Hieronder  worden de initiële mechanismen voor een grasbekleding op de kruin en het binnentalud fenomenologisch beschreven. De grasbekledingen op de kruin en het binnentalud worden belast door hoge stroomsnelheid door over de dijk heen slaande golven. Andere stormgerelateerde belastinggevallen die schade aan grasbekledingen op het binnentalud kunnen opleveren zijn (ook) gerelateerd aan een relatief hoge grondwaterstand. Deze relatief hoge grondwaterstand kan worden veroorzaakt door een hoge buitenwaterstand en door de effecten door van infiltratie van overslaand water. Een hoge grondwaterstand in de dijk kan leiden tot het instabiel worden van de bekleding en het uitspoelen van materiaal .

Voor grasbekledingen op de kruin en het binnentalud worden hieronder drie initiële mechanismen beschreven:

• Erosie grasbekleding op de kruin en het binnentalud

• Afdrukken grasbekleding op het binnentalud

• Uitspoelen zand door de bekleding op het binnentalud

Erosie grasbekleding op de kruin en het binnentalud

Bij golfoverslag slaan de hoogste golven over de kruin van de dijk. De over de dijk slaande golven geven telkens gedurende enkele seconden een hoge stroomsnelheid op de kruin en het binnentalud. Deze turbulente stroming stelt de grasbekleding bloot aan een sterk wisselende waterdruk waardoor de grasbekleding kan eroderen.

De grondlaag tot circa 20 cm onder maaiveld levert de belangrijkste sterkte tegen erosie. Deze laag bevat in elk geval de graszode, maar ook nog een stukje kleilaag onder de zode waar nog veel wortels in zitten en waar wortels nog een grote positieve bijdrage leveren aan de erosiebestendigheid van de grond. De kleilaag onder deze toplaag levert ook nog een bijdrage aan de erosie-sterkte van de bekleding, maar wordt voor het initieel mechanisme niet gerekend tot de grasbekleding.

Erosie grasbekleding

Uit waarnemingen bij grootschalige golfoverslagproeven blijkt dat het proces van een eerste schade tot falen van de grasbekleding op verschillende manieren kan verlopen. Een schade aan de grasbekleding kan worden veroorzaakt doordat een grote overslaande golf een stukje van de zode meeneemt, maar een schade kan ook al aanwezig zijn in de vorm van een kleine beschadiging, bijvoorbeeld een rijspoor of iets dergelijks. Het moment van optreden van schade is zeer afhankelijk van toevallige variaties in de sterkte van de zode op kleine schaal. Ter plaatse van een schade kan de zode als gevolg van golfoverslag van het talud af worden gestroopt, vaak zonder dat er een snelle verdieping van de schade optreedt. Op den duur echter verdiept de schade en wordt de toplaag van circa 20 cm doorbroken.

Na het ontstaan van een gat in de graszode wordt de dijk aangesproken op erosie-sterkte, een vervolgmechanisme dat wordt onderscheiden als gevolg van erosie van de grasbekleding. Aanwezige losse klei vlak onder de zode zal snel eroderen. Het gaat bijvoorbeeld om een  relatief minder verdicht, en daardoor erodeerbaarder materiaal dan dat van de onderlaag. In deze erodeerbaardere laag is draagt het wortelnet van de graszode niet meer effectief bij aan het verhogen van de erosieweerstand. Erosie van materiaal kan zorgen voor ondermijning van de grasmat waardoor het erosiegat groeit. De randen van het ontstane gat in de zode kunnen ook aanleiding zijn voor een concentratie van de belasting.

Figuur 1 Schetsmatige weergave faaltraject veroorzaakt door erosie van de grasbekleding op de kruin en het buitentalud.

Als erosie leidt tot een resterend dijkprofiel dat lager is dan de waterstand, dan overstroomt het achterland en faalt de dijk. Verlaging van het profiel beneden de waterstand kan optreden als gevolg van doorgaande erosie. Het is echter ook mogelijk dat gedurende het erosieproces, wanneer nog maar een deel van het dijklichaam is aangetast door erosie, er een ander vervolgmechanisme optreedt. Door het steeds smaller wordende profiel kan het binnentalud van de dijk eerder instabiel worden door toename van de waterspanningen in de dijk (afschuiven).

Overzicht van het faaltraject erosie grasbekleding op de kruin en het binnentalud

Een voorbeeld van een faalpad voor het falen van grasbekleding op de kruin en het binnentalud als gevolg van golfklappen is weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2 Faalpad tot falen dijk als gevolg van erosie van de grasbekleding op de kruin en het binnentalud.

Afdrukken en afschuiven grasbekleding op het binnentalud

Inleiding en afbakening

Afdrukken en afschuiven betreffen het verlies van stabiliteit van grondlagen met zeer beperkte dikte aan het oppervlak van het binnentalud onder invloed van grondwater dat tegen de bekleding aan drukt (zie figuur 3).

Golfoverslag kan zorgen voor meer infiltratie in de kern van de dijk waardoor de potentiaalverschillen over de bekleding op het binnentalud toenemen. Het waterspanningsverloop is sterk afhankelijk van de opbouw van de dijk. Bij een doorlatende buitenbekleding en een kern van zand kan de freatische lijn in de dijk oplopen. Er ontstaat een verhanglijn in de dijk die al dan niet op het binnentalud uittreedt of waterdrukken veroorzaakt ter plaatse van de binnenteen. De verhanglijn is onder andere afhankelijk van de duur van de hoogwatergolf.  De waterdrukken zorgen voor een verlaging van de schuifweerstand tussen de kleibekleding en zandkern. Indien de  schuifweerstand en steun vanuit de teen lager zijn dan de aandrijvende kracht ten gevolge van de gewichtscomponent van de bekleding langs het talud, dan zal de bekleding afschuiven. Indien de waterdrukken blijven stijgen zonder afschuiving te veroorzaken, dan zal de bekleding uiteindelijk worden opgedrukt. Het potentiaalverschil over de bekleding is dan groter dan de bijdragen van wrijving tussen gronddelen en het gewichtscomponent van de bekleding normaal op het talud. Een voorbeeld van een faalpad voor het falen als gevolg van uitspoelen is weergegeven in Figuur 4.

Kleidijken zijn relatief ongevoelig voor opdrukken 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 grondlaag 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.

De fasen typerend voor het afdrukken en afschuiven van een bekleding op het binnentalud zijn voor een kleibekleding op een zanddijk:

1. Stijging freatische lijn
2. Aantasting binnentalud en kruin door opdrukken en afschuiven bekleding binnentalud
3. Aantasting kan een kruindaling geven en/of versnelling van erosie door golfoverslag
4. Bresgroei

Voor een kleidijk zijn deze:

1. Golfoverslag zorgt voor verzadiging bekledingslaag en een potentiaalverschil door de bekleding evenwijdig aan het binnentalud
2. Scheuren ontstaan in de bekleding op het binnentalud en de bekleding schuift af
3. De kruin wordt deels aangetast door de afschuiving en de kleikern komt bloot te liggen waardoor deze kan gaan eroderen
4. Bresgroei

Uitspoelen zand door de bekleding op het binnentalud

Uitspoelen van zand door een bekleding op het binnentalud kan optreden door scheuren en gaten in de afdekkende kleilaag. Deze scheuren en gaten bestonden al door bijvoorbeeld aanwezige graverijschade òf zijn het gevolg van het opdrukken en of afschuiven van de kleilaag. Uitspoelen treedt niet op bij dijken met een kleikern.  Het uitspoelen van zanddeeltjes treedt op als het potentiaalverschil over het gat groot genoeg is om zandkorrels te transporteren. Bij aanhoudende hoge freatische lijn in het dijklichaam zullen steeds meer korrels afstromen door het buitentalud. Hierdoor ontstaan holtes onder het  binnentalud welke afschuivingen kunnen triggeren waardoor het gat groter wordt.  Het proces van uitspoelen zal doorgaan zolang de freatische lijn in de kern van de dijk hoog genoeg blijft. Ook kan in het geval van overslag, het overslaande water zorgen voor een versnelde ondermijning van de resterende kleilaag op het binnentalud waarna het erosieproces snel de kern van de dijk kan aantasten en daarmee de kruinhoogte (zie figuren 5 en 6)