De dijk - Constructieve ontwerp-aspecten

1. 1. Bij de constructieve aspecten van de dijk zelf zullen achtereenvolgens aan de.orde komen: het trace en het profiel van de dijk, de kleibekleding, de grasmat en de erosiebe­ stendigheid vantal!_.lds en kruin, harde taludverdedigingen, drainageconstructies en tot slot bijzondere constructies in de dijk, zoals een waterdichte kern, damwanden en keer­muren.

      1. Trace van de dijk

         Bij rivierdijkverbeteringen wordt in het algemeen zoveel mogelijk het bestaande trace van de dijk gevolgd.

         Als dit niet mogelijk blijkt en er een nieuw trace gekozen moet worden, dient uit dijk­ bouwtechnische overwegingen vooral rekening te worden gehouden met de opbouw van de ondergrond in het trace.

         Vaak zal een nieuw trace gezocht worden in de uiterwaard. In veel uiterwaarden echter hebben ontkleiingen plaatsgevonden ten behoeve van de baksteenindustrie, zodat dik­ wijls over grote oppervlakten de oorspronkelijke afdekkende kleilaag ontbreekt. Ook komen er zandwinputten voor, die tot diep in de watervoerende zandondergrond kun­ nen reiken. In sommige gevallen zijn zulke ontgrondingen weer aangevuld met van elders aangevoerde specie, die vaak willekeurig van samenstelling is. Overweegt men een trace door deze ontkleiingen en ontzandingen, dan is extra aandacht vereist. Een dijk over aangevulde ontgrondingen komt immers op een geroerde grondslag te liggen, wat extra risico's met zich meebrengt ten aanzien van afschuiving, kwel en onderloops­ heid. Ook een trace vlak langs ontgrondingen is minder wenselijk (par. 12.4). Daarnaast dienen zandopduikingen in het afdekkend pakket zoveel mogelij k vermeden te worden in verband met het gevaar van onderloopsheid en zandmeevoerende wellen. Met het oog op zettingen en stabiliteit, vooral bij de aanleg van een dijk, zijn dikke, sterk samendrukbare, slappe klei- of veenpakketten als grondslag ook minder geschikt.

         In sommige gevallen kan een zomerkade rand een buitenpolder in de uiterwaard zich lenen voor verhoging en verzwaring tot hoofdwaterkering.

         Bij rivierwaartse traceverleggingen moet rekening warden gehouden met de gevolgen hiervan op de afstroming van water in de rivier bij grate afvoeren.

         Ter voorkoming van opstuwing bovenstrooms kunnen compenserende maatregelen in het winterbed van de rivier nodig zijn.

      2. Profiel van de dijk

         Bij het vaststellen van de vorm en de opbouw van het dwarsprofiel van een dijk kunnen verschillende overwegingen een rol spelen.

         Met het oog op de waterdichtheid en een goede drainage van het dijklichaam moet als stelregel gelden, dat de dijk aan de waterkerende zijde zo ondoorlatend mogelijk moet zijn, terwijl het dijklichaam naar binnen toe meer doorlatend dient te warden. In ieder geval moet warden voorkomen dat de dijk aan de binnenzijde het minst doorlatend is. Bij verbetering van bestaande kleidijken moet er naar gestreefd warden zoveel mogelijk het oude, goed gezette dijklichaam in tact te laten, en als geheel in de nieuwe construc­ tie op te nemen. Het verdient dan de voorkeur, de verhoging en verzwaring binnendijks uit te voeren. Noodzakelijke buitendijkse verzwaringen moeten, gezien het boven­ staande, bij voorkeur geheel uit klei bestaan.

         Is een bestaand, veelal steil buitentalud voorzien van een goede glooiingsconstructie, dan zal men om financiele redenen die glooiing graag willen behouden. Als het talud onvoldoende stabiel is bij vallend water, en men wil toch de glooiing handhaven, dan kan de stabiliteit warden vergroot door het aanbrengen van een steunberm, eventueel in combinatie met het verflauwen van de taludhelling boven de glooiing. De afmetin­ gen van de steunberm kunnen warden bepaald met glijvakberekeningen. De buiten­ berm bestaat bij voorkeur uit klei.

         Is een bestaand buitentalud niet voorzien van een harde verdediging en steiler dan

         1 :2,5, dan is verflauwing om allerlei redenen wenselijk: beperking van afslaggevaar, ontwikkeling van de grasmat, onderhoud, en zo meer.

         Voor een nieuw buitentalud met een harde verdediging wordt een taludhelling aanbe­volen van 1 :2 of flauwer.

         Uit berekeningen zal moeten blijken of de stabiliteit van het talud en de verdedigings­ constructie voldoende verzekerd is.

         Vee! bestaande binnentaluds van rivierdijken zijn te steil. Gevolgen daarvan kunnen zijn: verweking, afschuiving en uitspoeling. Bij binnendijkse verzwaring dient het bin­ nentalud derhalve aangevuld te warden met relatief doorlatend materiaal, in de regel tot een helling van 1:3.

         Bij onvoldoende stabiliteit kan daarbij een binnenberm warden aangebracht van materiaal met een doorlatendheid die minstens even groat is als die van de onderliggende grond.

         De afmetingen van zo'n binnenberm kunnen worden bepaald aan de hand van glijvlak­ berekeningen.

         Ook moet de binnenberm breed genoeg zijn om voldoende veiligheid te bieden tegen het gevaar van zandmeevoerende wellen (par. 11.5)..

         Is er weinig ruimte beschikbaar voor een brede, !age berm, bijvoorbeeld omdat er be­ bouwing aanwezig is, en speelt het gevaar van zandmeevoerende wellen geen rol, dan kan worden overwogen om een korte hoge berm toe te passen (figuur 12.1). Uit land­ schappelij k oogpunt is dit echter vaak minder aantrekkelijk.

         Bij voldoende ruimte is om landschappelijke en gebruiksredenen een berm aan te be­velen die onder een helling van ongeveer 1: 15 geleidelijk overgaat in het aangrenzend maaiveld.

         I,

         23 77cc= - ....

         · · · · · · · · · · · · • .,ieen an· het ·. · · · · · · · ·

         .·. binnentalud . ·. · · · ·

         figuur 12.1

         De opbouw en dimensionering van de berm kan dikwijls worden aangepast aan toe­ komstig gebruik door derden, zonder dat dat afbreuk hoeft te doen aan de technische functie (zie ook par. 12.3.1).

         Het aansluitpunt van de berm aan het binnentalud van de dijk moet bij voorkeur boven de freatische lijn liggen. Dit is echter niet altijd mogelijk zonder tot extreem-hoge ber­ men te komen.

         Alsop het binnentalud uittredend water te verwachten is, kan het kweloppervlak flau­ wer afgewerkt word en (1 :5 a 6), of eventueel voorzien word en van een filterconstructie ..

         Tijdens hoogwater moet de dijk goed bereikbaar en redelijk begaanbaar zijn, met het oog op eventuele noodmaatregelen.

         Bij een dijk zonder openbare weg dient altijd ten minste een eenvoudige verharding aanwezig te zijn als inspektieweg. De minimale kruinbreedte waarop nog een goede in­ spectieweg kan worden aangebracht bedraagt 4,0 m.

         Het verdient aanbeveling bij schaardijken langs drukbevaren scheepvaartroutes een buitenberm te ontwerpen als dat mogelijk is, teneinde het gevaar voor aantasting van het waterkerend vermogen van de dijk bij aanvaring te beperken.

         Om te voorkomen dat muskusratten in de dijk nestelen is het gewenst dater geen open water direct aan de teen van de dijk aanwezig is.

         Als er geen mogelijkheid is om een voorland te maken, zoals bij een schaardijk, kan men een bescherming aanbrengen, bijvoorbeeld in de vorm van een kraagstuk met bestorting, een steenzetting of nertsengaas; zo'n bescherming moet zich voldoende ver onder de normale waterstand uitstrekken (lit. 10 en 20).

      3. Kleibekleding op taluds en kruin

Een kleibekleding op een dijk heeft verschillende functies, en elk daarvan stelt eigen eisen aan de kwaliteit.

Erosiebestendigheid

Kleibekledingen die worden blootgesteld aan de aanval door stroom of golven dienen voldoende erosiebestendig te zijn. Een grote dichtheid en cohesie van de klei is hier­ voor gunstig. Tevens is een goede onderlinge verhouding tussen de zand-, silt- en lutumfracties en een laag gehalte aan organisch materiaal van belang. Daarbij kan

worden gedacht aan een lutumgehalte van ten minste 20%, een zandgehalte van 25 a

50%, en minder dan 3% organisch materiaal.

De bekleding van niet door golven of stroom aangevallen taluds stelt lichtere eisen aan de erosiebestendigheid. Daarvoor is een lutumgehalte van 15% voldoende.

Waterdichtheid

Met name voor het buitentalud moet gestreefd word en naar een bekleding die zo min mogelijk doorlatend is, en dus weinig doorgaande openingen bevat. Dit stelt eisen

aan de onderlinge verhouding der fracties; gunstig is een lutumgehalte van 20 a 35%,

en een zandgehalte van minder dan 40%.

Voor het binnentalud is een grotere doorlatendheid geen bezwaar en meestal zelfs gewenst.

Scheurvorming, onder meer als gevolg van atmosferische invloeden, is zeer nadelig voor de waterdichtheid van de kleibekleding. Naarmate de klei vetter is, en meer organisch materiaal bevat, is de gevoeligheid voor scheurvorming groter. Met het oog hierop dient er bij voorkeur niet meer lutum en organische stof aanwezig te zijn dan in het zandkorrelskelet geborgen kan worden. Het lutumgehalte zal daarom beperkt moeten worden tot niet meer dan 25%, terwijl voor het organisch materiaal een maxi­ mum percentage van 3% geldt.

Goede teelaarde voor gras

Om de groei van een goede grasmat (par. 12.1.4) te bevorderen dient de kleibekleding voldoende kalkrijk en niet al te dicht te zijn; de grond moet voldoende lucht en water kunnen bevatten. Hiervoor moet de klei niet al te vet zijn. Gedacht kan worden aan

een maximum luturngehalte van 20 a 25%.

Verweking

De kleibekleding zal bij voorkeur niet zo mogen verweken dat er ernstige schade aan de grasmat kan ontstaan wanneer de dijk wordt bereden met machines ofbetreden door vee. De gevoeligheid voor verweking kan worden beoordeeld aan de hand van de vloeigren&-­ Bekend is dat tot een gehalte van 25% lutum de stevigheid van de zode toeneemt.

Vergelijkt men de verschillende eisen, dan blijkt dat deze niet op elkaar aansluiten. Er zullen in de praktijk concessies moeten warden gedaan, waarbij vanzelfsprekend de eisen waaraan het grootste gewicht wordt toegekend, doorslaggevend zijn.

In de zand-silt-lutum driehoek van figuur 12.2 is het gebied aangegeven waarbinnen de

kleisamenstelling bij voorkeur moet vallen. Voor het buitentalud is een kleiner gebied begrensd, met het oog op de waterdichtheid. In figuur 12.2 is ook aangegeven welke kleisamenstellingen in het rivierengebied voorkomen. Hieruit blijkt dat slechts een beperkt dee! voldoet aan de gestelde eisen.

0

binnenlolud

!Iii§ builenlolud

20

100 80 50

% zondfroclie

( 53 - 2000 µml

figuur 12.2

40 20 0

De kleibekleding dient voldoende dik te zijn. Voor het buitentalud wordt een dikte van ten minste 1 m aanbevolen, mede met het oog op eventuele aantasting van de water­

dichtheid door scheurvorming. Bij problemen met de beschikbaarheid van goede klei

)

kan overwogen warden om bij het buitentalud de onderlaag uit vettere klei op te bouwen, en deze afte dekken met een schralere laag, bijvoorbeeld van 0,30 a 0,40 m

dikte (zie echter ook par. 11.4.4).

Behalve de hiervoor genoemde functionele eisen, kunnen er ook voorwaarden ten aan­ zien van de verwerkbaarheid van klei gesteld warden. Voor de beoordeling van de ver­ werkbaarheid is zowel de vloeigrens als de uitrolgrens van belang (hoofdstuk 4).

Het vochtgehalte van de te verwerken klei moet gelegen zijn tussen de vloeigrens en de uitrolgrens. Ook is van belang dat het verschil in vochtgehalte tussen de vloeigrens en de uitrolgrens, d zogenaamde plasticiteitsindex Ip voldoende groat is - dit met het oog op wisselende weersinvloeden tijdens de verwerking.

Voor een buitentalud wordt we! uitgegaan van 20% <Ip< 35 %, en voor het binnentalud

l0%<Ip<35%.

12.1.4 Grasmat op taluds en kruin

Veelal warden rivierdijken tegen erosie beschermd door een grasmat op klei. Daarbij warden eisen gesteld zowel aan de grasmat als aan de erosiebestendigheid van klei (par. 12.1.3).

De beschermende werking van een grasmat wordt gedeeltelijk ontleend aan de dak­ pansgewijze stapeling van plantendelen bij over- oflangsstromend water, waardoor uit­ spoeling van gronddeeltjes wordt tegengegaan. Zeer belangrijk blijkt echter ook een dicht wortelstelsel te zijn, met kruipende, vertakte wortelstokken, dat als een soort filter- en wapeningsconstructie de grand tussen de wortels vasthoudt.

Er wordt daarom vanouds grate waarde gehecht aan een dichte grasmat zonder kale plekken. Die moet aan de volgende eisen voldoen:

het gras moet een goed gesloten plantendek vormen, dat niet te kart de winter in mag gaan (5 a 8 cm);

de mat moet het gehele jaar groen blad houden;

grassen ofkruiden die in de winter bovengronds ofgeheel afsterven, mogen slechts in beperkte mate voorkomen;

de plantensoorten in de grasmat moeten redelijk bestendig zijn tegen droogte en

vorst.

De keuze van het grasmengsel is erg belangrijk. Vele factoren spelen daarbij een rol, zoals situering, bezonning, grondsoort, tijdstip van inzaaien, en toekomstige wijze van onderhoud.

Mede als gevolg van de genoemde eisen onstaan, na uitgevoerde dijkverbeteringswer­ ken, op de taluds dikwijls grasvegetaties die kruidenarm en natuurwetenschappelijk van weinig waarde zijn. Vanuit een oogpunt van natuurbehoud roept dat maatschappe­ lijk steeds grotere bezwaren op.

Recentelijk is daarom door een werkgroep van de TAW nagegaan in hoeverre de eisen met het oog op het waterkerend vermogen van dijken en de natuurwetenschappelijke wensen verenigbaar zijn. In het rapport van de werkgroep (lit. 9) wordt gesteld dat een effectieve bekleding zowel gevormd kan warden door een kruidenrijke, minder dichte maar we! diep wortelende mat, als door een gazonachtige, dichte maar minder diep be­ wortelde zode. Om zo veel mogelijk waardevolle vegetaties in stand te houden, uit te breiden of zelfs terug te winnen, kunnen op plaatsen die zich daarvoor lenen speciale maatregelen worden getroffen, zoals het aanbrengen van kalkhoudende bekle­ dingsklei van geringe vruchtbaarheid, diversificatie in de zwaarte van de klei in de taluds, en het inzaaien met speciale grassoorten. Met name ook het toepassen van iets steilere taluds nabij de binnenkruirilijn kan in dit verband overwogen worden. Verder is een aangepast beheer en onderhoud van wezenlijk belang voor het instand­ houden van een kruidenrijke grasmat. Het verdient aanbeveling een grondanalyse te laten uitvoeren en een bemestingsadvies te vragen.

Voor een deskundig advies over deze aspecten, met name ook over qet te gebruiken grasmengsel, kan men zich wenden tot de vakgroep Onkruidkunde van de Landbouw­ hogeschool te Wageningen.

Bij het inzaaien van een nieuwe grasmat op een buitentalud is de aanvankelijke kwets­ baarheid een probleem. Vanwege het gangbare verbod om in het hoogwaterseizoen tus­ sen 15 oktober en 15 april aan rivierdijken werkzaamheden te verrichten, blijft maar een korte periode beschikbaar om tij dig in te zaaien. Inzaaien van een grasmat dient bij voorkeur plaats te vinden begin augustus. Vanaf half august us tot half september zijn reeds bijzondere maatregelen vereist, zoals meer zaad of speciale grassoorten, om nog voor de hoogwaterperiode een enigszins beschermende grasmat te krijgen. Een bekleding met graszoden kan zorgen voor een snellere bescherming van het talud tegen erosie. Men kan het snel vastgroeien daarvan bevorderen door de ondergrond v66r het leggen van de zoden in te zaaien met winterrogge. Zonodig kunnen de zoden worden vastgelegd met grofmazig gaas en metalen pennen. Ook kan een pas ingezaaid talud, direct ofbij dreigend hoogwater, beschermd worden met behulp van een kunst­ stofweefsel. Een bezwaar hierbij kan zijn, dat het ontkiemend gras door het doek heen groeit; verwijdering van het doek brengt dan uiteraard schade toe aan dejonge grasmat. Een andere mogelijkheid is het afdekken met jute van een pas ingezaaid talud; ditjute hoeft niet verwijderd te worden, omdat het op natuurlijke wijze zal verteren.

1. 1. 1. Erosiebestendigheid van binnenta/ud en kruin

         Deze leidraad biedt de mogelijkheid om bij het bepalen van de kruinhoogte van een dijk uit te gaan van een zekere hoeveelheid golfoverslag. Afhankelijk van de hoeveel­ heid zullen dan echter aan de constructie van binnentalud en kruin bepaalde eisen moeten worden gesteld om erosie te voorkomen.

         Aan de volgende aspecten moet hierbij aandacht worden geschonken:

de kwaliteit van de kleibekleding en de grasmat op de kruin en het binnentalud;

de constructie van een weg op de kruin;

discontinu iteiten, zoals de overgang van het wegdek naar de grasmat, palen van afrasteringen, karresporen, veepaden en molshopen.

De erosiebestendigheid van een met gras begroeid talud is niet alleen afhankelijk van de kwaliteit van de grasmat (par. 12.1.4), maar ook van de samenstelling van de onder-

(Foto: J .1-1. Spape n s - Rijkswaterstaat)

Het overlopen van d e kade tussen de Geitenwaard en de Lobberdensche Waard bij h et hoogwater van april 1983

(Foto : A.J. Veraa rt - Rijk swa t e rst aat)

B ebouwing in d e Waalbandijk bij Zaltbom m el

liggende grond (par. 12.1.3). Uit onderzoek en ervaring in laboratorium en praktijk (lit. 22, 24 en 25) blijkt dat een gezonde grasmat, zonder beschadigingen, met een fijne en wijdvertakte wortelstructuur in een klei-ondergrond, gedurende lange tijd stroomsnel­

heden tot 6 mis bij debieten tot 500 l/s per m 1kan weerstaan. Daarbij doet zich geen noemenswaardige erosie voor. Waar echter sprake is van niet homogene, sterk zandige kleigrond, is bij stroomsnelheden tot 3 mis binnen zeer korte tijd - een halfuur- al ern­ stige erosie mogelijk. Beschadigingen aan de grasmat, en met name aan de wortelstruc­ tuur, blijken dan aangrijpingspunten te zijn voor een beginnende erosie. In een aantal gevallen is dan bij zeer hoge stroomsnelheden geconstateerd dat de grasmat als geheel wordt losgescheurd en opgerold door het afstromende water.

Voor de erosiebestendigheid van het binnentalud en de kruin is, naast afstromend water door neerslag, vooral de golfoverslag van belang. Deze wordt meestal als een in de tijd gemiddeld debiet gegeven. Daar niet alle oplopende golven tot overslag leiden, zal het momentane debiet bij een overslaande golf aanzienlijk groter kunnen zijn dan het gemiddelde debiet. Via de waakhoogte is er een relatie tussen de golfoverslag en het percentage overslaande golven (par:7.2.l.2 en 7.2.1.3).

Op grond van het bovenstaande wordt voorshands aanbevolen de volgende uitgangs­ punten te hanteren:

Bij een binnentalud en een kruin van sterk zandige, inhomogene grond met een slechte grasmat mag geen overslag van enige betekenis worden toegelaten. Aanbe­ volen wordt hiervoor als criterium een gemiddeld overslagdebiet van 0,11/s perm 1te gebruiken. Voor rivierdijkomstandigheden leidt dit globaal tot een waakhoogte over­ eenkomstig het 2%-golfoploopcriterium.

Bij afdekking van het binnentalud en de kruin met een homogene kleilaag van vol­ doende dikte (lutumpercentage ongeveer 25%; dikte >0,60 m), en een goed onder­ houden, dichte graszode zonder beschadigingen, mag een gemiddeld overslagdebiet van 10 l/s perm 1worden toegelaten. Het binnentalud mag hierbij niet steiler zijn dan 1:2,5 en er mogen geen scherpe knikken in het grastalud voorkomen. De kruin en het binnentalud dienen ook vrij te zijn van bebouwing, bomen en dergelijke, tenzij er extra beschermende maatregelen genomen zijn, bijvoorbeeld in de vorm van een

steenbekleding.

Bij kleiige grond met een matig onderhouden grasmat met enige beschadigingen kan men dan, om de gedachten te bepalen, een hoeveelheid van llls per m1toelaatbaar achten.

Er mag van warden uitgegaan dat de gebruikelijke wegverhardingen op rivierdijken, klinkers of asfalt, in alle gevallen een voldoende bescherming tegen erosie van het onderliggende grondlichaam bieden. De overgang van een wegverharding naar een grasberm is echter een potentieel gevaarlijke plek. Aan de constructie ervan moet de nodige aandacht besteed worden. Voorkomen moet worden dat zand van het weg­ cunet hier aan het oppervlak komt. Het verdient daarom aanbeveling de kleibekle­ ding op een dijk door te zetten tot aan de wegverharding. Om beschadiging van de grasberm door het verkeer te beperken, kan een overgangsconstructie van het wegdek naar de grasmat worden gemaakt, bijvoorbeeld met behulp van 1 a 2 rijen grasbetontegels.