Commissie Rivierdijken: Proefprofiel IV: Rivierdijkverbetering wiel binnendijks

w i e l b i n n e n d i j k s

S-75.077

bl

z

1. Opdracht 1

2. Wielen

in

het algemeen. 2

3. Uitgangsprofiel. 3

4. Waterkerend vermogen. 6

4 . 1 Potentiaallijnenbeeld. 4.1.1 Meting.

4.1.2 Mogelijke afwijkingen van de meting.

4.2 Stabiliteitsbeschouwing. 10

4.2.1 Plaatselijkeinstabiliteit aan het oppervlak van

4.2.2 Cirkelvormige glijvlakken. 13

4.3 Conclusies van analyse waterkerend vermogen. 15 10 het onderwatertalud; piping en afschuiving.

5. Waarnemingen aan wielen bij het hoogwater van 1926. 17 5.1 "Verslag van het voorgevallene tijdens het 17

hooge opperwater op de Nederlandsche rivieren i n den winter van 1925 op 1926".

5.2 Nabeschouwingvan de waarnemingen van 1926. 19

6. Verbeteringen

.

20

6.1 Conventionele verbeteringen. 20

6.2 Beperkingen gesteld aan verbetering door milieu. 23

6.3 Nieuwe verbeteringen. 25

6.4 Uitvoering van de verbeteringen. 34

A. Stabil i teitsbeschouwing aan het oppervlak van een onderwatertalud.

met grafieken A l en A Z .

B.

S t a b i l i t e i tsbeschouwina van een t a l u d boven water bi.i

vrij uittredend water.

C.

Nadere

verklaring

van

de lage evenwichtsfactoren van s i t u a t i e s op b i j l a g e 10 en 11.

1 2 3 4 5 6A 6B 7 8 9 10 11

Uitgangsprofiel voor d i j k nabij wiel

Potentiaal1 i jnen en evenwichtsfactoren van uitgangs- profiel b i j M . H . W . : r e f . t 6 ,O O m

en

peil i n wiel: r e f .

+

0,70

m

Dito met M . H . W . : r e f . f 6,OO

m

en peil i n wiel: r e f . t 2,20

rn.

Dito

met

M.H.W.: r e f . t 5,OO

m

en peil i n wiel: r e f .

t 0,70 m.

P o t e n t i a a l l i j n e n van uitgangsprofiel b i j M.H.W.:ref

+

6 , O O

m

en peil i n wie1:ref.

+

0,70

m ,

met kleilaag van

25

m

lengte i n uiterwaard.

P o t e n t i a a l l i j n e n en evenwichtsfactoren van verbetering met 30

m

lange berm b i j M . H . W . : r e f . t 6 , O O m en peil

i n wiel: ref.

+

0,70 m.

Dito b i j M.H.W.: r e f . + 6,OO

m

en peil in wiel: r e f .

+

1,70

m.

P o t e n t i a a l l i j n e n en evenwichtsfactoren

van

een scherp ontwerp met berm boven normaal peil i n het wiel.

Dito met toepassing van f i l t e r c o n s t r u c t i e , welke ook bo- ven normaal p e i l i n het wiel u i t k o m t .

Dito met toepassing

van

f i l te r c o n s t r u c t i e , welke be-

neden normaal peil i n wiel is gelegen.

Poteritiaal i i jnen en evenwichtsfactoren b i j een scherp

ontwerp met berm beneden normaal peil i n wiel, indien

de onderkant van het kleilichaam van de d i j k op niveau 2 gelegen is.

Dito, indien de onderkant van het kleilichaam van de d i j k O D niveau 3 aeleaen i s . 52/76.204 5z/76.099 5z/76.209 5z/76.132 5z/76.166 5z/76.100 5z/76.101 5z/76.135 5z/76.128 5z/76.102 5z/76.103 5z/76.104

Rivierdi jkverbetering wiel binnendijks.

1. Opdracht.

Door de Commissie Rivierdijken i s aan het C.O.W. verzocht na t e gaan

wat de invloed van een verlaging van de maatgevende waterstanden met

0,50

m

en 1,OO m op de voorgenomen rivierdijkverbeteringen zou z i j n .

Tevens werd gevraagd

hoe

de "mi 1 ieuschade" b i j deze verschi 11 ende

ontwerppeilen zoveel mogelijk beperkt zou kunnen worden, waartoe

voor

een aantal kenmerkende prof i el en enkel e scherp gedimensi oneerde

ontwerpen z i j n gemaakt. Het voor1 i ggende r a p p o r t t r a c h t een antwoord

op deze vragen t e vinden voor zover het de rivierdijkverbetering t e r

plaatse van wielen b e t r e f t . Daartoe i s uitgegaan van een dwarsprofiel

over een d i j k met een daarachter gelegen wiel, dat min o f meer repre-

sentatief geacht kan worden voor de wielen in het rivierengebied,

Aan

de dijkhoogtebepaling wordt b i j deze studie geen aandacht besteed;

hiervoor wordt verwezen naar de andere studie in hetzelfde kader.

Aangenomen wordt dat de d i j k voldoende hoogte heeft ten opzichte van

M.H.W. (hier ca. 0,90 m ) om overslag t e voorkomen en indien d i t n i e t

het geval i s d a t deze hoogte i s t e verkrijgen door een verhoging

en

d a a r u i t voortvloeiende aanvulling naar de buitenzijde van de d i j k .

Ook de s t a b i l i t e i t van het buitentalud wordt n i e t in deze studie

betrokken, daar hier i n de andere onderzoeken t . b . v . de commissie a l

Langs de grote rivieren i s een groot aantal "wielen" t e vinden, o n t -

staan a l s gevolg van een doorbraak b i j hoogwater. Ter plaatse van deze

doorbraak werd door het water, d a t zich met kracht in de polder s t o r t t e , een

stroomgeul gevormd waarbij de ondergrond t o t v r i j grote diepte werd u i t -

geschuurd. Bij het herstel v a n de d i j k werd de nieuwe d i j k meestal om deze

diepe stroomgeul heen gelegd. Wanneer de stroomgeul daarbij binnendijks kwam t e liggen, bleef deze door de jaren heen 6ewaal.d. De meertjes

d i e zodoende ontstonden z i j n onder al 1 er1 ei gewestel i j ke namen bekend :

"wiel I ' , "waai I ' , kol k"

,

b r a a k " , enz.

De wielen z i j n herkenbaar door de karakteristieke bocht i n de d i j k . ,

De geohydrologische opbouw i n het rivierengebied i s over het algemeen m i n

o f meer g e l i j k . De lagen aan de oppervlakte Eestaan meestal u i t r i v i e r -

k l e i , soms u i t veen; ook komen beide afwisselend voor, De dikte

van

deze lagen kan soms rote verschillen vertonen. i n het oosten ontbreken

ze z e l f s op sommige plaatsen, terwijl ze in het westen vele meters dik

kunnen z i j n . De kleilagen z i j n slecht doorlatend voor water.

Daaronder volgt een pakket zandige lagen, d i e voor water zeer gemakkelijk

doorlaatbaar z i j n . De d i k t e ervan neemt van oost naar west a f en de diepte

r e i k t t o t ongeveer 40 á 50 meter. Daaronder volgen weer veel

minder doorlatende, kleihoudende lagen.

De wielen waarvan de diepte vele meters kan bedragen, reiken t o t diep

in het zandpakket. B i j hoge rivierwaterstanden v i n d t door d i t pakket

een aanzienlijk kwel naar het wiel plaats. In deze wielen d i e

meestal door een kade van het polderland z i j n afgesloten, kan het water

dan aanzienlijk s t i j g e n ,

Deze kwel d i e u i t de i n het zand snijdende onderwatertalud t r e e d t en het

s t e r k s t i s b i j het onderwatertalud langs de d i j k i s de oorzaak

van

optredende i n s t a b i l i t e i t e n aan d i t talud. Vooral wanneer i n de u i t e r -

waard geen afdekkende lagen aanwezig z i j n of a l s deze doorsneden worden

door sloten dicht b i j de d i j k i s de kwel erg sterk en ontstaan b i j hoge

rivierwaterstanden t e r plaatse van de wielen gevaarlijke s i t u a t i e s . In

veel gevallen i s de klei in de uiterwaard afgegraven d o o r steenbakkerijen.

Het bodemmateriaal van de wielen bestaat b i j n a steeds u i t f i j n kleiig

s l i b , d a t r i j k i s aan organisch materiaal en zwart gekleurd door zwavel-

i j z e r . Weliswaar hebben de onderzochte wielen zulke diepten d a t z i j

voortdurende afslag van de oevers heeft zich op de bodem een f i j n

kleiig bezinksel gevormd. Het organisch materiaal dat i n d i t bezinksel

voorkomt, zal in hoofdzaak afkomstig zijn van de begroeiing van de

oevers en van afgestorven en bezonken p l a n k t o n .

Bodembegroeiing, waaronder i n d i t verband wordt verstaan de groei van

hogere of lagere plantaardige organismen op grotere diepten dan 4

m,

wordt n i e t waargenomen. Het ontbreken van zuurstof in het water nabij

de bodem gedurende de hele zomer moet a l s oorzaak voor het ontbreken

van deze begroeiing worden aangezien.

Bij de hierboven gegeven algemene beschrijving i s gebruik gemaakt van

het in 1941 uitgevoerde onderzoek "Waarnemingen in eeni ge "wiel en" i n

Het u i tg a n g s p r o f i e l voor h e t onderzoek i s weergegeven op b i j l a g e 1 ~

A l l e maten z i j n weergegeven t.o.v. een v a s t r e f e r e n t i e n i v e a u d a t 0,70 m beneden h e t normale w a t e r p e i l i n h e t w i e l gelegen i s .

De d i j k i s opgebouwd u i t k l e i . Doorgaans i s h e t b i n n e n t a l u d van de d i j k s t e i l met een gemiddelde h e l l i n g van ca. 1:1,75. Aan de b i n n e n z i j d e tussen w i e l en d i j k i s over h e t alqemeen een ca. 5 111 brede binnenberm van k l e i aan-

gebracht, waarvan de bovenkant ca 0,50 rn t o t 1,OOm hoger gelegen i s dan de kwelkaden d i e de k o l k omringen. De h e l l i n g van h e t b u i t e n t a l u d i s 1:3 genomen. Overigens hebben vorm en h e l l i n g van d i t b u i t e n t a l u d w e i n i g i n v l o e d op de s t a b i l i t e i t aan de 6 i n n e n z i j d e van de d i j k .

Omdat z a l b l i j k e n d a t de d i e p t e l i g g i n g van de onderkant van de k l e i van h e t d i j k l i c h a a m t.o.v. h e t normale p e i l i n de w i e l van belang i s voor de v e r b e t e r i n g , worden h i e r d r i e n i v e a u ' s 6eschouwd.

B i j h e t k e u z e p r o f i e l i s e r van uitgegaan d a t geen k l e i l a a g i n de u i t e r - waard aanwezig i s . De kwel i s dan h e t s t e r k s t , hetgeen voor de s t a b i l i t e i t van h e t b i n n e n t a l u d heel o n g u n s t i g i s . Opgemerkt d i e n t t e worden d a t de d i c h t h e i d van h e t v o o r l a n d b i j w i e l e n vaak s l e c h t i s . D i t i s geen

t o e v a l . Een w i e l i s immers een h i s t o r i s c h monument van een vroegere door- braak, d i e ondermeer een gevolg geweest kan z i j n van de opbouw van de o n t dergrond, b i j v . een l e k voorland.

Zoals u i t de b e s c h r i j v i n g i n de v o r i g e p a r a g r a a f i s gebleken, z i j n de oevers van h e t w i e l s t e i l . Op g r o t e r e d i e p t e n gaan z i j over i n

f l a u w e r e hellingen.Hoewe1 de w i e l e n t o t v e r i n h e t zandpakket r e i k e n i s op de bodem een f i j n k l e i i g s l i b aanwezig. Op h e t o n d e r w a t e r t a l u d z e l f ontbreken deze s l i b1 agen, zodat b i j hoge r i v i e r s t a n d e n h e t water h i e r v r i j u i t kan treden.

Het normale p e i l i n h e t w i e l i s op r e f t 0,70 aangenomen.

B i j hoogwater kan h e t p e i l h i e r met 1,5m s t i j g e n a l s gevolg van ber- g i n g van kwel water binnen de kwel kaden.

Keuze w o n d e i a en sc hamen

De grondeigenschappen van de onderzochte p r o f i e l e n i n Waardenburg en Winssen vertonen s l e c h t s w e i n i g v e r s c h i l . Aan de hand van de h i e r ge- meten grondeigenschappen i s voor h e t u i t g a n g s p r o f i e l van de h i e r o n d e r

aangegeven waarden u i tgegaan:

zandpakket: hoek van inwendige w r i j v i n g q~ = 35'

cohesi e c = o

volumieke massa p = 2,O t / m

hoek van inwendige wrijving 6 = 23'

cohesie

volumieke massa p = 1,9 t / m

kl e i 1 i chaam:

c = 7 kN/m 2 ( = 0,07 kgf/cm 2 ) 3

Voor aangestort zand wordt aangehouden:

hoek van inwendige wrijving q~ = 30'

cohes i e c = o

4.

Waterkerend vermoqen van het qekozen profiel.

Ter bepal i ng van het waterkerend vermogen van het UitgangS-Prof i el wordt eerst het waterspanningsbeel d voor verschi

1

lende randvoorwaar- Ben vastgesteld. De waterspanningen worden weergegeven in de vorm van potentiaallijnenbeelden. Langs een potentiaallijn is de sti jg-

hoogte constant, en wordt uitgedrukt

in

meters waterkolom ten op- zichte van een vast referentie niveau. Aan de hand van dit poten- tiaal l i jnenbeeld wordt het waterkerend vermogen bepaald met stabi- 1 i teitsbeschouwingen.

4.1.

Potentiaal 1 i jnenbeel d.

4.1.1.

Meting.

Het potentiaallijnenbeeld is onderzocht met behulp van een elektrisch analogonmodel van geleidend papier. Voo,r een

ui

tgebreidere

informatie over deze methode wordt naar de literatuur verwezen. Met een dergelijk model is het potentiaallijnenbeeld

in

de permanente strorningstoestand te bepalen. Voor de zandlaag zal deze aanname nage- noeg met de werkelijkheid overeenkomen.

In

het kleilichaam kunnen als gevolg van de slechte doorlatendheid en de elastische berging

in

de klei aanzienlijke vertragingen ontstaan bij het voortplanten

van

de waterspanni ngen. De permanente stromingstoestand vormt daarom een limiettoestand welke pas naenige tijd bereikt kan worden. Bij het bepalen van bet potentiaallijnenbeeld is de volgende schematisatie toe- gepast.

In

eerste instantie is alleen het potentiaallijnenbeeld

in

het zandpakket, dat 40 m dik is aangenomen, bepaald uitgaande van een on- doorlatend dijklichaam. Verder is de sliblaag op de bodem van de wiel tot een ondoorlatende laag geschematiseerd. Een model, waarbij deze sliblaag op de bodem afwezig werd verondersteld, toonde echter aan dat voor deze twee uiterste beschouwingen bijzonder weinig verschil optrad; vooral wat betreft het potentiaallijnenbeeld aan de bovenste

10 meter van het onderwatertalud. Daar juist deze bovenzijde het

meest kritiek is met het oog op de stabiliteit is de toegepaste schema- tisatie verantwoord geacht.

In

de uiterwaard is een effectieve kleilaag in eerste instantie afwezig verondersteld.

Volgens deze schematisatie is met meting Fla (bijlage 2 ) het poten- tiaalbeeld in het diepe zand nagegaan bij een buitenwaterstand van

r e f . t 6,OO m en een waterstand i n h e t w i e l van r e f .

U i t deze basismeting z i j n vervolgens de g e v a l l e n F l b en F l c a f g e l e i d , welke deze1 f d e s c h e m a t i s a t i e v o o r s t e l 1 en met andere r a ~ d v o o r A

waarden. H i e r b i j wordt h e t p o t e n t i a a l l i j n e n b e e l d n i e t g e w i j z i g d , maar de waarden b i j de p o t e n t i a a l 1 i j n e n veranderen wel evenredig met de g r o o t t e van h e t v e r v a l tussen b u i t e n - en b i n n e n z i j d e , zodanig d a t a a n s l u i t i n g wordt verkregen op de opgelegde r a n d p o t e n t i a l e n h i e r . Hieronder v o l g t een o v e r z i c h t van de beschouwde randvoorwaarden.

o y 7 0 m.

_F l a I b i j l a g e 2 basismeting: b u i t e n w a t e r s t a n d r e f . t 6,OO m;

waterstand i n h e t w i e l r e f . 0,70

m;

F l b b i j l a g e 3 i n v l o e d van b e r g i n g van kwelwater binnen de kwelkaden t o t een n i v e a u van r e f . t 2,20 m,

d a t w i l zeggen een s t i j g i n g van 1,50 m: b u i tenwaterstand r e f . t 6,OO m.

waterstand i n h e t w i e l r e f . t 220 m ;

-

F l c b i j l a g e 4 i n v l o e d van de v e r l a g i n g van de maatgevende b u i tenwaterstand met 1 meter:

b u i tenwaterstand r e f . t 5 ,O0 m;

waterstand

in

h e t w i e l r e f . t 0,70

m.

Op b i j l a g e 5 i s de i n v l o e d van een 25 m lange ondoorlatende k l e i l a a g i n de u i t e r w a a r d weergegeven. H i e r v o o r i s een nieuw model gemaakt, w a a r b i j a l l e e n de r e c u l t a t e n voor d e z e l f d e randvoorwaarden a l s m e t i n g F l a z i j n weergegeven. D i t om na t e gaan wat h e t e f f e c t van een afdek- kende k l e i l a a g i n de u i t e r w a a r d i s .

In a l deze b i j l a g e n i s tevens een f r e a t i s c h e l i j n i n h e t d i j k l i c h a a m getekend, wel ke n i e t door middel van m e t i n g i s bepaald. Voor de bepal i n g van deze f r e a t i s c h e l i j n i s ervan uitgegaan d a t :

a. de f r e a t i s c h e 1 i j n aan de b i n n e n z i j d e van de d i j k i n b e l a n g r i j k e mate wordt bepaald door de p o t e n t i a l e n tegen de onderkant van de k l e i l a a g en d a t h e t v e r l o o p van de waterspanning h i e r i n de permanente t o e s t a n d z i j n i n de b i j l a g e n weergegeven met een onderbroken l i j n .

v r i j w e l h y d r o s t a t i s c h i s . De s t i j g h o o g t e n d i r e c t onder h e t k l e i l i c h a a m

b, voor de b u i t e n z i j d e de f r e a t i s c h e l i j n b i j benadering kan worden ge-

s c h a t door de b u i t e n w a t e r s t a n d volgens een v l o e i e n d v e r l o o p aan t e s l u i t e n op de s t i j g h o o g t e van h e t water i n h e t zandpakket.

c. ter plaatse van uittredend water de freatische lijn enigszins naar beneden wordt 'I getrokken"

.

d. het waterspanningsverloop

in

het kleilichaam kan worden geschematiseerd tot een lineair verloop tussen freatische lijn en druklijn tegen de onderzijde van het kleilichaam.

Uit ervaring met modelonderzoek is deze schematisatie verantwoord geacht en mag worden aangenomen dat het geschematiseerde beeld weinig afwijkt van een arbeidsintensieve meting aan een tweelagen model.

In alle bijlagen is tevens het uittreeverhang uitgezet langs het bovenste gedeel te van het onderwatertal ud omdat zoal s verderop zal bl ij ken dit uittreeverhang van groot belang is voor de stabiliteit van het onderwater- talud. Het verhang is een dimensieloze vector loodrecht op de potentiaal- lijnen die i n grootte gelijk i s aan het verval over twee potentiaallijnen gedeeld door de afstand tussen deze lijnen. Aan het oppervlak van het onderwatertalud is de afstand tussen de potentiaal1 i jnen het kleinst en dus het verhang het grootst. Uit het getekende verloop van het verhang langs het talud valt waar te nemen dat direct achter de beëindiging van de klei een zeer sterke concentratie van de stroming plaatsvindt.

Het uittreeverhang op dit onderwatertalud is recht evenredig met het ver- val over de dijk. Afname van het verval bij een gelijke kwelweg betekent een evenredige afname van het uittreeverhang op het onderwatertalud. Dit is weergegeven op de bijlage 2 t/m 4.

Daarentegen geeft een verlenging van de kwelweg bij een constant verval geen evenredi ge vermindering van het

ui

ttreeverhang op het onderwater- talud. Een verlenging van de kwelweg met een factor 1,6 ten opzichte van de oorspronkel ij ke situatie geeft bij het

ui

tgangsprofiel s1 echts een reductie op het uittreeverhang met een factor 1,3. Deze situatie is weer- gegeven op bijlage 5.

Verlenging van de kwelweg is dus minder effectief dan afname van het ver- val over de dijk.

4.1.2.

Mogelijke afwijkingen van de metina.

Op de door meting verkregen potentiaallijnenpatronen kunnen zich om de vol- gende redenen afwijkingen voordoen:

a. Effect van radiale stroming naar de wiel.

In een analogonmodel is de stromi ng tweedimensi onaal beschouwd. Bij een wiel is de dijk dikwijls als een segment van een cirkelvormige boog om de wiel heen gelegd. De stroom zal daarbij radiaal door en

onder de dijk plaatsvinden. Door deze radiaal gerichte stroming z u l - len de wittreeverhangen ter plaatse van de binnenzijde van de dijk groter zijn dan welke volgen uit de analogon-berekening.

Ht-.l

STROMING

b. Gelaagdheid van het zandpakket en daaruit volgende verschillen in horizontale en verticale doorlatendheid kunnen afwijkingen van het stromingsbeeld veroorzaken, welke bij een grotere horizontale door- latendheid (laagvorming) leidt tot hogere uittreeverhangen.

c. Plaatselijke inscharingen in de kleilaag ter plaatse van het onder- watertalud bij de overgang van klei naar zand veroorzaken radiale stromingen op een kleinere schaal dan onder a. genoemd. De geconcen- treerde uitstromingen ter plaatse van de beëindigingen van de klei- laag kunnen hierdoor bij de inscharingen plaatselijk nog groter wor- den.

d. Inhomogeniteiten langs het onderwatertalud ten gevolge van afzet- ting van slib of begroeiing kunnen stromingsconcentraties tot ge- volg hebben langs het onderwatertalud.

Al

verhangen veel groter worden dan die welke nu met het geschematiseerde model gevonden zijn. Bij de stabiliteitsbeschouwing zal daarom met een tamelijk grote veiligheidsmarge rekening moeten worden gehouden. Vooral bij de beschouwing van p l aatsel ij ke ins tabi 1 i tei ten, wel ke beschouwing van groot belang is voor de stabiliteit van het onderwatertalud, dient de veiligheidsmarqe (zeer) ruim te worden genomen.

4.2.1.

Plaatselijke instabiliteit aan het oppervlak van het onderwatertalud;

piping en afschuiving.

De belangrijkste vorm van instabiliteit

bij

de wielen wordt gevormd

door plaatselijke instabiliteiten aan het onderwatertalud als gevolg

van de hoge uittreeverhangen. Om een inzicht in de grootte van

deze uittreeverhangen te krijgen is in de bijlagen

2, 3

en

4

het

verloop van de uittreeverhangen uitgezet op het onderwatertal

ud.

Hieruit is direct te zien dat achter de kleilaag zeer hoge uittre,e

verhangen optreden; zelfs op bijlage

3

waar het verval over de dijk

aanzienlijk kleiner is dan op bijlage 2.

Pipina

De uittreeverhangen achter het kleilichaam kunnen zo hoog

zijn

dat

materiaal wordt uitgespoeld.Indien deze uitspoeling direct achter

en onder de beëindiging van het kleilichaam plaatsvindt kan

onder de klei een holte ontstaan. Omdat de stromingsconcentratie

nu op de wanden van de holle ruimte aangrijpt, blijft het proces van

het uitspoelen van zand doorgaan waarbij

zich

een gang vormt onder

de klei. Uit proeven blijkt dat deze gang zich meanderend naar de

buitenzijde van

de

djjk toe ontwikkelt.

De

aanwezigheid van de klef+

laag

i s

een essentiële voorwaarde van het optreden van het "piping"-

proces.

De omstandigheden die het pipingproces

af van de grondsoort, de duur van de hoogwaterperiode en het patroon

van de grondwaterbeweging (stromingsconcentratie aan het einde van de

kleilaag). Voorts speelt een rol of het uit de ondergrond weggespoelde

zand wordt afgevoerd door het uitstromende water. Bij een steil talud

zal het uitstromende zand zich gemakkelijk naar beneden bewegen.

Bij het geschematiseerde model treedt bij ieder verhang over dijk, hoe

klein ook, direct achter de beëindiging van de klei geconcentreerde

uitstroming

op.

Hier kan de grond dus nooit stabiel

zijn.

In de praktijk blijkt echter wel een kritiek verhang te bestaan waar

beneden het "piping" verschijnsel zich niet meer voordoet.

Zo

zijn op

grond van statistisch onderzoek

van

bezweken en niet bezweken kunst-

werken door Griffith, Lane en Bligh, regels opgesteld die afhankelijk

van de grondsoort van de vereiste kwellengte ten opzichte van de stuw-

grondsoort Lane B1 i gh 1 t v* 15 f i j n zand l j 3 1 t v * ~

-

7 - 5

-

H H

middelmatig grof zand 6

grof zand 5 12

-

*

1 = lengte horizontale deel van de kortste kwelweg.

v = lengte verticale deel van de kortste kwelweg.

I

H = verval.

Voor grof zand l e i d t de formule van Lane t o t een horizontaal vereiste

kwellengte van L = 15H.

P1 aatsel i j ke afschuivi rig

van

onderwatertal ud.

R u i m voordat zagd weggespoeld wordt zullen zich onder invloed v a n de

hoge ui ttreeverhangen afschuivingen voordoen.

De

hoge u i ttreeverhangen

oefenen op het zand een "stromingsdruk" u i t . In de l i t e r a t u u r i s een u i t -

gebreide informatie t e vinden over het begrip "stromingsdruk". Deze

stromingsdruk k a n , afhankelijk

van

z i j n grootte

en

r i c h t i n g de s t a b i l i t e i t

van het talud verminderen en afschuivingen t o t gevolg hebben.

~

I

Omdat de verhangen langs een stroomlijn het g r o o t s t z i j n aan het oppervlak van

het onderwatertalud, zullen b i j cohesieloze gronden de glijvlakken zich het

e e r s t voordoen aan het oppervlak. Bij het zoeken naar de minimum evenwichts-

factor tegen afgl i jden kan daarom worden vol staan met een s t a b i l i t e i t s -

beschouwing aan het oppervlak van het onderwatertal ud , B i j een dergel i j ke

s t a b i l i t e i tsbeschouwing i s de analyse behorend b i j het oneindig 1 ange talud

toepasbaar. De lengte van een eindig talud i s immers even g r o o t vergeleken

b i j de dikte van de afschuivende laag grond.

Hierdoor i s op eenvoudige wijze de s t a b i l i t e i t

van

het onderwatertal u d

onder loodrecht hierop gerichte uittreeverhangen na t e gaan.

Deze stabiliteitsbeschouwing i s nader uitgewerkt in appendix A.

De grafiek A l van deze appendix i s het r e s u l t a a t

van

deze beschouwing

waar

gegeven tussen een taludhell ing en een uittreeverhang loodrecht op het talud, w a a r b i j d i t talud nog j u i s t i n evenwicht i s . Tevens i s in deze appendix een grafiek A 2 weergegeven, d i e voor de hoeken van in- wendige wrijving $ = 30' b i j verschillende taludhel lingen het verband geeft tussen het optredende ui ttreeverhang en de evenwichtsfactor waaronder het talud dan verkeert. I n deze zelfde grafiek i s d i t ver- band ook uitgezet voor een taludhelling 1:2,14 en een $ = 35'.

Met behulp van deze grafiek i s aan t e tonen da t de s t a b i l i t e i t b i j een taludhelling van 1:2,14 en $ = 35' zeker n i e t gewaarborgd i s a l s het facto r i s dan n . 1 . kleiner dan één. Deze zones z i j n op de bijlagen met een g r i j s r a s t e r aangegeven. Dit betekent d a t het talud op bi j l a g e 2 over een afstand van 1 m lengte zeker n i e t s t a b i e l i s . Direct aangren- zend aan deze zone i s de s t a b i l i t e i t ook onvoldoende verzekerd gezien de lage evenwichtsfactoren d ie hier aanwezig z i j n . Het aanwezige talud van 1:2,14, hetgeen b i j wielen geen uitzonderlijke s i t u a t i e i s , heeft

b i j een uittreeverhang groter d a n . l:8 , welke over enjge meters plaatsvindt

,

een evenwi chtsfactor kleiner dan 1,30.

In gevallen d a t een stabiliteitsbeschouwing aan het oppervlak maat-

gevend i s , zullen aanzien1 i j k hogere evenwichtsfactoren ge ë i s t moeten worden dan b i j lange cirkelvormige glijvlakken door een groot g r o n d - massief. Wanneer namelijk plaatse1 i j k hogere uittreeverhangen optreden

uittreeverhang groter d a n i = Q,3 wordt. De bijbehorende evenwichts-

zullen op deze betrekkel i j k kleine plaatsen afschui vingen optreden,

di e op h u n beurt weer andere oppervlakkige afschuivingen kunnen inleiden. Mogelijke p l a a t s e l i j k e afwijkingen van het gemeten potentiaalbeeld

kunnen optreden a l s gevolg van de factoren d i e op blz. 9 genoemd z i j n . Een lang onderwatertalud zal een hoge evenwichtsfactor moeten hebben om v e i l i g t e z i j n en n i e t t . g . v . p l a a t s e l i j k e inhomogeniteiten aange- t a s t t e kunnen worden. Hoge evenwichtsfactoren worden verkregen met flauwe taluds in de orde van 1:4 3 1:5.

Echter ook b i j deze flauwe hellingen van het onderwatertalud b l i j f t de s t a b i l i t e i t t . p . v . de stromingsconcentratie d i r e c t achter de klei on-

berekenbaar

,

daar volgens het geschematiseerde model h i e r al t i j d in s t a- biele zones optreden, hoe klein het verhang over de d i j k ook i s . Voor

de s i t u a t i e van een talud met stromingsconcentraties z i j n geen s t a t i s - tisch e gegevens van prakti j kwaarnemingen bekend zoals voor "pi ping" het geval was.

Ook het Laboratorium voor Grondmechanica i n Delft, waaraan deze vraag i s voorgelegd, kan geen c r i t e r i a geven. De uitspraak "onberekenbaar" l e i d t

daarom tot het niet accepteren van stromingsconcentraties bij onderwater- taluds die dicht bij de eigenlijke waterkering zijn gelegen. Een begin van instabiliteit aan een lang onderwatertalud kan er toe leiden dat onderwatertalud en oever steeds verder afkalven tot bezwijken van de dijk optreedt. Dit gevaar is des te ernstiger daar de totale grondmassa van de dijk

in

de wiel kan verdwijnen zonder dat de afschuivende grond- massa's ook maar enig remmend effect hebben op een volgende afschuiving. 4.2.2. Cirkelvormige glijvlakken.

Hoewel

in

de vorige paragraaf geconcludeerd is dat het onderwatertal

ud

achter de dijk niet stabiel is en bezwijken hiervan kan leiden tot bezwijken van de waterkering, is toch nog aandacht. besteed aan de

stabiliteit van het dijklichaam zelf met behulp van cirkelvormige glij-

vlakken. Hiervoor kunnen twee redenen genoemd worden. Ten eerste is de geometrie van de gehele waterkering

-

dijk, berm en onderwatertalud

-

te ingewikkeld

om

met alleen een stabil iteitsbeschouwing van het onder- watertalud

ook

de stabiliteit van andere

delen

van

de

constructie te beoordelen. Ten tweede wordt een dergelijke beschouwing nodig geacht omdat

in

het kader van te maken verbeteringen een indruk moet worden verkregen van de stabiliteit van het dijklichaam zelf. Met deze ge- gevens kan de omvang van de noodzakelijke verbetering worden bepaald. De stabiliteit van cirkelvormige glijvlakken wordt bepaald volgens de methode Bishop. Voor meer uitgebreide informatie wordt verwezen naar de literatuur. De berekeningen zijn uitgevoerd door het Laboratorium voor Grondmechanica

in

Delft met behulp van een computerprogramma waar-

in

de waterspanningen vrij in te voeren zijn.

In

alle berekeningen zijn deze waterspanningen overeenkomstig de potentiaal 1 ijnen van de ana-

logonmetingen ingevoerd.

Voor

het uitgangsprofiel zijn drie geva Fla, Flb en Flc.

Fla buitenwaterstand ref. t 6,OO

m

waterstand

in

wiel ref. t 0,70

m

Flb buitenwaterstand ref. t 6,OO

m

waterstand in wiel ref. t 2,20

m

Flc buitenwaterstand ref. t 5,OO

m

waterstand in wiel ref. t 0,70

m

De resultaten van deze berekening z i j n op de bijlagen 2 , 3 en 4 weer-

gegeven. De hier weergegeven c i r k e l s z i j n n i e t de definitieve minimum

c i r k e l s , maar d i e c i r k e l s welke na een verbetering van het onderwater-

talud nog een rol kunnen spelen i n de s t a b i l i t e i t van het dijklichaam

en de berm.

Alleen i n bijlage 4 i s verder gezocht naar het d e f i n i t i e v e minimum,

waarbij de minimum cirkel het onderwatertalud aanzienlijk lager s n i j d t .

Door een goede verbetering van het onderwatertalud gaat de evenwichts-

factor v a n deze cirkel echter zo veel omhoog d a t ze n i e t meer van

betekenis i s voor de s t a b i l i t e i t . .

Uit vergelijking van de gevallen op bijlagen 2 en 3 v a l t op t e maken d a t

de stabi 1 i t e i t s f a c t o r van de cirkel s die het binnenbel oop omvatten

afneemt b i j verhoging van het peil i n het wiel. Xanneer een dergelijke a f -

schuiving zich d u s heeft ingezet i s deze n i e t meer t e stoppen door

opzetten van het peil i n h e t wiel.

Daarentegen heeft het opzetten van het peil in het wli.&l een gunstiae i n -

vloed op de s t a b i l i t e i t van het onderwatertalud en de binnenberm. De

s t a b i l i t e i t van de binnenberm wordt verhoogd door extra steun van het

gestegen waterniveau tegen het talud. De s t a b i l i t e i t van het onderwater-

t a l ud wordt eveneens verbeterd d o o r d a t de ui ttreeverhangen verminderen a l s gevolg van het kleiner geworden verhang.

Plaatselijke instabiele zones d i r e c t achter de kleilaag zullen kleiner

worden van omvang en in de p r a k t i j k misschien n i e t meer t o t verdere

i n s t a b i l i t e i t e n aanleiding geven. Deze grens van wel of n i e t k r i t i e k

i s op het ogenblik zonder uitgebreid onderzoek n i e t vast t e s t e l l e n .

Het g u n s t i g e f f e c t van het opzetten van het peil i n het wiel i s i n de

p r a k t i j k bekend. Veel dreigende s i t u a t i e s , zoals afschuiving van de binnen-

berm en welvorming, konden nog door het opzetten van de kwelltade

met behulp van kistdammen j u i s t worden bezworen. B i j een hoogwater

volgens het M.H.W. peil l i j k t het echter n i e t meer mogelijk de kwelkaden

nog hoger op t e zetten en daarmee de verhangen over de d i j k t e beperken.

De enige verantwoorde maatregel i s hier het verbeteren van het onderwater-

talud.

Een verlaging van de M . H . W . stand met één meter geeft een geringe toename

van de evenwichtsfactor van de beschouwde glijvlakken

”

4.3. Conclusies van analyse waterkerend vermogen ( z i e ook tabel 4.3.)

1. Kritiek voor het waterkerend vermogen van een d i j k nabij een wiel z i j n de stromingsconcentraties die optreden aan het onderwatertalud d i r e c t onder en achter de klei

2. Deze stromingsconcentraties treden ook op b i j kleinere verhangen over de d i j k en b i j verhoging van het peil in het wiel of verlagen v a n de maatgevende hoogwaterstand of door het aanbrengen van een afdekkende laag i n de uiterwaard ( z i e b ijla g e 3 waar het verhang aanzienlijk kleiner i s dan op bijlage 2 ) .

3. Deze stromingsconcentraties veroorzaken p l a a t s e l i j k e i n s t a b i l i t e i t e n . De omvang van deze p l a a t s e l i j k e i n s t a b i l i t e i t e n i s met een gearceerd r a s t e r weergegeven op de bijlagen 2 t / m 5. De lengten van deze zones z i j n nogmaals weergegeven in tabel 4.3. Bij een kleiner verhang over de d ijk neemt de omvang van deze in st ab i e l e zone a f .

4. Buiten de aangegeven insta b ie le zone i s de s t a b i l i t e i t van het u i t - gangsprofiel wel g r ote r dan één, maar in a l l e gevallen over enige meters lengte a l t i j d nog lager dan 1,3.

De

lengte waarover de even- wichtsfactor kleiner dan 1 , 3 b l i j f t i s zowel op de bijlagen weerge- geven a l s in de tabel 4.3.

Deze evenwichtsfactor van 1 , 3 i s b e s l i s t t e laag voor een onderwater- talud ( z i e opmerkingen op b l z . 9 ) .

5. Door achtereenvolgende afschuivinqen t e r plaatse van deze i ns ta b i el e zones

fa3

het onderwatertalud beneden de klei steeds verder worden aangetast en ui teindel i j k grotere afschuivinqen van de berm o f het gehele binnenbeloop inleiden.

6 . Aangezien a l l e afschuivende grondmassa's in het diepe wiel wegzakken zonder daarbij een remmend obstakel t e vormen voor volgende afschuivin- gen zal iedere vorm van i n s t a b i l i t e i t aan de binnenzijde van de d i j k

op den d u u r t o t bezwijken van de d i j k leiden.

7. De hiervoor genoemde instabi l i t e i ten aan het onderwatertalud doen zich voor zowel b i j verhoging van het peil i n het wiel a l s b i j verlaqing van de maatgevende hoogwaterstand met één meter a l s b i j een afdekkende laag in de uiterwaard. Met dergelijke maatregelen zal de s t a b i l i t e i t van het onderwatertalud d u s n i e t t e waarborgen z i j n .

voor cirkelvormige glijvlakken wel voldoende i s . Dit i s een gevolg van de goede drainerende werking van het wiel o p de waterspanningen in en onder het d i j kl i chaam.

9. Opvallend h i e r b i j i s dat de s t a b i l i t e i t v a n de berm aanzienlijk toeneemt ( z i e bijlagen 2 t / m 5 ) .

Minimum e v e n w i c h t s f a c t o r ( n ) voor cir.:?vormige g l i j v l a k k e n

b i j h e t o p z e t t e n van h e t p e i l i n de w i e l , maar d a t daarentegen de

s t a b i l i t e i t van de gehele d i j k e n i g s z i n s afneemt. Een eenmaal i n g e z e t t e a f s c h u i v i n g van h e t binnenbeloop en berm i s dus n i e t t e 'remmen door h e t o p z e t t e n van h e t p e i l i n l i e t w i e l .

10. V e r l a g i n g van de maatgevende w a t e r s t a n d met één meter h e e f t s l e c h t s g e r i n g e i n v l o e d op de e v e n w i c h t s f a c t o r .

11. Gezien p u n t 8 moet de s t a b i l i t e i t van de h e l e w a t e r k e r i n g . t e

waarborgen z i j n door een doelmatige v e r b e t e r i n g van h e t onderwatertalud.

p e i l i n w i e l r e f . t 0,70 m r e f . t 2,20 m r e f . + 0,70 m Tabel 4.3. - - - ~

l e n g t e van i n s t a b i e l zone l e n g t e zone berm h e l e d i j k i n < 1,O) met n < 1.3 l m 6 m 1.47 0,5 m 3 m 0.65 m 4 m F1 a 2 F l b 3 F l c 4

Meting B i j l a g e Bui tenwaterstand

r

r e f . t 6,00 m

r e f . t 6,OO m

r e f . t 5,OO m

F9 5

I

r e f . t 6,OO m

I

r e f . t 0,70 m

1 .

0.70 m

1

3,5 m

1

n i e t bepaald, evenwichtsfactoren met ondoorlatende afdekking i n u i t e r w a a r d over

25 m l e n g t e , a a n s l u i t e n d op b u i t e n t a l u d

z u l l e n tussen d i e van F l a en F l c l i g g e n .

"De h i e r weergegeven e v e n h i c h t s f a c t o r e n z i j n n i e t de d e f i n i t i e v e m i n i m m evenwichtsfactoren, omdat deze worden Qevonden b i j c i r - k e l s d i e h e t onderwatertalud veel d i e p e r s n i j d e n . Z i e c i r k e l met n = 1,46 op b i j l a q e 4. Deze c i r k e l s spelen na een goede ver- b e t e r i n g van h e t onderwatertalud e c h t e r geen r o l meer. De h i e r weergegeven evenwichtsfactoren z i j n de minima voor ondiepe c i r k e l s , welke na v e r b e t e r i n g van h e t onderwatertalud nog een r o l kunnen spelen i n de s t a b i l i t e i t van h e t d i j k l i c h a a m . *)Deze e v e n w i c h t s f a c t o r i s n i e t bepaald. Omdat de f r e a t i s c h e l i j n i n de berm h i e r maar i e t s l a g e r is dan b i j meting F l a z a l

5. Waarnemingen aan w i e l e n b i j h e t hoogwater van 1926.

Na deze door t h e o r i e en berekening opgestelde analyse over h e t water- kerend vermogen l i j k t h e t goed

om de gedragingen van de w i e l e n t i j d e n s

h e t hoogwater van 1926 weer t e geven en na t e gaan i n hoeverre d i t ge- d r a g overeenstemt met de gemaakte analyse.

5.1. U i t h e t l ' v e r s l a g van h e t voorgevallene t i jdens h e t hooge opperwater

op de nederlandsche r i v i e r e n i n den w i n t e r van 1925 op 1926" wordt h e t v o l gende geci t e e r d .

-

N.B.

De hoogste waterstand op Boven-Rijn en Waal vond p l a a t s op 4 en 5 j a n u a r i 1926.

2 j a n u a r i 1926 (Boven-Rijn en z i j n e takken en de L i n g e )

a)"De i n den zomer 1925 h e r s t e l d e binnenberm van den 1ink:er Waalbandi j k b i j de Moespotsche Waai b i j Beuni ngen schoof weer gedeel t e l i j k i n de k o l k a f , v e r m o e d e l i j k t e n gevolge van s t e r k e kwel door den d i j k . Na o p k i s t i n g van de kwelkade rondom de k o l k verhoogde de waterstand

i n d i e k o l k , zoodat een tegendruk o n t s t o n d en de a f s c h u i v i n g t o t s t i l - stand kwam".

"Langs de b o v e n k r u i n l i j n van den binnenberm van den l i n k e r R i j n d i j k b i j hmpaal 213, onder D r i e l , werd een k l e i n e z i c h gaandeweg ver- wijdende scheur g e c o n s t a t e r r d en reeds den volgende dag begon een deel van h e t beloop i n h e t a c h t e r d a t d i j k v a k gelegen w i e l a f t e zak ken,

Op 4 j a n u a r i was h e t afgescheurde gedeelte weggeschoven over eene l e n g t e van ongeveer 20 m en t e n b r e e d t e van ongeveer 2,50 m, zodat een b i j n a l o o d r e c h t e wand o n t s t o n d t o t een d i e p t e van ongeveer 4

m.

O n m i d d e l i j k na h e t vertonen van de scheur werden zakken zand tegen h e t bermbeloop aangebracht en werd de kwelkade rondom h e t w i e l op- g e k i s t , opdat h e t kwelwater zoveel m o g e l i j k tegendruk zou kunnen geven.

Na de a f s c h u i v i n g werd h e t s t o r t e n van zakken zand, g r i n d en steen- s l a g k r a c h t i g v o o r t g e z e t t o t d a t h e t beloop t o t op den bodem van h e t 7 m diepe w i e l een h e l l i n g van ongeveer 2 op 1 had gekregen.

3 . i a n u a r i

c)"Nagenoeg a l 1 e kwel kaden rondom de b i n n e n d i j k s gel egen w i e l en werden t e r hoogte van ongeveer 30 cm o p g e k i s t . De g e v a a r l i j k s t e p l a a t s e n b l e k e n t e z i j n d i e , waar z i c h b i n n e n d i j k s een w i e l bevond; h e t gevaar

werd verhoogd, waar h e t water toegang t o t de zandlagen kreeg, door- d a t de k l e i 1 aag b u i t e n d i j ks door de steenbakker! j was afgegraven. 4 j a n u a r i

d ) " B i j hmpaal 229 tusschen T u i l en Haaften vertoonde z i c h i n de k r u i n van den r e c h t e W a a l d i j k l a n g s h e t b e s t r a a t paardenpad een scheur t e r l e n g t e van 25

m;

de w i j d t e was p r a k t i s c h n i e t meetbaar. Op onge- veer

-

20

m

u i t den binnenteen van den d i j k bevond z i c h een w i e l , zo- d a t vermoed werd d a t een geringe g r o n d a f s c h u i v i n g naar h e t w i e l had p l aatsgehad

.

Het b i nnenbel oop werd met zakken zand bezwaard.

5 j a n u a r i

e ) Het beloop van den binnenberm van den r e c h t e r I J s s e l d i j k beneden doorbraak t.p.v. d r i e w i e l e n z i e algemeen v e r s l a g b l z . 6.

Herculo schoof over een l e n g t e van 20 m i n de T e l l e r b e r g e r k o l k op d e z e l f d e p l a a t s waar z i c h i n 1920 een d e r g e l i j k e a f z a k k i n g voor deed. Door a a n s t o r t i n g met zakken zand werd verdere a f k a l v i n g tegen- gegaan.

6 j a n u a r i

f ) Ter b e s t r i j d i n g van w e l l e n i n een w i e l , o n m i d d e l i j k a c h t e r den l i n k e r R i j n d i j k van de Betuwe b i j hmp. 278 onder de gemeente Ravenswaai, d i e t r o e b e l water opgaven, werd rondom d a t w i e l een dubbele b e k i s t i n g gevuld met k l e i aangebracht i n hoogte van ongeveer 0,60

m

boven maai- v e l d . I n h e t b e k i s t e w i e l , d a t een o p p e r v l a k t e had van r u i m 1 1 / 4 ha, s t e e g h e t water a a n v a n k e l i j k met een s n e l h e i d van 10 cm per u u r s i n de daarop volgende 3 u r e n 6 cm, i n de navolgende 3 uren 4 cm enz.

Het water b l e e f daarna zeer langzaam s t i j g e n , t o t d a t na ongeveer 14 dag weer een k r a c h t i g e s t i j g i n g plaatsvond, d i e zoo s t e r k was, d a t de

b e k i s t i n g g i n g overlopen. De binnenberm van den d i j k werd op de meest zwakke p l a a t s e n met zakken zand verzwaard.

Gaandeweg verminderde de s t i j g i n g van de w a t e r s p i e g e l en h i e l d deze l a t e r geheel o p . Het v e r s c h i l i n waterstand binnen en b u i t e n bedroeg 2,49 m.

5.2. Nabeschouwing van de waarnemingen u i t 1926.

De waarnemingen s l u i t e n goed aan b i j de c o n c l u s i e s van de t h e o r e t i s c h e analyse van h e t waterkerend vermogen. I n v e r s c h i l l e n d e g e v a l l e n deden z i c h a f k a l v i n g e n en verzakkingen van de binnenberm voor, welke een ge- v o l g z i j n van i n s t a b i l i t e i t van h e t onderwatertalud.

Een i n g e z e t t e a f s c h u i v i n g van de binnenberm kan volgens waarneming a ) t o t s t i l s t a n d worden gebracht door o p k i s t e n van de kwelkaden, hetgeen overeenstemt met c o n c l u s i e 9 van 4.3.

Een a f s c h u i v i n g van h e t gehele binnenbeloop en berm volgens waarneming b ) kan e c h t e r n i e t meer t o t s t i l s t a n d worden gebracht door h e t o p k i s t e n van de kwel kaden hetgeen overeenstemt met c o n c l u s i e 9 van 4.3. Om bezwijken van de d i j k t e voorkomen moest h i e r een steunberm van zakken zand, g r i n d en s t e e n s l a g worden aangelegd.

I n veel g e v a l l e n deden de problemen z i c h a l voor voordat de hoogwater- stand werd b e r e i k t d.w.z. b i j l a g e r e buitenwaterstanden. Ook b i j w i e l e n op g r o t e r e a f s t a n d van de d i j k kunnen z i c h problemen voordoen volgens waarneming d ) * waar z i c h een w i e l op 20 m a f s t a n d van de d i j k t e e n bevond. Onder f ) werden w e l l e n i n de w i e l waargenomen, welke tegen gegaan kon- den worden door h e t o p z e t t e n van de kwelkaden met 0,60 m. Het v e r s c h i l i n waterstand binnen en b u i t e n bedroeg toen nog s l e c h t s 2,50

m.

Het verhang over de d i j k z a l t o e n b i j een d i j k z a t e van ca. 40 à 45 m rond de 1/17 z i j n geweest.

6 . Verbeteri ngen.

6 . 1 . Conventionel

e

verbeteringen.

Uit vroegere waarnemingen b i j hoogwater i s duidelijk gebleken d a t die plaatsen

waar

zich binnendijks een wiel bevindt, t o t de meest gevaar1 i jke p l a a t s e n in

onze

rivierdijken behoren. Het i s daarom niet verwonderlijk d a t b i j verbetering van deze dijken naar de meest voor de hand liggende oplossing gegrepen wordt, namelijk het dempen van de

wiel t o t over een zekere afstand achter de dijk. Voor deze afstand wordt

wel 30 m achter de teen v a n d e verbeterde dijk aangehouden. Op deze wijze o n t s t a a t een zeer veilige dijk. De volgende p u n t e n speelden daarbij waar- schi j n l i j k een belangrijke rol :

a. Afstand tussen onderwatertalud en dijk i s

nu zo

g r o o t d a t bezwijken van het onderwatertalud niet direct z a l leiden t o t bezwijken van de dijk zelf (het

optreden

van zettingsvloeiingen i s buiten beschouwing

gelaten, omdat d i t nooit in het bovenrivierengebied i s waargenomen)

Uit de waarnemingen b l i j k t duidelijk d a t telkens instabiliteiten van het onderwatertalud de inleiding t o t verdere afschuiving vormen. Deze instabiliteiten traden zowel b i j flauwe a l s s t e i l e taluds op. Vandaar d a t men nogal huiverig was voor verbetering v a n het onder- w a t e r t a l u d alleen in de vorm van verflauwing.

De maat van 30 meter i s een in de p r a k t i j k gegroeide

maat,

waarvan

bekend i s d a t evenwichtsverstoringen buiten deze 30 m zelden meer

invloed hebben op het evenwicht van de dijk zelf. In d i t kader wordt

erop gewezen d a t in par.5,leen waarneming vermeld i s , waarbij de aan- wezigheid van een wiel op 20

m

afstand van de dijk leidde t o t

scheurvorming in de kruin van de dijk.

het afgeschoven grondlichaam niet direct in het diepe wiel. De af- schuivende grondmassa kan

n u

in een nieuwe evenwichtstoectand komen

en

er kunnen

n u

snel maatregelen worden

genomen

om verdere

afcchuiving

o f dreigende doorbraak tegen t e gaan.

5. B i j eventueel optredende afschuivingen van het dijklichaam verdwijnt

Om een inzicht t e verkrijgen in de stabi’litei’t

van

de conven&

e e r s t d i t type verbetering onderzocht. Het potentiaal 1 i jnenbeeld en

de resultaten van het stabi 1 i t e i tsonderzoek z i j n op bijlage 6A aange-

geven. De hoogte van de berm i s zodanig genomen d a t b i j een normaal

peil i n Lhet wiel de freatische l i j n ca. 0,50 m beneden

de bovenkant van de berm b l i j f t . Bij berging binnen de kwelkaden, waar-

b i j het peil 1,OO m kan s t i j g e n wordt de berm nat, maar b l i j f t ruim

voldoende stabiel ( b i j l a g e 6 B ) . Bij handhaving van het oude s t e i l e

binnentalud van de d i j k a’s de ongunstigste gaijcirkel hier t e r plaatse

gelegen. S i j een hoger peil in de wiel neemt de s t a b i l i t e i t van d i t b i n -

nenbeloop i e t s a f . De s t a b i l f t e i t b l i j f t echter ruim voldoende hetgeen ver-

flauwing van het talud u i t oogpunt van s t a b i l i t e i t overbodig maakt.

Uit het gehele ontwerp spreekt een duidelijke overdimensionering, welke

voornamelijk een gevolg i s van de brede

en

hoge bermconstructie. Als

gevolg van deze zeer duidelijke overdimensionering moet de kans op a f -

schui v i ngen en doorbraak ui tgesl oten worden geacht. het hjervoor genoemde

p u n t b maq

-

hier dan ook a?$ f i l e t relevant worden beschouwd.

Wat b e t r e f t het t a l u d 1:5 aan het wiel i s het uittreden

van

water boven

de waterlijn nog enigszins onbevredigend. Het uittredende water kan

stroomgeul t j e s veroorzaken waardoor het t a l ud w o r d t aangetast. Ter

plaatse van de waterlijn t r e e d t z e l f s over een zone van zeer geringe

afmetingen een geconcentreerde uitstroming o p , welke het talud plaatse-

l i j k kan aantasten.

Er

z i j n echter een aantal grote verschillen met de

geconcentreerde uitstroming b i j het oude onderwatertalud, waardoor de

s i t u a t i e

n u

veel minder ernstig i s .

1. het talud i s

nu

veel flauwer en daardoor s t a b i e l e r

2 . de

n u

optredende stromingsconcentraties zijn minder groot

3. de stromingsconcentraties grijpen n u n i e t d i r e c t achter een kleiafdek-

king aan, waardoor zich geen piping k a n voordoen

4. eventuele a a n t a s t i n g vindt

n u

boven water plaats en i s dus goed

waar-

neembaar

5. wanneer i n de praktijk zou blijken dat de aantasting ontoelaatbare vor-

men

zou

aannemen kan deze eenvoudig vermeden worden door op het boven

water gelegen talud een ca. 0,30

m

dikke grovere bestorting aan t e leg-

gen, die uitspoeling van materiaal tegen g a a t .

Voor ernstige aantasting van het nieuwe onderwatertal ud behoeft men dus

eigenlijk n i e t t e vrezen. Dit voornamelijk a l s gevolg van het f e i t d a t

men

n u

n i e t meer t e maken heeft met de zeer gevaarlijke geconcentreerde

30 meter tussen onderwatertalud en d i j k om de onder a . genoemde reden l i j k t daarom veel

aan

waarde ingeboet t e hebben.

Een onderzoek naar bermconstructies van kortere 1 engten wordt daarom zinvol geacht.

h . 2 . Beperkingen gesteld aan verbetering door mil jeu.

Uit landschappel i j k

en

natuurwetenschappel i j k oogpunt worden de wielen zo waardevol geacht dat demping dient t e worden voorkomen. Verbeteri ng van deze gevaar1 i j ke plaatsen in onze bandijken i s evenwel noodzakelijk, ook indien van lagere maatgevende hoogwaterstanden wordt uitgegaan. De problemen d ie zich i n het verleden hebben voorgedaan b i j opgetreden hoogwaterstanden 1 aten daarover geen t wi jf e l bestaan.

Uit gesprekken met deskundigen van natuur- en landschapsbescherming z i j n de vol gende wensen qebleken:

a ) de voorkeur g a a t u i t naar verbeteringen aan de buitenzijde van de di j k

b ) omkading

van

het wiel met hogere kwelkaden i s n i e t bezwaarlijk, in- dien deze kade het geheel i n t a c t l a a t .

c ) een aanberming onder water van g r i n d of zand, mits van bescheiden a f - metingen, kan een aanvaardbare oplossing z i j n .

ad a .

Afgezien van het aanleggen van een tweede dijk, buitendi j a s op korte af -

s t a n d van de oude d ijk

-

hetgeen landschappelijk gezien ook geen f r a a i e

oplossing i s

-

kunnen bui tendi j kse maatregel en zoals afdi chting

v a n

de uiterwaard met klei o f f o l i e op zich n i e t voldoende zekerheid bieden voor een s tab ie l onderwatertal ud, getuige de meting O P b ij la g e

5 waar een 25 m lange volkomen ondoorlatende kleilaag 1s aangebracht. Hoewel de uittreeverhangen aan het onderwatertal ud qeringer z i J n tie- worden, blijven e r b i j het onderwatertalud op de overgang van klei naar zand over een zekere zone geconcentreerde uitstromingen optreden.

Bovendien b l i j k t d a t het e f f e c t van de kleilaag op deze uittreeverhangen n i e t evenredig i s met verlenging van de kwelweg. Een verlenging

van de kwelweg met een fa c to r 1,6 t . o . v . de oorspronkelijke s i t u a t i e geeft b i j de beschouwde s i t u a t i e s l e c h t s een reductie op de u i t t r e e - verhangen met een f ac to r 1,3.

-

a d b.

Hogere omkading van de kwelkaden heeft hetzelfde bezwaar a l s onder p u n t a ) genoemd. Hoewel u i t theorie en p ra k t i j k b l i j k t dat hogere omkading een gunstig e f f e c t heeft op de s t a b i l i t e i t geeft ook deze oplossing op zich n i e t voldoende zekerheid voor een s t ab i e l onderwatertalud.

Door

het ontbreken van een op onderzoek berustend criterium i s het n i e t mogelijk

om aan t e geven t o t welke hoogte de kwel kaden opgetrokken moeten worden.

ad

c.

Directe verbetering

van

het onderwatertal ud met maatregel en om de gevol

-

gen van geconcentreerde uitstromingen t e beteugelen z i j n de enige zeker-

heid gevende oplossingen.

Dit kan eventueel i n combinatie met de genoemde maatregelen onder p u n t a

o f b worden gedaan, hoewel d i t op de afmetingen van de verbetering weinig invloed zal hebben.

6 3 . Nieuwe verbeteringen.

Uit de analyse van het waterkerend vermogen b l i j k t duidelijk d a t met

verbetering

van

het onderwatertalud de s t a b i l i t e i t van de gehele water-

kering t e waarborgen i s . Gezien de c a t a s t r o f a l e gevolgen van instabil i -

t e i t e n aan het onderwatertalud en onzekerheden in de stabiliteitsberekenin-

gen moeten

voor

een

vei

1 i g ontwerp hoge evenwi chtsfactoren worden geëi s t

Hierbij vormen ook de in blz. 9 genoemde mogelijke afwijkingen van het

gemeten potentiaalbeeld een belangrijke overweging

om

deze evenwichts-

factor aan de hoge k a n t t e houden.

Voorwaarden voor het verkrijgen

van

een onderwatertalud met hoge even-

wichtsfactoren z i j n :

1. Geen geconcentreerde uitstroming u i t een onbeschermd onderwatertal ud.

2 . Flauwe taludhellingen in de orde van 1:5.

Om aan de tweede e i s t e voldoen zal het nodig z i j n om de doorgaans t e

s t e i l e onderwatertaluds t e verflauwen. Hiervoor z i j n in ieder geval

grondaanvul lingen nodig van materiaal d a t minstens

zo

goed doorlatend

i s a l s het materiaal van het zandpakket onder de d i j k . Alvorens het

nieuwe materiaal

aan

t e brengen moet het talud goed worden opgeschoond

over een afstand van ca. 25 m , z o d a t zich in het nieuwe onderwatertalud

geen s l e c h t doorlatende lagen bevinden, Deze verhogen immers de water-

spanningen onder de d i j k .

Om

b i j de dan nog aanwezige geconcen-

treerde uitstromingen uitspoeling van het materiaal t e voorkomen zullen

nog extra maatregel en genomen moeten worden. De mogel i j kheden hiervoor

z i j n :

1. het aanbrengen van f i l terconstructies

Bescherming tegen geconcentreerde uitstroming i s mogelijk door toe-

passing van f i l t e r c o n s t r u c t i e s die zodanig van opbouw z i j n d a t z i j

de geconcentreerde stroming vrijwel ongehinderd laten ui tstromen,

maar uitspoeling van materiaal tegen gaan. Voor de opbouw van

deze constructiessdie laagsgewijs steeds grover van opbouw worden

dient gebruik t e worden gemaakt

van

de f i l t e r r e g e l s zoals die in

de l i t e r a t u u r t e vinden z i j n ,

2 . het p u n t van de geconcentreerde stroming door middel van een berm

zodanig in

t e

pakken met grof zand (minstens

zo

grof a l s het zandpak-

ket) dat aan het oppervlak van de berm n i e t s meer van de geconcen-

treerde stromi ngen waarneembaar i s .

Omdat het aanbrengen van een f i l t e r onder water en bovendien tegen een

t a l u d geen eenvoudige zaak i s en moeilijk nauwkeurig kan geschieden

dient een dergelijk f i l t e r nogal ruim van afmetingen t e zijn.en g a a t qua

de s t a a t van het f i l t e r een moeizame zaak. In de hier gegeven ontwerpen

i s e r daarom de voorkeur aangegeven om de f i l t e r c o n s t r u c t i e s aan t e leggen

op een berm dicht onder de waterlijn, z o d a t zowel de aanleg a l s d e

controle beter t e doen z i j n . Voor deze wijze van aanleg p l e i t het f e i t

d a t toch al materiaalaanvulling n o d i g i s om de gewenste verflauwing

van

het talud t e verkrijgen. Tezamen met het aanbrengen van deze ver-

flauwing

wordt

tevens een berm aangelegd.

Beide constructies vertunen n u vrij veel overeenkomst, namelijk in

beide gevallen

wordt

een berm aangelegd die vervolgens overgaat i n een

zake1 i j k wordt geacht wordt d i t op de berm aangelegd. De keuze tussen

beide constructies zal

n u

voornamelijk bepaald worden door de beschik-

bare constructiehoogte, waaronder hier wordt verstaan de diepte

van

de geconcentreerde stroniing beneden het normale waterniveau in de wiel.

Dit

om

aan de milieuwens

t e

voldoen om de constructies beneden de

waterlijn i n het wiel t e houden.

Voor de breedte van de berm i s 5

m

genomen. Binnen deze 5

m

treden

namelijk de grootste uittreeverhangen op. Op een horizontale berm

beïnvloeden deze ui ttreeverhangen de s t a b i l i t e i t immers niet zolang

de stromingsdruk op het materiaal maar n i e t groter w o r d t dan het ge-

wicht van het materiaal onder water. Een zekere veiligheidsmarge i s natuur1 i j k

wel noodzakelijk. Een andere overweging voor de keus van de 5 m i s d a t b i j

toepassing van een f i l t e r c o n s t r u c t i e de geconcentreerde stromingen onder a l l e

omstandigheden binnen deze afstand afgevoerd moeten kunnen worden.

Volgens de metihgen i s d i t binnea 0,5

m

t o t 1

m

gebeurd. In de l o o p der jaren

kan echter de werking van het f i l t e r mogelijk achteruit gaan en misschien

door begroeiing wel geheel dichtraken. Hoewel e r momenteel nog weinig

bekend i s over gedragingen

van

f i l t e r s i n de loop der t i j d l i j k t het

een rede1 i j ke veronderstel 1 ing d a t de geconcentreerde stromingen wel

ergens binnen deze 5 m af zullen vloeien; ook wanneer de werking

van

het f i l t e r sterk achteruit gegaan i s .

Na deze 5 rn liggen de uittreeverhangen in de orde van 1:lO t o t

maximaal 1:5. In onderstaande tabel i s aangegeven wat de evenwichtsfac-

tor van de onderwatertal udhell ingen i s b i j deze ui ttreeverhangen

volgens de evenwichtsbeschouwingen

van

het oneindig lange talud ( z i e

grafiek A 2 van appendix A ) .

tal udhel 1 i ng

Evenwichtsfactoren b i j 4 = 30' vglgens grafiek

AZ.

u i ttreeverhang aan oppervlak van onderwatertal ud

1: 10 1:5 1:2 1:3 1:4 1:5 1,55 1,36 <

l,o

2 ,O7 1,83 1,12 2,58 2,29 1,41

Hierin i s tevens het uittreeverhang 1 : 2 opgenomen. Dit om t e laten

zien hoe het gesteld i s b i j een zeer sterke toename van het potentiaal-

verhang, wat een gevolg

zou

kunnen z i j n van i n de loop der t i j d optreden-

de inhomogeniteiten a l s gevolg van begroeiing o f onvoorziene omstandigheden.

Uit deze tabel b l i j k t d a t met een i e t s flauwer talud nog een aanzienlijke

winst in de evenwichtsfactor wordt verkregen.

Op g r o n d hiervan i s de keus gemaakt voor een onderwatertalud 1:5 d a t

z e l f s onder extreme condities nog voldoende stabiel i s . Er wordt dan

ook vanuit gegaan dat de hier voorgestelde vorm van verbetering aan

a l l e eisen voldoet, d a t wil zeggen bescheiden van afmetingen en toch

zo'n overmaat aan s t a b i l i t e i t d a t de constructie door de jaren heen

a l s v e i l i g t e bestempelen i s , z o d a t nog eens ingrijpen i n een zich daar

ingestelde natuurlijke s i t u a t i e n i e t nodig i s .

Door de toegepaste overdimensionering i s de constructie vrijwel onge-

voelig voor de buitenwaterstand hetgeen u i t de volgende t a b e l mag

blijken. Hierbij i s e r van uitgegaan d a t het maxima1e;:aittreeverhang

aan het onderwatertalud 1:8 i s .

Voor de evenwichtsfactoren van g l i j c i r k e l s over de gehele d i j k i s uitge-

v e r k l a r i n g

geen water tegen de

d i j k maatgevende hoog- waterstand r e f . + 6,OO m maatgevende hoog- waterstand min 1 m r e f . t 5,OO m p e i l i n wiel 1,5 m hoger, r e f . t 2,20 m buitenwaterstanc t . o . v . p e i l i n wiel (m) O m 5,3 m 4.3 m 3,a m maximaal u i t - treeverhang oppervlak onder- watertalud O c a . l : 8 8 0,125 c a . î : i û = O , ~ O ca.l:10,6 = 0,9 evenwichtsfactor van onderwater- t a l u d volgens g r a f i e k 298 2,5 2,58 2.6 evenwichtsfactor van g r o t e c i r k e l - vormige g l i j v l a k k e n b i j bestaande s i t u a t i e 1,46 1 . 5 3 1.37

Dus dimensionering van de afmetingen van de v e r b e t e r i n g op de b u i t e n - waterstanden o f andere p e i l e n i n h e t w i e l i s h i e r z i n l o o s .

Ter v e r g e l i j k i n g van de "bestaande" s i t u a t i e én voor onder1 i n g e v e r - g e l i j k i n g van de v e r b e t e r i n g e n z i j n a l l e v e r b e t e r i n g e n nogmaals door- gerekend met de M.H.W.-stand en de normale waterstand i n h e t w i e l . Zoals reeds eerder gezegd i s de t e kiezen o p l o s s i n g s t e r k a f h a n k e l i j k van de beschikbare c o n s t r u c t i e h o o g t e . Voor de reeds doorgerekende bestaande s i t u a t i e i s deze c o n s t r u c t i e h o o g t e s l e c h t s 0,7 m ( d i e p t e - l i g g i n g van de geconcentreerde u i t s t r o m i n g onder de w a t e r l i j n ) . H i e r

i s h e t v r i j w e l n i e t d o e n l i j k de c o n s t r u c t i e geheel beneden h e t normale waterniveau i n h e t w i e l t e houden. Voor deze s i t u a t i e z i j n een d r i e - t a l mogelijkheden bekeken,

a ) Geconcentreerde u i t s t r o m i n g i n pakken i n zand ( b i j l a g e 7 ) .

Om de geconcentreerde u i t s t r o m i n g voldoende v e i l i g i n t e pakken i n zand i s een berm aangelegd d i e r u i m één meter boven h e t normale waterniveau i n h e t w i e l z a l uitkomen. Deze s i t u a t i e l i j k t h e t meest op een v e r k o r t e vorm van de c o n v e n t i o n e l e v e r b e t e r i n g . B i j normaal p e i l i n de w i e l b l i j f t de f r e a t i s c h e l i j n i n de berm enige decimeters beneden de bovenkant van de berm. De geconcentreerde

s t r o m i n g b e r e i k t nu n i e t meer h e t oppervlak van de berm. Door ( e v e n t u e l e ) b w g i n g binnen de kwel kaden kan

h e t water zoveel s t i j g e n d a t h e t boven de berm komt t e staan. Het b i j deze s i t u a t i e behorende p o t e n t i a a l 1 i jnenpatroon komt veel over- een met d a t i n h e t nog t e behandelen geval van b i j l a g e 11,

B i j deze v e r b e t e r i n g doet z i c h h e t z e l f d e euvel voor a l s b i j de con- v e n t i o n e l e v e r b e t e r i n g n.1. m o g e l i j k e a a n t a s t i n g door u i t s t r o m i n g u i t h e t boven water gelegen deel van h e t t a l u d . Het boven water ge- l e g e n t a l u d 1 : 5 h e e f t a l s gevolg van h e t u i t t r e d e n d e water aanzien- 1 i j k l a g e r e s t a b i 1 i t e i t dan h e t onder water gel egen t a l ud. I n appendix

B i s de s t a b i l i t e i t van d i t t a l u d met v r i j w e l h o r i z o n t a a l u i t s t r o m e n d water beschouwd m.b.v. de analyse van h e t o n e i n d i g lange t a l u d . De e v e n w i c h t s f a c t o r b l i j k t dan s l e c h t s 1,38 t e z i j n . Deze c o n c l u s i e wordt ook nog eens b e v e s t i g d b i j de analyse m.b.v. c i r k e l v o r m i g e g l i j v l a k k e n w a a r b i j de l a a g s t gevonden c i r k e l een minimum evenwichts- f a c t o r van 1,52 h e e f t .

Gezien de m o g e l i j k e a a n t a s t i n g en de l a g e e v e n w i c h t s f a c t o r boven water i s d i t t y p e berm wat breder gehouden dan de bermen d i e geheel onder water b l i j v e n .