Geotechnische aspecten - Bekledingen

Geotechnische aspecten

Bij de keuze voor het aantal lagen spelen de volgende geotechnische aspecten een rol:

• De doorlatendheid van de toplaag, bepalend voor de wijze van overdracht van de hydraulische belasting op de bekleding zelf en op het onderliggende grondlichaam;
• De minimaal benodigde bekledingsdikte met het oog op de geotechnische stabiliteit;
• De dikte en samenstelling van het filter;
• De stabiliteit grensvlak tussen filter en daaronder gelegen materiaal;
• Wanneer is een kleilaag nodig, en hoe dik moet die zijn.

De doorlatendheid van de toplaag

Het samenspel van grond, water en bekleding onder invloed van de hydraulische belasting is in figuur 7.3.1 in drie kenmerkende componenten in beeld gebracht (Ref. The interaction between soil, water and bed or slope protection):

1. De vertaling van de externe belasting (waterstand, golf en stroming) in belasting(druk)componenten P_ex aan de bovenkant van de bekleding.
   De externe belasting ondervindt hierbij invloed van de diepte van het voorland (beperking van de golfhoogte), helling van het talud (type breker) en de ruwheid van het talud (golfoploop en -overslag).
2. De ontwikkeling van de belasting(druk)componenten P_int in en onder de bekleding.
   Deze is afhankelijk van het type bekleding (zie figuur 7.3.2). Er zijn hierin grofweg drie basistypen bekleding te onderscheiden:
   zeer open:
   Een toplaag van losgestorte materialen of gabions, geplaatst op een filter- (wiepen)doek of een granulair filter en daaronder klei voor de waterdichtheid.
   zeer dicht:
   Een waterdichte toplaag zonder filter. Hieronder vallen de asfalt- en betonbekledingen en klei met grasmat.
   enigszins open:
   Een doorlatende toplaag, bestaande uit gezette elementen, op een filter op een afsluitende kleilaag. Het krachtenspel op de toplaag wordt bepaald door de verhouding van de diktes en doorlatendheden van de toplaag en het filter (Ref. Handboek voor dimensionering gezette taludbekledingen en Dikes and revetments).
3. De reactie van de elementen uit de toplaag op de belastingcomponenten.
   Elk type bekleding reageert op zijn eigen karakteristieke wijze op de hydraulische belasting.
   De weerstand van de losgestorte materialen wordt bepaald door hun eigen gewicht, de vorm van de afzonderlijke stenen en de verdeling in grootte. Ook de taludhelling is van belang.
   De weerstand van een asfaltbekleding wordt geleverd door erosievastheid, eigen gewicht, buigstijfheid en mogelijk zuigende werking van een laag permeabele onderlaag. Een grasmat ontleent zijn erosievastheid voornamelijk aan de kwaliteit van het wortelstelsel.
   Gezette bekledingen moeten het hebben van hun eigen gewicht en de onderlinge klemming of wrijvingskracht.

De ligging van de freatische lijn in het dijklichaam (van belang voor de microstabiliteit en de macrostabiliteit) wordt bepaald door de doorlatendheid van de totale bekleding, waarbij ook inzijging in kruin en binnentalud door golfoverslag en neerslag een rol speelt.

Figuur 7.3.1 Componenten overdracht hydraulische belasting

Figuur 7.3.2 Basistypen bekleding

De dikte en samenstelling van het filter

Bij steenzettingen wordt een granulair filter veelal toegepast om maatafwijkingingen tijdens de uitvoering op te vangen, maar het kan ook materiaalverlies uit de kern bij een doorlatende ondergrond voorkomen. Dit laatste stelt eisen aan de gradering van het filter en nagenoeg niet aan de dikte. Als het filter een rol moet vervullen bij de belastingreductie op de toplaag, dan moeten de dikte en de permeabiliteit van de filterlaag daarop worden afgestemd. Het geheel van zand- en watertransport bepaalt dus of kan worden volstaan met een geotextiel, of dat een granulair filter nodig is, of een combinatie van beide. Vervolgens moet het resultaat nog worden gecontroleerd op de minimaal vereiste dikte voor het filter, die volgt uit de vereiste geotechnische stabiliteit van het totale bekledingspakket. Filters voor de verschillende basistypen bekleding zijn nader uitgewerkt in (Ref.) Dikes and Revetments.

Kleilaag

Een kleilaag vervult verschillende functies en elk daarvan stelt eigen eisen aan de kleikwaliteit; zie hiervoor het (Ref.) Technisch Rapport Eisen Klei voor Dijken. Als onderlaag kan een kleilaag een bijdrage leveren aan de erosiebestendigheid van de bekleding reststerkte, (Ref. Leidraad Zee- en Meerdijken Basisrapport). Bij een doorlatende toplaag moet de klei op het buitentalud zorgen voor de waterdichtheid van het grondlichaam. Het streven is om dijken zo waterdicht mogelijk te ontwerpen teneinde de waterspanningen en de stijghoogten van het water in de dijk te beperken en ook de hoeveelheid water die uit het binnentalud treedt. De kleisamenstelling op het buitentalud moet zodanig zijn, dat er weinig doorgaande openingen voorkomen (laag zandgehalte) met een geringe gevoeligheid voor scheurvorming (laag lutumgehalte). Voor klei op het binnentalud is een grotere doorlatendheid geen bezwaar en meestal zelfs gewenst. Als de toplaag bestaat uit een grasmat dan moet het bovenste gedeelte van de kleilaag voldoende kalkrijk en niet al te dicht zijn. Een en ander heeft ook consequenties voor de dikte van de kleilaag (Ref. Leidraad Zee- en Meerdijken Basisrapport). Bij een waterdichte toplaag kan de kleilaag worden weggelaten.

De minimaal benodigde bekledingsdikte met het oog op de geotechnische stabiliteit

In de huidige (Ref.) Leidraad Toetsen op Veiligheid is een paragraaf gewijd aan de grondmechanische stabiliteit van een bekledingsconstructie, bestaande uit gezette steen op een dijklichaam. Er zijn rekenregels opgenomen die de weerstand tegen afschuiven beschrijven van de bekledingsconstructie bij golfaanval. Bij dit mechanisme wordt uitgegaan van bezwijken van de ondergrond door een ondiep glijvlak in de zandige kern van de dijk, de bekledingsconstructie zelf bezwijkt niet. Nieuwe inzichten met betrekking tot het mechanisme ‘weerstand tegen afschuiven’ zullen mogelijk worden opgenomen in het in 2002 uit te brengen Technisch Rapport Steenzettingen.