Erosie - Leidingen in waterkeringen

Invloeden van leidingen

De leidingen kunnen over relatief lange trajecten in dijken aanwezig zijn. Vanwege deformaties van het dijklichaam en de ondergrond zijn deze leidingen in het algemeen onderhoudsgevoelig en hebben ze invloed op de veiligheid van de waterkering. De volgende aspecten zijn bij de invloed van leidingen van belang:

• belastingen;
• geometrie;
• grondgedrag;
• waterspanningsverloop;
• erosie.

Leidingen hebben invloed op al deze factoren. Echter de invloed op het waterspanningsverloop is de belangrijkste.

Belastingen

Bij het ontwerp, de uitvoering of het beheer c.q. onderhoud van de leiding kunnen menselijke fouten een rol spelen die de invloed van de leiding op de veiligheid van de waterkering negatief beïnvloeden. Deze fouten kunnen betrekking hebben op de kwaliteit van de leiding, zoals bijvoorbeeld onvoldoende sterkte of corrosiebescherming, alsmede op de belasting op de leiding, waarbij te denken valt aan te hoge verkeersbelastingen, een agressief milieu of mechanische beschadigingen. Neveneffecten van een explosie zijn spanningen ten gevolge van hoge temperaturen en extra waterspanningen door bluswater.

Geometrie

Gedurende de graafwerkzaamheden wordt de geometrie gewijzigd. De breedte van de sleufbodem zal circa 0,4 meter bedragen en de sleufdiepte is circa 1,o meter. De taludhelling van de sleuf zal in klei te lood zijn, maar in zand mag de helling niet steiler zijn dan 3:1 (verticaal:horizontaal). De sleuf is meestal maar een korte tijd open. Gedurende die tijd kan in de teen of het achterland het verticaal evenwicht van de grond worden verstoord, waardoor opbarsting van de sleufbodem (bij een te hoge potentiaal in de zandvoerende laag) zou kunnen optreden. Na opbarsten kan welvorming of piping problemen geven.

Bij breuk of lekkage van een waterleiding kan een gat van een aanzienlijke grootte ontstaan. Bij lekkage van de beschouwde gasleidingen zal geen of een veel kleiner gat ontstaan; bij explosie treedt er geen kratervorming op (zie paragraaf 4.3).

Bij leidingen in het voor- en achterland kan indien de leiding slecht doorlatende lagen doorsnijdt piping een grotere rol gaan spelen. Als de doorlatendheid van het voorland groter wordt dan zal de respons van de waterspanning in het watervoe­rende zand groter zijn. Als rekenmethodiek zou hierbij uitge­gaan kunnen worden van een veranderde kwelweglengte.

Grondgedrag

De vele graafwerkzaamheden ten behoeve van kabels en leidingen brengen telkens grondroeringen met zich mee. Hierdoor kunnen de wrijvingseigenschappen afnemen van grondlagen die een rol spelen bij het ontstaan van mogelijke glijcirkels.

De pakkingsdichtheid van de geroerde grond zal in het algemeen zijn afgenomen. Bij aanvulling van de sleuf dient het materi­aal dan ook goed verdicht te worden. Ondanks een goede ver­dichting kan nog zetting optreden door naverdichting. Daar­naast kan de waterdoorlatendheid van deze grond toenemen, waardoor kwel eerder kan optreden.

Het uitgegraven materiaal moet in de juiste volgorde worden teruggebracht om de oorspronkelijke grondsamenstelling zoveel mogelijk te herstellen [32]. De laag teelaarde en de onderlig­gende lagen mogen door het graven niet vermengd worden of in omgekeerde volgorde worden teruggestort. Hierdoor zal de laagopbouw ten gevolge van graafwerkzaamheden niet veranderen. Verwacht mag worden dat na weder aanvullen meer dan de helft van de oorspronkelijke schuifsterkte over zal blijven. In hoofdstuk 7 is als voorbeeld een stabiliteitsberekening ge­maakt met een gehalveerde schuifsterkte in de sleuf. Het effect hiervan op de evenwichtsfactor voor de stabiliteit is zeer gering.

Waterspanningsverloop

Lekkende waterleidingen en rioleringen kunnen de freatische lijn in en nabij de dijk sterk beïnvloeden, terwijl dit veelal moeilijk is te detecteren. Hierbij moet onderscheid worden gemaakt in veranderingen bij normale omstandigheden, bij neerslag en bij maatgevend hoogwater alsmede in de locatie van de leiding (zie paragraaf 4.2.4).

Onder normale omstandigheden zullen de waterspanningen hoger worden door langdurig lekkende leidingen. Bij een lekkende waterleiding is een toename van de freatische lijn met circa 2 meter zeker niet ondenkbaar. In een kleidijk zal deze toename lokaal zijn alvorens aan de buitenzijde van de dijk natte plekken e.d. zullen ontstaan; bij een dijk met een zandkern kan in langsrichting van de dijk een groot gebied vol lopen zonder dat dit aan de buitenzijde zichtbaar hoeft te zijn. Lekkende rioleringen, die beneden de freatische lijn liggen, zullen onder normale omstandigheden drainerend werken.

Bij zeer grote neerslag zal een extra verhoging van de freati­sche 1ijn in de orde van 0,5 m kunnen optreden. Indien een riolering ten behoeve van een weg aanwezig is kan water uit een lekkend riool treden.

Bij maatgevend hoogwater zal de freatische lijn met name aan de buitendijkse zijde hoger worden. Door kiervorming bij kruiende leidingen kan dit effect groter zijn. Volgens de leidraad [5] hoeft de dijk niet te worden gedimensioneerd op de situatie van gelijktijdig maatgevend hoogwater en extreme neerslag. De kans op het gelijktijdig optreden van deze twee gebeurtenissen is erg klein. Indien bij maatgevend hoogwater opdrijven kan optreden kan een leiding in de teen van het binnentalud ten gevolge van deformaties breken. In zo'n geval zal de freatische lijn in de teen van de dijk kunnen toenemen tot aan het maaiveld, waardoor de korrelspanning afneemt. De deformaties ten gevolge van het opdrijfmechanisme worden hier­ door vergroot.

De hoogte van de freatische lijn is van groot belang, omdat dit effect heeft op de korrelspanning en daarmee op de aanwe­zige schuifsterkte. Met name de macro-stabiliteit wordt beoor­deeld met behulp van een model (een glijvlakmodel) waarin de schuifsterkte een parameter is. Tenslotte heeft het waterspan­ningsverloop invloed op het al dan niet optreden van verwe­king, erosie en piping.

Voor maatgevende omstandigheden zal van de ongunstige situatie uitgegaan moeten worden dat de freatische lijn een extra verhoging ten gevolge van een lekkende leiding kan ondergaan. In een kleidijk zal deze toename lokaal zijn alvorens aan de buitenzijde van de dijk natte plekken e.d. zullen ontstaan; bij een dijk met een zandkern kan in langsrichting van de dijk een groot gebied vol lopen zonder dat dit aan de buitenzijde zichtbaar hoeft te zijn. De mate van verandering van de frea­tische lijn door lekkage is afhankelijk van de ligging van ondoorlatende lagen in de dijk, de waterdoorlatendheid van het dijkmateriaal en de ligging van de leiding. De mate van toena­me van de freatische lijn is moeilijk te kwantificeren; een toename in de orde van 2 meter is niet ondenkbaar.

Uit resultaten van de oriënterende berekeningen (zie hoofdstuk 7) blijkt dat een verandering van de waterspanningen een grote invloed op de evenwichtsfactor heeft. Ook in de literatuur [33] worden situaties van stabiliteitsverlies ten gevolge van lekkende waterleidingen vermeld. Een forse verhoging van de freatische lijn zal met name optreden bij een waterleiding in de dijk zelf. Een verhoging van de freatische lijn heeft alleen invloed op de stabiliteit (berekend volgens een glij­vlakmethode) als deze verhoging ook binnen de glijcirkel optreedt.

Breuk in de waterleiding kan naast een verhoogde freatische lijn ook een erosiegat geven. Het effect van een gat en een verhoogde freatische lijn op de macro-stabiliteit zal groot zijn, omdat beide effecten negatief werken. Zo'n gat zal over het algemeen veel eerder ontdekt worden dan een lekkende waterleiding.

Erosie

In het algemeen geldt dat door de aanleg van kabels en leidin­gen het waterkerend vermogen van de dijk niet mag worden verminderd. Dit geldt ook voor aspecten als erosie. Vooral bij kruisende leidingen kunnen doorgaand over het gehele profiel ongewenste kwelwegen ontstaan. Daarom dient tijdens de uitvoe­ring van de graaf- en aanvulwerkzaamheden ervoor te worden gewaakt dat de grond goed wordt verdicht, goed aanvulmateriaal wordt gebruikt en de laagopbouw niet wordt verstoord.

Het boren van leidingen dient te voldoen aan het gestelde in de normbladen [34], [35] en [36]. Vooral bestuurbare horizon­tale boormethoden worden bij dijken toegepast. Bij geboorde leidingen kan een te groot boorgat hetzelfde effect als kieren hebben.

Mantelbuizen moeten waterdicht op de kabels aangesloten zijn en zelf ook waterdicht zijn. Ze mogen niet eindigen binnen de zone waar verkeersbelastingen meetbaar zijn. Mantelbuizen mogen geen doorgaande kwelweg veroorzaken.

In een aantal situaties zijn ten behoeve van de leiding constructieve maatregelen vereist, te weten:

Kwelscherm t.b.v. gas- en waterleiding

Bij kruisende leidingen is geen kwelscherm benodigd als de onderkant van de leiding gedurende de planperiode over tenmin­ste 3 meter lengte boven ontwerppeil ligt. De zettingen die optreden gedurende de planperiode moeten hierbij in ogenschouw worden genomen.

Indien de leiding hieraan niet voldoet is een kwelscherm nodig. Deze moet tenminste 0,5 m buiten de leiding steken, waterdicht met de leiding zijn verbonden en zijn gevat in een kleikist van tenminste 1 m in de lengterichting van de lei­ding.

Damwand t.b.v. gasleiding

Voor een kruisende lagedruk gasleiding met een diameter klei­ner of gelijk aan 0,3 m is geen damwandscherm benodigd. Dit geldt zowel voor de hoofdwaterkering, de tweede waterkering alsmede de boezemwaterkeringen [33].

Damwand t.b.v. waterleiding

Een kruisende lagedruk waterleiding in de tweede waterkering vereist geen damwand. In de hoofdwaterkering is geen damwand vereist indien voor de kruisende waterleiding geldt dat H³ . D_i⁵ < 1. In een boezemwaterkering is altijd een damwand vereist voor de kruisende waterleiding, tenzij aan een zijde land aanwezig is dat 0.5 m boven het boezempeil ligt en dat vol­doende breed is [33].

Voor de afmetingen van het damwandscherm geldt dat als H³ . D_i⁵ < 40 het scherm een breedte moet hebben van tenminste 4 meter en bovendien moet voldoen aan:

met:

B = totale breedte damwandscherm (m)

H = maximale bedrijfsdruk (meters waterkolom)

D_i = inwendige diameter (m).

Indien H³ . D_i⁵ ≥ 40 wordt voor wat betreft de afmetingen van de damwand verwezen naar de normbladen NEN 3650 [34], NEN 3651 [35] en NEN 3652 [36].

Bij PTT, CAI en elektriciteitskabels zal naar verwachting geen kiervorming optreden, zodat geen constructieve maatregelen vereist zijn.

Opgemerkt wordt, dat indien de leiding goed is ingegraven en de grasmat is hersteld de erosiebestendigheid van de dijk weinig veranderd zal zijn (zie ook paragraaf 4.2.5).