Hoe sterk is een dijk nu écht?

Uitdagend promotieonderzoek in grondmechanica.

Wanneer ben je goud waard in het vakgebied geotechniek? Voor Tom de Gast was dat in het beginstadium van zijn studies civiele techniek (bachelor) en geo-engineering (master) meteen duidelijk. “Als je de ondergrond met al zijn onzekerheden optimaal in kaart kan brengen en daar een juiste geotechnische analyse aan kan koppelen.” Dit vormde het startsein voor een uitdagend promotieonderzoek waar hij begin dit jaar mee is gestart.

Geef Tom een aantal voorzetjes over waterkeringen en achterliggende wiskundige modellen en zijn enthousiasme doet de rest. In de werkkamer van zijn begeleider Michael Hicks, professor grondmechanica binnen de TU Delft, vertelt hij over zijn passie geotechniek. Af en toe komt er een modeltekening aan te pas om zijn betoog visueel te ondersteunen. Tom staat aan het begin van een promotieonderzoek binnen geotechniek. De promovendus gaat kijken hoe variatie in de ondergrond en de onzekerheid van de parameters die daarmee gepaard gaat de uitkomst van grondmechanische modellen beïnvloedt. “Hiermee onderzoek ik of de toetsing van waterkeringen met minder conservatieve aannames gedaan kunnen worden, zodat we beter kunnen bepalen hoe stabiel een dijk écht is.”

Conservatieve aannames

Waterschappen zullen zijn missie met bovengemiddelde interesse volgen. Binnen die sector gaan geluiden op over de onzekerheid die het werken met de bestaande (conservatieve) rekenmodellen met zich meebrengt. Tom: “Er zijn waterkeringen in Nederland die op basis van de berekeningen al bezweken zouden moeten zijn. Toch staan ze er nog. Blijkbaar zijn we in dat soort gevallen conservatief in de aannames van ons model. Een berekening is een benadering van de wekelijkheid, maar de werkelijkheid zit een stuk complexer in elkaar.”

Grondmechanisch model

Tom stelt dat grondonderzoek en laboratoriumproeven slechts informatie op kleine schaal geven van de grondsamenstelling en -gedrag. Hierbij wordt de informatie van de kleine schaal op basis van aannames vertaald naar waarden op een grotere schaal. “Een uitgebreid onderzoek naar de effecten van deze aannames kan leiden tot het aanpassen van mogelijk te conservatieve uitgangspunten in de rekenmodellen. Daarbij is belangrijk om te weten wat het grondmechanisch model simuleert en wat het model niet simuleert. En dien je de samenstelling van de ondergrond en andere uitgangspunten die je gebruikt in je voorspellingsmodel goed in kaart te brengen.”

Klimaat

Tom bevindt zich nog in de oriënterende fase van het onderzoek. Hij kan nog niets zeggen over de definitieve onderzoeksopzet, samenwerkingspartners en praktijkcases. De promovendus is in gesprek met diverse overheidsorganen (waaronder waterschappen) en adviespartijen om een adviescommissie te vormen. RPS, dat het promotieonderzoek voor een deel financiert en kennis levert, zal daarin ook zitting nemen. De promovendus verdiept zich in het eerste jaar met literatuurstudies primair op grondonderzoek en gedrag. “Daarna ga ik kijken naar de impact van randvoorwaarden, zoals waterstanden, verkeersbelasting en klimaat.” De resultaten koppelt hij in de tweede helft van zijn onderzoek aan de huidige rekenmethoden in de praktijk. “Ik richt me op de validatie van bestaande modellen en wat de effecten van de aannames zijn op geotechnische analyses en daarmee de toetsingsoordelen. Het is niet mijn intentie een nieuw model te ontwikkelen, maar juist inventariseren wanneer de huidige analysemethoden voldoen. En als een analysemethode niet geschikt is, wil ik inventariseren wat we kunnen doen om dat te verbeteren.”

Impuls

Begeleider Michael Hicks is ervan overtuigd dat het promotieonderzoek van Tom een impuls geeft aan de ontwikkelingen binnen de geotechniek. “Binnen de universiteit worden analysemodellen steeds verder verbeterd. Geavanceerde 2D methoden, die rekening kunnen houden met de variatie in de ondergrond, worden omgezet naar 3D en gevalideerd. Tom zal deze 3D-modellen gebruiken en valideren op praktijkcases.”

Effectiever budgetteren

Volgens Michael is een belangrijk voordeel dat je met 3D-modellen effecten inzichtelijk kan maken die niet in 2D kunnen optreden. “Daardoor kunnen we beter analyseren wat de effecten zijn van de aannames op een geotechnische analyse van een dijk”, weet de Engelsman. Hij voorspelt dat de Nederlandse overheidsorganen op basis van de onderzoeksresultaten hun budgetten effectiever en efficiënter kunnen inzetten in de strijd tegen het water. “Op basis van verbeterde voorspellingsmodellen krijgen we een beter beeld van hoe robuust je een waterkering moet ontwerpen, of hoe sterk een bestaande waterkering is. Daardoor kun je nauwkeuriger inschatten waar je verbeterings- of onderhoudsmaatregelen het best kunt uitvoeren.”