Onder en achterloopsheid bij kunstwerken 1 Algemeen

Kunstwerken vormen een onderbreking van het doorgaande grondlichaam van de dijk. Dit betekent dat niet alleen sprake is van kwelstroming onder het kunstwerk door, maar ook van kwelstroming om het kunstwerk heen.

Bij de beoordeling van een kunstwerk op welvorming en piping staat de kwelweg-analyse centraal. Uitgangspunt van de beoordeling is immers, dat langs elke mogelijke kwelweg onder het kunstwerk door en/of om het kunstwerk heen sprake is van voldoende weerstand tegen welvorming en piping. Een goede 3-dimensionale analyse naar mogelijk maatgevende kwelwegen is daarom altijd de eerste en vaak bepalende stap.

Het beoordelingscriterium van elke kwelweg hangt af van de uitstroomcondities:

• bij de uitstroming ter plaatse van een filterconstructie is de veiligheid met betrekking tot welvorming en piping gewaarborgd, mits wordt voldaan aan de ‘filterregels’ (zie paragraaf 5.4.3);

• bij een verticale uitstroming, bijvoorbeeld achter een damwand, dient het gemiddelde verhang voor het verticale deel in de kwelweg te worden beoordeeld (heave);

• in alle andere gevallen dient te worden gecontroleerd op piping.

Bij doorgaande kanaalvorming onder het kunstwerk door spreekt men van onderloopsheid. Dit is vergelijkbaar met de situatie bij dijken. Kwelschermen ter voorkoming van onderloopsheid noemt men wel ‘onderloopsheidschermen’. Bij kanaalvorming om het kunstwerk heen spreekt men van achterloopsheid. Dit verschijnsel is bij dijken niet aan de orde. Kwelschermen ter voorkoming van achterloopsheid noemt men wel ‘achterloopsheidschermen’. Uiteraard zijn ook combinaties van onder- en achterloopsheid mogelijk.

zand H

45 van 348

Het te keren verval kan betrekking hebben op hoge buitenwaterstanden, maar ook op onderhoudssituaties (bijvoorbeeld het geheel of gedeeltelijk droogzetten van een sluiskolk) of een extreme verlaging van de binnenwaterstand. Daarnaast staat het te keren verval in sommige gevallen slechts over een deel van het kunstwerk, bijvoorbeeld over een sluishoofd. Bij kunstwerken kan piping/welvorming uitsluitend optreden, indien direct onder of naast het kunstwerk zand wordt aangetroffen. Dit geldt overigens niet uitsluitend voor een oorspronkelijk pipinggevoelige dijkopbouw (Figuur 4.3), maar ook voor een oorspronkelijk niet-pipinggevoelige dijkopbouw (Figuur 4.8).

In het andere geval kan hooguit sprake zijn van erosie van cohesief materiaal naast en onder het kunstwerk. Uiteraard dient dan wel te worden gecontroleerd of piping via een kwelweg onder de afsluitende laag door van belang kan zijn; dit is niet anders dan bij dijken.

Gegeven dat direct naast of onder het kunstwerk zand wordt aangetroffen, is de gevoeligheid voor piping/welvorming afhankelijk van het type kunstwerk. Een korte keersluis met een diepe drempel is gevoeliger dan een schutsluis met zijn grotere lengte, of een coupure met een hoog gelegen drempel waarbij het te keren verval door de drempelhoogte aanzienlijk wordt beperkt.

Niet elk in het kunstwerk opgenomen scherm heeft een belangrijke functie voor het tegengaan van onder- en achterloopsheid: de maatgevende kwelweg hoeft sommige schermen niet noodzakelijk te passeren. Ter illustratie zijn in Figuur 4.16 voor een afsluitbare kokersluis drie oplossingen geschetst voor de vormgeving van de uitstroomopening aan de binnenzijde van de waterkering. Bij oplossing b) ‘wijkende vleugels’ moet de weerstand tegen achterloopsheid geheel door het grensvlak tussen kunstwerk en naastliggend grondlichaam worden bewerkstelligd; dit is uitsluitend een acceptabele oplossing bij een zeer gering te keren verval. Bij oplossingen a) ‘lange frontmuur’ en c) ‘wijkende vleugels en retourwanden’ functioneren de frontmuren resp. de retourwanden als achterloopsheidschermen.

46 van 345





bovenaanzicht dwarsdoorsnede c b a zand zand zand

Figuur 4.16 Principe-oplossing uitstroming afsluitbare kokersluis: a) lange frontmuren, b) wijkende vleugels, c) wijkende vleugels en retourwanden.

Van belang is dat de achterloopsheidschermen voldoende hoog zijn doorgezet, d.w.z. tot ontwerppeil plus een overhoogte in verband met zetting en klink.

4.8.2 Kunstwerken opgenomen in een ondoorlatend grondpakket

Figuur 4.17 toont een kunstwerk (bijvoorbeeld een sluis) in een dijk, waarbij het ongestoorde dijkprofiel bestaat uit een ondoorlatend dijklichaam op een ondoorlatend holoceen pakket. Aangenomen wordt dat het holocene pakket voldoende dik is om het kwelscherm te kunnen opnemen. Voorts wordt aangenomen dat opbarsten van het holocene pakket niet optreedt. Het kunstwerk is gefundeerd op palen.

In dit geval kan volstaan worden met minimale afmetingen van onder- en achterloopsheidschermen, om de aansluiting van het kunstwerk op het ongestoorde ondoorlatende dijklichaam te waarborgen. Achtergrond hiervan is, dat een perfecte aansluiting van het kunstwerk met de naastliggende grond vaak moeilijk kan worden gegarandeerd. In de loop der tijd kan ruimte ontstaan door zettingsverschillen, temperatuureffecten, etc., waardoor naast het kunstwerk micro-instabiliteit kan optreden. Voorts dient onder de paalfundering te worden gerekend op holle ruimten, die eveneens met een kort scherm moeten worden afgesloten.

Merk op dat voor het hier geschetste geval de bij in- en uitstroomzijde aanwezige korte damwanden niet zijn doorgezet als achterloopsheidschermen en daarom een ondergeschikte rol spelen voor het tegengaan van weerstand tegen welvorming en piping. De maatgevende kwelwegen voor onder- en achterloopsheid zullen hun begin- en eindpunt naast het kunstwerk hebben, bij de aansluiting op het buiten- resp. binnentalud.

47 van 348 Bovenaanzicht Dwarsdoorsnede D min klei klei / veen zand B min

Doorsnede in langsrichting van de dijk Dijklichaam

48 van 345

4.8.3 Kunstwerken op een doorlatende ondergrond

Figuur 4.18 toont een kunstwerk (bijvoorbeeld een sluis) in een dijk, waarbij het ongestoorde dijkprofiel bestaat uit (a) een doorlatend of (b) een ondoorlatend dijklichaam, in beide gevallen op een doorlatende ondergrond. Het kunstwerk is op staal gefundeerd. Evenals bij het bovengenoemde geval spelen de korte damwanden bij in- en uitstroomzijde hier een ondergeschikte rol voor het tegengaan van welvorming en piping.

Voor beide dijktypen geldt dat zowel onder- en achterloopsheidschermen moeten worden toegepast. In geval (b) is achterloopsheid op het grensvlak zand-klei mogelijk. In geval (a) kan achterloopsheid niet worden uitgesloten, omdat direct naast de constructie mogelijk een doorgaande pijp kan ontstaan. Merk op dat in geval (b) het achterloopsheidscherm in het kleipakket uitsluitend om praktische redenen over de volle breedte is doorgezet; strikt genomen zou een minimale insteek in de klei voldoende zijn om het ontstaan van erosiekanalen te voorkomen. D Bovenaanzicht Doorsnede B klei D zand

49 van 348

B

klei

zand D

(b) Doorsnede in lengterichting van dijk Dijklichaam

Figuur 4.18 Kunstwerk op doorlatende ondergrond

a) doorlatend dijklichaam

b) ondoorlatend dijklichaam

4.9 Relevante parameters per mechanisme

In document Zandmeevoerende wellen : onderzoeksrapport (pagina 66-71)