calamiteitenplan (inclusief opleiding en training)

In het Basisrapport Hoofdstuk 9 wordt aandacht besteed aan de kwali-teitsborging gericht op de beheersing van projecten en processen, van belang voor waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies.

3 BELASTINGEN

3.1 lnleiding

Conform NEN 6702 kan onderscheid worden gemaakt in permanente, veranderlijke en bijzondere belastingen. De meest voorkomende belas-tingen zijn:

• Permanente belastingen

- eigen gewicht kunstwerk (onderdelen) - gronddruk

- grondwaterdruk • Veranderlijke belastingen

- waterstanden (inclusief lokale opwaaiing, seiches, bui-oscillaties en buistoten) - (wind)golven - scheepsge·{nduceerde belastingen - verkeersbelastingen - temperatuurbelastingen - winddruk • Bijzondere belastingen - aanvaring - aardbeving - explosie - ijs - vandalisme en sabotage

Tijdens de uitvoering of groot onderhoud kunnen andere belastingen en combinaties ervan maatgevend zijn dan in de gebruiksfase van het waterkerend kunstwerk of bijzondere constructie.

3.2 Rekenwaarden voor de belasting 3.2.1 Algemeen

Bij de berekening van de sterkte en stabiliteit van kunstwerken en bij-zondere constructies dient de rekenwaarde van de belasting te worden ingevoerd. lnformatie hierover is te vinden in deze paragraaf, en in de betreffende onderdelen van TAW-Ieidraden en NEN-normen, met name NEN 6702 (veiligheidsklasse 3) en NEN 6740. De rekenwaarde F d voor

een belasting is gelijk aan de representatieve waarde van die belasting (F rep) vermenigvuldigd met een belastingfactor Yt:

3 Belastingen

De karakteristieke of representatieve belasting is de waarde van de belasting met een voorgeschreven overschrijdingskans. Voor permanente belastingen wordt de representatieve belasting bepaald conform NEN

6702.

Bij de controle van constructies op de uiterste grenstoestanden per faal-mechanisme is vaak sprake van een combinatie van belastingen. lndien deze belastingscombinatie is opgebouwd uit verschillende (deels) onafhankelijke belastingsbronnen, dient rekening te warden gehouden met de mogelijkheid dat sommige belastingen belastend (ongunstig) en andere ontlastend (gunstig) kunnen werken. De rekenwaarde voor een gunstig werkende permanente belasting wordt vaak verkregen door een

"Yf kleiner dan 1,0 te kiezen. Voor een variabele en een bijzondere be-lasting is de rekenwaarde voor gunstige werking meestal gelijk aan nul. Bij het in rekening brengen van belastingscombinaties hoeft er niet vanuit te warden gegaan dat alle belastingen op hetzelfde tijdstip maximaal ongunstig werken. De gangbare reductieregel is om steeds een belas-tingsbron op de meest ongunstige waarde aan te houden (dominante belasting) en de andere belastingen in te voeren met een andere repre-sentatieve belasting (de zogenaamde combinatiewaarde); daarbij kan ook de belastingsfactor anders gekozen warden.

De in de berekeningen mee te nemen belastingbronnen, hun in reke-ning te brengen representatieve waarden en belastingsfactoren, zijn verzameld in tabel 3.1. Deze tabel wordt onderstaand kort toegelicht. 3.2.2 Permanente belastingen

Een permanente belasting ten gevolge van het eigen gewicht wordt in rekening gebracht met een factor "Yf = 1 ,35 (belastend) als eigen gewicht de enige belastingsbron is, en er geen sprake is van een geotechnische constructie of het eigen gewicht van een vloeistof. In de laatste gevallen dient een factor "Yf = 1 ,2 (belastend) te warden genomen. Ook indien de belasting in combinatie met andere belastingen wordt beschouwd, dient een factor "Yf = 1,2 (belastend) in rekening te word en gebracht. lndien de belasting gunstig (ontlastend) werkt, dient in alle genoemde gevallen een factor "Yf = 0,9 te warden genomen.

3 Belastingen

Tabel 3.1 Bepaling rekenwaarden belastingen bij toepassing NEN 6700 serie [lit.5,6]

be lasting rekenwaarde rekenwaarde

dominante belasting combinatie belasting

PERMANENT:

eigen gewicht (1 ,35 of 1,2 of 1,0 of 0,9) Frep (1 ,2 of 1,0 of 0,9) Frep gronddruk (1 ,2 of 1,0 of 0,9) Frep (1 ,2 of 1,0 of 0,9) F rep grondwaterdruk (1 ,2 of 1,0 of 0,9) Frep (1 ,2 of 1,0 of 0,9) F rep

VERANDERLIJK:

drukverschillen t.g.v. waterstanden 1,25 F12so- F1oooo 1 ,25 F10 drukverschillen t.g.v. windgolven 1,25 F1250- F1oooo 1,25 F10

stroming _{1,3 F50 1,3 F1} scheepsgolf _{1,3 F50 1,3 F1} scheepsstroming _{1 ,3 F50 1,3 F1} troskrachten _{1,3 F50 1,3 F1} windbelasting _{1,5 F50 IV-y F50} = 0,2 • 1 ,5 • F50 temperatuur _{1,5 F50} 1,5 F verkeersbelasting _{1,5 F50 1,5 F1} BIJZONDER: aanvaring F1ooo 0 aardbeving F1ooo 0 explosie F1ooo 0 ijs F1ooo 0

F rep = representatieve of karakteristieke belasting voor permanente belastingen. F n = belasting die gemiddeld een maal per n jaar word! overschreden

(representatieve belasting voor variabele belastingen).

In afwijking hiervan moet voor de permanente belasting door grand-en grondwaterdruk op geotechnische constructies als dijkgrand-en, taluds grand-en damwanden, waarbij het gewicht van grond voorkomt als belasting, maar ook een rol speelt bij de grondmechanische sterkteberekeningen, de belastingsfactor op Yt = 1 ,0 (belastend en ontlastend) warden gesteld. In deze gevallen is voldoende veiligheid gewaarborgd door de conform NEN 6740 in rekening te brengen materiaalfactoren voor de schuifsterkte-eigenschappen van grond.

3.2.3 Veranderliike be/astingen

In NEN 6702 warden geen aanbevelingen gedaan voor karakteristieke hydraulische belastingen bij waterbouwkundige constructies. Speciale aandacht behoeven de belastingen door waterstanden en windgolven.

3 Belastingen

Aan de kust moet gerekend warden op het - vrijwel -gelijktijdig optreden

van MHW en maatgevende windgolven. In het rivierengebied dienen twee belastingscombinaties te warden berekend: Bij MHW moet warden gerekend met windgolven, die warden berekend met de windsnelheden, vermeld in de Leidraad Rivierdijken. De tweede belastingscombinatie is een combinatie van windgolven tijdens een maatgevende storm en een

waterstand die eens in de 10 jaar wordt overschreden.

Waterstanden:

Aanbevolen wordt om voor de representatieve belastingen door

water-standen een herhalingstijd gelijk aan de ontwerpfrequentie als uitgangs -punt te nemen (het Maatgevend Hoog Water, MHW).

Voor de verificatie van grenstoestanden volgens de NEN 6700 serie

dienen de hierbij berekende waterdrukverschillen te warden vermenig-vuldigd met een partiele veiligheidsfactor f

=

1 ,25.

Voor de controle van het mechanisme piping dient voor de rekenwaarde

van de buitenwaterstand het Maatgevend Hoog Water te warden aan-gehouden (ofwel: f = 1 ,0)

Windgolven:

Aanbevolen wordt de representatieve dominante belasting door wind-golven te bepalen door die golf, welke in een stormpiek tijdens een

maatgevende storm met een kans van 10% wordt overschreden. Onder maatgevende storm wordt verstaan de storm met een

wind-snelheid die met de ontwerpfrequentie als vastgelegd in de Wet op de Waterkering wordt overschreden. Voor de duur van de stormpiek kan 2 uur warden aangehouden langs de kust en 4 uur voor het

bovenrivieren-gebied en het IJsselmeer.

A Is partiele veiligheidsfactor wordt een waarde van f = 1 ,25 aanbevolen.

Voor meer informatie over belasting door windgolven wordt verwezen naar het Basisrapport hoofdstuk 4.

In combinaties van onafhankelijke waterstanden en windgolven met

elkaar, dan we I met and ere belastingen wordt een herhalingstijd van 10 jaar aanbevolen.

Voor de overige variabele belastingen worden representatieve belastingen met herhalingstijden van 50 jaar aanbevolen, overeenkomstig de

stan-daard referentie-periode in NEN 6702. Deze waarden moeten warden vermenigvuldigd met een partiele veiligheidsfactor van f = 1,3 of 1 ,5.

3 Belastingen

Voor de combinatie-waarden wordt in beginsel uitgegaan van jaarmaxima, die eveneens nog met een veiligheidsfactor moeten warden vermenig-vuldigd. Hierbij is enigszins rekening gehouden met het feit dat maxima van variabele belastingen niet in de tijd hoeven samen te vallen. Nadere analyse van de belastingscombinaties zou hier nog een verdere reductie kunnen rechtvaardigen. De combinatiewaarden voor wind en tempera-tuur zijn ontleend aan 1\JEN 6702. Opgemerkt wordt dat de veiligheids-factor voor de temperatuursbelasting moet warden vermenigvuldigd met het belastingseffect en niet met de temperatuur zelf.

3.2.4 Bijzondere belastingen

Aanbevolen wordt hier uit te gaan van belastingen met een herhalings-tijd van 1000 jaar. De combinatiewaarde is altijd gelijk aan nul.

Ook mogen de variabele belastingen die optreden in combinatie met de bijzondere belasting nog verder warden gereduceerd.

4

UITWERKING VEILIGHEIDSBENADERING

4.1 Algemeen

Het waterkerend vermogen van waterkerende kunstwerken en bijzon-dere constructies wordt bepaald door:

- de kans op over/open en overslag, ofwel de ontwerphoogte van het kunstwerk;

- de sterkte en stabiliteit van de constructie-onderdelen; - de betrouwbaarheid van de sluitingsoperatie.

In paragrafen 2.3.2 en 2.3.3 wordt de norm voor overlopen en overslag gesteld; in paragraaf 4.2 wordt aangegeven hoe gecontroleerd kan worden of aan de norm wordt voldaan.

In paragrafen 2.3.2 en 2.3.3 wordt de norm voor sterkte en gesteld, in paragraaf 3.2 zijn de rekenwaarden voor de belastingen gegeven, in paragraaf 4.3 wordt aangegeven hoe gecontroleerd kan worden of aan de norm wordt voldaan.

In paragrafen 2.3.2 en 2.3.3 wordt de norm voor de kans op niet sluiten van afsluitmiddelen gegeven. In paragraaf 4.4 wordt aangegeven hoe gecontroleerd kan warden of aan de norm wordt voldaan.

4.2 Overlopen en overslag

Waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies zijn in het alge-meen bestand tegen grote hoeveelheden overslag en overloop. Bij het toelaten daarvan moet gelet worden op de erosiebestendigheid van de aansluitende delen van de waterkering en op het bergend vermogen van het achter de kering gelegen gebied. In deze paragraaf worden aanbevelingen gegeven hoe met beide factoren rekening kan worden gehouden.

Zoals in paragraaf 2.3 .3 gesteld, zal de kerende hoogte van waterkerende kunstwerken en bijzondere constructies zodanig moeten worden vast-gesteld, dat de volgens de overbelastingsbenadering vast te stellen over-slagdebieten met een kans gelijk aan of kleiner dan de norm worden overschreden. Daartoe zal de hoogte van de kering bij aanleg moeten voldoen aan:

(1)

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

met

hkr de actuele (aanleg)hoogte

van

het kunstwerk

hdk de ontwerphoogte, dit is de benodigde hoogte aan het einde

van

de beschouwde planperiode

hzkl verhoging in verband met verwachte klink en primaire en seculaire zettingen gedurende de planperiode

De ontwerphoogte

van

het kunstwerk wordt als volgt bepaald:

met MHW

w

hdk = MHW + hzsr + hopw + hsbb + W

(2)

Maatgevend Hoogwater, dit is de ontwerpwaterstand behorende bij de in de Wet op de Waterkering vastge-stelde ontwerpfrequentie (norm)

zeespiegelrijzing en verhoging

van

de waterstand door morfologische ontwikkelingen gedurende de planperiode, voorzover deze niet in het MHW zijn verdisconteerd verhoging

van

de waterstand door lokale opwaaiing verhoging

van

de waterstand door seiches. bui-oscillaties en buistoten

waakhoogte in verband met golfoverslag en overloop. In het Basisrapport Hoofdstuk 5 worden twee methoden behandeld om de waakhoogte te bepalen. Bij de eerste methode wordt uitgegaan

van

een gegeven, door beheerder en ontwerper vast te stellen, maximum overslagdebiet tijdens MHW.

Bij de tweede methode wordt uitgegaan

van

het beschikbaar bergend vermogen achter het kunswerk.

Bij de eerste methode wordt met behulp

van

grafieken (zoals gegeven in Hoofdstuk 5

van

het Basisrapport) een factor a[-] bepaald, waarna de waakhoogte volgt uit:

w = a H₅

+

0,30 [m] (3)

met een maximum (voor erosiegevoelige situaties)

van

Wmax

=

1,2 H5 + 0,30 [m]

(4)

Als gekozen wordt voor (zeer) grote overslagdebieten om de

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

hoogte te minimaliseren wordt het bergend vermogen achter het kunstwerk van belang. Er wordt nu een (gereduceerde) -factor voor komberging (akomb) bepaald, waarna de waakhoogte volgt uit:

w = akomb H5 + 0,30 [m]

(5)

Als akomb = 0 kan blijken dat de komberging nog (lang) niet is uitgeput, zodat in principe de kerende hoogte nog verder kan warden verlaagd. Nu treedt overlopen op. Als vermindering van de waakhoogte w in ver-band met overlopen wordt aangegeven met hovl geldt:

W = - hovl + 0,30 [m]

(6)

Voor het minimum van w wordt aangehouden w = 0. De methode om hovl te bepalen wordt behandeld in Hoofdstuk 5 van het Basisrapport.

4.3 Rekenwaarden voor sterkte en stabiliteit

De controle op sterkte en stabiliteit komt er in de praktijk op neer dat voor elk van belang zijnd faalmechanisme een mechanisme-vergelijking wordt opgesteld. Vervolgens wordt per mechanisme gecontroleerd of wel of geen bezwijken optreedt onder invloed van de relevante belastings-combinaties. Hierbij dienen rekenwaarden voor de sterkte en stabiliteit te warden ingevoerd.

De rekenwaarde (<Jd) voor de sterkte van een materiaal is gelijk aan de karakteristieke of representatieve waarde van die sterkte (0rep) gedeeld door een materiaalfactor Ym:

De volgende hoofdonderdelen word en onderscheiden:

a. bovenbouw

Onder de bovenbouw van een kunstwerk wordt verstaan de vaste constructieonderdelen, bijvoorbeeld hoofden, (vleugel)wanden, alsmede de keermiddelen, bijvoorbeeld deuren, schuiven, kleppen, schotbalken. De controleberekeningen hebben voornamelijk

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

betrekking op een controle van de materiaalsterkte, conform de materiaalgebonden normen van de NEN 6700 serie. Dit betreft de materialen beton, staal, metselwerk en hout.

b. fundering en ondergrond

De controleberekeningen voor de fundering van een kunstwerk hebben, naast de controle van de sterkte en stabiliteit van het funderingselement zelf volgens de materiaalgebonden normen, betrekking op geotechnische grenstoestanden.

Voorschriften voor de geotechnische controles worden met name

gevonden in de geotechnische normen (NEN 6740-serie). Voor de controle van de macro-stabiliteit wordt verwezen naar de Leidraad Rivierdijken. deel 2 Benedenrivierengebied [lit.?]. c. overgangsconstructies

Voor overgangsconstructies zijn geen berekeningsmethoden en eisen in NEN-normen vastgelegd.

Voor de controle van schermconstructies ten aanzien van de mechanismen onder- en achterloopsheid wordt verwezen naar het Basisrapport Hoofdstuk 6.

De bodembescherming dient voldoende stabiel te zijn bij de optredende belastingen door golven, stroming, vallende ankers etc. Nadere aanwijzingen voor deze controles warden onder andere

gegeven in [lit.8]. Daarnaast dient de lengte van de bodemverde-diging zodanig te zijn gekozen, dat bij een eventuele ontgronding de standzekerheid van het kunstwerk is gewaarborgd. De eis is, dat een eventuele inscharing ten gevolge van een afschuiving of zettingsvloeiing niet tot voorbij de bodembescherming kan reiken. De berekeningsmethoden warden onder andere gegeven in [lit.9]. De belangrijkste onderdelen en mechanismen van kunstwerken die

gecontroleerd moeten warden op een uiterste grenstoestand zijn samen-gevat in tabel 4.1.

Bij de controleberekeningen warden de materiaaleigenschappen en de belastingen ingevoerd met hun rekenwaarden. Voor de rekenwaarden van de belastingen wordt verwezen naar Hoofdstuk 3.

De rekenwaarden voor de materiaaleigenschappen warden bepaald op basis van de daartoe geeigende TAW-Ieidraden of NEN-normen. Bij dimensionering volgens de NEN 6700 serie dient de rekenwaarde

van de belasting te warden bepaald op basis van de in Hoofdstuk 3

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

gegeven richtlijnen. Dit leidt tot voldoende veiligheid ten aanzien van

sterkte en stabiliteit, indien rekening wordt gehouden met het feit dat meestal in de constructie voldoende reserve-sterkte aanwezig is. Dit geldt

niet voor bijzondere gevallen waarbij een groot aantal elementen in serie

zijn geschakeld (bijvoorbeeld een vakwerkconsructie met veel stangen) of anderszins sprake is van een groot aantal onafhankelijke

grenstoe-standen. In dat geval dient een nadere analyse te warden uitgevoerd, mogelijk resulterend in hogere partiele veiligheidsfactoren voor de sterkte.

4.4 Betrouwbaarheid sluitingsoperatie

4.4.1 Algemeen

Waterkerende kunstwerken zullen in veel gevallen zijn voorzien van een

of meer afsluitmiddelen. Ook bijzondere constructies kunnen hiermee zijn uitgerust. In deze paragraaf wordt nader ingegaan op de betrouw-baarheid van de sluitingsoperatie. De beoordeling van de sterkte van het

afsluitmiddel maakt onderdeel uit van de beoordeling van de sterkte en

stabiliteit van het kunstwerk of van de constructie (par. 4.3).

Bij de beoordeling van de betrouwbaarheid van de sluitingsoperatie zijn drie begrippen van belang: de open keerhoogte, het open keerpeil en het sluitpeil (zie figuur 4.1 ).

De open keerhoogte is in sommige gevallen gelijk aan de kruinhoogte van de waterkering bij geopend afsluitmiddel. Afhankelijk echter van de aard van de constructie, kunnen andere elementen bepalend zijn (zie hieronder).

Het open keerpei/ is de maximale waterstand die nog veilig gekeerd

kan warden bij geopend afsluitmiddel.

Het sluitpeil is de waterstand waarbij de sluitingsoperatie moet beginnen. De sluitingsoperatie faalt indien (i) het afsluitmiddel niet gesloten is en (ii) de waterstand boven de open keerhoogte stijgt. Dit leidt direct tot "volledig falen" van de waterkering.

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

Tabel 4.1 Overzicht belangrijkste constructie-onderdelen met mechanismen/grenstoestanden en bijbehorende voorschriften (exclusief bewegingswerken)

onderdeel mechanisme/grenstoestand voorschriften

BOVENBOUW

- beton sterkte, stabiliteit, deformatie TGB-beton, NEN6720 -staal sterkte, stabiliteit, deformatie TGB-staal, NEN6770 - metselwerk sterkte, stabiliteit, deformatie TGB-steen, NEN6790 - hout sterkte, stabiliteit, deformatie TGB-hout, NEN6760

FUNDERING EN ONDERGROND

-grondlichaam (macro)stabiliteit en erosie Leidraad Rivierdijken

deformatie TGB-geotechniek, NEN6740

- fundering op staal draagvermogen (kantelen, afschuiven) TGB-geotechniek, NEN6744

zettingen TGB-geotechniek. NEN6744

- paalfundering horizontaal draagvermogen TGB-geotechniek. NEN6743 verticaal draagvermogen TGB-geotechniek, NEN6743

zettingen TGB-geotechniek, NEN6743

materiaalsterkte TGB-beton/staal/hout -damwandconstructies stabiliteit (grondbreuk) Handboek Damwandconstr.

verticaal draagvermogen Handboek Damwandconstr.

materiaalsterkte Handboek Damwandconstr.

- kistdam, keermuur stabiliteit (kantelen, afschuiven) TGB-geotechniek, NEN6740 materiaalsterkte TG B-beton/staal/hout

OVERGANGSCONSTRUCTIES

-schermconstructies piping, kwel Leidraad Rivierdijken sterkte/duurzaamheid als bij damwandconstr. -bodembescherming weg/uitspoelen toplaag

ontgrondingen (onvoldoende lengte) -filters/vliezen doorlatendheid

Toelichting bij tabel4.1:

-1- Controle macrostabiliteit: Leidraad Rivierdijken [lit?]

-2-Controles damwandconstructies: Handboek Damwandconstructies, veiligheidsklasse Ill [lit10]

-3- Piping volgens de methode Lane, conform de Leidraden voor het ontwerp van rivierdijken. Zie Basisrapport, Hfd.

-4-Stabiliteit bodembescherming volgens [lit8]

-5- Lokale ontgrondingen: eis met betrekking tot maximale ontgrondingsdiepte en aanzethelling is afgeleid uit stabiliteitseisen voor het kunstwerk [lit.9].

-6- Ontwerpregels en eisen aan filters en vliezen volgens [lit8]

-1- -2- -3- -4- -5- -6-6

De open keerhoogte is dus veelal afhankelijk van de aard van het kunstwerk of constructie. In het geval van een coupure is de hoogte van de drempel de open keerhoogte. In het geval van een keersluis voor een binnenhaven is de open keerhoogte hoogte gelijk aan de hoogte van de binnenkade. Voorwaarde is dan wel dat biJ de beoorde-ling van de sterkte en stabiliteit van het kunstwerk ook de

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

de kade en een eventuele tweede kering wordt betrokken, en dat alle onderdelen van het waterkeringsysteem hun functies duurzaam zullen vervullen (lndien, bijvoorbeeld, de binnenkade geacht wordt bij een waterstand lager dan de kade begonnen te zijn met bezwijken is de open keerhoogte dienovereenkomstig lager).

In verband met de in rekening te brengen waakhoogte wegens golf-overslag en onzekerheden in de waterstandsvoorspelling dient het af-sluitmiddel gesloten te zijn als de waterstand het open keerpeil bereikt. Ook het open keerpeil is dus afhankelijk van de constructie (open keer-hoogte en toelaatbare golfoverslag).

Met andere woorden: het open keerpeil bepaalt de kans dat de omstan-digheid zich voordoet, dat het afsluitmiddel moet worden gesloten om falen van de waterkering te voorkomen. De kans dat het afsluitmiddel

in deze omstandigheden niet gesloten zal worden (de kans op falen per

aanvraag), wordt verder bepaald door het hoogwater

waarschuwings-systeem, de procedure voor de sluiting en de bedrijfszekerheid van de afsluitmiddelen. In verband hiermee zal de sluitoperatie zelf moeten beginnen v66rdat het open keerpeil wordt bereikt. Het peil waarbij de

sluitoperatie moet beginnen heet het sluitpeil. ---~ kerende hoogte , - - . , - , ---~ MHW--- buiten-water keer-sluis 1 - - - , - , - - - - , - , ---~ (open keerhoogte) ---~ open keerpeil --- binnen-havengebied - schut-sluis achterliggende waterloop Fig. 4.1 In deze situatie is de kadehoogte achter de keersluis de open keerhoogte.

Onderscheid wordt gemaakt in vier hoofdtypen beweegbare keringen:

type A: te s/uiten bii waterstanden hoger dan sluitpeil

De afsluitmiddelen staan in beginsel open, en worden uitsluitend bij hoge waterstanden gesloten. Dit betreft onder andere kleppenkeringen, stormvloedkeringen, de meeste keersluizen, coupures, afsluitbare duikers en schutsluizen met aparte hoogwaterdeuren, waarbij de voor het schut-proces gebruikte afsluitmiddelen niet (voldoende) hoogwaterkerend zijn.

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

type B: te openen op aanvraag

De afsluitmiddelen zijn in beginsel gesloten, en worden uitsluitend op aanvraag geopend. Dit betreft onder andere spuisluizen, inlaatsluizen en sommige keersluizen. Stuwen vallen buiten het kader van deze studie, omdat deze geen onderdeel vormen van de primaire waterkering.

type C: altiid gesloten

In alle gevallen is er sprake van een gesloten afsluitmiddel. Dit betreft schutsluizen, waarbij de voor het schutproces gebruikte afsluitmiddelen voldoende hoogwaterkerend zijn.

type D: te sluiten bii calamiteit

De afsluitmiddelen zijn in beginsel ook bij hoogwater open, en warden uitsluitend in het geval van een calamiteit gesloten. Dit betreft onder andere pijpleidingkruisingen en tunnels.

Deze hoofdtypen worden achtereenvolgens behandeld. Voor de beoor-deling van afsluiters in pijpleidingen wordt verwezen naar Hoofdstuk 7 van het Basisrapport.

4.4.2 Afsluitmiddelen te sluiten bii waterstanden hoger dan sluitpei/

De sluiting van de beweegbare kering wordt voldoende betrouwbaar

geacht indien wordt voldaan aan de voorwaarde: P1a ~ 0,1 norm [1 jaar]

P1a = actuele faalkans kunstwerk t.g.v. een falend afsluitmiddel [1 /jaar]

norm = ontwerpfrequentie [1 /jaar]

De actuele faalkans van een beweegbare kering wordt enerzijds bepaald door het aantal keren per jaar dat de kering moet warden gesloten en anderzijds door de kans op het niet tijdig gesloten zijn van de afs luit-middelen, per vraag:

Pta = ni pns

ni = het aantal keren per jaar dat de kering moet warden gesloten [vragen/jaar]

P ns = kans op niet sluiten, gegeven noodzaak [faalkans/vraag]

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

Het aantal keren per jaar (nj) dat de kering moet worden gesloten is gelijk aan de overschrijdingsfrequentie van het sluitpeil. De kans op niet sluiten per aanvraag (P ns) dient dus kleiner te zijn dan 0,1 norm/nj. In het Basisrapport Hoofdstuk 2 worden aanbevelingen gedaan voor de sluitingsprocedure.

In opdracht van de TAW is een beoordelingsmethode ontwikkeld om de kans op het niet tijdig sluiten van de afsluitmiddelen te bepalen [lit.11]. Deze kans is afhankelijk van de betrouwbaarheid van: - het hoogwaterwaarschuwingssysteem;

- de mobilisatie;

- de bedieningsprocedure voor de sluiting;

- de bedrijfszekerheid van de afsluitmiddelen.

De beoordelingsmethode is opgenomen in Hoofdstuk 3 van het Basis-rapport. In speciale gevallen zal voor de bepaling van de kans op niet tijdig sluiten een betrouwbaarheidsanalyse moeten worden uitgevoerd (zie Basisrapport Hoofdstuk 1 ). Opgemerkt wordt dat met een betrouw-baarheidsanalyse geen absolute faalkansen kunnen worden bepaald, omdat daarvoor meestal te weinig gegevens beschikbaar zijn. Met name het menselijk gedrag in crisissituaties is moeilijk inschatbaar, zeker als de verantwoordelijkheden en commandostructuur niet uitermate duidelijk zijn vastgelegd en men zich ervan overtuigd heeft dat deze bekend zijn bij betrokkenen, en met name bij de hoogste leidinggevenden. Het ver-dient aanbeveling dit periodiek te verifieren.

Bij de bepaling van de betrouwbaarheid van de sluitingsoperatie speelt

de keuze van het signaleringspeil en het sluitpeil een belangrijke rol. Bij een voorspelde dan wel een actuele waterstandsoverschrijding van het signaleringspeil wordt het bedienend en beslissend personeel gewaarschuwd. Bij een actuele waterstandsoverschrijding van het

sluit-peil wordt de kering gesloten.

De tijd tussen de overschrijding van het signaleringspeil en overschrijding van het sluitpeil dient voldoende groot te zijn om het bedienend perso-neel te mobiliseren.

De tijd tussen de overschrijding van het sluitpeil en overschrijding van het open keerpeil dient voldoende groot te zijn om de kering te kunnen

sluiten.

Merk op dat in het kust- en benedenrivierengebied rekening moet war-den gehouden met een significant grotere stijgsnelheid van het buiten-water dan in het bovenrivierengebied.

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

4.4.3 Afsluitmiddelen te openen op aanvraag

Dit betreft bijvoorbeeld spui- en inlaatsluizen. De sluitfrequentie van deze kunstwerken is onafhankelijk van de hoogwaterfrequentie en zo hoog, dat aan de bedrijfszekerheid van de afsluitmiddelen bijzondere

aandacht, Ios van de hoogwaterfrequentie, moet warden gegeven.

Bij deze afsluitmiddelen is het vooral belangrijk goede procedures te hebben om te voorkomen dat de afsluitmiddelen geopend zijn als er

hoogwater verwacht wordt.

4.4.4 Afsluitmiddelen altijd gesloten

Dit betreft bijvoorbeeld schutsluizen, waarbij de afsluitmiddelen die warden gebruikt voor het schutproces tevens als hoogwaterkering

dienen. In deze gevallen behoeven vanuit de waterkerende functie

geen eisen aan de betrouwbaarheid van de sluiting te warden gesteld. Schutsluizen met ongelijkwaardige keermiddelen, waarvan feitelijk

slechts een keermiddel voldoende hoogwaterkerend is, dienen te warden

beschouwd als "te sluiten bij waterstanden hoger dan sluitpeil" (par.

44.2).

4.4.5 Afsluitmidde/en te s/uiten bij calamiteit

In een aantal gevallen is de aanleiding voor het sluiten van het

afsluit-middel niet een hoge buitenwaterstand, maar een calamiteit. Het gaat

hier om keersluizen en coupures, welke niet direct bestemd zijn om

buitenwater te keren (bijvoorbeeld, binnenkeringen tussen dijkringen),

maar ook om pijpleidingkruisingen en tunnels, waarbij de calamiteit is

hetzij een breuk van de pijpleiding of tunnel, hetzij - in geval van een tunnel -een inundatie van een van de twee laaggelegen gebieden die door de tunnel met elkaar in verbinding staan.

Met andere woorden: de kans dat de omstandigheid zich voordoet, dat

het afsluitmiddel moet warden gesloten om falen van de waterkering te

voorkomen wordt bepaald door de kans dat ten gevolge van een

cala-miteit buitenwaterstanden via het kunstwerk tot falen van de water-kering kunnen leiden en dat gelijktijdig de buitenwaterstand hoger is

dan de open keerhoogte.

In de meeste gevallen zal met een permanent aanwezig afsluitmiddel

aan deze voorwaarde worden voldaan.

4 Uitwerking veiligheidsbenadering

Bij sommige tunnels is het mogelijk dat bij overschrijding van een bepaald peil, lager dan MHW, water via de tunnel het dijkringgebied kan binnen-komen. Dergelijke tunnels dienen dan te worden voorzien van

afsluit-middelen en te word en beschouwd als "te sluiten bij waterstanden hoger dan sluitpeil" (par. 4.4.2).

5 UITVOERING

Onder de uitvoering van kunstwerken wordt verstaan het uitvoeren van grootschalige werkzaamheden ten behoeve van de aanleg, groot onderhoud, aanpassingen of sloop van kunstwerken en objecten. De veiligheid van de waterkering tijdens de uitvoering moet gedurende het gesloten seizoen minimaal gelijk zijn aan de oorspronkelijke veilig-heid van de waterkering. Bij uitvoering in het open seizoen mag de kruin-hoogte verlaagd worden tot het niveau behorend bij de normfrequentie van de zomerhoogwaters

De uitvoering dient bij voorkeur in het open seizoen plaats te vinden. In de verschillende bouwfasen en overgangen tussen bouwfasen dienen de nodige veiligheidsmaatregelen te worden getroffen om het water-kerend vermogen te waarborgen.

Eisen kunnen o.a. betrekking hebben op:

- hoogte, sterkte en stabiliteit van de (tijdelijke) waterkering; - inspectie en monitoring van de waterkering;

- aanwezigheid noodvoorzieningen (noodmaterialen, reserveonderdelen e.d.);

- overligmaatregelen in het gesloten seizoen;

- regeling alarmering en daadwerkelijke uitvoering noodmaatregelen, ook tijdens vakanties;

- voorkomen van (uitvoerings)schade aan objecten.

Aanbevolen wordt de principes van kwaliteitsborging (par. 2.3.3) toe te passen.