Na een afschuiving van het binnentalud van een dijk kunnen vervolgmechanismen optreden. De belangrijkste vervolgmechanismen zijn:

• Tweede afschuiving.
• Uitspoelen en erosie door uittredend water (bij een zandkern).
• Erosie door overslag of overloop.

Welke van deze vervolgmechanismen uiteindelijk tot falen van de waterkering kunnen leiden, is sterk afhankelijk van het intredepunt van het schuifvlak. Verder bepalen eventueel getroffen noodmaatregelen mede de kans op falen ten gevolge van genoemde vervolgmechanismen.

Inleiding

De mogelijke vervolgmechanismen, die kunnen optreden nadat een afschuiving is ontstaan, werden tot voor kort niet beoordeeld bij het ontwerp of de wettelijke beoordeling van het faalmechanisme macrostabiliteit binnenwaarts. In de groene versie van de methodiek waarmee het maatgevend glijvlak voor de eerste afschuiving kan worden bepaald, spelen deze vervolgmechanismen echter wel een rol. De mogelijke vervolgmechanismen bepalen daarmee deels het overstromingsrisico.

Overigens zijn er weinig praktijkgevallen bekend waarvoor opgetreden vervolgmechanismen zijn beschreven. Als wordt afgezien van tekortschieten van de vastlegging van schadegevallen, kan dit betekenen dat:

• De dijk direct na een afschuiving faalt. Aangezien er wel afschuivingen zijn waargenomen die niet tot falen van de waterkering hebben geleid, valt dit alternatief af.
• De dijk bijna nooit doorbreekt door een binnenwaartse afschuiving als het intredepunt in het binnentalud of de kruin ligt. Er ontstaat na een eerste afschuiving bijna altijd een nieuwe evenwichtssituatie zonder dat de dijk faalt.
• De hoogwatergolf duurt niet lang genoeg om vervolgmechanismen te initiëren.
• Na het optreden van een scheur of eerste afschuiving worden altijd voldoende maatregelen getroffen zodat vervolgmechanismen niet meer optreden. Dit betekent dat in gevallen waarbij scheuren en eerste afschuivingen niet worden opgemerkt dijkdoorbraken ten gevolge van macrostabiliteit kunnen optreden.

Tweede afschuiving

Bij gelijkblijvende waterspanningen in de dijk is het niet waarschijnlijk dat een ‘grote’ vervolgafschuiving optreedt. Er is immers door de eerste afschuiving een nieuw evenwicht bij de aanwezige spanningen opgetreden. Kleine afschuivingen van het steile talud boven in de kruin van de dijk kunnen wel optreden. Het materiaal schuift af, waarschijnlijk onder een natuurlijk talud.

Als de waterspanningen in de dijk verder toenemen, neemt de kans op een vervolgafschuiving toe. Of een tweede afschuiving de kruinhoogte aantast, is afhankelijk van de plaats van het intredepunt van de vervolgafschuiving. Indien de kruinhoogte door vervolgafschuiving(en) zodanig is verlaagd dat water over de dijk stroomt, veroorzaakt overslaand water verdere schade aan de dijk. Het artikel Controle van de binnenwaartse stabiliteit na een binnenwaartse afschuiving gaat hier dieper op in.

Uitspoelen en erosie door uittredend water

Indien de dijk een zanddijk betreft en het freatisch vlak zodanig hoog ligt dat water na de afschuiving uit de dijk kan treden, kan uitspoelen en erosie verdere schade aan de dijk veroorzaken. Na de voorafgaande afschuiving is een deel van het talud afgeschoven, waardoor de zandkorrels uit de kern van de dijk gemakkelijk kunnen uitspoelen. Indien dit optreedt, kan de mogelijkheid van een kruinverlaging worden bepaald door het beschadigde dijkprofiel te vergelijken met het theoretisch benodigde profiel.

Een dergelijke hoogte van het freatisch vlak (minder dan 2 m onder de kruin) treedt alleen op bij een langdurige hoge buitenwaterstand. Waarschijnlijk veroorzaakt overslag bij zo een hoge waterstand eerder schade aan de dijk dan uitspoelen en erosie. Beide mechanismen kunnen elkaar natuurlijk wel versterken.

Indien de kruinhoogte van een kleidijk na het optreden van een afschuiving niet is aangetast, er geen tweede afschuiving plaatsvindt en er geen overslag optreedt, zal het faaltraject waarschijnlijk stoppen. Uitspoelen en erosie door uittredend water speelt bij een kleidijk immers een te verwaarlozen rol.

Het artikel Controle van de binnenwaartse stabiliteit na een binnenwaartse afschuiving gaat dieper in op de controle of uitspoelen en erosie door uittredend water na een eerste afschuiving kan leiden tot falen van de kering.

Overslag of overloop

Na een afschuiving is de bekleding gedeeltelijk van de dijk afgeschoven. Indien overslag of overloop optreedt, heeft het overslaande water vrij spel met het kernmateriaal. Indien het kernmateriaal uit zand bestaat, is weinig water nodig om de dijk verder aan te tasten. Erosie van een kleikern zal, alhoewel minder, ook snel optreden.

Het artikel Controle van erosie kruin en binnentalud na een binnenwaartse afschuiving gaat dieper in op de controle of overslag of overloop na een eerste afschuiving kan leiden tot falen van de kering.

Mogelijk verloop van het faaltraject na een afschuiving

De locatie van het intredepunt van een afschuiving is van groot belang voor het verdere verloop van het faaltraject van de dijk, nadat een afschuiving is opgetreden. Daarbij wordt onderscheid gemaakt in een intredepunt in het buitentalud, in de kruin of in het binnentalud.

Schuifvlak door buitentalud

Een binnenwaartse afschuiving waarbij het schuifvlak het buitentalud van de dijk snijdt, resulteert in een verlaging van de kruin, zie Figuur 1. Als de buitendijkse waterstand hoger is dan het aangetaste restprofiel, dan treedt inundatie van het achterland op. De functie van de dijk, het keren van water, is aangetast. Het gat zal snel groter worden als gevolg van erosie door het stromende water.

Er treedt geen directe inundatie van het achterliggende land op als het dijkprofiel voldoende hoog blijft om het buitenwater te keren. Wel kan het aangetaste dijkprofiel dusdanig klein zijn dat het in zijn geheel wordt weggedrukt door de waterdruk aan de buitenzijde van het dijklichaam. Het stromende water zal het gat verder eroderen. Als het aangetaste dijklichaam voldoende groot is om niet weggedrukt te worden, kunnen als vervolgmechanismen oppervlakte erosie door overslag, ondiepe glijvlakken of een tweede afschuiving optreden. Bij overslag slaat water over de kruin van de dijk en erodeert zo het binnentalud van de dijk. Aangenomen moet worden dat door de eerste afschuiving de erosiebestendigheid van het binnentalud lokaal sterk verminderd. Hierdoor zal het erosieproces relatief snel kunnen plaatsvinden.

Dit geldt vooral voor een dijk met een zandkern; door een gebrek aan taludbekleding worden de cohesieloze zandkorrels gemakkelijk weggespoeld. Bij uitspoelen leidt kwel uit het binnentalud tot het verdwijnen van kernmateriaal. Ook hier geldt dat een dijk met een zandkern kwetsbaarder is dan een kleidijk. Het optreden van bovengenoemde vervolgmechanismen is in de praktijk niet waargenomen. De beschreven mechanismen in deze alinea zijn daarom theoretische aannamen.

Schuifvlak door kruin

Als het intredepunt van het schuifvlak in de kruin van de dijk ligt, dan blijft een deel van de kruin intact: de dijkhoogte wordt niet aangetast. Er is sprake van bezwijken van het dijklichaam zonder dat de waterkering faalt. Door eventuele vervolgmechanismen kan de dijk wel doorbreken, zie Figuur 2. Als vervolgmechanismen kunnen erosie door overslag, uitspoelen en tweede, kleinere afschuivingen optreden. Bij overslag erodeert het gehavende binnentalud van de dijk verder door water dat over de kruin van de dijk slaat. Water dat door de dijk sijpelt en op het binnentalud aan het oppervlak komt kan ook erosie van het binnentalud opleveren. Hierbij kan grond uit het dijklichaam worden weggespoeld. En als laatste kunnen tweede, kleinere afschuivingen plaatsvinden. Het aangetaste dijkprofiel dat ontstaat na het optreden van de eerste afschuiving is niet zonder meer stabiel te noemen. Bij het intredepunt is een steil talud ontstaan dat langs een recht of een gebogen schuifvlak voor een tweede keer kan afschuiven. Als bij de tweede afschuiving de kruin dusdanig wordt verlaagd dat de buitenwaterstand hoger ligt, dan zal het achterland onderlopen. Het stromende water zal het dijklichaam verder eroderen, er treedt bresgroei op. Als het aangetaste dijkprofiel hoger is dan de buitenwaterstand dan kunnen de vervolgmechanismen oppervlakte erosie door overslag en uitspoelen en erosie door uittredend water optreden.

Schuifvlak door binnentalud

Als het intredepunt van het schuifvlak in het binnentalud van de dijk ligt, dan blijft een groot gedeelte van het dijklichaam intact, zodanig dat de dijkhoogte niet wordt aangetast. De dijk faalt nog niet. Wel kunnen de vervolgmechanismen zodanig zijn dat alsnog falen optreedt.

De vervolgmechanismen die kunnen optreden zijn: uitspoelen en erosie door uittredend grondwater, oppervlakte-erosie van het binnentalud door overslag en tweede afschuivingen, zie Figuur 3. Het aangetaste dijklichaam wordt langzaam verder aangetast totdat de dijk doorbreekt en bresgroei optreedt. De situatie wordt, na het optreden van een eerste afschuiving, niet ongunstiger voor het mechanisme piping zolang het schuifvlak zodanig ondiep is dat het scheidingsvlak tussen cohesieve deklaag en zand niet wordt verstoord. Een schuifvlak dat dit scheidingsvlak wel raakt of doorsnijdt, kan mogelijk aanleiding zijn voor opbarsten en daardoor het mechanisme piping op gang helpen.

Over het intredepunt van het primaire schuifvlak

De plaats van het intredepunt hangt af van de geometrie van de dijk, van de waterspanningsopbouw en de dikte van het slappe lagen pakket. De ervaring leert het volgende. Bij een dun slappe lagen pakket zal het schuifvlak niet zo diep gaan en is de kans groot dat deze daardoor in de kruin of het binnentalud begint. Bij een intredepunt in het buitentalud zijn namelijk de schuifspanningen langs het schuifvlak en het tegenwerkende moment in verhouding groter geworden ten opzichte van het aandrijvende moment. Bij een dik slappe lagen pakket spelen de waterspanningen aan de onderzijde van het slappe lagenpakket een belangrijke rol. Als ten gevolge van de hoogwatergolf de waterspanningen alleen in de dijk worden verhoogd, nemen de maximaal opneembare schuifspanningen alleen in de bovenzijde af. Het schuifvlak zal relatief ondiep liggen en waarschijnlijk in het binnentalud of de kruin insnijden. Als de waterspanningen ook aan de onderzijde van het slappe lagen pakket oplopen, doordat de stijghoogte in de daaronder gelegen zandlaag stijgt met de hoogwatergolf, daalt de schuifsterkte onderin het slappe lagen pakket. Het intredepunt van het schuifvlak zal zich verplaatsen naar de buitenzijde van de dijk.

In Nederland volgt uit de adviespraktijk en opgetreden schadegevallen dat de kans op een binnenwaartse afschuiving met een intredepunt in de kruin of in het binnentalud van de dijk groter is dan de kans op een afschuiving met een intredepunt in het buitentalud. Voordat een afschuiving optreedt met een intredepunt in het buitentalud zal het talud dus waarschijnlijk al zijn afgeschoven met een intredepunt in de kruin of in het binnentalud. Uit de praktijksituaties blijkt dat er, met name bij rivierdijken, vaak nog voldoende tijd zal zijn om maatregelen te treffen nadat een eerste afschuiving heeft plaatsgevonden. Bij zee- en meerdijken (waar stormomstandigheden optreden; wellicht ook dijken langs de estuaria en in het benedenrivierengebied) zal dit veel minder, of niet, het geval zijn.