Masterclass Zeeburgereiland

Gemeente Amsterdam

Projectoverstijgende Verkenning Kabels & Leidingen

Masterclass Zeeburgereiland

POV-dag 20 september 2018 Franco Pantano & Harry Schelfhout

Gemeente Amsterdam

Aanleiding

Ontwikkelingsplan Zeeburgereiland Bouw circa 10.000 woningen en bedrijven

Gemeente Amsterdam

Situatie pilotcase

Gemeente Amsterdam

Verlegging waterkering

Dijktraject 44-2

Dijktraject 44-2 Figuur 1: Schets tracĂŠ verlegging: oude situatie (links) en nieuwe situatie (rechts, na versterking randen aan Markermeer)

Bestaande primaire waterkering dijktraject 44-2

Gemeente Amsterdam

Situatie drinkwaterleiding

Gemeente Amsterdam

Dwarsdoorsnede

Markermeer

Dijkversterking Zeeburgereiland Locatie drinkwaterleiding (inclusief ontgrondingskrater)

Zeeburgereiland

Gemeente Amsterdam

Is dat wel veilig? ......…

Interactie 1 ……..

1. Wat zegt NEN 3651 hierover?

2. Onder welke voorwaarden is een langsleiding in de kruin toegestaan?

3. Welke compenserende maatregelen zijn mogelijk?

Gemeente Amsterdam

Advies ELW: wat voorafging….

Expertisenetwerk Leidingen in Waterstaatswerken oordeelde: Ontwerp voldoet niet aan veiligheidseisen waterleiding + waterkering:

• Onderbouwing keuze leiding in kernzone?

• Doorkijk toekomstige waterkering + leiding?

• • • •

Faaloorzaken onvolledig Geen lekkage mogelijk?

Aanname gatgrootte bij leidingbreuk?

Rekenmethodiek zonder faalkans leiding

Gemeente Amsterdam

Hulp van POV K&L Win-win: • Pilotcase o.b.v. nieuwe normering • Invulling witte vlek in WBI/OI Samenwerking BOI/Deltares met POV K&L: • Generiek veiligheidsraamwerk K&L 1e praktijktest: • Dijkversterkingsproject Zeeburgereiland • Referentieproject voor POV K&L

Gemeente Amsterdam

Veiligheidsraamwerk K&L Faalkans leiding (‘optredingscriterium’) • Filters op basis van algemene kenmerken • Faalkansanalyse • Empirische data Sterktereductie (‘schadelijkheidscriterium’) • Filters op basis van invloedszones • Schematiseren in directe faalmechanismen (faalscenario’s) Detectie, herstel en hoogwater • Kans dat (niet herstelde) schade en hoogwater samenvallen Interactie tussen leidingfalen en faalmechanismen waterkering • Verschillende detailniveaus (van grof naar fijn)

Gemeente Amsterdam

Faalkansanalyse Zeeburgereiland Doelen: 1. Nagaan of dijkontwerp inclusief drinkwaterleiding voldoet aan nieuwe veiligheidseisen Waterwet.

2. Toepassen en testen systematiek Veiligheidsraamwerk K&L (nieuw beoordelingsinstrument).

Gemeente Amsterdam

Uitgangspunten en randvoorwaarden Ontwerp (zichtperiode 100 jaar: tot 2121) • methodiek: WBI2017 / OI2017 • toepassing Veiligheidsraamwerk K&L (van grof naar fijn) • robuuste, conservatieve uitgangspunten Primaire waterkering: • veiligheidseisen dijktraject 44-2 • norm (signaleringswaarde): 1/300 per jaar Leidingen (parallel): • lagedruk waterleiding staal  800 mm (ontwerp, aanleg en beheer conform NEN 3650 serie) • overige leidingen (LD gas-/rioolpersleidingen) niet beschouwd (aanname: ligging verstoringszones overige leidingen binnen ontgrondingkrater waterleiding)

Gemeente Amsterdam

Van norm naar doorsnede-eis ……

Interactie 2 ……..

•

Hoe kom je van de veiligheidsnorm van een dijktraject tot de faalkanseis in een dijkdoorsnede?

Gemeente Amsterdam

1. Norm  faalkanseis mechanisme • Veiligheidsnorm dijktraject (norm) • Lengte dijktraject (Ltraject) • Toelaatbare overstromingskans = maximaal toelaatbare kans op falen dijktraject (Pmax) = norm / 1,2 of 3 • Verdeling van Pmax over type waterkeringen en faalmechanismen o.b.v. faalruimtefactor ()

macro-instabiliteit

piping/heave

golfoverslag

schade bekleding

Gemeente Amsterdam

2. Faalkanseis mechanisme  doorsnede

Verdiscontering lengte-effect • Aantal kunstwerken (puntconstructies): N = 10 • Lengte-effect per faalmechanisme (en langsconstructies) Faalkanseis mechanisme per doorsnede: • Peis,dsn = Pmax ×  / N o Overloop/golfoverslag: N = 1, 2 of 3 (afhankelijk van watersysteem) o Geotechnische faalmechanismen: N = 1 + a × Ltraject / b) - STPH: a = 0,9 (BOR) of 0,4 (overig) en b = 300 m - STBI/STBU: a = 0,033 en b = 50 m

Gemeente Amsterdam

Relatie tussen Pf     ….??....

Interactie 3 ………

• Wat is de relatie tussen: o faalkans Pf o betrouwbaarheidsindex  o (partiële) veiligheidsfactor 

Gemeente Amsterdam

1. Van Pf naar  Kansdichtheidsfunctie (Gausskromme  standaard normale verdeling)

bovengrens

ondergrens

90% betrouwbaarheidsinterval

 - 1,64



 + 1,64

Overschrijdingskans: P (= Pf ) = 5%   = +1,64 Onderschrijdingskans: P = 5%   = -1,64

Gemeente Amsterdam

2. Van  naar  Semi-probabilistische methode

j Rekenwaarde Belasting: xj = j × j

i Rekenwaarde Sterkte: xdi = i / i

Golfoverslag (HT): Sterkte = deterministisch Geotechnische mechanismen (STBI en STPH) : Belasting = deterministisch

Gemeente Amsterdam

Faalkanseisen OI2014v4 Handreiking Ontwerpen met overstromingskansen (februari 2017) Veiligheidsnorm: • norm dijktraject (signaleringswaarde) • maximaal toelaatbare kans op falen: Pmax (ondergrens norm) Verdeling faalkansruimte: • faalkansbegroting faalmechanismen • factor faalkansruimte:  • optimalisatie is mogelijk

Bepaling faalkanseis: • per faalmechanisme op doorsnedeniveau Peis,dsn • verdiscontering lengte-effecten (factor lengte-effect N) Formule:

Peis,dsn = (Pmax × ) / N

Gemeente Amsterdam

Veiligheidseisen dijktraject 44-2

Faalmechanismen dijken Macro-instabiliteit STBI 1) binnenwaarts Macro-instabiliteit STBU 2) buitenwaarts Overloop/golfoverslag, erosie HT kruin/binnentalud

Dijktraject 44-2 (Pmax = 1/100 per jaar); L = 28,8 km bij standaard faalkansbegroting volgens OI2014v4 Factor Factor Faalkanseis Vereiste faalkansruimte lengte-effect doorsnede Herhalings- betrouwbaarheidsindex N Peis,dsn tijd  eis,dsn [-] [-] [1/jaar] [jaar] [1/jaar] 0,04

20,0

0,24

2

2,00E-05

50.020

4,11

2,00E-04

5.002

3,54

1,20E-03

833

3,04

Veiligheidsfactoren (klassieke/semi-probabilistische beoordeling) 1) Partiële veiligheidsfactoren STBI MC CSSM schadefactor n = 1,01 1,03 modelfactor d = 1,05 1,06 schematiseringsfactor b = 1,3 / 1,0 1,3 / 1,0 Stabiliteitfactor SF = 1,38 / 1,06 1,41 / 1,09

2) Partiële veiligheidsfactoren STBU MC CSSM schadefactor n = 0,94 0,94 modelfactor d = 1,05 1,06 schematiseringsfactor b = 1,3 / 1,0 1,3 / 1,0 Stabiliteitfactor SF = 1,28 / 0,99 1,30 / 1,00

Gemeente Amsterdam

Aanpak van grof naar fijn 1e analyse • semi-probabilistisch • met verstoringszone leiding • zonder kans op falen leiding

1. ’Klassiek’ ontwerp

voldoet?

ja

nee 2e analyse: Veiligheidsraamwerk K&L • integrale faalkansanalyse • faalpaden/gebeurtenissenbomen • met verstoringszone leiding • met kans op falen leiding 3e analyse: verdiepende faalkansanalyse

2. Semi-probabilistisch

voldoet?

ja

nee

3. Probabilistisch

voldoet?

ja

nee

Onveilig ontwerp

Veilig ontwerp

Gemeente Amsterdam

Beschouwde faalmechanismen Waterkering: • golfoverslag, erosie kruin/binnentalud (HT) • macro-instabiliteit binnenwaarts (STBI) • macro-instabiliteit buitenwaarts (STBU) Waterleiding: • sluipend lek (verzadiging dijklichaam) • gapend lek (ontgronding door leidingbreuk)

Gemeente Amsterdam

Resultaten ‘klassiek’ ontwerp (1e analyse) Vereist: 1,2E-03

Voor aanscherping schematiseringsfactor: zie TR Grondmechanisch Schematiseren

Gemeente Amsterdam

Faalpaden HT Semi-probabilistisch (2e analyse) Veiligheidsraamwerk K&L: falen leiding + golfoverslag

> kritiek overslag (0.1 l/m/s) > kritiek overslag (10 l/m/s)

sluipend lek

> kritiek overslag (10 l/m/s)

> kritiek overslag (10 l/m/s)

Gemeente Amsterdam

Faalpaden STBI/STBU Semi-probabilistisch (2e analyse) Veiligheidsraamwerk K&L: falen leiding + macro-instabiliteit

instabiliteit

instabiliteit

instabiliteit sluipend lek instabiliteit

instabiliteit

Gemeente Amsterdam

Faalkans leiding en hersteltijd NPR 3659 (stalen lagedrukleiding): • faalkans / m / jaar = 2,6E-04 • faalkans / 270 m (vaklengte) / jaar = 7,0E-02 (100%) RIVM (BEVI): • 25% als gevolg van leidingbreuk, groot lek (gapend lek) • 75% als gevolg van klein lek (sluipend lek)

Gemeente Amsterdam

Gebeurtenissenboom HT Semiprobabilistisch (2e analyse) Veiligheidsraamwerk K&L: falen leiding + golfoverslag

(DWP3 en DWP5)

(87%)

(12%)

(100%)

Faalkanseis HT: Peis,HT,dsn = 1,2E-03 (1/833) per jaar (ď ˘ eis,HT,dsn = 3,04)

Gemeente Amsterdam

Gebeurtenissenboom STBU Semiprobabilistisch (2e analyse) Veiligheidsraamwerk K&L: falen leiding + macro-instabiliteit buitenwaarts (DWP5)

(23%)

(77%)

(100%)

Faalkanseis STBU: Peis,STBU,dsn = 2,0E-04 per jaar (ď ˘ eis,STBU,dsn = 3,54)

Gemeente Amsterdam

Resultaten semi-probabilistisch (2e analyse)

Verdiepende faalkansanalyse STBU - DWP5: a) sluipend lek (eventueel niet volledig verzadigd) b) gapend lek (inclusief onzekerheid in ontgrondingskrater en in LWstand)

Gemeente Amsterdam

Resultaten probabilistisch (3e analyse) Veiligheidsraamwerk K&L: verdiepende faalkansanalyse STBU sluipend lek DWP5 bij extreem LW: • faalkans STBU = 1,3E-03 / jaar (i.p.v. 7,0E-05 / jaar semi-probabilistisch)

(5%)

(94%)

(100%)

Faalkanseis STBU: Peis,STBU,dsn = 2,0E-04 per jaar (ď ˘ eis,STBU,dsn = 3,54)

Gemeente Amsterdam

Gevoeligheidsberekening Afmetingen ontgrondingskrater • Rekenwaarde volgens bijlage A van NEN 3651): o

ontgrondingsstraal RB (max. 11,13 m ď‚ť Fkar,5%)

Onzekerheden

Gemeente Amsterdam

Conclusies Veiligheidsoordeel Zeeburgereiland • ‘klassiek’ ontwerp: voldoet deels • Veiligheidsraamwerk K&L met integrale faalkansanalyse: voldoet • specifieke aandachtspunten sterkteberekening waterleiding: - verdiscontering verschilzettingen en verkeersbelasting - beschouwing bochten waar de leiding naar binnen afbuigt - bepaal ontgrondingsstraal met werkelijke i.p.v. ‘virtuele’ pompkromme Toepassing Veiligheidsraamwerk K&L • werkt in de praktijk • integrale faalkansanalyse geeft inzicht in bepalende mechanismen • aanscherpingen zijn mogelijk

Gemeente Amsterdam

Doelen gehaald 1. Dijkontwerp inclusief drinkwaterleiding voldoet aan nieuwe veiligheidseisen Waterwet.

2. Systematiek Veiligheidsheidsraamwerk K&L werkt in de praktijk.

Gemeente Amsterdam

Aanbevelingen voor vervolg Faalkansen leidingen • NPR 3659 waarde stalen LD-leidingen is onrealistisch hoog en vatbaar voor discussie; nader onderzoek nodig • Nadere uitwerking nodig van kansbijdrage verschillende faaloorzaken van leidingen • Invloed HW-gerelateerde vervormingen op belasting c.q. de faalkans van een leiding is nog een kennisleemte Analyse macro-instabiliteit • voor faalkansanalyse buitenwaartse macro-instabiliteit inclusief leidingfalen zijn geen richtlijnen of handvatten beschikbaar • kalibratie macro-instabiliteit voor semi-probabilistische analyses is gebaseerd op binnenwaartse stabiliteit voor ‘standaard dijken’ zonder leidingfalen en zijn niet zonder meer toe te passen op situaties met sluipend lek of een gapend lek met ontgrondingskrater

Gemeente Amsterdam

Zeeburgereiland: ‘gouden ei’ • • • •

Nieuwe kennis met Veiligheidsraamwerk K&L ontwikkeld en toegepast in de praktijk.

Drinkwaterleiding veilig ingepast in waterkering.

Aan veiligheidseisen nieuwe normering voldaan.

Minstens 3 miljoen euro bespaard voor de B.V. Nederland.