Het opdrukken van het achterland kan het mechanisme afschuiven in binnenwaartse richting sterk beïnvloeden. In dit artikel worden de gevolgen van opdrukken voor het rekenen aan het mechanisme afschuiven langs een diep glijvlak binnenwaarts beschreven. Het mechanisme dat optreedt bij opdrukken en de twee verschijningsvormen van opdrukken, te weten opdrijven en opbarsten, worden beschreven in het artikel Afschuiven langs een diep glijvlak bij opdrukken achterland.

Inleiding

In die gevallen waar ter plaatse van het achterland een relatief slecht doorlatend pakket (deklaag) aanwezig is boven een watervoerende zandlaag dient te worden nagegaan of er een potentieel gevaar bestaat voor opdrukken van dit slecht doorlatende pakket. Dit als gevolg van hoge waterspanningen/ stijghoogten van het grondwater in deze zandlaag. Daartoe moet de grenspotentiaal worden berekend en vergeleken met de daadwerkelijk optredende waterspanning op het grensvlak van watervoerende laag en deklaag, zie het artikel Berekenen van de grenspotentiaal.

Opdrukken kan leiden tot een aanzienlijke reductie van de stijghoogten in het watervoerend zandpakket binnendijks, onder de deklaag. Ook de waterspanning in het watervoerend zandpakket onder de dijkkan hierdoor worden gereduceerd. Aan de andere kant leidt opdrukken ook tot een afname van de schuifweerstand in de opdrukzone. Het heeft daarom een groot effect op de dijkstabiliteit, het mechanisme afschuiven langs een diep glijvlak binnenwaarts.

In de stabiliteitsanalyse moet daarom rekening worden gehouden met opdrukken als de veiligheid tegen opdrukken kleiner is dan 1,20. En er dient onderscheid te worden gemaakt tussen de twee verschijningsvormen:

• Opdrijven.
• Opbarsten.

Rekenen met opdrijven

We beschouwen eerst een situatie met opdrijven. In een normale situatie, met lage waterstand, ontleent het dijklichaam een zekere steun aan het grondlagenpakket landwaarts van de binnenteen. Bij hoogwater kan dit grondlagenpakket gaan opdrijven. De schuifweerstand in de actieve zone zal dan, als residuele schuifsterkte, vrijwel geheel zijn gemobiliseerd. Door de hoge potentiaal in het zandpakket vermindert de korrelspanning op het scheidingsvlak tussen slappe lagen en zand, en na enige tijd ook in de onderste zone van de slappe lagen zelf. Hierdoor neemt de maximaal mobiliseerbare schuifweerstand in deze zone af. Bij plaatselijk opdrijven, als de grenspotentiaal optreedt, gaat de schuifweerstand op het scheidingsvlak geheel verloren.

Als de deklaag achter de dijk opdrijft, kunnen horizontale krachten vanuit de actieve zone niet meer worden afgedragen via schuifspanningen naar de zandondergrond. De opgedreven deklaag fungeert dan als een slappe ‘drukstaaf’ die de horizontale krachten afdraagt dieper het achterland in. Een vergelijkbaar mechanisme treedt al op als van volledig opdrijven nog geen sprake is, maar als op het grensvlak tussen de deklaag en het zand door potentiaalstijging al een aanzienlijke reductie optreedt van de schuifweerstand. Bij opdrijven wordt de sterkte van de deklaag zelf niet aangetast, afgezien van de onderste zone (de Indringingslaag). In het artikel LiftVan is uiteengezet hoe de stabiliteit in dat geval berekend kan worden met de methode LiftVan.

Rekenen met opbarsten

Als de deklaag een beperkte dikte heeft, wordt aangenomen dat zodra de grenspotentiaal wordt bereikt, zich in de opdrukzone door scheurvorming kanalen vormen waardoor kwel vanuit de zandlaag kan uittreden naar het maaiveld.

Als bij een beperkte dikte van de deklaag de grenspotentiaal wordt bereikt, wordt er gangbaar van uitgegaan dat de sterkte van de deklaag achter de dijk ernstig aangetast raakt. Een Spencer analyse of een analyse met het model LiftVan waarbij de sterkteparameters in de opbarstzone zijn gereduceerd tot nul is voor deze situatie de gangbare aanpak, en levert dan een veilige benadering. Aan de passieve zijde van de glijcirkel, zie Figuur, wordt uiteraard rekening gehouden met het tegenwerkende moment als gevolg van het eigen gewicht van de passieve zone: de zwaartekracht (F_z,passief Eigen gewicht (kracht) van de grond in de passieve zone [kN]) maal de arm ten opzichte van het rotatiecentrum (R_passief Arm van eigengewichtskracht in passieve zone ten opzichte het van rotatiecentrum [m]). Maar voor het deel van het glijvlak dat in de opbarstzone ligt, wordt gangbaar geen schuifsterkte τ Schuifsterkte [kN/m²] in rekening gebracht. Deze benadering levert conservatieve veiligheidsanalyse op.

Recent onderzoek naar het fenomeen opbarsten heeft aangetoond, dat de slecht doorlatende deklaag aan de binnenzijde van een dijk wel kan scheuren, maar niet over een grotere zone de volledige sterkte verliest als deze deklaag wordt opgedrukt door een hoge stijghoogte (grenspotentiaal). De voorlopige conclusie van dit onderzoek is daarom dat er geen aanleiding is om de schuifsterkte in de deklaag bij een hoogwater situatie over een grote zone tot nul te reduceren.

Een belangrijk punt is, dat in centrifugeproeven waarin het opdrukken van de deklaag is gesimuleerd, zich geen passief glijvlak ontwikkelde bij het bezwijken van het dijktalud. Daardoor is onzeker in welke mate de sterkte van de binnendijkse deklaag bijdraagt aan de stabiliteit van een dijktalud. Merk hierbij op dat ditzelfde mogelijk ook geldt voor situaties met opdrijven.

Aandachtspunten voor het schematiseren van de binnendijkse deklaag zijn:

• Het waterspanningsverloop in de deklaag moet realistisch worden geschematiseerd, zodat dit resulteert in een realistisch beeld van de effectieve spanning in de deklaag. Op basis hiervan kan in het glijvlakmodel een realistische schuifsterkte in rekening worden gebracht. Zie hiervoor het artikel ‘Indringingslengte’.
• Bij zandige klei kan de schuifsterkte wel tot nul reduceren bij hoogwater omstandigheden. Zie hiervoor het artikel ‘Transitional soils’.

Voor verdere en actuele informatie wordt verwezen naar het Handelingsperspectief tussenresultaten Piping en Macrostabiliteit van het Project Praktijkonderzoek Opbarsten bij Dijken (POD)

In rekening te brengen waterspanningen

In de stabiliteitsberekening moet in geval van opdrijven en opbarsten de waterspanningen in de ondergrond als een extra (interne) randvoorwaarde in de evenwichtsbeschouwing worden meegenomen. Daartoe moet een goede weergave van het stromingsbeeld in de modellering worden gevormd. De grenspotentiaal (ϕ_g Grenspotentiaal, de stijghoogte aan de bovenzijde van de zandlaag waarbij opdrukken optreedt  [m t.o.v. NAP]) is bij opdrijven en opbarsten de cruciale parameter. Het artikel Grenspotentiaal beschrijft hoe de grenspotentiaal en de opdrukveiligheid ( N_opdr Veiligheid tegen opdrukken [-]) te berekenen.

De artikelen Berekenen van de opdruklengte bij stationaire stroming en Berekenen van de opdruklengte bij niet-stationaire stroming behandelen analytische modellen voor het bepalen van de lengte waarover deze grenspotentiaal werkzaam is.