Fase 3: Pipevorming – verbreding door ruimen - Mechanismenbeschrijvingen

Fase 3: Pipevorming – verbreding door ruimen

Zodra het kanaaltje dat vanaf de benedenstroomse zijde stroomopwaarts is gegroeid en contact maakt met het water aan de bovenstroomse zijde van de dijk (buitenzijde), treedt het ruimproces op. Het mechanisme onderloopsheid of piping is daarmee een feit (Figuur 4.1e).

Onder ‘ruimen’ wordt het proces verstaan waarbij het kanaaltje door een drukgolf, die met de stroom meeloopt, vanaf de bovenstroomse naar de benedenstroomse kant wordt verbreed en schoongedrukt. Het ruimproces gaat gepaard met een sterke verhoging van de waterspanning, die veroorzaakt wordt door de geringe hydraulische weerstand van het vergrote kanaal. Dit proces kan goed worden gevolgd aan de hand van waterspanningsmetingen. Deze situatie is geschematiseerd in Figuur 4.12.

Figuur 4.12 Toename waterspanningen in zandlaag ten gevolge van kanaalverbreding door ruimen (rode lijn) vergeleken met initiële waterspanning voor begin van kanaalvorming (blauwe lijn)

Het ruimproces is een ingewikkeld proces. Door drukgolf komt tijdens het ruimproces aan de bovenstroomse zijde een dusdanige hoeveelheid zand in beweging, dat er het kanaaltje verder onder de dijk op één of meerdere locaties verstopt raakt. Dit leidt tot sterke fluctuaties in waterspanningen en soms ook in het zandtransport. Het kanaal blijft bovenstrooms schoon zonder verstopping. Het schone kanaal ligt niet vast op één locatie maar kan nog wel meanderen. Het zand in de verstopte zones wordt vervolgens door een opnieuw startend proces van terugschrijdende erosie weggeruimd, waarna zich opnieuw een drukgolf door het kanaaltje kan voortplanten. Het proces herhaalt zich meerdere keren, waarbij het bovenstroomse schoongedrukte kanaal toenemend langer wordt. Het debiet neemt gedurende deze fase in geringe mate toe.

Het zandtransport neemt aan het begin van het ruimproces nauwelijks toe. Pas aan het eind van het ruimproces, direct voorafgaand aan de dijkdoorbraak is het zandtransport duidelijk zichtbaar.

Bij het vaststellen van de ernst van piping onder een dijk door inspecteren vormt deze situatie een behoorlijk risico. De tijd die nodig is om tot bezwijken te komen is blijkbaar afhankelijk van de kwelweglengte. Mogelijk treedt dit proces sneller op wanneer het te keren verval groter wordt. Nadat het kanaal de bovenstroomse zijde heeft bereikt kost het bij constant verval nog geruime tijd (meer dan 24 uur) om tot bezwijken te komen. Dit proces zou nog sneller kunnen verlopen als het kritieke verval ruim wordt overschreden.