Maatgevend hoog water voor de dijk
Voor de adviespraktijk worden vaak drie piëzometrisch niveau lijnen onderscheiden, vaak verkort aangeduid als pn- lijnen, met waterspanningen die respectievelijk representatief zijn voor het freatisch water, de stijghoogte aan de onderzijde van het samendrukbaar pakket juist boven de indringlengte (die nog geen invloed ondergaat van een verandering in de stijghoogte in het daaronder gelegen watervoerend pakket) en de stijghoogte in het watervoerend pakket.
Voor de bepaling van deze drie potentiaallijnen (pn-lijnen) zijn niet alle bestaande berekeningsmethoden geschikt. Veel van deze methoden hebben alleen betrekking op waterdoorlatende zandlagen.
Hieronder zal worden toegelicht hoe in de praktijk van deze berekeningen gebruik kan worden gemaakt.
Freatisch vlak, ondoorlatend dijklichaam
De freatische lijn in een ondoorlatend dijklichaam wordt doorgaans aan de hand van metingen bepaald. Hierbij wordt zoveel mogelijk rekening gehouden met de belastingen die de dijk onder maatgevende condities zal ondergaan. De meting zal in de praktijk nooit onder maatgevende omstandigheden kunnen plaatsvinden.
De hoogte van de freatische lijn in de kruin van een ondoorlatend dijklichaam kan niet aan de hand van berekeningen worden bepaald. De voornaamste oorzaak daarvan is dat scheurvorming en verzadigingsgraad in de kleibekleding vaak een grote rol spelen. De grootte van de doorlatendheid van de bekleding is daarmee een onzekere factor en bovendien niet op elk moment gelijk.
In het algemeen zal de hoogte van de freatische lijn in de dijk niet hoger zijn dan de maatgevende buitenwaterstand, al kunnen neerslag, overslag en doorgaande vervormingen tot hogere waterspanningen en freatische lijn leiden.
De meeste dijken zijn niet homogeen opgebouwd en bestaan niet volledig uit ondoorlatend materiaal, zodat onder invloed van hevige neerslag of van overslag water kan binnendringen op plaatsen waar dat niet wordt verwacht. Water kan zich dan ophopen in bijvoorbeeld de zandige ondergrond onder een dijkweg of een vroegere dijkweg, of in een zandige aanvulling van een kleidijk. Wanneer die zandige gedeelten van de dijk zijn afgedekt door een kleilaag, kan ten gevolge van verweking na een periode met hevige neerslag plotseling bezwijken optreden. In de praktijk heeft dit verschijnsel zich een aantal malen voorgedaan. Wanneer de opbouw van de dijk minder homogeen is, is er meer kans dat een schematisering minder veilig is dan in geval van een homogene dijk.
Freatisch vlak, doorlatend dijklichaam
Om water te kunnen keren moet een doorlatend dijklichaam worden voorzien van een ondoorlatende laag op het buitentalud. Om de stijghoogte in het dijklichaam zo laag mogelijk te kunnen houden wordt de kerende laag in het algemeen aangebracht op het buitentalud. Er kan onderscheid worden gemaakt in twee verschillende situaties: een doorlatende dijk op een ondoorlatende ondergrond en een doorlatende dijk op een doorlatende ondergrond. Dit laatste type dijk vindt men meer langs de kust en in het bovenrivierengebied.
In geval van een ondoorlatende ondergrond wordt aangenomen dat de weerstand tegen grondwaterstroming langs het buitenbeloop van de dijk veel groter is dan de weerstand van het dijklichaam zelf. De freatische lijn vertoont dan een sprong over het buitenbeloop (zie figuur b1.2).
In geval van een doorlatende ondergrond wordt aangenomen dat de grondwaterspiegel geen sprong vertoont over het buitenbeloop (zie figuur b1.3).
In beide gevallen wordt rekening gehouden met een zekere uittreeweerstand en een bijbehorende sprong in de freatische lijn ter plaatse van het uittreepunt.
Ook bij een doorlatende dijk kunnen zich omstandigheden voordoen als gevolg waarvan de freatische lijn plaatselijk hoger komt te liggen.
Wanneer de dijk niet homogeen doorlatend is, zal ook het verloop van de freatische lijn niet recht zijn. Ondoorlatende lagen leiden tot steilere gedeelten van de freatische lijn, terwijl de freatische lijn elders dan vlakker zal gaan lopen. Plaatselijk worden de waterspanningen dan hoger, maar elders minder hoog.
Verder is de drainage van de binnenteen in doorlatende dijken altijd een kwetsbaar punt: vaak wordt hiervoor een drainageconstructie gebruikt die verstopt kan raken. Inspectie naar het functioneren van de drainage is derhalve van belang, en onderhoud is geboden als deze niet goed lijkt te functioneren.
In een situatie met een niet volledig doorlatend dijklichaam zal rekening moeten worden gehouden met meer opbolling van de freatische lijn ten gevolge van neerslag (en van overslag).
Stijghoogte in de watervoerende zandlaag
De stijghoogte in de watervoerende zandlaag kan aan de hand van de hiervoor beschreven berekeningsmethoden worden bepaald. In het algemeen zal de stijghoogte in de watervoerende zandlaag niet hoger zijn dan de maatgevende buitenwaterstand.
Stijghoogte aan de onderzijde van het samendrukbaar pakket juist boven de indringlengte
In het algemeen zal deze stijghoogte niet hoger zijn dan wat uit extrapolatie tussen de freatische lijn en de stijghoogte in het watervoerend pakket wordt gevonden. Neerslag en overslag zijn aan de onderzijde van een relatief dikke toplaag niet essentieel. Doorgaande vervormingen kunnen wel een rol spelen. Een dijk die maar net in evenwicht is kan schuifvervorming ten gevolge van kruip ondergaan. Door een voortdurende verandering van het poriënvolume ten gevolge van plastisch vervormen worden steeds opnieuw waterspanningen gegenereerd. In dat geval is de standaard veilige beschouwing niet adequaat.
De stijghoogte ten gevolge van een ongedraineerde belasting wordt gewoonlijk niet in rekening gebracht in de vorm van een verhoging van de stijghoogte maar door deze belasting in een stabiliteitsberekening als ongedraineerd te definiëren.
