Sterkte - Piping

De sterkte wordt bepaald door de weerstand die de componenten in de opeenvolgende deelprocessen opbarsten, heave en terugschrijdende erosie kunnen bieden. Bij de sterkte van een waterkering wordt onderscheid gemaakt tussen de sterkte volgens de faaldefinitie en de daarna nog voorhanden reststerkte. Pas als er ook geen reststerkte meer aanwezig is, zal de waterkering daadwerkelijk falen. De nog voorhanden reststerkte, veelal gekwantificeerd met de tijd tot falen, is vaak niet eenduidig te kwantificeren. Reststerkte wordt daarom voor het toetsen van het faalmechanisme piping niet in rekening gebracht.

De weerstand tegen opbarsten hangt af van het gewicht van de deklaag. De deklaag kan meer druk hebben als het gewicht groter is. Opbarsten van de deklaag als gevolg van een oplopende stijghoogte in het watervoerende pakket zal minder snel optreden bij een zwaardere deklaag.

De weerstand tegen terugschrijdende erosie hangt af van de doorlatendheid van het totale watervoerende pakket en de korreldiameter d70 van de pipinggevoelige zandlaag direct onder de deklaag. Fijnere zandsoorten, dus zand met een kleine d70, zijn gevoeliger voor piping dan grovere. Bij een grotere doorlatendheid van het watervoerende pakket kan water sneller naar de pipe toe stromen waardoor het transportproces sneller op gang komt en het water meer kracht op de te transporten zandkorrels kan uitoefenen. Bij aanwezigheid van grove zandbanen die dwars op de baan van de pipe liggen, kan het doorgroeien van de pipe worden belemmerd of zelfs tot stilstand komen.

Zoals in de vorige paragraaf beschreven is het aanwezige drukverschil als gevolg van het waterstandsverschil tussen buitenwater en sloot- c.q. polderpeil de aandrijvende kracht bij het pipingproces. Dit waterstandsverschil zorgt voor een drukgradiënt onder het slappe lagen pakket. Een hoge gradiënt bevordert het pipingproces. Om van drukverschil naar gradiënt te komen moet worden gedeeld door een lengtemaat. De lengtemaat van de verschillende constructiedelen is dus een primaire sterktecomponent. Zo levert de breedte van de dijk, gemeten tussen buiten- en binnenteen, de eerste orde benadering van de gradiënt over de kering. Uitgaande van het verval over de deklaag, levert de dikte van de deklaag de sterkte: des te groter de dikte des te geringer het verhang in de wel.

Naast deze primaire sterktecomponenten zijn er nog secundaire sterkte-componenten, die overigens zeer aanzienlijk kunnen zijn. Zo zal als er buitendijks sprake is van een slecht doorlatende deklaag het (theoretische) intredepunt niet bij de teen van de dijk liggen, maar een stuk uit deze teen op het voorland. De intredeweerstand (infiltratieweerstand) door de deklaag in het voorland maakt dat de gradiënt onder de dijk lager is dan op basis van het waterstandsverschil over de kering en de breedte van de dijk mag worden verwacht. Bij een vooroever zonder evidente deklaag kan ook een sliblaagje al een drukval en dus een verschuiving van het intredepunt veroorzaken. Bovendien kan er drukverlies ontstaan door afstroming van grondwater naar de dijk toe, bijvoorbeeld als gevolg van berging van water in de onverzadigde zones van de dijk of door lekkage door de deklaag in het achterland heen.

De tijdsduur om de pipingkanalen te laten groeien kan ook worden beschouwd als sterktecomponent. Deze tijdsduur is bij grote kwelweglengtes vermoedelijk lang (meerdere dagen tot weken). In de IJkdijkproef duurde het ruim een week totdat een doorgaande pipewas ontwikkeld. Hoe breder de dijk, hoe langer het duurt voordat de pipe volledig ontwikkeld is. Bij sommige belastingsituaties is de duur van het hoogwater relatief kort, waardoor het kanaaltje niet de tijd krijgt zich gedurende het hoogwater volledig te kunnen ontwikkelen. Alhoewel voorafgaande hoogwaters weleens zijn genoemd als reden voor dijkfalen toegeschreven aan piping [7], is het onduidelijk of kanalen intact blijven na het afnemen van de buitenwaterstand of dat zij na verloop van tijd instorten en bij optreden van een nieuwe hoogwatersituatie weer helemaal opnieuw moeten worden gevormd. Als nooit piping is opgetreden bij een dijktraject, dan kan voor dijken waarvoor de belastingduur beperkt is (zeedijken), onder bepaalde voorwaarden worden aangenomen dat piping niet leidt tot falen van de dijk.

Bron

Fenomenologische beschrijving (1220078-000-GEO-0010)

Hoofdstuk
Piping
Opdrachtgever
Rijkswaterstaat Water, Verkeer en Leefomgeving
PDF

Over versie 1.0: 29 juni 2018

Tekst is letterlijk overgenomen uit brondocument.