Afschuiven bekleding binnentalud - Faalmechanismen grasbekleding

Door golfoverslag zal de kruin en het binnentalud gedurende enige tijd nat zijn, afhankelijk van de tijdsduur en de aard van de overslag. Een klein deel van het overslaande water dringt de dijk binnen: ‘infiltreren’ (Figuur 5.8). Infiltratie kan leiden tot afschuiven. Bij de watersnoodrampen van zowel 1916 als 1953 zijn veel dijken bezweken door afschuiven van het binnentalud onder invloed van overslag. De dijken hadden destijds een steil binnentalud, wat de taluds gevoelig maakt voor afschuiven bij golfoverslag.

Figuur 5.8 Infiltratie bij golfoverslag

Bij infiltratie door overslag of neerslag treedt water via de kruin en binnentalud in de dijk. Tijdens dit infiltratieproces neemt de volumieke massa van de grond toe en neemt de waterspanning af, waardoor instabiliteit van de bekleding kan optreden. De mate van infiltratie is afhankelijk van de tijdsduur en aard van de overslag en de doorlatendheid van de afdekkende grondlaag (zie paragraaf 4.2.6).

De waterspanningen in de infiltratiezone zijn nauwelijks van enige betekenis zolang het geïnfiltreerde water verder de dijk instroomt. De factor tijd is dus erg belangrijk. Pas als het vertikaal infiltrerende water een minder doorlatende laag tegenkomt, of het freatische vlak in de dijk bereikt, kan de waterspanning toenemen en nemen de aanwezige korrelspanningen af en daarmee de te mobiliseren schuifspanning. De aandrijvende kracht daarentegen neemt toe doordat de grond verzadigd is met water. Dit heeft een negatief effect op de stabiliteit van het binnentalud. Instabiliteit van het binnentalud uit zich door de aldaar optredende vervormingen. Het talud verplaatst zich in eerste instantie richting de teen van de dijk en bolt op. Nabij de kruinlijn ontstaat een trekzone waar een scheur parallel aan de kruin kan ontstaan. Wanneer deze situatie zich voordoet bij een zanddijk met een kleibekleding, dan wordt de dijk als bezweken beschouwd. Prototypeproeven bij Wissenkerke hebben aangetoond, dat het ontstaan van een scheur en het op bollen of uitbuiken van de onderzijde van het binnentalud nagenoeg gelijktijdig optreden. Op het moment dat een scheur is ontstaan, verdwijnt ineens veel meer van het overgeslagen water in de scheur en zorgt ervoor dat de dijk zeer snel verzadigd raakt en afschuiven van het binnentalud inleidt. Het betreft meestal een oppervlakkige afschuiving waarbij de grasbekleding in zijn geheel van de dijk schuift en de dijkkern blootstelt aan erosie door het overslaande water, waarna een bres kan ontstaan.

Na de stormvloed van van 1916 en 1953 zijn deze parallelscheuren waargenomen. In sommige gevallen waren door de beheerders zeildoeken over de scheuren neergelegd. Dit heeft veelal het bezwijken van de dijken vertraagd. Het bezwijkmechanisme door infiltratie wordt sterk bepaald door de configuratie (hellingshoek) en de opbouw van een dijk. Bij toepassing van taluds, die flauwer zijn dan 1V:3H, blijkt uit ervaring dat er nauwelijks gevaar is op instabiliteit ten gevolge van infiltratie door golfoverslag.

Er kunnen voor het beschrijven van het infiltreren twee karakteristieke situaties worden onderscheiden:

• Grondlichaam bestaat uit een kleikern, afgedekt met een laag doorgroeide klei met bodemstructuur;

• Grondlichaam heeft een zandkern, afgedekt met een kleilaag.

De klei aan het oppervlak is als gevolg van bodemstructuur veel doorlatender dan de klei in de kern. Scheuren, wormgangen en wortelkanalen creëren een voor klei vrij hoge doorlatendheid, waardoor de infiltratiesnelheid in de orde van 10-5 tot 10-4 m/s is, ofwel in de orde van 0,1 à 0,01 l/s per m2 dijkoppervlak. Bij overslag infiltreert water juist het sterkst in de bovenste laag met bodemstructuur en kan niet verder de ondoorlatende kern in stromen. Als de kleilaag met bodemstructuur is verzadigd, dan ontstaat een grondwaterstroming parallel aan het talud. De korrelspanning neemt hierdoor uiteindelijk zoveel af, dat een glijvlak kan

ontstaan op de grens van de laag met bodemstructuur en kern op een diepte van orde 1 m onder het maaiveld. Bij een steil talud schuift de laag met bodemstructuur af.

Ook bij grondconstructies met een zandkern kan infiltratie de oorzaak van het bezwijken door overslag zijn. De doorlatendheid van de bekledingslaag is sterk anisotroop. Door bodemstructuur, scheuren, wormgangen en begroeiing, is de doorlatendheid van de bekledingslaag van gelijke orde van grootte als die van de kern. In verticale richting is de doorlatendheidswaarde groter dan in de richting langs het talud. Door deze anisotropie zakt het meeste water vertikaal de zandkern in. Als de kern niet is gedraineerd of als de bekledingslaag in horizontale richting minder doorlatend is dan de kern, dan kan als gevolg van het infiltrerende water bij de teen onder de bekleding een hogere freatische lijn ontstaan, die een opwaartse druk over de bekledingslaag veroorzaakt. Bij het beoordelen van afschuiven van het binnentalud onder invloed van overslag moet in dat geval rekening worden gehouden met deze extra belasting op de binnenbekleding. Aanbevolen wordt in die gevallen een grondwaterstroming berekening te maken om de freatische lijn in de dijk te kunnen bepalen. De duur van het infiltreren is hierbij van belang voor de totale hoeveelheid water die via het binnentalud kan infiltreren. Als de hoogte van de freatische lijn eenmaal is bepaald, dan kan de stabiliteit van de bekledingslaag worden gecontroleerd.

In paragraaf 6.3 wordt beschreven hoe de toename van de waterspanningen in en onder de bekleding, als gevolg van golfoverslag, kan worden bepaald. Met deze waterspanningen en

[4] kan vervolgens worden gekeken of de bekleding stabiel is.