Head-cut erosie - Faalmechanismen grasbekleding

Zogenaamde head cut erosie is het terugschrijden van een kuil in stroomopwaartse richting. Een kuil verdiept zich en wordt gekenmerkt door een horizontaal deel en een aansluitende verticale wand. De verticale wand wordt op een gegeven moment instabiel en schuift of brokkelt af, zie Figuur 5.6. De toplaag, en daarmee de grasbekleding is op dat moment al bezweken.

Bij dijken met een kleilaag op een zandkern is er sprake van een combinatie van slijterosie en wegspoeling van zand uit de kern van het talud. Dit leidt tot ondermijning van de toplaag. Op een zeker moment scheurt de bovenstrooms aanwezige toplaag af, zie Figuur 5.6 (rechts).

Figuur 5.6 Head cut erosie op een zeedijk van kale klei bij Delfzijl, beproefd met de golfoverslagsimulator na verwijderen van de toplaag (links). Head cut erosie bij zanddijk met kleibekleding Sint Philipsland (rechts)

In het onderstaande worden de achtereenvolgende gebeurtenissen, die leiden tot head cut erosie in een dijk met een kleilaag op een zandkern, beschreven (Figuur 5.7):

1. Een stuk zode erodeert, bijvoorbeeld door het uittrekmechanisme gevolgd door het afstroopmechanisme.

2. Door slijterosie erodeert de kleilaag onder de toplaag.

3. Hierdoor wordt de zandkern blootgesteld aan de golfoverslag. Het zand bezit geen cohesie en is daardoor slecht tegen stroming bestand.

4. Dit blootgestelde zandtalud wordt beïnvloed door twee mechanismen:

   1. Slijterosie in de vorm van terugschrijdende erosie. Terugschrijdend slaat in dit geval op het verschijnsel dat de erosievorm zich van benedenstrooms richting bovenstrooms manifesteert.

   2. Uitzakking. Door de terugschrijdende erosie ontstaan verschillende instabiliteiten in het zandtalud. Dit mechanisme berust op het principe, dat zand dat onder een talud steiler dan haar eigen hoek van inwendige wrijving bevindt, zal uitzakken naar een natuurlijke hoek.

5. De toplaag en of kleilaag bovenaan de kuil wordt zo ondermijnd en breekt/scheurt af.

De toplaag wordt ook aan de onderkant van de ontgrondingskuil blootgesteld aan geconcentreerde stroming. De toplaag wordt hier dan ook onder invloed van de versterkte stroming weggespoeld/geduwd. Dit kan stukken toplaag van verschillende formaten betreffen. Veelal vindt dit laatste mechanisme ook in fasen plaats (afstropen).

In deze handreiking wordt geen model gegeven dat het verloop van Head-cut erosie voorspelt. Het mechanisme treedt op nadat de toplaag heeft gefaald. Het verloop van erosie na falen van de toplaag is belangrijk voor het faalgedrag en de faalkans van de hele waterkering, maar valt buiten het kader van deze handreiking.

Figuur 5.7 Afbrokkelen van de bovenrand van een grasbekleding bij een zanddijk met een 0,6 m dikke kleilaag (Waddenzeedijk Friesland bij de Boonweg)