De indringingslaag is het deel van de slecht doorlatende deklaag waarin de waterspanning verandert onder invloed van de waterspanning in de eronder liggende watervoerende zandlaag. De indringingslaag wordt ook wel aangeduid als grenslaag.

De indringingslengte L_i Indringlengte, oftewel de dikte van de indringingslaag [m] [m] is de verticaal gemeten afstand tussen het scheidingsvlak van watervoerende zandlaag en deklaag enerzijds en anderzijds het niveau waarop het hoogwater geen significante invloed meer heeft op de waterspanning: de dikte van de indringingslaag.

Inleiding

De mate van indringing van een hogere stijghoogte vanuit een watervoerende zandlaag in de onderzijde van een relatief slecht doorlatende afdekkende klei- of veenlaag achter de dijk is van belang voor het mechanisme afschuiven langs een glijvlak binnenwaarts van een waterkering. Door hogere waterspanningen nemen de korrelspanningen af, er treedt zwel op. En dus nemen ook de maximaal opneembare schuifkrachten in de indringingslaag af. De kans op instabiliteit neemt daarmee toe.

Bij hoogwater is er ook in de buitendijkse zone sprake van een indringingslaag. Ook daar betreft het de laag boven het grensvlak watervoerende zandlaag - deklaag. In de indringingslaag buitendijks treedt er in het algemeen echter samendrukking op in plaats van zwel, omdat buitendijks de waterspanningen in de watervoerende zandlaag lager zijn dan initieel in de deklaag onder invloed van de hoge buitenwaterstand.

Een enigszins vergelijkbaar fenomeen treedt op bij infiltratie in het dijklichaam onder invloed van hoog buitenwater: de horizontale indringing I Horizontale indringlengte [m] in het dijklichaam vanaf het buitentalud geeft aan tot hoever de invloed op de freatische lijn in de dijk reikt. Het artikel Eerste schatting van het freatisch vlak gaat onder Geval 1A en 1B dieper in op deze horizontale indringing.

In Figuur 1 zijn schematisch de verschillende indringingslengten aangegeven.

Voor de stabiliteitsberekeningen wordt in de indringingslaag een lineair verloop van de waterspanning aangenomen. En boven de indringingslaag hebben de waterspanningen in de onderliggende aquifer geen invloed. De indringingslengte hangt samen met de doorlatendheid (de af- of instroomcapaciteit) en de freatische of elastische berging. De indringingslengte is derhalve tijdsafhankelijk. Naarmate de hoogwaterbelasting langer duurt, neemt de indringingslengte proportioneel toe met de wortel van de tijd:

L_i Indringlengte, oftewel de dikte van de indringingslaag [m] :: √t Tijd [s]

Als de belastingduur zo lang is dat L_i Indringlengte, oftewel de dikte van de indringingslaag [m] groter wordt dan de dikte van het samendrukbare pakket, dan is er feitelijk sprake van een stationaire grondwaterstroming. Aangezien dit bijvoorbeeld voor benedenrivierdijken zeker niet het geval is, wordt de indringingslengte in de stabiliteitsanalyse gebruikt om de tijdafhankelijke grondwaterstroming quasi-stationair te modelleren. Daarbij dient rekening te worden gehouden met het lokale proces: buitendijks samendrukking (A) en binnendijks zwel (B).

De grootte van de indringingslengte hangt af van de geohydrologische parameters en het verloop van de waterstand.

Wijze van bepalen van de indringingslengte

Er zijn verschillende manieren om waarden voor de indringingslengte te verkrijgen:

1. Gebruik maken van defaultwaarden.
2. Uitvoeren van waterspanningsmetingen in de slecht doorlatende deklaag.
3. Berekenen.

Ad 1) Gebruikmaken van defaultwaarden.

Voor verschillende SOS-eenheden kunnen de getallen gegeven in onderstaande tabel als richtwaarden voor de indringingslengte worden gebruikt.

Merk op dat de indringingslengte afhankelijk is van de tijdsduur van de hoogwaterbelasting. De waterstandsverlooplijnen bepalen de tijdsduur van het hoogwater.

Let op, wanneer de indringingslengte meer is dan de helft van de dikte van de slecht doorlatende deklaag leidt het uitgaan van die indringingslengte tot een onveilige schematisatie van de waterspanningen. In dat geval wordt lineair geïnterpoleerd tussen het freatisch vlak en de stijghoogte in de watervoerende zandlaag.

Ad 2) Uitvoeren van waterspanningsmetingen (op verschillende diepten) in de slecht doorlatende deklaag. Door een analyse van de meetgegevens kan worden vastgesteld in welke mate een verandering van de waterspanning plaats vindt ter plaatse van de waterspanningsmeters gedurende een hoge buitenwaterstand. Deze metingen dienen dus plaats te vinden op momenten van normale en van (sterk) verhoogde buitenwaterstanden.

Ad 3) Berekenen. De volgende paragraaf behandelt wijze van berekenen van de dikte van de indringingslaag.

Berekening indringingslengte

Door de indringingslengte en de tijdsafhankelijke lekfactoren (zie de paragraaf 'Tijdsafhankelijke lekfactor voor niet-stationaire stroming' in het artikel Lekfactor of leklengte) te berekenen op een tijdstip dat overeenkomt met de extreme belastingduur, is het mogelijk om de tijdsafhankelijke processen (consolidatie, freatische berging) te verrekenen met een semi-stationaire grondwaterstromingsberekening.

De aanpassing van de waterspanningen u Waterspanning [kN/m²] in een slecht doorlatende deklaag aan een wijziging van de randvoorwaarden, zoals de waterspanning in een onderliggende, watervoerende zandlaag, kan geruime tijd duren. De ééndimensionale consolidatie beschrijft het aanpassingsproces.

Een voorbeeld van de aanpassing van waterspanningen in een kleilaag, bij een gegeven drukgolf in de zandondergrond, is gegeven in Figuur 2. De grafiek links in de figuur geeft het verloop van de drukgolf in de zandondergrond (watervoerende zandlaag) weer als percentage van de piekwaarde (welke wordt bereikt op dag 9). De grafiek rechts in de figuur geeft de aanpassing van de waterspanningen in de aangrenzende kleilaag weer. Hierin is te zien dat de waterspanningen op het grensvlak tussen de zandondergrond en de kleilaag het verloop van de drukgolf direct volgen, en dat er hoger in de kleilaag sprake is van een steeds grotere demping en vertraging.

In de literatuur [Barends, 1978] is op basis van een analytische oplossing een eenvoudige benaderingsmethode gegeven voor de aanpassing van de waterspanning u Waterspanning [kN/m²] in een kleilaag aan een plotselinge wijziging van de waterspanning in een onderliggende zandlaag (figuur 3): de indringingslaag of kunstmatige leklaag.

Het waterspanningsverloop in de deklaag op een zeker tijdstip wordt benaderd door een bi-lineaire schematisatie: de deklaag bestaat in die schematisatie uit twee lagen met verschillende doorlatendheden. De dikte van de onderste laag, waarin de waterspanning onder invloed staat van de waterspanning in de ondergelegen zandlaag, is de indringingslengte L_i Indringlengte, oftewel de dikte van de indringingslaag [m]. Deze volgt uit:

Waarin:

c_v Consolidatiecoëfficiënt [m²/s].

t Tijd [s].

t₀ Begintijdstip, waarop de plotselinge wijziging van de waterspanning onder de laag is opgetreden [s].

Let op, in deze formule is de waarde voor de consolidatiecoëfficiënt afhankelijk van de zone waarvoor de indringingslaag wordt bekeken. Bij een belasting door hoogwater is dat voor buitendijks de consolidatiecoëfficiënt bij samendrukking, voor binnendijks gaat het om de consolidatiecoëfficiënt bij zwel, zie Figuur 1. Voor het berekenen van de dikte van de indringingslaag is overigens niet de normale consolidatiecoëfficiënt voor niet-voorbelaste grond van toepassing, maar die voor herbelasting.