Fase 4: Dijkdoorbraak - Mechanismenbeschrijvingen

Fase 4: Dijkdoorbraak

Zodra het ruimproces de benedenstroomse zijde heeft bereikt, resulteert dit in een forse toename van zandtransport en debiet. Naast zand spoelt ook klei mee en er vormt zich een zogenaamde modderfontein (zie Figuur 4.13). Water stroomt met groot geweld door het kanaal. In de dijk treden grote scheuren op en de dijk zakt aan de bovenstroomse zijde in. Dit

leidt tot vermindering van het waterkerende vermogen van de waterkering. In de IJkdijkfaciliteit was het bovenstroomse waterpeil in deze fase ondanks grote pompvoorzieningen niet lang constant te houden vanwege de beperkte afmetingen van het waterbassin. Bij een constant verval over de kering, zoals dit bij een rivierhoogwater het geval is, zal het bezwijkproces gelijk blijvende intensiteit doorgaan, wat uiteindelijk tot verlies van het waterkerende vermogen ten gevolge van bresvorming zal leiden.

Figuur 4.13 Doorbraak (toename zandtransport links en dijkdoorbraak rechts)

In Figuur 4.14 is het verloop van het verval en en het gemeten uitstroomdebiet vlak voor bezwijken in de tijd weergegeven. Het totale doorbraakproces duurde in de IJkdijkproeven (kwelweglengte 15 m) circa 20 minuten. Bij dijken op ware grootte zal dit proces nog meer tijd nodig hebben.

Piping kan dus leiden tot het bezwijken van waterkeringen. Over het doorbraakproces (bresvroming) zelf is verder nog weinig bekend. Uit uitgravingen na pipingproeven volgt dat het kanaal aan de bovenstroomse zijde groter en dieper in het zand snijdt dan aan de benedenstroomse zijde. Ook treedt alleen beperkte erosie van klei op. Het pipingprocs speelt zich dus duidelijk onder de kleilaag af. De kleilaag zelf wordt bijna niet aangetast, maar zakt bij voldoende grote uitspoeling van de daaronderliggende zandlaag na.

Op basis van waarnemingen in de IJkdijk proeven kan dus worden verondersteld dat op het moment dat zandmeevoerende wellen worden waargenomen, het kritieke verval al bereikt is. Het is dan slechts een kwestie van tijd voordat een doorgaande pipe zal ontstaan.

In paragraaf 4.9 komen we terug op de parameters die bepalend zijn voor het kritieke verval. We volstaan voorlopig met de mededeling dat naast moeilijk beïnvloedbare parameters zoals doorlatendheid en korreldiameters van de zandlaag vooral de lengte van de kwelweg erg belangrijk is. Deze parameter is wel beïnvloedbaar in het ontwerp van de waterkering en is de belangrijkste ontwerpgrootheid.

Figuur 4.14 a) Verloop van verval in de tijd voor IJkdijkproef 3 (fijn zand)

b) Gemeten uitstroomdebiet IJkdijkproef 3 (fijn zand) vlak voor bezwijken