Piping en interne erosie

Inleiding

Interne erosie is de verzamelterm voor mechanismen waarbij grondwaterstroming gronddeeltjes uit dijken, dammen of vanuit de ondergrond meevoert (uitspoelen). Het faalmechanisme “Piping” is een vorm van interne erosie waarbij als gevolg van het uitspoelen van zandkorrels aan de polderzijde een klein kanaaltje ontstaat in een watervoerend pakket onder een deklaag, zie onderstaande figuur. Dit kanaaltje kan groeien in de richting van het buitenwater, en kan in combinatie met vervolgmechanismen leiden tot een overstroming.

Met de term “piping” bedoelen we in de Nederlandse context het gehele faalmechanisme (opbarsten, heave, terugschrijdende erosie en de vervolggebeurtenissen tot overstroming) en met de term “terugschrijdende erosie” het mechanisme waarbij een kanaaltje in de richting van het buitenwater groeit. Internationaal wordt piping aangeduid met de term “backward erosion piping”.

In het verleden zijn in Nederland diverse dijkdoorbraken door piping veroorzaakt. In de literatuur wordt het mechanisme vanaf het begin van de 20^e eeuw genoemd. Voor die tijd was het mechanisme nog onbekend. In het buitenland zijn veel gevallen bekend van doorbraken die zijn veroorzaakt door piping [Foster, et al., 2000] en [Özer, et al., 2019].

Zandmeevoerende wellen, zijn en worden wel regelmatig waargenomen bij Nederlandse dijken wellendatabase [Van Beek, et al., 2019] / [STOWA, 2024]. Opgemerkt wordt, dat niet alle (zandmeevoerende) wellen duiden op piping.

Onder interne erosie in dijken en dammen vallen naast piping andere erosieprocessen. In de classificatie van ICOLD zijn dit [ICOLD bulletin 164, 2017]:

• Concentrated leak erosion: een toename van de diameter van bestaande scheuren in cohesief materiaal ten gevolge van geconcentreerde stroming door deze scheuren.
• Global backward erosion: het ontstaan van holtes in de kern van de dijk zonder dat er sprake is van een afdekkende cohesieve laag, bijvoorbeeld in licht cohesief dijksmateriaal in combinatie met een sterke grondwaterstroming door het buitentalud en de dijkkern.
• Contact erosion: uitspoelen van fijn materiaal op het grensvlak met een laag van grover materiaal. Contact-erosie kan optreden wanneer een zeer grove laag (zoals grind) in contact is met een fijne laag (zoals zand of silt). Door de sterke stroming door de grove laag kan het fijne materiaal meegenomen worden en afgevoerd door het grove materiaal.
• Suffusion: uitspoelen van een fijnere fractie uit een grover korrelskelet in een sterk gegradeerd materiaal. Bij suffosie wordt alleen de fijnere fractie tussen de grovere fractie weggespoeld waarbij de grovere fractie het korrelskelet in stand houdt. Suffosie kan alleen optreden in zand met een sterk niet-uniforme korrelverdeling, zodat het mogelijk is dat kleine korrels door het skelet van de grove korrels heen bewegen.

Van deze processen zijn in Nederland geen waarnemingen bekend en het is niet aangetoond dat ze een significante bijdrage aan de overstromingskans kunnen leveren. In de Nederlandse praktijk worden deze vormen van interne erosie daarom normaliter niet beschouwd. Sterk gegradeerd grind (bijvoorbeeld in het Grensmaas-gebied) is mogelijk gevoelig voor suffosie, en afwisselende lagen van grind en fijn zand zijn mogelijk gevoelig voor contact-erosie.

Piping kan ook optreden bij waterkerende kunstwerken. Zie hiervoor Inleiding faalmechanisme piping bij kunstwerken.