Eerste schematiseringstap

Schematiseren begint dus met het vormen van een globaal beeld van een dijk of kunstwerk zelf en ondergrond in de omgeving ervan, om te beoordelen welke processen en faalmechanismen een rol (kunnen) spelen. Hiervoor zal doorgaans gebruik gemaakt worden van informatie die al beschikbaar is, zoals:

 Terreininformatie (dijk, voor- en achterland). Bijvoorbeeld: o Topografische kaarten;

o Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) gegevens;

o Eventueel Google Earth beelden, luchtfoto’s, of LIDAR beelden; o Terreininspectie;

o Locale metingen (maaiveld, toplaag boringen etc.).

 Gegevens over ondergrondopbouw en grondeigenschappen, zoals:

o Bestaande inventarisaties over grondopbouw (geologische kaarten en profielen, geotechnische profielen);

o Specifieke gebiedservaringen betreffende voorkomens van verschillende typen grondlagen en formele kennis over systematiek en karakteristieken van de lagen in de ondergrond in het gebied (aardwetenschappen);

o Voor zover van toepassing, de VNK 2 database over de ondergrond van primaire waterkeringen in Nederland met grondopbouw scenario’s en parameterwaarden voor pipingberekeningen;

o Metingen in situ bij de waterkering zelf en in de omgeving ervan (sonderingen, geofysische technieken);

6_{TRGS: Calle, E.O.F. & Van der Meer, M. (2011): Technisch Rapport Grondmechanisch Schematiseren bij}

Dijken. Deltares rapport 1001411-010-GEO-0001-r-TRGS, Deltares, Delft, 119 pp. Nog als ENW publicatie uit te geven.

159 van 348

o Grondsoortbeschrijving (zand, veen klei en dergelijke) van monsters uit boringen rond de waterkering en in de omgeving ervan (met name boorbeschrijvingen in DINO7, de TNO database met grondgegevens van Nederland);

 Informatie over maatgevende rivier-, zee- of meerpeilen en binnenwaterstanden (open water/slootpeilen, grondwaterstanden).

Aan de hand van deze informatie kan een eerste beeld worden gevormd over de opbouw van dijk of kunstwerk, de ondergrond en geohydrologische karakteristieken, waarmee nagegaan kan worden of opbarsten en piping, of hier aan verwante faalmechanismen, voor de beschouwde strekking van de dijk, of voor een waterkerend kunstwerk, relevante faalmechanismen zijn. Indien dat het geval is worden de (reken)modellen geselecteerd die geschikt zijn om op deze faalmechanismen te toetsen. De volgende stappen zijn erop gericht de verder voor deze rekenmodellen benodigde gegevens in te winnen.

9.2.1 Piping bij dijken

Uit de eerste schematiseringstap moet volgen of binnen een beschouwde dijkstrekking een of meer locaties voor kunnen komen, waar de opbouw van dijk en ondergrond potentieel pipinggevoelig is. Dat wil zeggen een situatie waarin onder de dijk een watervoerende zandlaag aanwezig is, die aan de buitenzijde van de dijk in verbinding staat met het buitenwater (intreepunt), en waarin aan de binnenzijde van de dijk kwel naar het maaiveld (uittreepunt) afgevoerd kan worden. Zo’n situatie is schematisch weergegeven in Figuur 9.1.

D0 D1 D2 H T0, afdeklaag Z1, bovenste zandlaag Z2, onderste zandlaag MHW polderpeil k1, d70 k2 L D0 D1 D2 H T0, afdeklaag Z1, bovenste zandlaag Z2, onderste zandlaag MHW polderpeil k1, d70 k2 LLL

Figuur 9.1 Schematisering voor opbarsten en piping

Doorgaans is een watervoerende zandlaag, indien aanwezig, aan de binnenzijde van de dijk afgedekt door een deklaag, die of samenhangend en slecht doorlatend is of waardoorheen kwelwater uit de zandlaag naar het maaiveld kan afstromen. In het eerste geval is opbarsten van de deklaag een noodzakelijke voorwaarde voor het ontstaan van piping. In het tweede geval is overschrijden van de kritieke verticale stromingsgradiënt in de deklaag een noodzakelijke voorwaarde voor het ontstaan van piping; dit mechanisme zullen we verder aanduiden als heave. Wanneer aangetoond kan worden dat opbarsten en heave van de

7. Vanaf 2013 zal er een Basis Registratie Ondergrondgegevens (BRO) beschikbaar zijn. Overheden zijn vanaf die datum verplicht de resultaten van grondonderzoek beschikbaar te stellen voor opname in dit bestand. Bestaande landelijke bestanden zoals DINO (TNO) en BIS (Alterra) worden hierin opgenomen.

160 van 345

deklaag met voldoende zekerheid uitgesloten kan worden, dan is een nadere controle op piping van de watervoerende zandlaag niet meer van belang.

Belangrijkste parameters voor het mechanisme piping in een watervoerende zandlaag zijn de lengte van de kwelweg (de afstand tussen intredepunt en uittredepunt), de doorlatendheid van de zandlaag en de korrelgrootte van het zand bovenin de zandlaag.

Voor het opstellen van een plan voor het inwinnen van informatie ten behoeve van de verdere schematisering worden ruwe berekeningen gemaakt. Doel hiervan is het bepalen welke additionele informatie nodig is voor de volgende schematiseringstap. Wanneer, bijvoorbeeld, op grond van ruwe aannamen, op basis van de al beschikbare informatie en/of beoordeling door een deskundige die bekend is met de locale omstandigheden, bij voorbaat een sterk vermoeden bestaat dat opbarsten of heave niet op zullen treden bij de maatgevende hoogwaterstand, dan heeft het niet zoveel zin de inspanning te richten op het nauwkeurig achterhalen van de parameters voor een controle op piping.

Voor een controle op opbarsten zijn van belang de waterspanning in de zandlaag bij de maatgevende buitenwaterstand en het gewicht van de deklaag. Hierbij kunnen we, als eerste ruwe schatting uitgaan van een stijghoogte in de zandlaag die gelijk is aan de buitenwaterstand, een geschatte minimaal aanwezige dikte van de deklaag en een voorzichtig (dus laag) geschat volumegewicht van de deklaag. Wanneer blijkt dat bij deze aannamen de veiligheid tegen opbarsten al voldoende verzekerd is, dan kan het inwinnen van informatie voor de volgende schematiseringstap beperkt zijn en er in eerste instantie op gericht te verifiëren dat overal langs de dijkstrekking aan deze aannamen wordt voldaan. Voor doorlatende deklagen bestaat een soortgelijke analyse uit een ruwe beoordeling van de verticale stromingsgradiënt in de deklaag: (stijghoogte – maaiveldhoogte)/dikte deklaag > ic ,

waarin ic de kritieke gradiënt is).

Wanneer niet aannemelijk is dat opbarsten of heave geen rol zullen spelen, dan moet ook op piping van de watervoerende zandlaag (of zandlagen) gecontroleerd worden.

Voor een eerste controle of een zandlaag gevoelig is voor piping, kan gekeken worden naar het quotiënt van de lengte van de kwelweg en het verval van de waterstand over de dijk in de maatgevende situatie (buitenwaterstand minus binnenwatertand of maaiveld). Is die verhouding erg groot, bijvoorbeeld groter dan 45, dan is er geen piping probleem, ook al is de veiligheid tegen opbarsten en heave onvoldoende verzekerd. In dat geval zou bij het inwinnen van aanvullende informatie volstaan kunnen worden met het verifiëren dat overal langs de dijkstrekking de lengte van de kwelweg voldoende groot is.

De lengte van de kwelweg is de afstand tussen in- en uittredepunt. De plaats van het intredepunt ligt bij schaardijken bij de teen van het buitentalud van de dijk. Wanneer in het voorland een deklaag aanwezig is mag een deel van het voorland meegerekend worden bij het bepalen van de kwelweg. Bepalend hiervoor zijn, naast de dikte van de afdeklaag, de aanwezigheid en diepte van sloten, aangelegde laagtes en met zand, puin of met ander doorlatend materiaal opgevulde afgravingen. Waar het voorland breed is en er geen aantasting van de toplaag is kan een indicatie van de afstand van het intreepunt tot teen van het buitentalud van de dijk worden vastgesteld op basis van benaderende berekeningen. Voor een aantal klassen van de dikte van de afdeklaag is een eerste (veilige) indicatie van de afstand:

161 van 348

 10 m als de afdeklaag (binnen die afstand) overal 0,5 – 1 m dik is

 30 m als de afdeklaag overal 1 – 2 m dik is en het voorland meer dan 50 m breed is  90 % van de breedte van het voorland als de dikte van de afdeklaag meer dan 2 m is. Bij aanwezigheid van greppels, sloten, afgravingen, met puin gevulde afgravingen, en dergelijke is de eventuele overblijvende dikte bepalend. De genoemde afstanden gelden mits ze binnen de keurgrens vallen (en de keur gehandhaafd wordt).

Wanneer bij de eerste schematiseringstap geen informatie aanwezig is over diktes van de deklaag in het voorland, of geen informatie over greppels, afgravingen enz., dan moet het intredepunt bij de teen van het buitentalud van de dijk worden gekozen.

Het uittredepunt wordt, naast de stijghoogte in het watervoerende zandpakket, bepaald door de locale aanwezigheid, dikte en het gewicht van de deklaag aan de binnenzijde van de dijk. De aanwezigheid van sloten is doorgaans bepalend voor de ligging van het uittredepunt. Bij sloten is de afdeklaag veel dunner of afwezig en sloten zijn eventueel een rechtstreekse uitstroomopening voor ondergrondse kanaaltjes, waardoor meegevoerde zand niet omhoog hoeft te stromen. Algemeen wordt aangenomen dat de stijghoogte gradiënt direct achter de waterkering het hoogst is. Bij afwezigheid van sloten of een andere aanmerkelijke diktevariatie van de afdeklaag, is de binnenteen van de dijk de meest voor de hand liggende maatgevende opbarstlocatie en dus uittredepunt. Indien een (piping)berm aanwezig is, is dat de teen van deze berm (maar later moet dan gecontroleerd worden of de berm voldoende veilig tegen opbarsten is). Voor heave gelden dezelfde overwegingen.

Naarmate zulke ruwe analyses voor de dijkstrekking, of delen ervan, nog geen uitsluitsel geven, is meer informatie nodig om gedetailleerder controleberekeningen te kunnen maken. Het inwinnen van benodigde informatie voor de vervolgstap bij het schematiseren is dus in hoge mate afhankelijk van de uitkomsten van de eerste ruwe berekeningen aan de hand van informatie en beoordelingen door terzake deskundigen uit de eerste stap. In het volgende zullen we er van uitgaan dat voor de vervolgstap van de schematisering zowel informatie nodig is voor opbarsten of heave en pipinganalyses.

Voor opbarsten en heave analyses gaat het dan enerzijds om gegevens waarmee waterdrukken in de watervoerende zandlaag ter plaatste van het uittredepunt (of mogelijke uittredepunten) bepaald kunnen worden. Anderzijds om de dikte en het gewicht van de binnendijkse deklaag te bepalen. Hierbij kan variabiliteit in de lengterichting van de dijk een belangrijke rol spelen. De eerste schematiseringstap geeft mogelijk al indicaties omtrent de te verwachten variabiliteit, zodat daar bij het opzetten van grondonderzoek rekening mee gehouden kan worden.

Voor de feitelijke pipinganalyses wordt bij dijken en kunstwerken in principe gebruik gemaakt van het (gemodificeerde) rekenmodel van Sellmeijer. Belangrijke parameters hierin zijn, naast de kwelweglengte, de dikte en doorlatendheid van de zandlaag, en de korreldiameter in het bovenste deel van de zandlaag.

Vaak is de zandlaag niet homogeen en kunnen deellagen waaruit die opgebouwd is grote contrasten in doorlatendheid vertonen. In Figuur 9.1 is als voorbeeld een zandpakket met twee deellagen weergegeven. In dat geval is gebruik van het numerieke rekenmodel van Sellmeijer te verkiezen, waarbij de opbouw van het pakket van deellagen en de bijbehorende doorlatendheden een belangrijke set invoerparameters is.

162 van 345

Soms zijn bij dijken kwelschermen aanwezig, die tot doel hebben de kwelweg te verlengen en daarmee het mechanisme van terugschrijdende erosie te elimineren. In dat geval moet getoetst worden op opbarsten of heave.

Kortom, de eerste schematiseringstap dient om na te gaan welke mechanismen mogelijk een rol spelen en welke rekenmodellen van toepassing zijn waarvoor ten behoeve van de vervolgstappen van de schematisering informatie moet worden ingewonnen.

Niet altijd zal de beschikbare informatie al een eenduidig beeld geven en zijn verschillende scenario’s mogelijk. Bij het opstellen van een plan voor het verder inwinnen van informatie moet hiermee rekening gehouden worden. Nader (grond)onderzoek kan dan ook tot doel hebben ‘ongunstige scenario’s’ uit te sluiten of voldoende onaannemelijk te maken.

9.2.2 Piping en heave bij kunstwerken

Het opstellen van eerste schematiseringen bij kunstwerken gaat grotendeels analoog aan het schematiseren bij dijken. Behalve de aansluiting aan de ondergrond vergt ook de aansluiting aan het dijklichaam speciale aandacht. Specifiek voor onder- en achterloopsheid bij kunstwerken is de kwelweg analyse, die zicht moet geven op de mogelijke kwelwegen onder en langs (en soms een combinatie van beide) het kunstwerk. Dit gegeven de mogelijkheden van de bodemopbouw die volgen uit de beschikbare informatie over bodemopbouw en gegevens over het kunstwerk zelf (zoals aanwezigheid van kwelschermen, aansluitschermen, et cetera). Ook hier dient te eerste schematiseringstap om na te gaan aan welke informatie in de vervolgstappen verder ingewonnen moet worden.

Een verschil met dijken is dat de strekkingslengte bij kunstwerken relatief kort is, waardoor ruimtelijke variabiliteit in de lengterichting van de waterkering niet leidt tot het zoeken naar mogelijke ‘ongunstigste’ dwarsdoorsneden ten aanzien van de ondergrondopbouw. Inwinnen van gedetailleerde informatie over de opbouw van de ondergrond bij kunstwerken heeft dus veel meer het karakter van locaal grondonderzoek.