Constructieve functies van de ondergrond
De keuze van een grondconstructie voor een waterkering betekent dat de ondergrond deel gaat uitmaken van die waterkering. Dit houdt meer in dan dat de bestaande bodem de dijk moet dragen. De ondergrond moet in staat zijn om de plaatsvastheid en vormvastheid van de grondconstructie te garanderen en tegelijkertijd in staat zijn zelf het water te keren. Net als de aangelegde grondconstructie wordt de ondergrond belast door hoge waterstanden, stromingen en golven. Bijzondere aandacht verdienen ook de grondwaterstromingen en -spanningen. Door piping, heave en opbarsten kan de integriteit van binnenberm en/of binnentalud, dan wel van het achterland worden aangetast ( zie ook § 5.6).
Dijkbasis
De dijkbasis vormt het fundament van de waterkerende grondconstructie. Dit houdt in dat de verschillende grondlagen onderzocht moeten worden en beoordeeld moeten worden op hun sterkte- en vervormingseigenschappen als fundering van de dijk.
Als eerste gaat het om de zetting die door de aanleg van de dijk zal optreden en de mate waarin deze zettingen gelijkmatig verlopen zowel in lengte- als in dwarsrichting. De afdekkende (holocene) slappe lagen zijn hiervoor bepalend.
In de tweede plaats is de basis van grote invloed op de macrostabiliteit van de dijkkern, de taluds en de bermen. De eigenschappen van met name de slappe lagen zijn van grote invloed op de stabiliteit en de mogelijke horizontale vervormingen.
In het algemeen neemt de sterkte van slappe grondlagen toe door het aanbrengen van een bovenbelasting, zoals in dit geval door de aanleg van een dijk. Helaas duurt het enige tijd voordat de ondergrond zich heeft aangepast en die grotere sterkte heeft verkregen. Tijdens de uitvoeringsfase worden de slappe lagen al wel zwaar belast maar is de sterkte nog niet toegenomen. Integendeel, doordat het poriënwater in eerste instantie de belasting draagt, nemen de waterspanningen toe en daarmee het risico voor stabiliteitsverlies.
Grondverbetering door de aanleg van een cunet of het aanbrengen van verticale drainage kan een oplossing zijn om stabiliteitsverlies in de uitvoeringsfase te voorkomen. In het algemeen wordt hiermee ook een grotere stabiliteit van de definitieve constructie verkregen en bovendien worden de zettingen (bij een cunet) en de restzettingen (bij verticale drainage) verkleind.
In de derde plaats betekent het feit dat de ondergrond deel uitmaakt van de waterkering dat er bij waterstandsverhogingen een verhang over de dijkbasis ontstaat. Indien er sprake is van doorgaande watervoerende zandlagen dan kan de grondwaterstroming erosie en/of stabiliteitsverlies veroorzaken door zandmeevoerende wellen (piping) en of opdrijven of opbarsten van een afdekkende laag van het achterland. Terugschrijdende erosie en bezwijken van de afdekkende laag kunnen tot stabiliteitsverlies van de bovenliggende grondconstructie leiden.
Ook bij de sterkteberekeningen moet rekening worden gehouden met de effecten van hoge waterstanden op de waterspanningen en daarmee ook op de korrelspanningen en dus de sterkte van de ondergrond.
Bij het ontwerpen of verbeteren van een waterkerende grondconstructie dient men zich goed te realiseren dat de dijkbasis onderdeel van de waterkering is en dat discontinuïteiten in de vorm van plaatselijke sterk watervoerende geulen of extra slappe geulopvullingen een belemmering vormen voor een goede vervulling van bovengenoemde constructieve functies. Anders gezegd: het waterkerend vermogen kan ernstig worden bedreigd door faalmechanismen voortkomend uit ongelijkmatigheden in de ondergrond.
Vooroever of voorland
De functies van het voorland vertonen grote overeenkomsten met die van het buitentalud en de buitenberm. Het voorland heeft invloed op de golfoploop en de golfoverslag, waarmee bij het bepalen van de kruinhoogte rekening wordt gehouden.
Meestal zal men vanuit het gezichtspunt waterkeren niet zover gaan om door ophoging van het voorland de golfoploop te reduceren, maar wanneer er andere argumenten zijn om dat te overwegen dan kan dit bij de optimalisatie worden meegenomen ( zie hoofdstuk 6).
In de tweede plaats vervult het voorland een functie bij de buitenwaartse stabiliteit. Voor de beoordeling hiervan zijn de samenstelling van de ondergrond en de geometrie van het onderwatertalud van belang. Een steile vooroever met op korte afstand van de buitenteen een diepe geul of ontgrondingkuil vereist extra aandacht voor de schuifsterkte bij het grondonderzoek en later bij de stabiliteitsberekeningen.
Een bijzondere vorm van instabiliteit waarmee rekening gehouden moet worden is de zettingsvloeiing. Zettingsvloeiingen kunnen optreden in dikkere zandlagen met een bepaalde korrelsamenstelling en lossere pakking, afhankelijk van de breedte van het voorland en de geulhelling en -afstand. Wanneer dit aan de orde is dan is dit een aspect om bij de tracékeuze rekening mee te houden. Wanneer een zettingsvloeiing optreedt vloeit het zand onder een zeer flauw talud uit, zodat, indien een enigszins diepe geul aanwezig is, de waterkering volledig kan bezwijken.
Bij waterstandsverhogingen ontstaat over het voorland een verhang net als bij de dijkbasis vermeld is. Voor het weerstandsvermogen van de waterkering tegen piping is het intreepunt van belang. Bij piping door een dieper gelegen zandlaag zal dit in een stroomgeul kunnen liggen, voor ondiepe piping door een tussenzandlaag moeten het intreepunt en de hydraulische weerstand van de afdekkende slecht doorlatende laag worden bepaald.
Achterland
Voor de analyse van de constructieve bijdrage van het achterland is inzicht in de laagopbouw essentieel, naast inzicht in de grondparameters. Vaak zal het achterland bestaan uit slecht doorlatende klei- en veenlagen op goed doorlatende (pleistocene) zandlagen. Hoge buitenwaterstanden oefenen via het grondwater druk uit op het scheidingsvlak van deze lagen waardoor de constructie wezenlijk beïnvloed kan worden. Wanneer zich in het klei/veenpakket doorgaande zandlagen of substantiële zandlenzen voor- doen is de problematiek hetzelfde.
Op de stabiliteit van de binnenzijde van de kering is de sterkte en stabiliteit van de deklagen van grote invloed doordat de grondwaterspanning zo hoog kan oplopen dat opdrukken of opbarsten op het scheidingsvlak plaatsvindt. Hierdoor verliest de binnenzijde belangrijk aan stabiliteit. Op de wijze van berekening van deze stabiliteit wordt in § 5.3.3 ingegaan. Wanneer de deklaag wel stabiel is dan bestaat nog kans op piping. Voor het bepalen van de betrouwbaarheid van de kering op dit punt moet primair de grondsamenstelling van de deklaag en de watervoerende laag bekend zijn. Daarnaast spelen de dikte en de hoogteligging van de deklaag een rol en de locatie van het uittreepunt van de piping. Dit kan ook bepaald worden door nieuwe of aanwezige sloten, watergangen of wielen, afhankelijk van de plaats en de diepte daarvan.
