Onderzoek pipinggevoeligheid voor eenvoudige toetsing van een waterkerend grondlichaam

7.2.1 Algemeen

Een eenvoudige toets schrijft de criteria voor om positieve resultaten uit eerder uitgevoerde analyses te gebruiken voor de beoordeling, mits de toen toegepaste toetsmethode nog steeds van toepassing is. Uitgevoerde analyses zijn o.a. ontwerpanalyses en analyses uit voorgaande toetsronden.

Voor het mechanisme piping is dit echter niet het geval, omdat door de nieuwe inzichten in het pipingmechanisme de toetsregels veranderd zijn. De regel van Bligh, waarmee in het verleden vele waterkeringen zijn ontworpen en getoetst is niet meer van toepassing. Ook de regel van Sellmeijer is aangescherpt, waardoor de oude resultaten niet meer zo kunnen worden overgenomen.

Bij de eenvoudige toets op basis van globale kenmerken vindt een analyse plaats waarbij de waterkering wordt getoetst aan voor de situatie veilige randvoorwaarden. Globale kenmerken betreffen de basisinformatie van de waterkering.

De minimaal benodigde informatie is: het maximale verval over de waterkering, de bodemopbouw en samenstelling van de ondergrond (diepte van de watervoerende lagen en eventuele tussenlagen), opbouw en geometrie van de dijk, de minimale dikte en het (gewogen) gemiddelde volumegewicht van het slecht waterdoorlatende pakket boven het zandpakket of de tussenlaag.

7.2.2 Toetsproces eenvoudige toets

In het eenvoudige toetsproces (zie ook Bijlage J) wordt de relevantie van een eenvoudige pipinganalyse bepaald. Indien uit een eerdere analyse volgt dat bij huidig of hoger toetspeil geen opbarsten optreedt, moet niet nogeens op piping als opbarsten worden getoetst.

De eenvoudige analyse zelf bestaat uit een controle of de configuratie van de dijk en de ondergrond pipinggevoelig is. Piping treedt niet op als er sprake is van een zanddijk op een goed doorlatende zandondergrond, waarbij er direct onder de zool van de zanddijk geen afdekkend slecht waterdoorlatende lagen (klei- en veenlagen) aanwezig zijn, of als heave en opbarsten van de deklaag zijn uitgesloten.

Heave is het verschijnsel waarbij zand uit de pipinggevoelige zandlaag verticaal door de afdekkende grondlagen kan uitstromen. Onder invloed van kwel kunnen de verticale korrelspanningen wegvallen waardoor drijfzand wordt gevormd.

Opdrijven en opbarsten van de afdekkende laag: Door een hoge buitenwaterstand zullen de waterspanningen in de watervoerende zandlaag toenemen. Wanneer de waterspanningen ter plaatse van de afdekkende laag aan de binnenzijde groter worden dan het gewicht van die laag, zal deze gaan opdrijven. Deze gebeurtenis is een vorm van hydraulische grondbreuk. In de praktijk is opdrijven soms, maar niet altijd, waarneembaar door zwakke golfbewegingen van het maaiveld bij het betreden. Door het opdrijven zal de afdekkende laag scheuren, waardoor kwelwater via verticale kanaaltjes zich een weg naar het maaiveld zoekt.

De wijze van eenvoudige toetsing is afhankelijk van de globale opbouw van het grondlichaam (dijk of dam) en de ondergrond.

113 van 348

Voor dijken en dammen bestaande uit zand op een goed doorlatende ondergrond is piping niet relevant. De gedachte hierachter is dat, indien het materiaal uitspoelt bij de binnenteen van de zanddijk, er geen pipe zal kunnen ontstaan, omdat het gat direct weer instort aangezien zand cohesieloos is. Het uitspoelen van zanddeeltjes nabij de teen wordt in deze gezien als een probleem dat onder het faalmechanisme Microstabiliteit met zijn eigen toetsspoor valt.

Echter: Bij zanddijken op een goed doorlatende ondergrond moet worden opgemerkt dat er bij de aanleg van een dijk een sliblaagje kan zijn achtergebleven waaronder een voor piping mogelijk kritieke kwelweg zou kunnen ontstaan. In dit geval dient de dijk te worden getoetst als een dijk bestaande uit klei op een goed doorlatende ondergrond, waarbij er direct onder de zool van de dijk geen afdekkende slecht doorlatende lagen aanwezig zijn.

In het geval dat er binnendijks geen afdekkende grondlagen aanwezig zijn, is geen sprake van heave cq. opbarsten. Deze mechanismen zijn hier gewoon niet van toepassing. In dit geval bestaat er geen extra weerstand tegen piping in vorm van een afdekkende laag die eerst moet opbarsten cq. in vorm van een verticale stromingsweerstand. Hier dient dan ook direct een gedetailleerde toetsing te worden uitgevoerd.

Voor het optreden van drijfzand (heave) nabij het uittreepunt moet informatie beschikbaar zijn over de kwelweglengte, de doorlatendheid van het zand en de dikte van het watervoerende pakket: hoe dunner, des te kleiner het risico dat grond fluïdiseert.

De minimaal benodigde informatie is: het maximale verval over de waterkering, de bodemopbouw van de ondergrond (diepte van watervoerende lagen en eventuele tussenlagen), opbouw van de geometrie van de dijk, de minimale dikte en het (gewogen) gemiddelde volumegewicht van het slecht waterdoorlatende pakket boven het zandpakket of de tussenzandlaag.

Voor het vaststellen van de bodemopbouw van de dijk en de ondergrond dient het volgende in acht te worden genomen:

• Indien er wordt aangenomen dat er een slecht doorlatende ondergrond (klei of veen) aanwezig is, moet zijn geverifieerd dat er locaal geen potentieel pipinggevoelige lagen, zoals zandige geulopvullingen, tussenzandlagen of opduikingen van watervoerende pakketten aanwezig zijn. Indien er onvoldoende duidelijkheid bestaat over het al dan niet aanwezig zijn van zandige lagen dan dient deze onzekerheid in de schematisering van de bodemopbouw in rekening te worden gebracht. Bij grote onzekerheid over de aanwezigheid van zandige lagen kan dit betekenen dat de ondergrond moet worden geschematiseerd als een dijk op een goed doorlatende ondergrond, waarbij er direct onder de zool van de dijk geen afdekkende slecht doorlatende lagen aanwezig zijn; • Bij kleidijken op een slecht doorlatende ondergrond moet men bedacht zijn op de

aanwezigheid van ingesloten zandlagen die zijn ontstaan door de geschiedenis van dijkverhoging. Te denken valt bijvoorbeeld aan oude wegfunderingslagen. Indien geen slecht doorlatende bekleding op het buitentalud aanwezig is en deze zandlagen doorlopen over de volle breedte van de dijk, dienen deze zandlagen te worden getoetst op piping zoals kleidijken op een goed doorlatende ondergrond;

• In de praktijk is het onderscheid tussen een kleidijk en een zanddijk niet altijd eenduidig vast te stellen, omdat dijken soms zijn opgebouwd uit een combinatie van zand en klei. Gedacht kan worden aan kleidijken die zijn verzwaard met zand of aan zanddijken met perskaden van keileem ter plaatse van het binnen- en buitentalud. In dergelijke gevallen kan als regel worden gehanteerd dat in geval van twijfel over de opbouw van de dijk

114 van 345

moet worden uitgegaan van een kleidijk. Indien kan worden aangetoond dat de dijk aan binnenwaartse zijde bestaat uit een zandlichaam, bijvoorbeeld door binnendijkse of vierkante verzwaring in zand, dan mag voor het toetsen van piping uitgegaan worden van een zanddijk.

Indien er sprake is van een overwegend uit klei opgebouwd dijklichaam dan dient op basis van grondonderzoek te worden nagegaan of er doorgaande zandlagen in de dijk aanwezig zijn. Indien dit niet het geval is dan kan piping door het dijklichaam zelf worden uitgesloten. Indien er een afsluitende kleibekleding op het buitentalud aanwezig is zijn doorgaande kwelwegen in het dijklichaam onwaarschijnlijk.

Om voldoende veiligheid te waarborgen tegen heave, opdrijven en opbarsten, dient de maximaal optredende belasting kleiner te zijn dan de sterkte die uit de materiaaleigenschappen volgt.

7.3 Gedetailleerde toetsing Piping en heave bij waterkerend grondlichaam