Reststerkte van de Wieringermeerdijk
Rapport
Reststerkte van de Wieringermeerdijk
ir M. Klein Breteler en dr. G. Wolters
Rapport maart 2008
Inhoud
1 Inleiding ...1
2 Omschrijving van de Wieringermeerdijk ...3
3 Deltagootproeven...7
4 Beoordeling van de Wieringermeerdijk... 11
4.1 Golfcondities en waterstand ... 11
4.2 Belastingduur...12
4.3 Toelaatbare erosielengte ...15
4.4 Zonder de breuksteenberm mee te tellen...16
4.5 Inclusief de invloed van de breuksteenberm...19
5 Discussie...23
6 Conclusie...31
Referenties...33
Appendices A Golfcondities en waterstanden ...35
Lijst van figuren
Figuur 1 Deltagootproef op keileem van de Wieringermeerdijk.
Figuur 2 Boven: doorsnede van de Wieringermeerdijk (van Dienst Zuiderzeewerken), Onder: detail.
Figuur 3 Zones in de Wieringermeerdijk met kwalitatieve indicatie van sterkte (GD, 2006).
Figuur 4 Winlocatie op de Wieringermeerdijk voor het steken van de keileem. Figuur 5 Schets van de winplaats aan de noordkant.
Figuur 6 In platen gelegde toegang (links) en steekpositie (rechts).
Figuur 7 Modelopstelling in de Deltagoot locaties van zachtere/zandigere blokken (dwarsdoorsnede en bovenaanzicht).
Figuur 8 Keileemtalud in de Deltagoot na proef 4.
Figuur 9 Schematische weergave van erosieproces, dat horizontaal voortschrijdt.
Figuur 10 Gemiddelde erosieprofielen (verticaal gemiddeld over de 3 raaien), x = afstand vanaf golfschot (m), waterstand: +4,50 m.
Figuur 11 Gemeten erosielengte als functie van de cumulatieve belastingduur (belastingduur is omgerekend naar een golfhoogte van 1,6 m).
Figuur 12 Het verloop van de waterstand tijdens maatgevende storm (VTV 2004) voor dijkvak 0 – 6 km.
Figuur 13 Steenzetting op de Wieringermeerdijk
Figuur 14 Geschematiseerd erosieprofiel (rode lijn) in dwarsdoorsnede van Wieringermeerdijk.
Figuur 15 Principe van het optellen van de erosielengte van verschillende belastingperioden.
Figuur 16. Verloop van de dimensieloze erosielengte, Ex/Ex, toelaatbaar als functie van de tijd, zonder berminvloed
Figuur 17 Vergelijking van erosieprofiel zonder berm (na enige tijd golfbelasting) en met een berm in het talud (aan het begin van de belastingperiode).
Figuur 18 Principe van het in rekening brengen van de invloed van de berm door de tijd te verschuiven.
Figuur 19 Verloop van de dimensieloze erosielengte, Ex/Ex, toelaatbaar als functie van de tijd, inclusief berminvloed
Figuur 20 Alternatief verloop van de waterstand tijdens maatgevende storm voor het dijkvak km 0 – 6 dat mogelijk in de toekomst gehanteerd gaat worden.
Figuur 21. Verloop van de dimensieloze erosielengte (Ex/Ex, toelaatbaar) als functie van de tijd, berekend met alternatief stormverloop en inclusief de invloed van de berm.
Figuur 22. Erosielengte als functie van het moment waarop de steenzetting bezwijkt (ten opzichte van het moment dat geschat is in paragraaf 4.2), inclusief berminvloed.
Lijst van tabellen
Tabel 1 Samenvatting analyse resultaten keileem Wieringermeerdijk en Amstelmeerdijk ( = gemiddelde; = standaardafwijking; N = aantal metingen, Fundr = ongedraineerde schuifsterkte).
Tabel 2 Samenvatting van proefresultaten.
Tabel 3 Maatgevende hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing van de Wieringermeerdijk
Tabel 4 Maximale taludhelling per dijkvak en brekerparameter bij toetscondities Tabel 5 Resultaten van de berekeningen
Tabel 6 Maatgevende hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing van de Wieringermeerdijk.
Tabel 7 Toelaatbare waarde van de erosielengte op het toetspeil.
Tabel 8 Berekende erosielengte per dijkvak, Ex4, met enkele tussenresultaten.
Tabel 9 Totale berekende erosielengte, Ex, toelaatbare erosielengte op het toetspeil en veiligheid, zonder de berm mee te tellen.
Tabel 10 Waarden van tberm1 per dijkvak.
Tabel 11 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed, Exberm, toelaatbare erosielengte op het toetspeil en veiligheid.
Tabel 12 Berekende erosielengte met het alternatieve waterstandverloop per dijkvak inclusief berminvloed, Ex,berm, en de toelaatbare erosielengte op het toetspeil. Tabel 13 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van
de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/1 jaar (voor dijkvak km 0 – 6).
Tabel 14 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/10 jaar (voor dijkvak km 0 – 6).
Tabel 15 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/100 jaar (voor dijkvak km 0 – 6).
Tabel 16 Berekende erosielengte per dijkvak, zonder en met berminvloed, en de toelaatbare erosielengte op het toetspeil.
Symbolenlijst
Dn50 = (M50/ s)1/3 = mediane nominale diameter van breuksteen (m)
Ex = max. horizontale erosielengte (m),
gevonden op 0,1 à 0,3 m onder de waterlijn
Ex1 = erosielengte na de eerste belastingperiode (m)
Ex, Berm = max. horizontale erosielengte (m),
met breuksteenberm van 2,5 m breedte
Ex, toelaatbaar = erosielengte bij het begin van het doorbreken van de keileemlaag
(m)
h = waterstand ten opzichte van NAP (m)
Hs = significante golfhoogte (hier gedefinieerd op basis van energie) (m)
Hs1 = gemiddelde significante golfhoogte tijdens de eerste
belasting-periode (m)
M50 = massa van de breuksteen met 50 procent onderscheidingsfrequentie
(kg)
Tp = golfperiode bij de piek van het spectrum (s)
sop = Hs/(1,56Tp2) = golfsteilheid op basis van diepwater golflengte (-)
t = belastingduur of tijd (uur)
t1 = duur van de eerste belastingperiode (uur)
t2 = duur van de tweede belastingperiode (uur)
t2* = equivalente belastingduur van eerste twee periodes, met golfhoogte
van de tweede periode (uur)
x = afstand tot het golfschot (m)
x max = horizontale afstand van de snijlijn van de stilwaterlijn en het talud
tot de locatie met grootste stijghoogte in de golfklap (m)
z = niveau ten opzichte van de gootbodem (m)
= taludhelling (o)
1
Inleiding
Langs de IJsselmeerzijde van de Wieringermeerpolder ligt een dijk met een kern van keileem en een bekleding van natuursteenblokken. In het kader van de veiligheidstoetsing van deze dijk is de bekleding onvoldoende bevonden, maar omdat de keileem mogelijk een grote reststerkte heeft, loont het de moeite om deze reststerkte in het kader van een geavanceerde toetsing te bepalen. Als deze reststerkte voldoende is, is het niet nodig om de bekleding te vervangen en kan een aanzienlijke besparing gerealiseerd worden. Deze geavanceerde toetsing is in dit rapport beschreven.
Rijkswaterstaat Noord Holland heeft WL | Delft Hydraulics opgedragen een onderzoek naar de erosiebestendigheid van keileem onder golfbelasting in de Deltagoot uit te voeren ter bepaling van de reststerkte van dijken met keileem. De reststerkte is gedefinieerd als de tijd die bij gegeven golfbelasting benodigd is om de keileemlaag over de gehele diepte te eroderen. De Deltagoot van WL | Delft Hydraulics is bij uitstek geschikt om de reststerkte van de keileem te bepalen, omdat in deze faciliteit de keileem van de Wieringermeerdijk kan worden beproefd met golfcondities van dezelfde grootte als waarvoor de Wieringermeerdijk getoetst moet worden.
Het modelonderzoek in de Deltagoot en de analyse van de resultaten zijn gerapporteerd in een apart verslag (Wolters en Klein Breteler 2007). De resultaten van dat onderzoek (zie Figuur 1) worden hier gebruikt voor de geavanceerde toetsing van de Wieringermeerdijk.
Figuur 1 Deltagootproef op keileem van de Wieringermeerdijk.
Voor de proeven is keileem van de Wieringermeerdijk gebruikt. De winlocatie was het oude dijkgat in de Wieringermeerdijk (tussen kilometerpaal 13 en 14), dat aan het einde van de tweede wereldoorlog is opgeblazen. Hier bevindt zich een kort stukje dijk zonder waterkerende functie, maar met dezelfde opbouw als de rest van de dijk. De locatie is redelijk goed bereikbaar met groot materieel. De keileem is in blokken van ruim 10 ton naar de Deltagoot overgebracht en ingebouwd, alwaar de proeven zijn uitgevoerd met een ‘kaal’ talud van keileem. Wieringermeer-specifieke zaken als de steenzetting en de breuksteen
berm zijn niet nagebootst. Hierdoor zijn de resultaten van het modelonderzoek conservatief voor de Wieringermeerdijk, maar zijn de onderzoeksresultaten beter toepasbaar voor andere dijken.
Na afloop van de werkzaamheden is het originele profiel van de Wieringermeerdijk weer hersteld.
Het onderzoek is uitgevoerd o.l.v. ir. M. Klein Breteler en dr. G. Wolters, terwijl de begeleiding is verzorgd door ir. J.W.H. Nieuwenhuis van Rijkswaterstaat Noord-Holland en dhr. R.J.G. van Etten van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde.
2
Omschrijving van de Wieringermeerdijk
De Wieringermeerdijk is tussen 1926 en 1929 aangelegd. De kern van de doorsnede bestaat uit keileem. Hierop is aan de landwaartse zijde een laag zand aangebracht. De oor-spronkelijke hoogte van de kruin is NAP + 4,35 m, zie Figuur 2. De keileemkern had een oorspronkelijke hoogte van NAP + 3,0 m, maar ligt nu door zetting wat lager, op ongeveer NAP + 2,0 à 2,5 m (Wouters, 2005).
Het zeewaartse talud heeft een helling van ongeveer 1: 2,5 à 1:3,0 boven de waterlijn en 1:3,5 onder de waterlijn. De kruin van de dijk is gemaakt van zand met een bedekking van 1 m keileem en klei en is 2 m breed. De buitenlaag van de dijk bestaat uit gras op de kruin en aan de bovenkant van het talud. Een steenzetting is aanwezig van ongeveer NAP + 0,0 m tot NAP + 3,0 m.
Figuur 2 Boven: doorsnede van de Wieringermeerdijk (van Dienst Zuiderzeewerken), Onder: detail. Onder NAP +0,0 m ligt een kraagstuk met een steenbestorting. De steenbestorting is in de loop van tijd bijgestort met stenen van 40-200 kg en vormt nu een grote berm met variërende afmetingen. In de legger van het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier is vermeld dat op een niveau van NAP 0,50 m een berm aanwezig is met breedte van 2,5 m. Het onderhoudswerk is erop gericht dit als minimum te handhaven. In Figuur 2 staat een dwarsdoorsnede van de dijk getekend.
Figuur 3 Zones in de Wieringermeerdijk met kwalitatieve indicatie van sterkte (GD, 2006).
Uit een bronnenonderzoek van GeoDelft (2006b) is gebleken dat vooral de keileem die zich diep in het dijklichaam, maar boven NAP, bevindt waarschijnlijk het meest erosiebestendig is, zie Figuur 3. Deze keileem is boven de waterlijn aangebracht en heeft in de loop der jaren een bovenbelasting gehad.
Een uitgebreid overzicht van de geschiedenis en karakteristieken van de Wieringermeerdijk is gegeven in de rapporten van Wouters (2005) en GeoDelft (2006b).
In Figuur 4 en Figuur 5 is de winlocatie van de keileem ten behoeve van de Deltagootproeven aangegeven. Het is ter plaatse van het oude dijkgat in de Wieringermeerdijk tussen kilometerpaal 13 en 14.
Het noordelijke stuk van de oude dijk werd gebruikt voor de winning. In Figuur 5 staat een schets van het betreffende stuk dijk (lengte ongeveer 65 m) met de gebruikte toegangsweg. De oude dijk heeft aan de zeezijde een helling van ongeveer 1:3 met een lengte van ongeveer 13,5 m. Daarnaast ligt een horizontaal gedeelte van ongeveer 3 meter. Aan de rand van dit platte stuk ligt nog de oude stortsteen. De steenzetting was niet meer aanwezig, al zijn er wel resten van de vlijlagen te vinden.
Voor het steken van de keileem is een onderzoek van de winplaats uitgevoerd door GeoDelft (2006). Tijdens dat onderzoek is gebleken dat de keileemkern op de zeezijde, waar de keileem is gewonnen, vanaf het maaiveld tot een diepte van meer dan 5 m zat, met verschillende kleine zandlenzen ertussen. Op één boorplaats was een grotere zandlens op ca 1 m diepte aanwezig. Er was dus voldoende keileem voor het onderzoek in de Deltagoot beschikbaar (ca. 144 m3).
Figuur 4 Winlocatie op de Wieringermeerdijk voor het steken van de keileem.
Figuur 5 Schets van de winplaats aan de noordkant.
Voor de toegang van de vrachtwagens werden rijplaten gelegd, zie Figuur 5. Het steken van de keileem is begonnen op ca. 15 m van het uiteinde van het noordelijke stuk van de Wieringermeerdijk. Vrachtwagens werden zo dicht mogelijk naar de winplaats gereden om de weg die de graafmachine moet afleggen met de gestoken keileem zo klein mogelijk te houden. Als transportroute voor de keileem is gekozen voor de Afsluitdijk omdat dit de kortste weg is.
De vegetatie op de Wieringermeerdijk is medebepalend voor het landschapsbeeld, zo ook de bomen aan de buitenzijde en binnenzijde. In overleg met Staatsbosbeheer is besloten de bomen op de dijk te sparen.
Na afloop van de Deltagootproeven werd het profiel van de dijk weer hersteld. weg pad moeras water ca. 65 m winplaats, helling 1:3 horizontaal stuk met oude vlijlagen IJsselmeer
boompje
oude basalt stortsteen ca. 100-500 kg Begin van afgraven Bomen rijplaten 3 m 13,5 m, 1:3 2 m 1:1,5
Figuur 6 In platen gelegde toegang (links) en steekpositie (rechts).
Enkele eigenschappen van de keileem zijn gegeven in tabel 1 (GeoDelft 2007). Opgemerkt moet worden dat de na het transport gestoken monsters in andere blokken zijn gestoken dan de monsters die in de goot na de proef zijn genomen.
Op basis hiervan is geconcludeerd dat de keileem die gebruikt is tijdens de Deltagootproeven representatief is voor de keileem van de Wieringermeerdijk (GeoDelft 2007).
Parameter
N N N N N
Zandgehalte [%] 62.9 3.8 17 62.0 0.0 2 55.5 1.9 2 55.9 6.9 2 66.3 2.6 6 Lutumgehalte [%] 19.4 1.9 17 21.0 0.0 2 23.0 0.6 2 23.7 4.0 2 15.7 1.5 6 Nat vol. gew. [kN/m3]
21.3 0.2 16 20.9 0.1 2 21.4 0.1 7 21.4 0.1 7 20.6 0.2 6 Droog vol.gew.[kN/m3] 18.4 0.2 16 17.8 0.4 2 18.5 0.2 7 18.5 0.2 7 17.9 0.1 6 Watergehalte [%] 15.7 0.8 16 17.4 1.5 2 15.2 1.0 7 15.0 0.8 7 15.4 1.0 6 Vloeigrens [%] 22.5 2.1 17 20.9 1.5 2 23.1 1.6 2 22.5 0.6 2 20.7 1.4 6 Uitrolgrens [%] 12.7 1.1 17 15.6 2.6 2 14.7 0.5 2 14.1 1.6 2 12.2 0.7 6 Humusgehalte [%] 2.4 0.4 17 1.7 0.2 2 1.3 0.1 2 1.3 0.0 2 0.2 0.1 6 Kalkgehalte [%] 6.4 2.9 17 3.8 0.1 2 2.7 0.2 2 2.8 0.0 2 0.8 0.3 6 Zoutgehalte [g/l] 0.2 0.4 17 0.6 0.2 2 <0,2 2 0.4 1 0.5 0.2 6 Fundr [kN/m2] 48.8 20.6 12 38.0 4.5 2 67.3 29.2 7 58.6 28.5 8 92.5 23.3 6 cohesie [kPa] 7.7 2.3 3 n.b. 1.5 n.v.t. 1 3.0 n.v.t. 1 n.b. wrijvingshoek [o] 31.3 4.3 3 n.b. 35.9 n.v.t. 1 33.2 n.v.t. 1 n.b. Amstelmeerdijk Keileemkern Wieringermeerdijk
Dijkkern Winlocatie Na transport In goot na proef
Tabel 1 Samenvatting analyse resultaten keileem Wieringermeerdijk en Amstelmeerdijk ( = gemiddelde; = standaardafwijking; N = aantal metingen, Fundr = ongedraineerde schuifsterkte).
3
Deltagootproeven
Een uitvoerige beschrijving van de Deltagootproeven en een analyse van de resultaten is gegeven door Wolters en Klein Breteler (2007). In dit hoofdstuk is een korte samenvatting van de resultaten gegeven.
In de Deltagoot is een talud met helling van 1:3 ingebouwd met een 3 m dikke laag keileem. Onder de keileem was zand aanwezig. Niet het hele talud was voorzien van een keileem-laag. Ter beperking van de kosten was er onder het niveau +1,90 m en boven +7,50 m ten opzichte van de gootbodem een betontalud aangebracht. Tussen +1,90 en +2,90 m en tussen +6,90 m en +7,50 m was er een overgangszone met klei. Dit is te zien in Figuur 7.
+0,0m +4,50m (NAP+0,6m) GOLFSCHOT +2,90m +8,30m (NAP+4,4m) Keileem Zand
x tov teen = 0m x t ov teen = 2m x tov teen = 4m x tov teen = 6m x tov teen = 8m x t ov teen = 10m x tov teen = 12m x tov teen = 14m x tov teen = 16m x tov teen = 18m
grens za nd/ keileem W ieringerme erdijk +1,90m Klei x = 180m x = 170m Klei Klei 1:3 1:2 +6,90m 1:4 Klei +7,50m Klei kr ui n Gootwand Gootwand wa te rlij n X X X X X Relatief zachte blokken: X Relatief zandige blokken: o
o o
Figuur 7 Modelopstelling in de Deltagoot locaties van zachtere/zandigere blokken (dwarsdoorsnede en bovenaanzicht).
De waterdiepte in de goot was tijdens alle proeven 4,5 m. In werkelijkheid varieert de waterdiepte langs de Wieringermeerdijk van plaats tot plaats, namelijk tussen ongeveer 3,5 m en 5,0 m. De erosie van de keileem is voornamelijk afhankelijk is van de significante golfhoogte en periode. Bij deze verhouding van waterdiepte en golfhoogte is de invloed van de waterdiepte op de golfhoogte en periode verwaarloosbaar, en zal dus ook de invloed van de waterdiepte op de erosie verwaarloosbaar zijn.
De laag keileem was opgebouwd uit blokken van 1,3 x 1,8 m2 en 1,5 m hoog. Sommige van
deze blokken waren wat zachter of hadden relatief veel zand. De locatie waar deze blokken zijn terechtgekomen in de modelopstelling is aangegeven in Figuur 7.
De kwaliteit van het ingebouwde keileemtalud bleek goed te zijn. Met vijzels is ervoor gezorgd dat de resterende naden tussen de blokken na inbouw volledig dicht gedrukt
werden. Na het inbouwen is er een rustperiode van 4 weken gehanteerd ten einde de natuurlijke samenhang tussen de blokken weer grotendeels te herstellen.
In tabel 2 is een overzicht gegeven van het proevenprogramma en de resultaten per proef. In deze tabel zijn de volgende parameters gebruikt:
Hs = significante golfhoogte (m)
Tp = golfperiode bij de piek van het spectrum (s)
Ex = max. horizontale erosielengte (m), gevonden op 0,1 à 0,3 m onder de waterlijn
(zie Figuur 9)
Hs Tp proefduur tieve duurcumula- geërodeerde raaiEx van meest gemiddelde raaiEx van
proef (m) (s) (uur) (uur) (m) (m)
1 1,12 4,97 0,50 0,50 1,06 0,67 2 1,17 5,01 0,82 1,31 2,19 1,53 3 1,51 5,73 1,00 2,31 2,54 2,12 4 1,56 5,77 1,24 3,55 3,57 2,98 5 1,58 5,72 1,68 5,23 5,03 4,67 6 1,57 5,98 0,74 5,98 5,40 5,14
Tabel 2 Samenvatting van proefresultaten.
Alle proeven zijn uitgevoerd met een waterdiepte van 4,5 m ten opzichte van de gootbodem. Dit waterniveau komt overeen met het toetspeil (zie tabel 3).
De resultaten van het onderzoek worden gekarakteriseerd door de horizontale erosielengte Ex. Dit is de grootste horizontale afstand tussen het oorspronkelijke profiel en het
geërodeerde profiel. Deze grootste afstand wordt meestal op 0,1 à 0,3 m onder de waterlijn gevonden.
Deze waarde is karakteristiek voor het erosieproces omdat het proces zich voornamelijk in horizontale richting voltrekt. De brekende golven zorgen ervoor dat de keileem erodeert. Dit erosieproces vindt alleen plaats in de zone waar de golven breken, dus vanaf de golfneerloopzone (ca. één significante golfhoogte Hs onder de waterlijn) tot rond de
waterlijn. Door voortgaande erosie zal het profiel van het keileemoppervlak onder de waterlijn steeds minder steil worden, maar boven de waterlijn steeds steiler. Het steilere bovenwatertalud zal belast worden door de golfoploop en in brokken naar beneden vallen en door de golven worden afgevoerd. Zo zal het profiel van het eroderende keileemoppervlak geleidelijk aan steeds verder naar achteren gaan, de dijk in. Dit is geschetst in Figuur 9.
Figuur 9 Schematische weergave van erosieproces, dat horizontaal voortschrijdt.
174 176 178 180 182 184 186 188 190 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x [m] Hoo gt e [ m ] Initieel profiel Proef 1: Hs=1.1m, Tp=5.0s Proef 2: Hs=1.2m, Tp=5.0s Proef 3: Hs=1.5m, Tp=5.7s Proef 4: Hs=1.6m, Tp=5.8s Proef 5: Hs=1.6m, Tp=5.7s Proef 6: Hs=1.6m, Tp=6.0s
Figuur 10 Gemiddelde erosieprofielen (verticaal gemiddeld over de 3 raaien), x = afstand vanaf golfschot (m), waterstand: +4,50 m.
erosie gaat horizontaal de dijk in
flauw onderwatertalud
steil bovenwatertalud Ex
Het geërodeerde profiel is na elke Deltagootproef opgemeten langs drie raaien. In tabel 2 is zowel de waarde van Ex gegeven voor de meest geërodeerde raai, als ook voor het
gemiddelde van de 3 raaien. De verschillen tussen de drie raaien was over het algemeen vrij klein. De gemiddelde erosieprofielen na elke proef zijn gegeven in Figuur 10.
Op basis van de proefresultaten is een formule afgeleid voor de grootte van de horizontale erosielengte als functie van de belastingduur (mits: 1,1 < Hs < 1,8 m, talud 1:3 en keileem
zoals op de Wieringermeerdijk): 0.56 1,36 x s E H t met: t = belastingduur (uur)
In Figuur 11 zijn de proefresultaten en deze formule getoond, waarbij de proeven zijn omgerekend naar proeven met Hs = 1,6 m. De gebruikte omrekenmethodiek is beschreven in
Wolters & Klein Breteler (2007). Hier is te zien dat de formule goed aansluit op de metingen. 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
equivalente duur (bij Hs=1,6 m) (uur)
er o si el en g te E x ( m) metingen trend
Figuur 11 Gemeten erosielengte als functie van de cumulatieve belastingduur (belastingduur is omgerekend naar een golfhoogte van 1,6 m).
4
Beoordeling van de Wieringermeerdijk
4.1
Golfcondities en waterstand
De maatgevende hydraulische belasting voor de Wieringermeerdijk is berekend door de dijkbeheerder met Hydra-Q met voorlandmodule. Voor elke kilometer van de dijk zijn de resultaten in bijlage A gegeven. Op basis van de berekende golfcondities is een indeling gemaakt in 5 vakken met ongeveer vergelijkbare golfcondities. De resultaten zijn gegeven in tabel 3. dijkvak toetspeil Hs Tp (km – km) (m+NAP) (m) (s) 0,0 – 6,0 0,53 1,62 5,72 6,0 – 11,0 0,54 1,33 5,65 11,0 – 13,2 0,58 1,18 5,51 13,2 – 17,0 0,63 1,36 5,08 17,0 – 17,7 0,65 1,04 4,99
Tabel 3 Maatgevende hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing van de Wieringermeerdijk
(0 = zuid; km 8 = Zeughoek; km 8.55 – km 9.8 = haven Oude Zeug; km 13,2 – km 14 = Sluitgatdijk; km 17,7 = ingang haven; 17,7 = noord).
Figuur 12 Het verloop van de waterstand tijdens maatgevende storm (VTV 2004) voor dijkvak 0 – 6 km. De waterstandsslingeringen als gevolg van buistoten zijn niet in de berekeningen meegenomen. Deze hebben een periode van een paar uur en worden normaal meegeteld voor het bepalen van de maximale waterstand, aannemende dat de top van de slingering samenvalt met de top van storm. Maar omdat het hier gaat om de totale erosie van de keileem gedurende vele uren golfbelasting is het niet nodig de slingeringen mee te tellen. Immers, gedurende een deel van de belastingperiode is de waterstand (en golfhoogte) iets hoger, maar in een ander deel weer iets lager. Gemiddeld zal de belasting daardoor ongeveer hetzelfde zijn als zonder de slingeringen.
35 uur NAP+0,53 m Waterstand, +NAP NAP+0,43 m NAP+0,00 m tijd (uur) t = 0 t = 2 t = 4 t = 19,5 0,10 m 4 uur 1,62 m 1,19 m NAP+0,15 m tijd (uur) t = 15,5 Schade aan steenzetting Golfhoogte (m)
Volgens het Voorschrift Toetsen op Veiligheid (2004) moet rekening gehouden worden met een storm van 35 uur met een waterstandverloop zoals getekend in Figuur 12 (als voorbeeld is het dijkvak 0 – 6 km aangehouden).
De storm kent een hoogtepunt gedurende 4 uur, waarin de waterstand 10 cm stijgt naar het toetspeil en vervolgens weer 10 cm daalt. De aanloop van de storm duurt 15,5 uur met een waterstand die met constante snelheid stijgt vanaf het verhoogde meerpeil van het IJsselmeer tot 10 cm onder het toetspeil. De tweede helft van de storm verloopt overeenkomstig de eerste helft van de storm, zodat een totale stormduur van 35 uur wordt gerealiseerd.
Hydra-Q geeft ook het verwachte meerpeil voor en na de storm. Volgens de berekeningen blijkt deze op gemiddeld NAP+0,15 m te liggen. Dit peil is aangehouden als start van het waterstandsverloop, zie ook Figuur 12.
In Figuur 12 is het nulpunt van de tijdas gelegd op 2 uur voor het optreden van het toetspeil. Dit is zo gekozen omdat in de kosten/batenanalyse van Wouters (2005) geschat was dat dan schade aan de steenzetting zou optreden. Vanaf dat moment zou de keileem belast worden door golven. In de volgende paragraaf wordt hierop teruggekomen.
Volgens recente studies van Rijkswaterstaat verloopt de golfhoogte gelijk met de waterstand, beginnende bij het begin van de storm met Hs = 0, en lineair met de waterstand
(stormopzet) toenemend totdat het toetspeil is bereikt. In de tweede helft van de storm gaat de golfhoogte weer evenredig met de waterstand omlaag (‘t Hart 2005 en Beckers 2006). Daardoor is voor het zuidelijke vak met km 0 – 6 op t = 0 de significante golfhoogte:
Hs = (0,43 0,15)/(0,53 0,15)·1,62 = 1,19 m.
4.2
Belastingduur
De tijdsduur dat de keileem belast wordt door golven is niet alleen afhankelijk van de stormduur, maar is ook afhankelijk van het moment waarop de steenzetting bezwijkt. Pas als de steenzetting bezweken is en alle stenen door golven zijn weggespoeld, wordt de onderliggende keileem direct door golven belast.
In deze paragraaf is een schatting gemaakt van het moment waarop de steenzetting zou kunnen bezwijken. Daarvoor is eerst de golfhoogte per dijkvak berekend waarbij de steenzetting zou kunnen bezwijken, en is vervolgens aan de hand van het stormverloop het tijdstip geschat. Door de grote onzekerheden in de formules voor het berekenen van de stabiliteit van steenzettingen is er slechts een ruwe schatting mogelijk.
Met de normale formules voor het toetsen van steenzettingen (Technisch Rapport Steenzettingen) is eerst de grootte berekend van de maximaal toelaatbare significante golfhoogte. Daartoe zijn berekeningen gemaakt met Steentoets 4.03. Voor de eigenschappen van de steenzetting is het volgende aangehouden (zie ook Figuur 13, aangeleverd door Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier ):
filterlaagdikte: b = 20 cm
korrelgrootte van het filter: 30 mm
Figuur 13 Steenzetting op de Wieringermeerdijk
De berekeningen zijn uitgevoerd met dezelfde waarde van de brekerparameter als onder toetscondities. In tabel 4 is de maximale taludhelling per dijkvak gegeven alsmede de berekende brekerparameter. Hierin zijn de volgende variabelen gebruikt:
= taludhelling (o)
sop = Hs/(1,56Tp2) = golfsteilheid op basis van diepwater golflengte (-) op = tan (Hs/1,56/Tp2) = brekerparameter (-) dijkvak tan (-) sop (-) (-)op 0,0 – 6,0 0,40 0,032 2,25 6,0 – 11,0 0,40 0,027 2,45 11,0 – 13,2 0,40 0,025 2,53 13,2 – 17,0 0,33 0,034 1,79 17,0 – 17,7 0,33 0,027 2,02
Tabel 4 Maximale taludhelling per dijkvak en brekerparameter bij toetscondities
Het resultaat van de berekeningen is gegeven in tabel 5. Hierin is de golfhoogte te vinden die volgens Steentoets nog net geen schade geeft. Vervolgens is een verwachte golfhoogte gegeven waar wel schade zal optreden. Daarbij is het volgende aangenomen:
de werkelijke schadegolfhoogte is vermoedelijk voor een dergelijke constructie ca. 10 à 20% hoger dan berekend wordt door Steentoets (ervaring uit Deltagootproeven)
de stabiliteit van de steenzetting is vermoedelijk ca. 10 à 15% lager dan normaal vanwege de slechte staat waarin de stenen verkeren
Daarnaast zou er nog een invloed van de berm denkbaar kunnen zijn. Daarvoor is de locatie van de golfklappen berekend met de formule van Klein Breteler (2007):
max 0, 42 min 0,9 ; 6,5 voor 1 op 6 s op x H s met:
sop = Hs/(1,56Tp2) = golfsteilheid op basis van diepwater golflengte (-)
x max = horizontale afstand van de snijlijn van de stilwaterlijn en het talud tot de
locatie met grootste stijghoogte in de golfklap (m)
Met deze formule blijkt dat de golfklappen zonder berm gemiddeld op ongeveer xmax
1,5Hs van de waterlijn op het talud komen (onder water). Omgerekend naar een diepte is dat
x max·tan (0,5 à 0,7)·Hs. Op t = 0 uur (2 uur voordat het toetspeil bereikt wordt) komt dat
ongeveer overeen met NAP 0,3 à +0,1 m. Gezien het feit dat de berm op NAP 0,5 m ligt, zal de invloed van de berm dus vrij klein zijn. Deze invloed wordt daarom verwaarloosd bij het bepalen van de reststerkte (conservatief, veilige aanname). Zoals te zien is in Figuur 22 is de invloed van de belastingduur op de erosielengte bovendien vrij klein.
verwachte Hs bij schade (m) dijkvak Hs max Steentoets (m) min. max. Hs op t = 0 uur (m) Hs op toetspeil (m) Tijdstip verwachte schade (uur) 0,0 – 6,0 0,97 0,92 1,07 1,19 1,62 t 3 à 2 u 6,0 – 11,0 0,90 0,86 0,99 0,99 1,33 t 2 à 0 u 11,0 – 13,2 0,88 0,84 0,97 0,91 1,18 t 1 à +1 u 13,2 – 17,0 1,14 1,09 1,26 1,07 1,36 t 0 à 1 u 17,0 – 17,7 1,05 1,00 1,16 0,83 1,04 t 2 u
Tabel 5 Resultaten van de berekeningen
De 2 aspecten tezamen maken dat de verwachte golfhoogte bij bezwijken ca. 95 à 110% is van de met Steentoets berekende waarde. Deze verwachte golfhoogte bij bezwijken is ook weergegeven in tabel 5. Vervolgens is aan de hand van het waterstandverloop, en de aanname dat de golfhoogte evenredig toeneemt met de waterstand, berekend op welk tijdstip er vermoedelijk schade aan de steenzetting gaat optreden. Het tijdstip in de tabel is ten opzichte van het moment t = 0, dat 2 uur voor het bereiken van de maximum waterstand ligt.
Het blijkt dat voor dijkvak km 0 – 6 de schade aan de steenzetting naar verwachting al 2 à 3 uur eerder optreedt dan waarvan uitgegaan is door Wouters (2005). Voor het dijkvak km 6 – 11 is dit ca. 0 à 2 uur. Voor de andere dijkvakken geldt dat de schade naar verwachting later optreedt. De steenzetting van km 17 – km 17,7 zou mogelijk zelfs helemaal geen schade aan de steenzetting kunnen krijgen.
Aangenomen wordt dat de belasting meegeteld moet worden tot het einde van de storm, op t = 19,5 uur.
de steenzetting de significante golfhoogte toenemen van 1,00 m tot 1,61 m, en vervolgens neemt de golfhoogte af tot 1,19 m op t = 4 uur en tot 0 op t = 19,5 uur.
Deze variërende golfbelasting wordt geschematiseerd tot 4 tijdsperioden, de eerste van 2,5 uur (tot t = 0), de tweede van 4 uur, de derde van 4,5 uur en de vierde van 11 uur (voor dijkvak km 0 – 6). In deze periode wordt de golfhoogte gelijk genomen aan het gemiddelde in de betreffende periode. Er is gecontroleerd of het indelen in meer tijdsperioden invloed heeft op het eindresultaat, maar dat bleek een verwaarloosbare invloed te hebben.
De gemiddelde golfhoogte en belastingduur in elke periode is voor elke locatie langs de Wieringermeerdijk gegeven in tabel 6.
dijkvak eerste periode tweede periode derde periode vierde periode
duur Hs duur Hs duur Hs duur Hs
km uur m uur m uur m uur m
0,0 – 6,0 2,5 1,10 4,0 1,41 4,5 1,02 11,0 0,42
6,0 – 11,0 5,0 1,12 4,5 0,85 4,5 0,56 6,5 0,21
11,0 – 13,2 4,0 1,05 4,5 0,78 4,5 0,51 6,5 0,19
13,2 – 17,0 3,5 1,23 4,5 0,92 4,5 0,61 6,5 0,23
17,0 – 17,7 2,0 0,94 4,5 0,71 4,5 0,47 6,5 0,17
Tabel 6 Maatgevende hydraulische randvoorwaarden voor de toetsing van de Wieringermeerdijk. Vooralsnog wordt de erosie berekend met een constante waterstand. Hierdoor wordt een conservatief resultaat bereikt (veilig).
4.3
Toelaatbare erosielengte
Aan de hand van de gemeten erosieprofielen is door Wolters en Klein Breteler (2007) een geschematiseerd erosieprofiel opgesteld. Dit erosieprofiel is samen met de geometrie van de Wieringermeerdijk getekend in Figuur 14. In de figuur zijn de maten voor twee verschillende taludhellingen ingetekend. Van km 0,0 tot km 13,2 is de taludhelling 1:2,5, en van km 13,2 tot 17,7 is de taludhelling 1:3.
Figuur 14 Geschematiseerd erosieprofiel (rode lijn) in dwarsdoorsnede van Wieringermeerdijk. 1,5m - h Ex, toelaatbaar 1,75 m Talud 1:2,5: 2,5·(2,5 h) Talud 1:3,0: 3·(2,5 h) 1:1 1:1 1:3 of 1:2,5 1:3 of 1:2,5 1,0 m NAP+1,5 m NAP+2,5 m 1:1,75 zand keileem h (m +NAP) 1,5m - h
Het geschematiseerde erosieprofiel is er zo ingetekend dat hieruit de maximale erosielengte kan worden afgeleid. Uit de Figuur blijkt:
Talud 1:2,5: , (1,5 ) 2, 5 (2, 5 ) 1, 75 x toelaatbaar E h h => , 6,0 1,5 x toelaatbaar E h Talud 1:3: , (1,5 ) 3 (2, 5 ) 1, 75 x toelaatbaar E h h => , 7,75 2 x toelaatbaar E h met:
Ex,toelaatbaar = erosielengte bij het begin van het doorbreken van de keileemlaag (m)
h = waterstand ten opzichte van NAP (m)
De maximaal toelaatbare erosielengte is derhalve alleen afhankelijk van de waterstand en de taludhelling. In tabel 7 is dit voor elke locatie langs de Wieringermeerdijk gegeven. Er is daarbij gerekend met een waterstand ter hoogte van het toetspeil gedurende de gehele belastingperiode. Dit is een conservatieve aanpak, omdat in werkelijkheid de waterstand gedurende het grootste deel van de belastingperiode lager zal zijn, waardoor de toelaatbare erosielengte ook iets groter zal zijn.
dijkvak taludhelling toetspeil Ex, toelaatbaar
(km – km) (-) (m+NAP) (m) 0,0 – 6,0 1:2,5 0,53 5,21 6,0 – 11,0 1:2,5 0,54 5,19 11,0 – 13,2 1:2,5 0,58 5,13 13,2 – 17,0 1:3,0 0,63 6,49 17,0 – 17,7 1:3,0 0,65 6,45
Tabel 7 Toelaatbare waarde van de erosielengte op het toetspeil.
Deze tabel is slechts geldig voor de aangenomen dijkgeometrie en keileemdikte. Aanbevolen wordt die te verifiëren.
4.4
Zonder de breuksteenberm mee te tellen
Zoals te zien is in Figuur 2, heeft de Wieringermeerdijk een berm van breuksteen onder NAP. In de Deltagoot is deze breuksteenberm echter niet aangebracht om het onderzoeksresultaat zo breed mogelijk toepasbaar te maken. Hoewel de Wieringermeerdijk dus wel een berm heeft, wordt in eerste instantie hier geen rekening mee gehouden zodat de resultaten van het Deltagootonderzoek zonder vertaalslag toegepast kunnen worden.
weergegeven in Figuur 15. Daarbij wordt eerst de erosielengte van de eerste periode (met duur t1) berekend met de uit de Deltagootresultaten afgeleide formule:
0.56 1 1,36 1 1
x s
E H t
met:
Ex1 = erosielengte na de eerste belastingperiode (m)
Hs1 = gemiddelde significante golfhoogte tijdens de eerste belastingperiode (m)
t1 = duur van de eerste belastingperiode (uur)
Figuur 15 Principe van het optellen van de erosielengte van verschillende belastingperioden.
Dan wordt de belastingduur van de eerste periode omgerekend naar een equivalente belastingduur met de golfhoogte van de tweede periode, die dezelfde erosielengte geeft als de eerste periode: 1.79 0.56 0.56 1 1 1 1 2 1* 1* 1 2
1,36
1,36
s x s s sH
E
H t
H t
t
t
H
Hier wordt de belastingduur van de tweede periode bij opgeteld:
1.79 1 2* 1 2 2 s s
H
t
t
t
H
met:t2 = duur van de tweede belastingperiode (uur)
t2* = equivalente belastingduur van eerste twee periodes, met golfhoogte van de tweede
periode (uur)
Vervolgens wordt de erosielengte na de tweede periode berekend:
0.56 1.79 0.56 1 2 2 2* 2 1 2 2
1,36
1,36
s x s s sH
E
H t
H
t
t
H
Met t1* = (Ex1/(1,36Hs2))1,79 blijkt deze formule ook als volgt geschreven te kunnen worden:
Ex = 1,36·Hs1·t0,56 tijd, t (uur) erosielengte Ex (m) Ex2 Ex1 t1 t1* t2* 2e periode t2** Ex = 1,36·Hs2·t0,56 Ex = 1,36·Hs3·t0,56 3e periode Ex3 t3** 1e periode
0.56 1,79 1 2 2 2 2
1,36
1,36
x x s sE
E
H
t
H
Voor de derde en vierde periode wordt dit:
0.56 1,79 2 3 3 3 3
1,36
1,36
x x s sE
E
H
t
H
0.56 1,79 3 4 4 4 41,36
1,36
x x s sE
E
H
t
H
Met deze formules is de erosielengte als gevolg van de 4 belastingperioden voor elke locatie langs de Wieringermeerdijk berekend. Het resultaat is gegeven in tabel 8.
dijkvak Ex1 t1* t2* Ex2 t2** t3** Ex3 Ex4
(km – km) (m) (uur) (uur) (m) (uur) (uur) (m) (m)
0,0 – 6,0 2,49 1,60 5,60 5,02 9,94 14,44 6,19 6,85
6,0 – 11,0 3,75 8,25 12,75 4,78 26,75 31,25 5,22 5,34 11,0 – 13,2 3,09 6,79 11,29 4,11 23,69 28,19 4,53 4,65 13,2 – 17,0 3,38 5,92 10,42 4,64 21,87 26,37 5,15 5,29
17,0 – 17,7 1,88 3,27 7,77 3,05 16,29 20,79 3,49 3,62
Tabel 8 Berekende erosielengte per dijkvak, Ex4, met enkele tussenresultaten.
dijkvak Ex Ex, toelaatbaar (E veiligheid
x, toelaatbaar / Ex 1)·100% (km – km) (m) (m) (%) 0,0 – 6,0 6,85 5,21 -24 6,0 – 11,0 5,34 5,19 -3 11,0 – 13,2 4,65 5,13 10 13,2 – 17,0 5,29 6,49 23 17,0 – 17,7 3,62 6,45 78
Tabel 9 Totale berekende erosielengte, Ex, toelaatbare erosielengte op het toetspeil en veiligheid, zonder
de berm mee te tellen.
In tabel 9 kan de waarde van Ex (berekende erosielengte onder toetscondities) vergeleken
worden met de toelaatbare erosielengte Ex,toelaatbaar. In Figuur 16 is het verloop van de
dimensieloze erosielengte als functie van de tijd gegeven. Het blijkt dat de erosielengte die ontstaat tijdens toetscondities voor de dijkvakken km 0 – 6 en km 6 – 11 groter is dan de toelaatbare erosielengte (zonder de berm mee te tellen). Voor de andere dijkvakken geldt dat volgens de berekeningen de erosielengte kleiner blijft dan de toelaatbare erosielengte en dus zal naar verwachting niet alle keileem tijdens toetscondities wegspoelen. Opgemerkt moet worden dat dit slechts geldt voor de locaties die overeenkomen met de aangenomen
In de figuur is te zien dat tijdens de eerste uren, als er nog maar weinig erosie is opgetreden en de golven nog hoog zijn, de erosiesnelheid het grootste is. Na t 10 uur neemt de erosielengte nog maar nauwelijks toe.
zonder de invloed van de aanwezige berm mee te tellen
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
tijd t.o.v. 2 uur voor toetspeil (uur)
E x /E x, to el aat b aa r ( m) km 0,0 – 6,0 km 6,0 – 11,0 km 11,0 – 13,2 km 13,2 – 17,0 km 17,0 – 17,7
Figuur 16. Verloop van de dimensieloze erosielengte, Ex/Ex, toelaatbaar als functie van de tijd, zonder
berminvloed
4.5
Inclusief de invloed van de breuksteenberm
De Wieringermeerdijk heeft in werkelijkheid een breuksteenberm, die in het model in de Deltagoot niet is aangebracht. Daardoor is het resultaat van de Deltagootproeven conservatief. In deze paragraaf wordt een schatting gegeven van de invloed van de breuksteenberm op de erosielengte.
Gerekend wordt met een berm van 2,5 m breedte op een niveau van NAP 0,5 m, zoals dat ook in de legger vermeld is.
Allereerst is de stabiliteit van de berm beoordeeld.
De afmetingen van de breuksteen zijn niet precies bekend, maar zijn naar schatting volgens Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier 40-200 kg met soortelijke massa van 2850 kg/m3 (D
n50 = 0,34 m; M50 = 112 kg).
De stabiliteit van de breuksteenberm is bepaald met BREAKWAT 3.1 (WL Delft Hydraulics). Als randvoorwaarde is gebruikt dat de breuksteen alleen stabiel moet zijn beneden het maximaal geërodeerde keileemprofiel, d.w.z 1,2 à 1,3 m onder het toetspeil (SWL 1,2 à 1,3 m; NAP 0,8 à 0,6 m). Enige erosie van de breuksteen is daarom toegestaan. Daarom is gebruikgemaakt van de module in BREAKWAT waarmee het erosieprofiel kan worden berekend. Het blijkt dat rond de waterlijn er een aanzienlijke schade aan de breuksteen zal plaatsvinden, maar onder een niveau van SWL 1,0 m is er geen erosie. Op basis hiervan kan geconcludeerd worden dat de breuksteenberm voldoende bijdraagt aan het reduceren van de belasting op de keileem.
Door de berm van breuksteen breken de golven al op enige afstand van de keileem en kan verwacht worden dat de belasting op de keileem dus minder is. Het na enige tijd golven ontstane erosieprofiel in de keileem zonder breuksteen kan gezien worden als de beginsituatie met breuksteen, zie Figuur 17. Het erosieprofiel heeft een flauw onderwatertalud dat na verloop van tijd nauwelijks meer erodeert. Dit kan vergeleken worden met de breuksteenberm. Hierdoor zou met een breuksteenberm de erosie met een snelheid beginnen die zonder berm na een bepaalde tijd pas zou optreden.
Met dit in gedachten is het gemeten keileemerosieprofiel gebruikt om een inschatting te maken van de invloed van de breuksteenberm.
Figuur 17 Vergelijking van erosieprofiel zonder berm (na enige tijd golfbelasting) en met een berm in het talud (aan het begin van de belastingperiode).
Figuur 18 Principe van het in rekening brengen van de invloed van de berm door de tijd te verschuiven.
Op basis van deze analogie wordt aangenomen dat de erosiesnelheid na verloop van tijd (als er een aanzienlijk gat is ontstaan) vergelijkbaar is met de erosiesnelheid aan het begin van de belasting met een berm (zie Figuur 18). De berm is 2,5 m breed en daarom wordt het tijdstip berekend waarop een erosielengte van 2,5 m is bereikt met golven gelijk aan die in de eerste tijdsperiode (zie paragraaf 4.4):
tijd, t (uur) erosielengte Ex (m) zonder berm 2,5 tberm tijd, t (uur) erosielengte Ex (m) met berm
Erosieprofiel zonder berm Erosiesnelheid met berm is aan begin vergelijkbaar met die zonder berm na onstaan van erosieprofiel
1,79 1,79
2,5
1,36
1,36
x berm s sE
t
H
H
met:tberm = belastingduur die dezelfde erosielengte geeft als de breedte van de berm (uur)
De resultaten zijn per dijkvak gegeven in tabel 10.
dijkvak Hs1 eerste periode tberm1
(km – km) (m) (uur) 0,0 – 6,0 1,10 2,52 6,0 – 11,0 1,12 2,43 11,0 – 13,2 1,05 2,74 13,2 – 17,0 1,23 2,04 17,0 – 17,7 0,94 3,34
Tabel 10 Waarden van tberm1 per dijkvak.
De formule voor de erosielengte met berm van 2,5 m wordt derhalve (t in uren):
0.56
,
1,36
2,5
x berm s berm
E
H
t t
Mits: 1 < Hs < 2 m, berm van 2,5 m, talud 1:3 en keileem zoals op de Wieringermeerdijk.
Voorlopig wordt deze formule ook gebruikt voor de dijkvakken met een talud van 1:2,5.
Met deze formule kan de erosielengte berekend worden waarin de invloed van de berm is verdisconteerd. Voor het samenstellen van de erosielengte in de 4 belastingperioden geldt hetzelfde als in de vorige paragraaf:
0.56 0.56
, 1
1,36
1 1 12,5 1,36
2 1* 22,5
x berm s berm s berm
E
H
t
t
H
t
t
=> 1,79 1 1* 2 22,5
1,36
xberm berm sE
t
t
H
0,56 , 21,36
2 1* 2 22,5
x berm s bermE
H
t
t
t
0,56 1,79 1 , 2 2 2 22,5
1,36
2,5
1,36
xberm x berm s sE
E
H
t
H
0,56 1,79 2 , 3 3 3 32,5
1,36
2,5
1,36
xberm x berm s sE
E
H
t
H
0,56 1,79 3 , 4 4 4 42,5
1,36
2,5
1,36
xberm x berm s sE
E
H
t
H
De met deze formule berekende erosielengte is gegeven in tabel 11. Het verloop van de erosielengte als functie van de tijd is gegeven in Figuur 19.
dijkvak Ex, berm
(met berm) Ex,toelaatbaar
veiligheid (Ex, toelaatbaar / Ex 1)·100% (km – km) (m) (m) (%) 0,0 – 6,0 4,96 5,21 5 6,0 – 11,0 3,57 5,19 45 11,0 – 13,2 2,95 5,13 74 13,2 – 17,0 3,53 6,49 84 17,0 – 17,7 2,07 6,45 212
Tabel 11 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed, Exberm, toelaatbare erosielengte op het
toetspeil en veiligheid. met berm 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
tijd t.o.v. 2 uur voor toetspeil (uur)
Ex /Ex ,t o elaa tb a ar ( m) km 0,0 – 6,0 km 6,0 – 11,0 km 11,0 – 13,2 km 13,2 – 17,0 km 17,0 – 17,7
Figuur 19 Verloop van de dimensieloze erosielengte, Ex/Ex, toelaatbaar als functie van de tijd, inclusief
berminvloed
Uit de Tabel en de Figuur blijkt dat de erosielengte inclusief de invloed van de berm voor alle dijkvakken kleiner is dan de toelaatbare erosielengte. Voor het dijkvak km 0,0 – 6,0 is de berekende erosielengte echter bijna gelijk aan de toelaatbare waarde.
Voor de overige dijkvakken geldt dat er een aanzienlijke veiligheid is van 45% en meer. Dit betekent dat slechts 55% of minder van de reststerkte gebruikt wordt.
Het is belangrijk dat er enige marge zit tussen de optredende erosielengte en de toelaatbare, omdat er altijd wat onzekerheden zijn, zoals onzekerheid omtrent de rekenmethode en de variatie van de keileemeigenschappen en -geometrie langs de dijk. Deze onzekerheden
5
Discussie
In het Deltagootonderzoek is de reststerkte van de keileem uit de Wieringermeerdijk op ware grootte onderzocht. Ondanks de grote schaal van de proeven, zijn er toch verschillen met het prototype die onzekerheden met zich meebrengen. Bij de analyse en interpretatie van de resultaten, en de vertaling ervan naar het prototype, zijn een aantal aannamen gedaan. Daarnaast zijn er ontwikkelingen te verwachten ten aanzien van de rand-voorwaarden. In dit hoofdstuk is hier nader aandacht aan geschonken.
Er zijn aspecten die maken dat de conclusies conservatief zijn, dus veilig, en er zijn aspecten die maken dat de maximale erosielengte onderschat zou kunnen worden.
Aspecten die de conclusies conservatief maken
3D-effecten: In werkelijkheid zal de golfaanval niet loodrecht op de dijk zijn, zoals in
de Deltagoot, maar scheef. Het is te verwachten dat de golfenergie wordt uitgesmeerd over een grotere lengte van de dijk, waardoor de belasting kleiner is. Dit betekent dat de erosielengte bij scheve golfaanval, zoals op de Wieringermeerdijk, kleiner zal zijn dan in de Deltagoot.
Taludhelling onder NAP: De Wieringermeerdijk heeft onder NAP een wat flauwer talud
dan erboven (het onderwatertalud is 1:3,5), terwijl in het modelonderzoek ook onderin een taludhelling van 1:3 is aangebracht. De erosie van de keileem zal in de Deltagoot daardoor wat sneller zijn gegaan dan op de Wieringermeerdijk.
Het ontbreken van de breuksteenberm: Op de Wieringermeerdijk is een breuksteen
berm vlak onder de waterlijn aanwezig. Het is te verwachten dat dit een belangrijke invloed heeft op het erosieproces, omdat de golven op de berm zullen breken en minder kracht over hebben om de keileem te eroderen. De proeven zijn zonder deze berm uitgevoerd om het resultaat ook te kunnen gebruiken voor andere dijken. In paragraaf 4.4 is gekwantificeerd dat dit een belangrijke invloed heeft, waardoor er een belangrijke marge ontstaat tussen de optredende erosielengte tijdens toetsomstandigheden en de toelaatbare erosielengte.
Het ontbreken van de steenzetting op de keileem: In werkelijkheid is er een
steenzetting op de keileem aanwezig die nog enige tijd tijdens de storm stabiel zou kunnen zijn. Voor het onderzoek is aangenomen dat wanneer er schade ontstaat aan de steenzetting, deze vrij snel over een groot oppervlak zou worden weggeslagen. Op het moment dat de keileemerosieproeven starten, is verondersteld dat de steenzetting dus al bezweken en verdwenen is. Het is te verwachten dat de steenzetting niet overal zal bezwijken, ook omdat bij het beoordelen van de stabiliteit van de steenzetting de breuksteenberm niet meegeteld is, en sommige schades pas later dan hier is aangenomen zullen ontstaan.
Invloed afwerking met klei bovenaan het talud: aan het eind van proef 4 is er een
scheur ontstaan in de klei-aanvulling bovenaan het talud, die in de loop van proef 5 snel groeide. Tijdens golfoploop kon er daardoor water in de klei dringen, en kon de scheur verder groeien. De klei is zelfs iets gaan afschuiven en is kracht gaan uitoefenen op de keileem. Dit proces kan de erosie van de keileem iets versneld hebben.
Constante waterstand: in het modelonderzoek en in de vertaling van de resultaten naar
de Wieringermeerdijk is uitgegaan van een constante waterstand ter hoogte van het toetspeil gedurende de gehele belastingperioden. In werkelijkheid is de waterstand
slechts zeer kort in de buurt van het toetspeil. Als gerekend wordt met de gemiddelde waterstand gedurende de storm voor het bepalen van de toelaatbare erosielengte, dan wordt deze toelaatbare erosielengte ca 7% hoger.
Aspecten die maken dat de erosielengte wordt onderschat
Variatie van eigenschappen van de keileem: Niet alle keileemblokken hadden dezelfde
eigenschappen. Sommige waren duidelijk zachter dan andere blokken. Het is gebleken dat de zachte blokken sneller erodeerden dan de stevige blokken. In werkelijkheid zullen er echter ook zones zijn met wat zachter keileem. Een belangrijk deel van dit aspect is dus al meegenomen in de proeven. Het is echter niet uit te sluiten dat er ook locaties zijn waar de kwaliteit van de keileem nog iets minder is dan aangebracht is in de Deltagoot. Een grote invloed wordt hiervan niet verwacht, omdat de eigenschappen van de keileem volgens het grondonderzoek slechts weinig spreiding kennen.
Variatie van de geometrie van de keileem in de Wieringermeerdijk: Het is denkbaar dat
er in sommige doorsneden van de Wieringermeerdijk minder keileem aanwezig is dan waar thans van uitgegaan wordt. Aanbevolen wordt om met een uitgebreid grondonderzoek de precieze geometrie van de keileem in kaart te brengen. Desondanks blijft er enige onzekerheid omtrent de variatie van de geometrie. Als dit echter goed is ingemeten, is de resterende onzekerheid vrij klein. Dit moet verder ook gezien worden in relatie tot de inschatting dat de steenzetting niet overal zal bezwijken.
Begin van de erosie: Voor de inbouw in de Deltagoot is alleen keileem afkomstig uit de
dijkkern van de Wieringermeerdijk gebruikt. De (zwakkere) toplaag van 1 m dikte was niet gebruikt. Derhalve kan verwacht worden dat het allereerste begin van de erosie in in werkelijkheid iets sneller verloopt.
Alternatief stormverloop: Mogelijk wordt in de toekomst het maatgevende
stormverloop aangepast. De totale duur van de storm zou dan 48 uur kunnen worden, met een top van de storm van 2 uur. Voor het dijkvak km 0 – 6 is dit getekend in Figuur 20. Net als met het huidige stormverloop is aangenomen dat de steenzetting bezwijkt bij de in paragraaf 4.2 geschatte golfhoogte. De totale belasting is nu veel zwaarder omdat de golfhoogte volgens dit scenario veel langer op een hoog niveau blijft. Daardoor bezwijkt de steenzetting ook veel vroeger in de storm en is ook de totale belastingduur veel langer.
Figuur 20 Alternatief verloop van de waterstand tijdens maatgevende storm voor het dijkvak km 0 – 6 Waterstand, +NAP 48 uur NAP+0,53 m NAP+0,36 m NAP+0,00 m NAP+0,15 m tijd (uur) t = -10,2 t = 0 t = 24 t = -24 2 uur steenzetting bezweken belasting van keileem Hs (m) Hs = 1,62 m Hs = 1,0 m Hs = 0
In tabel 12 zijn de rekenresultaten en enkele tussenresultaten met dit alternatieve stormverloop gegeven, inclusief de invloed van de berm. Het verloop van de dimensieloze erosielengte is te zien in Figuur 21. Het blijkt dat de erosielengte een stuk groter wordt dan met het huidige stormverloop. Alle dijkvakken met een talud van 1:2,5 (namelijk km 0 – 13,2) hebben nu onvoldoende reststerkte. De andere dijkvakken (met een talud van 1:3: km 13,2 – 17,7) hebben ook bij dit veel zwaardere stormscenario nog voldoende reststerkte, hoewel de marge bij dijkvak km 13,2 – 17,0 erg klein is.
dijkvak Hs schade startmoment erosie, t = ... duur 1e periode Hs1 tberm1 Ex Ex toelaatbaar
(km – km) (m) (uur) (uur) (m) (uur) (m) (m)
0,0 – 6,0 0,97 -10,2 5,69 1,17 3,12 8,58 5,21
6,0 – 11,0 0,90 -8,4 3,86 1,02 3,55 6,50 5,19
11,0 – 13,2 0,88 -6,8 2,28 0,94 3,69 5,34 5,13
13,2 – 17,0 1,14 -4,7 0,18 1,15 2,34 5,87 6,49
17,0 – 17,7 1,05 -1,0 1,00 1,04 2,72 3,36 6,45
Tabel 12 Berekende erosielengte met het alternatieve waterstandverloop per dijkvak inclusief berminvloed, Ex,berm, en de toelaatbare erosielengte op het toetspeil.
met berm en alternatief stormverloop
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20
tijd t.o.v. midden van de storm (uur)
E x /E x, toel aat b a ar ( m) km 0,0 – 6,0 km 6,0 – 11,0 km 11,0 – 13,2 km 13,2 – 17,0 km 17,0 – 17,7
Figuur 21. Verloop van de dimensieloze erosielengte (Ex/Ex, toelaatbaar) als functie van de tijd, berekend
met alternatief stormverloop en inclusief de invloed van de berm.
Consequenties van een volgende storm: Na het optreden van de toetscondities is het de
verwachting dat de Wieringermeerdijk er zwaar onttakeld bijligt. Grote delen van de steenzetting zullen zijn weggeslagen en er is een grote erosie van de keileem te verwachten, zoals berekend in dit verslag. Voordat dit gerepareerd kan worden, zou in dezelfde winter een tweede storm kunnen optreden, echter met een veel kleinere herhalingstijd (bijvoorbeeld een storm die eens per 10 jaar optreedt). Voor het berekenen van de consequenties van een dergelijke storm is aangenomen dat de storm 12 uur duurt,
en de waterstand start bij het bij deze storm behorende meerpeil. Verder is aangenomen dat de golfbelasting alleen bijdraagt aan de erosie van de keileem zolang de waterstand boven NAP+0,00 m staat. Voor alle dijkvakken is gerekend met dezelfde stormcondities, die bepaalt zijn voor het dijkvak km 0 – 6 met een relatief hoge waterstand. Deze condities zijn in feite te zwaar voor de overige dijkvakken.
Er is gebruik gemaakt van het waterstandverloop zoals in Figuur 20.
dijkvak meerpeil(+NAP) stormpeil(+NAP) Hs,max belastingduur toetsstormEx na Ex na extrastorm toelaatbaarEx
(km – km) (m) (m) (m) (uur) (m) (m) (m) 0,0 – 6,0 -0,25 -0,07 1,03 0 4,96 4,96 5,21 6,0 – 11,0 -0,25 -0,07 1,03 0 3,57 3,57 5,19 11,0 – 13,2 -0,25 -0,07 1,03 0 2,95 2,95 5,13 13,2 – 17,0 -0,25 -0,07 1,03 0 3,53 3,53 6,49 17,0 – 17,7 -0,25 -0,07 1,03 0 2,07 2,07 6,45
Tabel 13 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/1 jaar (voor dijkvak km 0 – 6).
dijkvak meerpeil(+NAP) stormpeil(+NAP) Hs,max belastingduur toetsstormEx na Ex na extrastorm toelaatbaarEx
(km – km) (m) (m) (m) (uur) (m) (m) (m) 0,0 – 6,0 -0,05 0,15 1,23 9,5 4,96 6,33 5,21 6,0 – 11,0 -0,05 0,15 1,23 9,5 3,57 5,14 5,19 11,0 – 13,2 -0,05 0,15 1,23 9,5 2,95 4,63 5,13 13,2 – 17,0 -0,05 0,15 1,23 9,5 3,53 5,11 6,49 17,0 – 17,7 -0,05 0,15 1,23 9,5 2,07 3,93 6,45
Tabel 14 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/10 jaar (voor dijkvak km 0 – 6). dijkvak meerpeil (+NAP) stormpeil (+NAP) Hs,max belasting duur Ex na toetsstorm Ex na extra storm Ex toelaatbaar (km – km) (m) (m) (m) (uur) (m) (m) (m) 0,0 – 6,0 0,06 0,32 1,39 12 4,96 6,51 5,21 6,0 – 11,0 0,06 0,32 1,39 12 3,57 5,34 5,19 11,0 – 13,2 0,06 0,32 1,39 12 2,95 4,84 5,13 13,2 – 17,0 0,06 0,32 1,39 12 3,53 5,30 6,49 17,0 – 17,7 0,06 0,32 1,39 12 2,07 4,16 6,45
Tabel 15 Berekende erosielengte per dijkvak inclusief berminvloed na het optreden van de toetscondities en na een daarna opgetreden storm met herhalingsfrequentie van 1/100 jaar (voor dijkvak km 0 – 6).
In tabel 13 is te zien dat een storm met herhalingsfrequentie van eens per jaar geen extra erosie aan de keileem geeft. Dit komt omdat de waterstand dan niet boven NAP uitkomt en er dus nauwelijks enige belasting van de keileem plaatsvindt. In tabel 14 is te zien dat een storm met herhalingsfrequentie van eens per 10 jaar wel een substantiële extra erosie teweegbrengt. Het verschil met een storm van eens per 100 jaar is echter klein, zie tabel 15.
km 0 – 6 is dat ook het geval voor een storm met frequentie van eens per 10 jaar, terwijl de erosielengte voor vak km 6 - 11 dan ongeveer gelijk is aan de toelaatbare.
Aspecten die een onbekende invloed hebben op het eindresultaat
Taludhelling: De proeven zijn uitgevoerd met een taludhelling van 1:3, terwijl een deelvan de Wieringermeerdijk een steiler talud heeft, namelijk 1:2,5. Het feit dat de taludhelling steiler is, is in rekening gebracht door de toelaatbare erosielengte te verkleinen volgens de methode van Wolters en Klein Breteler (2007). Deze methode is echter nog niet geverifieerd en brengt dus een onzekerheid met zich mee. Het is onbekend of de methode conservatief of juist onveilig is.
Bezwijkmoment van de steenzetting: In paragraaf 4.2 is een schatting gegeven van het
moment waarop de steenzetting bezwijkt. Dit is tevens het moment waarop de erosie van de keileem aanvangt. Door de onzekerheid omtrent de stabiliteit van de steenzetting is het denkbaar dat de steenzetting eerder of later bezwijkt dan is geschat. Hierdoor kan de totale erosielengte groter of kleiner worden. In Figuur 22 zijn de rekenresultaten gegeven voor als de steenzetting een aantal uren later (of eerder: negatieve waarden op de horizontale as) bezwijkt. Uit de Figuur blijkt dat deze invloed niet bijzonder groot is.
met berm 0 1 2 3 4 5 6 7 -2 -1 0 1 2
aantal uren later bezwijken van steenzetting
ero si el en gt e E x ( m) km 0,0 – 6,0 km 6,0 – 11,0 km 11,0 – 13,2 km 13,2 – 17,0 km 17,0 – 17,7 toelaatbaar voor km 0,0 - 13,2 toelaatbaar voor km 13,2 - 17,7
Figuur 22. Erosielengte als functie van het moment waarop de steenzetting bezwijkt (ten opzichte van het moment dat geschat is in paragraaf 4.2), inclusief berminvloed.
Aspecten die geen invloed hebben op het eindresultaat
Golfspectrum: De proeven zijn uitgevoerd met een werkelijke zeegang, zoals ook
optreedt op het IJsselmeer. Het is te verwachten dat de iets lagere waterstand in het model (+4.5 m in plaats van +5.6 m in natuur) en de simplificatie van het voorland door een horizontale bodem alleen een kleine invloed hebben op de golven bij de teen van de constructie (verschil in Hs< 0.08 m door shoaling en verschil in Hmax 0.15 m door de
Invloed van bodem op golfgroei: Recente studies geven aan dat de golfcondities op het
IJsselmeer mogelijk worden onderschat vanwege een overschatting van de invloed van de bodemruwheid op de golfgroei. Voor de Wieringermeerdijk is hier geen invloed te verwachten, omdat onder maatgevende condities de windsnelheid vrij klein is en bovendien de golfcondities voor een groot deel bepaald worden door de lokale waterdiepte voor de dijk. Die lokale waterdiepte reduceert de golfhoogte als gevolg van breking, zonder dat hier de bodemruwheid van belang is.
Dichtheid van het water: Omdat ook het IJsselmeer zoet water bevat zijn geen
schaaleffecten opgetreden.
Wandeffecten: Tijdens de proeven is gecontroleerd of de erosie langs de wanden sneller
of minder snel gaat dan in het midden. Er is vastgesteld dat de invloed van de wanden verwaarloosbaar is.
Opbouw van talud uit blokken: Het feit dat het keileemtalud is opgebouwd uit blokken
maakt dat er verticale en horizontale naden in de keileem zaten. Deze naden bleken nauwelijks invloed te hebben op het erosieproces. Dit is visueel vastgesteld tijdens de proeven. Vrijwel nooit is de erosiesnelheid bij een naad sneller of langzamer gegaan dan elders.
Conclusie
Van de genoemde aspecten die invloed hebben op de resultaten van de berekeningen zijn de breuksteenberm, de scheve golfaanval, de taludhelling onder NAP en de constant veronderstelde waterstand gedurende de gehele belastingperiode belangrijke aspecten die maken dat de resultaten conservatief (veilig) zijn. Een belangrijk aspect dat maakt dat de erosielengte groter zou kunnen zijn dan berekend, is het alternatieve belastingscenario dat mogelijk in de toekomst gehanteerd zou kunnen gaan worden. Ook blijft er enige onzekerheid omtrent de variatie van de geometrie van de keileem in de Wieringermeerdijk en de invloed van de taludhelling.
Verder telt voor de beheerder mee dat een tweede storm in dezelfde winter met een herhalingsfrequentie van bijvoorbeeld eens per 10 jaar, na het optreden van de toetscondities, ook nog veilig gekeerd moet worden, omdat mogelijk op dat moment de Wieringermeerdijk nog niet hersteld is.
Al deze aspecten onderling afwegend, brengt ons bij de conclusie dat alleen de dijkvakken km 11,0 – 13,2, km 13,2 – 17,0 en km 17,0 – 17,7 voldoende reststerkte hebben (zie Figuur 19). Voor het dijkvak km 0 – 6 is de marge na het optreden van de toetscondities te klein (5%). Voor de dijkvakken km 0 – 6 en km 6 – 11 geldt dat er onvoldoende reststerkte overblijft om een tweede storm met herhalingsfrequentie van eens per 10 jaar met voldoende marge te weerstaan (zie tabel 12).
Gezien de overwegingen in dit hoofdstuk kan deze conclusie conservatief (veilig) genoemd worden.
Voor de acceptatie van deze conclusie kan meegewogen worden dat de dijk bij Andijk, met dezelfde opbouw als de Wieringermeerdijk, bij de aanleg zwaar belast is geweest tijdens een hevige storm. Er is toen een aanzienlijke afslag opgetreden, maar de dijk is niet
Wieringen zwaar beschadigd geraakt. Ook hier was een aanzienlijke afslag van het buitenbeloop ontstaan, maar de dijk is niet doorgebroken (Calle e.a., 2002).
Als het alternatieve belastingscenario van Figuur 20 gehanteerd wordt, blijkt alleen dijkvak km 17,0 – 17,7 voldoende reststerkte te hebben.
6
Conclusie
Met een grootschalig modelonderzoek in de Deltagoot van WL | Delft Hydraulics is de benodigde kennis verkregen over het erosieproces van de keileem in de Wieringermeerdijk wanneer deze belast wordt met een waterstand en golfcondities zoals voorgeschreven voor de toetsing van deze waterkering. De afgeleide formule, die de relatie legt tussen de erosielengte (Ex = grootste horizontale afstand tussen het oorspronkelijke profiel en het
geërodeerde profiel) enerzijds en de golfhoogte en belastingduur anderzijds, is toegepast op de situatie langs de Wieringermeerdijk. Daarbij is ook rekening gehouden met de vorm van het afslagprofiel.
De resultaten van de berekeningen zijn samengevat in tabel 16. Er is daarbij onderscheid gemaakt tussen het niet meetellen van de breuksteenberm en het wel meetellen ervan. Op de Wieringermeerdijk is een breuksteenberm aanwezig die volgens de legger van het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier 2,5 m breed is en een minimale hoogte heeft van NAP 0,5 m. Het onderhoud van het Hoogheemraadschap is erop gericht deze berm zo te handhaven.
dijkvak Ex
(zonder berm)
Ex,berm
(met berm) Ex,toelaatbaar (Eveiligheid met berm x, toelaatbaar / Ex 1)·100% (km – km) (m) (m) (m) (%) 0,0 – 6,0 6,85 4,96 5,21 5 6,0 – 11,0 5,34 3,57 5,19 45 11,0 – 13,2 4,65 2,95 5,13 74 13,2 – 17,0 5,29 3,53 6,49 84 17,0 – 17,7 3,62 2,07 6,45 212
Tabel 16 Berekende erosielengte per dijkvak, zonder en met berminvloed, en de toelaatbare erosielengte op het toetspeil.
Uit de tabel blijkt de reststerkte van dijkvak km 0 – 6 en km 6 – 11 onvoldoende is als er geen rekening gehouden wordt met de berm. Wordt de aanwezige berm wel meegeteld, dan is de berekende erosielengte in alle gevallen kleiner dan de toelaatbare. De overblijvende marge is voor dijkvak km 0 – 6 echter erg klein (slechts 5%).
In hoofdstuk 5 zijn een aantal aspecten besproken die maken dat de berekende resultaten conservatief (veilig) zijn, of juist maken dat deze aan de onveilige kant zitten. Van de besproken aspecten die invloed hebben op de resultaten van de berekeningen zijn de scheve golfaanval, de taludhelling onder NAP en de constant veronderstelde waterstand gedurende de gehele belastingperiode belangrijke aspecten die maken dat de resultaten conservatief (veilig) zijn. Een belangrijk aspect dat maakt dat de erosielengte groter zou kunnen zijn dan berekend, is het alternatieve belastingscenario dat mogelijk in de toekomst gehanteerd zou kunnen gaan worden. Ook blijft er enige onzekerheid omtrent de variatie van de geometrie van de keileem in de Wieringermeerdijk en de invloed van de taludhelling.
Verder telt voor de beheerder mee dat een tweede storm in dezelfde winter met een herhalingsfrequentie van bijvoorbeeld eens per 10 jaar, na het optreden van de toetscondities, ook nog veilig gekeerd moet worden, omdat mogelijk op dat moment de Wieringermeerdijk nog niet hersteld is.
Al deze aspecten onderling afwegend, brengt ons bij de conclusie dat alleen de dijkvakken km 11,0 – 13,2, km 13,2 – 17,0 en km 17,0 – 17,7 voldoende reststerkte hebben (zie Figuur 19). Voor het dijkvak km 0 – 6 is de marge na het optreden van de toetscondities te klein (5%). Voor de dijkvakken km 0 – 6 en km 6 – 11 geldt dat er onvoldoende reststerkte overblijft om een tweede storm met herhalingsfrequentie van eens per 10 jaar met voldoende marge te kunnen weerstaan (zie tabel 12).
Gezien de overwegingen in hoofdstuk 5 kan deze conclusie conservatief (veilig) genoemd worden.
Voor de acceptatie van deze conclusie kan meegewogen worden dat de dijk bij Andijk, met dezelfde opbouw als de Wieringermeerdijk, bij de aanleg zwaar belast is geweest tijdens een hevige storm. Er is toen een aanzienlijke afslag opgetreden, maar de dijk is niet doorgebroken dankzij de grote reststerkte van de keileem (De Jong, 2006 en Mom e.a. 2007). Verder is in 1953 de hoofdwaterkering bij Normerven aan de noordzijde van Wieringen zwaar beschadigd geraakt. Ook hier was een aanzienlijke afslag van het buitenbeloop ontstaan, maar de dijk is niet doorgebroken (Calle e.a., 2002).
Het alternatieve belastingscenario (Figuur 20) wordt niet beschouwd voor het bepalen van het toetsoordeel, gezien het feit dat de Wet op de Waterkeringen voorschrijft het belastingscenario uit de thans vigerende Hydraulische Randvoorwaarden 2006 te hanteren. Daarom wordt het rekenkundig oordeel van de Wieringermeerdijk als volgt:
de dijkvakken km 11,0 – 13,2, km 13,2 – 17,0 en km 17,0 – 17,7 kunnen het toetsresultaat “voldoende” krijgen
de dijkvakken km 0 – 6 en km 6 – 11 zijn “onvoldoende”.
Voorwaarde voor geldigheid van deze conclusie is de aanwezigheid van de dijkgeometrie, inclusief hoeveelheid keileem, zoals in dit verslag is aangenomen. Het is aan de beheerder om dit met voldoende metingen aannemelijk te maken.
Referenties
Calle, E.O.F, M. Klein Breteler, P. Waarts, A. Bizzarri en J. Knoeff (2002) Dijkdoorbraakprocessen
Delft Cluster, project 02.02.01/39, maar 2002 Beckers, J.V.L. (2006)
Belastingduur dijkbekledingen
Rijkswaterstaat, RIKZ, vooronderzoek “Robbedoes”, 17 augustus 2006 GeoDelft (2006)
Onderzoek keileemkern Wieringermeerdijk, rapportage veld- en labwerk, G. Greeuw, GeoDelft, 2006, concept.
GeoDelft (2006b)
Bronnenonderzoek naar erosie en reststerkte van keileem van de Wieringermeerdijk. G. Kruse, GeoDelft. Rapport 419110/610 -concept.
GeoDelft (2007)
Resultaten laboratoriumsonderzoek: Deltagootproeven met keileem van de Wieringermeerdijk (H4739), G. Greeuw, GeoDelft, 2007, concept.
Hart, R. ‘t (2005)
Ontwikkeling golfrandvoorwaarden tijdens een storm.
Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde, memo, 15 augustus 2005 Hydraulische randvoorwaardenboek 2006
Voor het toetsen van primaire waterkeringen
Ministerie van Verkeer en Waterstaat, september 2007 Jong, R.H. de (2006)
Literatuurstudie naar keileem en bloksteen uit de (drie)maandelijkse berichten betreffende de Zuiderzeewerken Infram, verslag 05i089, oktober 2006
Klein Breteler 2007
Golfklaplocatie in Steentoets2007
WL | Delft Hydraulics, notitie H4846, 29 oktober 2007 Voorschrift Toetsen op Veiligheid (VTV 2004)
De veiligheid van de primaire waterkeringen in Nederland Voorschrift voor de tweede toetsronde 2001-2006 Ministerie van Verkeer en Waterstaat, januari 2004 Wolters, G., en M. Klein Breteler (2007)
Deltagootproeven met keileem van de Wieringermeerdijk WL | Delft Hydraulics, concept verslag 4739, augustus 2007
Wouters, J. (2005) Wieringermeerdijk
Kosten/batenanalyse voor de geavanceerde reststerktetoets Infram Rapport 04i114, 2005
Mom e.a. (2007)
Stormschade aan den zeedijk van den Proefpolder nabij Andijk, versie 3.0, Infram verslag 07i079, 12 december 2007
A
Golfcondities en waterstanden
lokale condities condities per vak Strekking rekenprofiel uitvoerpunt (m+NAP)h Hs
(m) Tp (s) h (m+NAP) Hs (m) Tp (s) km 0.0-km1.0 km0.5 03A en 02B 0.53 1.46 5.77 km1.0-km2.0 km1.5 03A en 02B 0.49 1.47 5.73 km2.0-km3.0 km2.5 03A en 02B 0.49 1.59 5.72 km3.0-km4.0 km3.5 03A en 02B 0.48 1.62 5.72 km4.0-km5.0 km4.5 03A en 02B 0.45 1.60 5.71 km5.0-km6.0 km5.5 03A en 02B 0.48 1.58 5.70 0.53 1.62 5.72 km6.0-km7.0 km6.5 03A en 02B 0.52 1.33 5.65 km7.0-km8.0 km7.5 03A en 02B 0.53 1.19 5.62 km8.0-km8.55 km8.5 02A en 01B 0.47 1.26 5.59 km8.55-km9.8 n.v.t. km9.8-km11 km10.5 02A en 01B 0.54 1.25 5.40 0.54 1.33 5.65 km11-km12 km11.5 02A en 01B 0.58 1.18 5.32 km12-km13,2 km12.5 02A en 01B 0.49 1.15 5.51 0.58 1.18 5.51 km13,2-km14 n.v.t. km14-km15 km14.5 01B en 01A 0.62 1.30 5.08 km15-km16 km15.5 01B en 01A 0.62 1.36 5.08 km16-km17 km16.5 01B en 01A 0.63 1.33 5.03 0.63 1.36 5.08 km17-km17.7 km17.5 01B en 01A 0.65 1.04 4.99 0.65 1.04 4.99 Toelichting bij de tabel:
basis: HydraQ 1.1 met dieptemetingen RWS-RDIJ 2004 tussenpunten bepaald d.m.v. lineaire interpolatie
waterstand is HydraQ-waarde zonder waterbekkenslingering km0 ligt in het zuiden, km17.7 ligt in het noorden
km8 = Zeughoek;
km8.55-km9.8 = haven Oude Zeug;
km13,2-km14 = Sluitgatdijk (uitgevoerd zonder keileem); km17.7 = ingang haven
h = waterstand ten opzichte van NAP (m) Hs = significante golfhoogte (m)
