Fenomenologische procesbeschrijving van afschuiven binnentalud - Stabiliteit bekleding gras

Als gevolg van een hoge buitenwaterstand in combinatie met infiltratie van water door golfoverslag stijgen de waterspanningen in de dijk.

Door de toename van de waterspanning onder het binnentalud kan hier instabiliteit van de grasbekleding optreden en/ of kan zand uitspoelen leidend tot bezwijken van de grasbekleding. Verdere erosie van het kernmateriaal leidt tot terugschrijdende erosie en kan vervolgens leiden tot bresvorming, zie Figuur 7.13.

De mate waarin de waterspanningen in de dijk oplopen is afhankelijk van het waterstandsverloop en de duur en hoeveelheid golfoverslag. Dijken die worden aangevallen door stormopzet, al dan niet in getijdewater, worden relatief kort bloot gesteld aan een hoge buitenwaterstand, terwijl dijken in het bovenrivierengebied juist langdurig aan een hoge buitenwaterstand worden blootgesteld. Hoeveel van het over de dijk slaande water infiltreert in de dijk is naast de doorlatendheid van de bekleding ook afhankelijk van de intensiteit van de golfoverslag. Bij een gelijk gemiddeld overslagdebiet, veroorzaakt door een kleine golfhoogte bij een relatief hoge waterstand, slaan veel kleine volumes over de dijk die het talud continu nat houden en waardoor er continu water infiltreert. Bij hetzelfde gemiddelde overslagdebiet, veroorzaakt door hoge golven bij een relatief lage waterstand, slaan er weinig, maar heel grote volumes over de dijk. Als de tijd tussen de overslaande volumes groot wordt, zal het talud tijdelijk droog staan en is er tijdelijk geen infiltratie [6].

De ontwikkeling van waterspanningen bij hoogwater is naast de genoemde hydraulische randvoorwaarden ook afhankelijk van de dijkgeometrie, de opbouw van de dijk en de bekleding en de onderliggende grondlagen en de doorlatendheid hiervan.

Bij kleidijken is in het algemeen de kern relatief ondoorlatend en de bovenste laag doorlatend als gevolg van de vorming van bodemstructuur. Bodemstructuur vormende processen hebben vooral invloed tot circa één meter onder het maaiveld. In deze zone zijn de wisselingen in vochtgehalte, temperatuur (vorst) en de activiteit van flora en fauna het meest intensief. Bij infiltratie door golfoverslag zal de laag met ontwikkelde bodemstructuur snel verzadigen. Het water zal nauwelijks in de relatief ondoorlatende kern doordringen en afstromen door de grondlaag met bodemstructuur, parallel aan het talud. De hierbij optredende waterspanning is ongunstig voor de stabiliteit, waardoor deze parallel aan het talud kan afschuiven. Dit mechanisme is in de praktijk vaak waargenomen bij steile taluds in combinatie met golfoverslag. De afschuiving wordt bijna altijd voorafgegaan aan het vormen van een langs-scheur in de kruin of bovenaan het talud, waardoor er nog meer water in de laag met bodemstructuur infiltreert. Onderaan het talud kan de teen eventueel nog steun geven, maar als deze te gering is, dan schuift de hele grondlaag parallel aan het talud af. De bloot komende kern kan vervolgens verder eroderen wat uiteindelijk kan leiden tot een daling van de profielhoogte onder de waterstand gevolgd door bresvorming en overstroming van het achterland.

Uitgaande van een dijk met een zandkern, al dan niet met een kleibekleding, zijn er de volgende mogelijkheden [2]:

• Het binnentalud is zeer flauw. Bij dergelijk flauwe taluds zal stabiliteit van de bekleding geen veiligheidsprobleem zijn.
• Onder het binnentalud of in de binnenteen is een drainageconstructie aanwezig. In het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies [1] wordt gesteld dat indien de werking van de drainage goed is er geen stabiliteitsproblemen optreden.
• Het binnentalud bestaat uit een afdekkende kleilaag overgroeid met gras. Hier kan de situatie optreden dat de afdekkende kleilaag minder doorlatend is dan de kern, waardoor overdrukken nabij de binnenteen ontstaan. In deze omstandigheid kan de kleilaag worden opgedrukt (de waterdruk wordt groter dan het gewicht van de afdekkende kleilaag) of de laag kan afschuiven over de zandkern. Een combinatie van deze beide fenomenen is ook mogelijk. Eveneens kan het fenomeen optreden dat door bestaande scheuren of gaten in de kleilaag of scheuren die ontstaan door opdrukken en of afschuiven zand van onder de kleilaag wegspoelt.
• Het binnentalud bestaat uit zandig materiaal, normaal gesproken overgroeid met gras. De invloed van het gras wordt meestal genegeerd. In sommige beschouwingen is sprake van ‘schijnbare cohesie’ die het gras kan leveren.

Naast de geometrie-elementen bij dijken met een zandkern is ook de grondwaterstroming van belang. De volgende stromingspatronen kunnen worden onderscheiden:

• Stroming loodrecht op het talud. Dit doet zich voor bij zandige taluds onder water.
• Horizontale uitstroming van water. Dit kan zich voordoen bij zandige taluds boven water en vormt de grootste bedreiging ten aanzien van uitspoelen van zanddeeltjes.
• Opbouw van waterdrukken onder een afdekkende kleilaag. Dit kan zich voordoen bij een zandkern met een afdekkende kleilaag aan de binnenzijde, zowel onder als boven water.

Uit het bovenstaande kan worden afgeleid dat de volgende vormen van instabiliteit op kunnen treden:

• Bij een zanddijk met afdekkende kleilaag op het binnentalud:.
  • Afschuiven van (een deel van) het binnentalud door waterdruk onder de kleilaag.
  • Opdrukken van de kleilaag op het binnentalud door waterdruk onder dekleilaag
  • Combinatie van afdrukken en afschuiven door waterdruk onder de kleilaag.
• Bij een zanddijk met zandige toplaag boven water:
  • Afschuiven bij horizontaal uittredend grondwater.
  • Uitspoelen bij horizontaal uittredend grondwater.
• Bij een zanddijk met zandige toplaag onder water:
  • Afschuiving bij stroming loodrecht op het talud.
  • Uitspoeling bij stroming loodrecht op het talud.

Bij zandtaluds onder water betreffen bijvoorbeeld dijken met binnendijks gelegen wielen en strangen. Deze kunnen relatief diep zijn en een zandtalud onder water hebben, waarbij onder extreme omstandigheden het kritische uittrede verhang wordt overschreden. Omdat dit zich onder water afspeelt kan het pas laat worden opgemerkt [4].

Indien een primair mechanisme van instabiliteit van de bekleding op het binnentalud is opgetreden ontstaat er een gat in het binnentalud van de dijk. Dit is het mechanisme dat wordt getoetst. Erosie van de zandkern kan vervolgens leiden tot een profielhoogte onder het waterpeil, gevolgd door bresvorming en overstroming van het achterland. Dit laatste maakt geen onderdeel uit van de toetsing.