Reststerkte van dijkbekledingen. Sterkte van klei onder golfbelasting

o

o

o

o

Opdrachtgever:

Rijkswaterstaat

Dienst Weg- en Waterbouwkunde, TAW-A2

o o o o

o

o

o

o

Reststerkte van dijkbekledingen

o o o

o

Sterkte van klei onder golfbelasting

O . O O O

WWf.

o o o

Deel IV, Analyse van Deltagootmetingen December 1993 O O O

GRONDMECHANICA

DELFT

o o o

o

o

o

o

Sterkte van klei onder golfbelasting

GRONDMECHANICA

DELFT

4. Titel en sub-titel

Reststerkte van dijkbekledingen Sterkte van klei onder golfbelas Analyse Deltagootmeting

sting

7. Schrijvers

dr. H.J. Hofmann, drs. G.A.M. Kruse 9. Naam en adres opdrachtnemer

GRONDMECHANICA DELFT Postbus 69

2600 AB DELFT

12. Naam en adres opdrachtgever RIJKSWATERSTAAT

Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044

2600 GA DELFT

5. Datum rapport december 1993

6. Code uitvoerende organisatie 8. Nr. rapport uitvoerende organisatie

CO-338430/17 10. Projectnaam TAWA'Open bekledingen/Reststerkte 11. Contractnummer DWW-637/DWW-637A 13. Type rapport eindrapport

14. Code andere opdrachtgever 15. Opmerkingen

projectbegeleider DWW: ir. B.P. Rigter 16. Referaat

In het kader van het onderzoek van de reststerkte van klei onder een dijkbekleding is een analyse verricht van de gemeten waterspanningen in en op het talud bij de reststerkteproeven, die zijn uitgevoerd in de Deltagoot

in 1991/1992. De respons van de waterspanningsmeters is sterk afhankelijk van de locale condities in de klei. De optredende waterspanningsgradiënten zijn voldoende om klei uit het talud te lichten. Voor het juiste moment van het optreden van schade zijn cohesie- en interlock van de klei-aggregaten van belang. De toegebrachte erosie-schade schaalt met de toegevoerde energie.

17. Trefwoorden

Reststerkte, klei, taludbekleding 19. Classificatie

vrij toegankelijk

18. Distributiesysteem Op aanvraag 20. Classificatie deze pagina

vrij toegankelijk

21. Aant. blz. 74

APPENDIX A: TABELLEN 40 APPENDIX B: PV-WAVE 82

APPENDIX C: X2-ANALYSE 84

Samenvatting 1 1 Inleiding 1 1.1 Algemeen 1 1.2 Kader van het onderzoek 2 2 Modelopstelling en belasting 5 2.1 Algemeen 5 2.2 De kleilaag 5 2.3 Golfbelastingen op de kleilaag 5 3 Erosie van de klei 11 4 De waterspanningsmetingen 13 4.1 Plaats en uitlezen van de waterspanningsmeters 13 4.2 Data-bewerking 15 4.3 Bemonsteringsfrequentie 16 4.4 Ontgraven van de waterspanningsmeters door erosie 18 5 Analyse waterspanningsmetingen 19 5.1 Karakteristieke uitlezingen 19 5.2 Gemiddelde drukken 21 5.3 Drukpieken 22 5.4 Verschildrukken 24 5.5 Momentane waterspanningsverdelingen 25 5.6 Signaalverzwakking 26 5.7 Beschrijving individuele golfklappen 28 6 Opmerkingen ten behoeve van modelvorming en beoordeling reststerkte 31 6.1 Vergelijking met resultaten steenzettingen onderzoek 31 6.2 Enige uitgangspunten voor modelvorming 33 6.3 Structuur en reststerkte 34 7 Conclusies 37

Samenvatting

In het kader van het onderzoek van de reststerkte van klei onder een dijkbekleding is een analyse verricht van de gemeten waterspanningen in en op het talud bij de reststerkteproeven, die zijn uitgevoerd in de Deltagoot in 1991/1992. De respons van de waterspanningsmeters is sterk afhankelijk van de locale condities in de klei. De optredende waterspanningsgradiënten zijn voldoende om klei uit het talud te lichten. Voor het juiste moment van het optreden van schade zijn cohesie- en interlock van de klei-aggregaten van belang. De toegebrachte erosieschade schaalt met de toegevoerde energie.

1 Inleiding

1.1 Algemeen

In de loop van 1990 is door de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW) van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat (DWW) een onderzoekprogramma gestart naar de erosiebestendigheid van klei onder gezette steen. Voor dit onderzoek en voor het onderzoekprogramma met betrekking tot de stabiliteit van gezette steen op klei zijn in de periode december 1991 tot april 1992 grootschalige modelproeven in de Deltagoot (Waterloopkundig Laboratorium, De Voorst) uitgevoerd. De proeven zijn uitgevoerd om het inzicht in wijze en mate van erosie van kleilagen onder gezette steen te vergroten, met name in verband met reststerkte, en om de invloed van de klei en erosie van de kleilaag op de stabiliteit van steenzetting te bepalen. Onder reststerkte van een gegeven kleipakket wordt verstaan de tijd die bij gegeven golfbelasting benodigd is om de kleilaag over de gehele diepte te eroderen.

Ten behoeve van de proeven werd in de Deltagoot een 1:1 model buitentalud opgebouwd. Het model bestond uit een zandkem, met een kleilaag van 0.8 m dikte en een steenzetting; de

opstelling en de daarin toegepaste soorten grond zijn beschreven in [Wou93]. Het model werd op verschillende stilwaterniveaus belast met verschillende soorten golven. Er zijn twee typen klei beproefd. Aan één zijde van het talud in de Deltagoot is klei aangebracht afkomstig uit een locatie nabij Kruiningen, terwijl voor de andere zijde gebruik werd gemaakt van klei afkomstig uit de Perkpolder. Verschillende soorten klei zijn gekozen om de invloed van de kwaliteit van de klei op het gedrag van de dijk na te gaan. Voor meer gedetailleerde informatie over de opstelling en de uitgevoerde proeven verwijzen we naar het meetverslag van de proeven [Wou93].

Dit rapport bevat een eerste analyse van de gemeten waterspanningen tijdens die proeven waarbij steenzetting was verwijderd (de reststerkteproeven in [Wou93]). De analyse dient om

schademechanismen te identificeren om tot geschikte modelvorming voor kwantitatieve

beschrijving van erosie van klei met bodemstructuur te kunnen komen. Het doel van deze analyse is het verkrijgen van inzicht in respectievelijk (i) de hoogte van waterspanningen en het patroon van waterspanningsverdeling in de klei tijdens golfaanval, (ii) de veranderingen die daarin optreden tijdens het ontstaan van schade in de kleilaag, (iii) de aard van de invloeden op de waterspanningsfluctuaties in de klei tijdens golfaanval en (iv) de mogelijke effecten van de variatie in waterspanningen op schade-ontwikkeling.

De indeling van dit rapport is als volgt: in hoofdstuk 2 worden de golfcondities en een aantal andere relevante parameters voor de proeven gegeven. Hoofdstuk 3 geeft informatie over de schade-ontwikkeling aan de klei. In hoofdstuk 4 worden de relevante algemene aspecten van de waterspanningsmetingen besproken. In hoofdstuk 5 worden de resultaten van de analyse

gepresenteerd en in hoofdstuk 6 worden de gemeten waterspanningen vergeleken met resultaten van rekenmodellen die in het verleden zijn toegepast in het kader van het steenzettingen-onderzoek. Tenslotte worden de resultaten van de analyses in hoofdstuk 7 kort samengevat en worden de consequenties voor het verdere verloop van het onderzoek gegeven.

1.2 Kader van het onderzoek

De Dienst Weg- en Waterbouwkunde verricht onderzoek naar de reststerkte van klei onder harde bekleding. Het onderzoek beoogt methoden te ontwikkelen waarmee kan worden nagegaan hoelang een kleilaag de kem van een dijk kan beschermen wanneer de harde bekleding niet meer functioneert. Het onderzoek bestaat uit inleidend bronnen- en bureau-onderzoek [Kru91],

grootschalige fysische modelproeven in de Deltagoot [Wou93], analyse van de waarnemingen aan erosie en waterspanningen in de klei (deze studie) en een voorzien aansluitend vervolg met studies voor het opstellen van geschikte fysisch mathematische modellen en het daarvoor benodigde experimentele onderzoek. Daarnaast vindt er onderzoek plaats naar de ontwikkeling van bodemstructuur in klei onder harde bekleding, naar de invloeden op die ontwikkeling en naar erosie van klei onder gezette steen.

Het onderzoek is in 1990 begonnen met een bureaustudie naar de hoedanigheid van kleilagen onder harde bekleding en het functioneren van zulke kleilagen bij golfaanval. Die studie wijst erop dat klei boven gemiddeld hoogwater een bodemstructuur ontwikkelt na het aanbrengen. De studie geeft vervolgens enige implicaties voor het eroderen en de erosiebestendigheid van zulke klei onder golfaanval. Met name is er in die studie op gewezen dat een kleilaag van 0.8 m dikte de kem naar alle waarschijnlijkheid minder dan enige uren zou kunnen beschermen. Deze schatting berust op een beperkt aantal veldwaarnemingen en op benaderende berekeningen met eenvoudige equivalente modellen; onder andere een beschouwing waarin de kleilaag met een bodemstructuur wordt benaderd zoals bij het bepalen van de stabiliteit van gezette steen [Bez90]. Verwacht werd dat vooral waterspanningsgradiënten in een kleilaag met een bodemstructuur bepalend zouden zijn bij het aantasten van een kleilaag onder golfaanval.

Er zijn in 1992 1:1 fysische modelproeven uitgevoerd met brekende golven op een dijktalud met een helling van 1:4 in de Deltagoot [Wou93]. Het model bestond uit gezette steen op een kleilaag op een zandkern, waarvan later de gezette steen werd verwijderd zodat de kale klei rechtstreeks aan de golven met significante golfhoogten hoger dan 1.0 m werden blootgesteld, hierna de reststerkteproeven op klei genoemd (zie ook paragraaf 2.3). De kleilaag in het modeldijktalud bestond uit 2 naast elkaar geplaatste dijktaluds met ongeroerde klei (zie paragraaf 2.2). De waarnemingen bij deze reststerkteproeven bestonden uit metingen van waterdrukken met een reeks van waterdrukmeters op en in de kleilaag, visuele waarnemingen en peilingen van

erosieschade. Een en ander is vastgelegd in een meetverslag [Wou93]. De waterspanningsmeters in de kleilaag zijn geplaatst omdat verwacht werd dat waterspanningsgradiënten een belangrijk

agens zouden zijn voor erosie en omdat verwacht werd dat veranderingen door erosie en andere aantasting van de bodemstructuur een weerslag zouden hebben in de meetwaarden. Bovendien zouden waterspanningsmeters relatief eenvoudig in ongeroerde klei met een bodemstructuur geplaatst kunnen worden zonder de omgeving van het meetlichaam van de meters sterk te verstoren.

De proeven wijzen uit dat klei met een duidelijke bodemstructuur een reststerkte in de orde van enige uren heeft bij golven van 1 m (H5) en hoger. De onderste helft van één van de 2 kleilagen

had echter een minder duidelijke bodemstructuur en de reststerkte van die klei bleek significant hoger dan die van de klei met sterke bodemstructuur. Tijdens de proeven bleken er zeer

regelmatig opwaartse waterdrukgradiënten op te treden die hoger waren dan het gewicht van de klei, maar die steeds van zeer korte duur waren.

In dit rapport worden de methoden en resultaten van een analyse van de metingen met de waterspanningsmeters in samenhang met de waarnemingen aan erosie gepresenteerd. De analyse heeft als belangrijkste doel karakteristieken van de waterdrukfluctuaties in de klei tijdens

golfaanval te bepalen ten behoeve van nadere modellering van het gedrag van klei met een bodemstructuur onder golfaanval. Het patroon van waterdrukfluctuaties in de tijd en langs het talud dient daarbij beschouwd te worden in samenhang met de waarnemingen aan erosieschade ontwikkeling en eigenschappen van de kleilaag.

Modelopstelling en belasting

2.1 Algemeen

In [Wou93] worden de modelopstelling en de golfkarakteristieken voor de verschillende

onderdelen van de proeven beschreven. Het model is een 1:1 model van een buitentalud met een helling van 1:4 en met een kleibekleding zoals die boven gemiddeld hoogwaterniveau wordt aangetroffen op dijktaluds.

2.2 De kleilaag

Om de aanwezigheid van een bodemstructuur, zoals die in klei ruim boven de hoogwaterlijn voorkomt te bewerkstelligen, is in het model gebruik gemaakt van ongeroerde klei afkomstig van bestaande dijken. De klei is afkomstig van de buitentaluds van de zeedijk van de Perkpolder en de oostelijke dijk van de veerhaven Kruiningen. Deze klei is ongeroerd uit de taluds gestoken in blokken van 0.9 m hoogte die bij het plaatsen in de Deltagoot een oppervlak van ongeveer 2.2 x 2.0 m2 hadden. Voor meer informatie over de herkomst en de kwaliteit van de klei en de

gevolgde procedure bij het plaatsen van de blokken, verwijzen wij naar het meetverslag [Wou93]. Zoals reeds opgemerkt hadden de beide soorten klei na het plaatsen een natuurlijke

bodemstructuur. Het materiaal van de klei van Perkpolder was matig bestendig tegen slijterosie [zie TAW93] en het materiaal van de Kruiningen klei was voor het merendeel erosiebestendig [zie TAW93]. In het meetverslag zijn de gegevens over de eigenschappen van de klei

opgenomen, onder andere: materiaalbeschrijvingen, classificatie, bestendigheid tegen slijterosie, vervormingsgedrag en doorlatendheid in grote triaxiaalproeven (diameter 0.4 m) en bij hydraulic fracture proeven. De vervormingseigenschappen en doorlatendheid zijn bepaald met methoden die buikeigenschappen van gestructureerde grond meten.

2.3 Golfbelastingen op de kleilaag

De reststerkteproeven, waarover hier wordt gerapporteerd, zijn uitgevoerd met onregelmatige golven bij twee verschillende stilwaterniveaus, te weten +5.0 m (meetserie K) en +3.5 m (meetserie L). De golfperiode voor beide meetsessies was respectievelijk 5.0 s en 4.2 s en de respectievelijke significante golfhoogten bedroegen 1.45 m en 1.0 m. Deze condities dienden om realistische belastingen te simuleren teneinde een zo goed mogelijk inzicht in de in werkelijkheid optredende schade-ontwikkeling te verkrijgen.

Voorafgaand aan deze beide series proeven met onregelmatige golven zijn gedurende korte

perioden metingen verricht bij regelmatige golven met dezelfde golfkarakteristieken (proeven kil,

kl2 en proef 101). Deze proeven hadden vooral tot doel de waterspanningsvariaties in ruimte en

tijd onder beter gecontroleerde, en minder complexe, omstandigheden te verkrijgen.

Met behulp van onderstaande formules kan een aantal parameters van de golven worden berekend

(zie tabel 2.1). Bij de berekening van grootheden c en L is rekening gehouden met de eindige

diepte van de goot, terwijl c

0

en L,, betrekking hebben op het limietgeval waarin de diepte van de

goot oneindig mag worden verondersteld. De gegeven energie-flux heeft betrekking op het

energietransport van een regelmatige golf met een voortplantingssnelheid c en een golfhoogte H.

L = L

o

tanh(jfc/z) @)

* = * L (4)

e

- c

0

A

(5)

n

- 1

2

*» (6)

2 cosh(2*/r)

8 H* (7)

; (8)

met: Tp c0 c Lo L h

p

w golfperiode [s]

golfsnelheid oneindige diepte [m/s] golfsnelheid eindige diepte [m/s] golflengte oneindige diepte [m] golflengte eindige diepte [m] diepte [m] inkomende golfhoogte [m] inkomende golfenergie [J/m2] inkomende energieflux [W/s] versnelling [m/s2] dichtheid water [kg/m3] TD(s) h ( m ) Hs(m) L0(m) L ( m ) c0 (m/s) c (m/s) Fi(kW/m) 5.0 +5.0 1.45 39.0 30.3 7.8 6.1 20.9 4.2 +3.5 1.0 27.5 21.3 6.6 5.1 8.3 Tabel 2.1: Golfparameters

Uit de geometrie van de dijk en onderstaande parametrisaties (zie hiervoor bijvoorbeeld [Kle89], [Gro90] of [Ruf90]) kunnen diverse grootheden voor breking op het talud worden berekend (zie tabel 2.2):

omschrijving

%

PcaxCkPa)

dt(s)

b(m)

Zklap(m)

R.(m)

vu (m/s) op swl vd (m/s) op swl meetserie K 1.30 55.4 0.22 0.58 +4.4 +6.9 4.5 3.6 meetserie L 1.31 38.5 0.18 0.40 +3.1 +4.8 3.8 3.0 Tabel 2.2: berekende parameters voor breking op een talud

F = tan(q) ~H (9) P = 3.9 pw g H ( 1 % overschrijdingskans ) dt = x sfH = 0.4 H ( T =0.18 voor 1:4 talud ) = 0.6 < 2.6 ) - 0-4 ( z = vd = 1.7 ^g Ru tan(o) ( z = SWL ) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16)

met:

\ brekerparameter [-] a hoek talud [-] Pma maximale druk [Pa]

dt tijdsduur golfklap [s] b breedte golfklapzone [m] R„ run-up level [m] z ^ positie golfklap [m] vu run-up snelheid [m/s] vd run-down snelheid [m/s]

3 Erosie van de klei

In [Wou93] zijn beschrijvingen van de schade-ontwikkeling opgenomen, zoals die blijken uit visuele waarnemingen en uit peilingen van het oppervlak van de klei. De schade-ontwikkeling is zodanig dat de reststerkte van de 0.8 m dikke kleilagen binnen een aantal uren is uitgeput. De schade-ontwikkeling begon ter hoogte van de zone waar het merendeel van de brekende golven inslaan. De diepere schade ontwikkelde zich enigszins hoger op het talud (zie ook paragraaf 5.1).

Bij het ontstaan van schade aan het talud bleek de klei in brokken los te laten; van geleidelijk afslijten van een laag klei was geen sprake. De brokken klei werden na loslaten uit de kleilaag tot kleiballen afgesleten, die locaal in verdiepingen in het talud en aan de teen werden afgezet. De brokken varieerden in grootte; de afgesleten brokken hadden een maximale afmeting van 0.15 m. Bij proef K (h = + 5 m) werd geconstateerd dat na één uur golven het volume van de schadegaten enige m3 bedroeg. In die periode zijn ongeveer 700 golven op het talud gebroken.

Met betrekking tot de gemiddelde erosiesnelheid kan het volgende worden opgemerkt. Uit het meetverslag [Wou93] ontlenen we de in tabel 3.1 weergegeven gemiddelde erosiesnelheden van de Perkpolderklei en de Kruiningenklei tijdens zowel proevenserie K (+5 m) als de proevenserie L (+3.5 m).

serie K (Hs= 1.5 m, h = 5 m) 0.515 0.299

serie L (Hs= 1.0 m, h = 3.5 m) 0.227 0.126

Tabel 3.1: erosiesnelheid (in m/uur) (N.B.: onderschattingen in verband met meetmethode, zie hiervoor [Wou93]).

Hoewel de erosiesnelheden in absolute zin nogal verschilden was de verhouding van de tijdsduren die nodig was om de kleilagen significant te beschadigen tussen de meetseries K en L voor beide kleisoorten nagegenoeg dezelfde (respectievelijk 2.3 en 2.4). Deze verhouding komt ongeveer overeen met de verhouding tussen de inkomende energie-flux in beide series (= 2.5). Wanneer deze overeenkomst niet toevallig is, schaalt de toegebrachte schade met de toegevoerde energie, waarmee de locaal gedissippeerde energie zal samenhangen. Dit wijst erop dat de door erosie aangerichte schade aan kleilagen in termen van effecten van aantallen golven (belastingsduur) in samenhang met de hoogte van de belasting beschreven zou kunnen worden, in plaats van enkel in termen van het overschrijden van kritieke belastingen. In andere toepassingen worden voor het beschrijven van verschillende aspecten van mechanische eigenschappen van grond dergelijke combinaties van aantallen en grootte van cycli gebruikt.

4 De waterspanningsmetingen

4.1 Plaats en uitlezen van de waterspanningsmeters

Aangezien de stilwatemiveaus tijdens de meetseries K en L verschilden (respectievelijk +5.0 m en +3.5 m), zijn tijdens deze meetseries ook verschillende sets waterspanningsmeters uitgelezen. In de figuren 4.1.1 t/m 4.1.4 zijn de posities van de waterspanningsmeters voor de beide kleilagen (Kruiningen respectievelijk Perkpolder) weergegeven voor de meetserie K (proef k21 t/m k25) en meetserie L (proef 101 t/m 108) (zie meetverslag [Wou93]). Tussen de verschillende deelproeven zijn hoogtemetingen langs verschillende raaien van het oppervlakte profiel van de dijk gemaakt die in [Wou93] zijn weergegeven. De duur van de metingen, de acquisitietijden en het moment van de peilingen tussen de metingen zijn weergegeven in tabel 4.1. In afwijking van de

naamgeving in [Wou93] zijn de aanduidingen van de peilingen in deze tabellen voorzien van een extra suffix 'PL' om verwarring met de naamgeving van de proeven te voorkomen. Tenslotte wordt nog opgemerkt dat tijdens serie K, afhankelijk van de condities, onderscheid is gemaakt tussen een aantal verschillende typen metingen (zie daarvoor [Wou93]). De in de kolom 'cumula-tieve proefduur' aangegeven tijd heeft betrekking op proeven van één en hetzelfde type.

proef kOl kO2 acquisitie-duur (s) 3388 6660 proefduur (s) 3400 4000 cumulatieve proef duur (s) 3400 4000 k i l k l 2 60 60 344 344 k21 k22 164 836 1570 1570 k23 2400 2630 4200 k24 k25 2156 292 560 4760 peiling PLKO PLK1 PLK2 PLK3 PLK4 Tabel 4.1a: proeven en peilingen, serie K

101 102 103 104 105 106 107 108 300 1896 633 2266 3308 3600 3600 6355 3600 20200 3004 3360 3600 12360 3600 4880 633 2899 6499 12854 33054 36414 48774 53654 PLP1 PLP2 PLP3 PLP4 PLP5 PLP6 PLP7 PLP8 Tabel 4.1b: proeven en peilingen, serie L

4.2 Data-bewerking

De tijdens de verschillende proeven uitgelezen signalen van de waterspanningsmeters werden aan Grondmechanica Delft aangeleverd in de vorm van bestanden met digitale uitlezingen in ASCII-formaat. Daarnaast is er van elke proef een apart documentatiebestand met diverse overige gegevens toegeleverd, onder andere welke meters werden uitgelezen, waar deze zich bevonden en wanneer start en stop van de data-acquisitie plaatsvond.

Voor bewerking van de gegevens werd gebruik gemaakt van het softwarepakket PV-WAVE voor het bewerken van zeer grote series metingen. Het pakket functioneert als een 'tooi box' waaruit de gebruiker diverse 'tools' kan kiezen om de gewenste functionaliteit samen te stellen.

Voor de analyse van de data zijn subroutines geschreven waarmee de beschikbare meetgegevens uit de ASCÜ-bestanden konden worden gelezen en geanalyseerd tezamen met de relevante

gegevens uit het corresponderende documentatiebestand over bijvoorbeeld naam, positie, calibratie van de betreffende meters. Voor een lijst van de op dit moment beschikbare routines met een korte omschrijving van hun werking wordt verwezen naar Appendix B.

4.3 Bemonsteringsfrequentie

Het aantal signalen dat door het gebruikte data-acquisitiesysteem opgenomen moet worden, legt een restrictie op aan de maximaal mogelijke bemonsteringsfrequentie. Naarmate er meer signalen uitgelezen moeten worden, zal de maximale bemonsteringsfrequentie lager moeten zijn.

Anderzijds moet voor het doen van zinvolle metingen de tijd tussen opeenvolgende

bemonsteringen groter zijn dan de tijdschaal waarop significante signaalveranderingen verwacht worden.

De grootste variaties in de waterspanningen zullen zich voordoen bij het optreden van een golfklap op het talud. Op basis van in de literatuur bekende parametrisaties verwachten we voor de karakteristieke duur van een golfklap tijdens meetserie K en L respectievelijk 0.18 s en 0.22 s (zie tabel 2.2). Bij een bemonsteringsfrequentie van de waterspanningsmeters van 25 Hz bedraagt het tijdsinterval tussen twee opeenvolgende uitlezingen 0.04 s zodat golfklappen kunnen worden waargenomen met ongeveer 4-6 waarnemingen per klap.

Om in enig detail de verandering van waterspanning te kunnen volgen ten behoeve van analyse, bijvoorbeeld om effecten van de golfklap in detail te kunnen waarnemen dient met een veel hogere frequentie bemonsterd te worden. Uit de literatuur (onder andere [Grü88]) is bijvoorbeeld bekend dat er zich kortdurende pieken voordoen tijdens de golfklap. Dergelijke kortdurende belastingen kunnen bijdragen in locaal bezwijken van de klei en kunnen de sterkte van de kleilaag op den duur ondermijnen. Om deze facetten van de waterspanningsveranderingen te kunnen waarnemen zijn de proeven met regelmatige golven ( k i l , kl2 en 101) met 300 Hz bemonsterd.

Om inzicht te krijgen in de verschillen tussen de signalen van de 300 Hz bemonstering en de 25 Hz bemonstering is uit de signalen van de 300 Hz metingen telkens elke 300/25 = 12C

bemon-stering uitgefilterd om zodoende een gelijktijdige meting met een bemonbemon-steringsfrequentie van 25 Hz te simuleren. In figuur 4.3.1 is als voorbeeld de uitlezing van meter k l 3 bij 300 Hz en het corresponderende gesimuleerde 25 Hz signaal weergegeven. In deze figuur is tevens het verschil

tussen deze twee signalen getoond. Voor de berekening van het verschilsignaal met de 300 Hz meting werden de gesimuleerde metingen van 25 Hz aangevuld met geïnterpoleerde meetwaarden. Het verschil van het 300 Hz signaal met het gesimuleerde 25 Hz signaal geeft de extra informatie in het 300 Hz signaal aan. Als maat voor deze extra informatie is de verhouding berekend tussen de standaarddeviatie van het verschilsignaal ( Aa ) en de standaarddeviatie in het oorspronkelijke 300 Hz signaal ( a ) (zie tabel A.l en tabel A.2, Appendix A, Tabellen). Naarmate deze

verhouding groter is, is de benadering van het 300 Hz signaal door een geïnterpoleerd 25 Hz signaal minder goed. De verhouding geeft als het ware de gemiddelde relatieve fout die gemaakt wordt bij weergave van de druk door een 25 Hz signaal i.p.v. een 300 Hz signaal. De grootte van deze verhouding verschilt nogal voor de verschillende waterspanningsmeters, maar ligt veelal tussen 10 en 30%.

De momentane afwijking in uitgelezen druk tussen een 25 Hz bemonstering en een 300 Hz bemonstering kan echter veel groter zijn dan de gemiddelde afwijking die in tabel A.l en A.2 staan. Uit figuur 4.3.1 zien we dat grote verschillen zich met name voordoen bij het optreden van een golfklap. Om beter inzicht te krijgen in de aard van het verschil zijn de gemeten signalen voor respectievelijk een meter op het talud, in de Kruiningenklei en in de Perkpolderklei over de duur van een golfklap uitvergroot (zie figuren 4.3.2 t/m 4.3.4). In alle gevallen zien we dat het 25 Hz signaal weliswaar de grote lijnen van het 300 Hz signaal weergeeft maar dat er tijdens een golfklap spanningswisselingen optreden die niet weergegeven worden door het 25 Hz signaal. Uit de figuren 4.3.2 t/m 4.3.4 blijkt, dat bij een 25 Hz bemonstering het niet ongewoon is dat de grootte van instantane drukken 50 % of meer wordt onderschat.

Men kan zich afvragen of deze fluctuaties ten opzichte van het 300 Hz signaal werkelijke waterspanningswisselingen voorstellen of slechts random, statistische, fluctuaties bij een hogere bemonsteringsfrequentie weergeven. Deze fluctuaties in de uitlezing van de waterspanningsmeters treden o.a. op ten gevolge van elektronische ruis. Van die fluctuaties is bekend dat hun grootte AA evenredig is met de wortel uit de amplitude A van het signaal:

LA = c \fA met c constante (17)

We kunnen nu het verschil tussen het 25 Hz signaal en het 300 Hz signaal normeren door het in elk bemonsteringspunt te delen door de wortel uit de amplitude van het 300 Hz signaal. Als verschillen tussen bemonsteringen bij 25 Hz en bij 300 Hz veroorzaakt worden door elektronische ruis, zullen de verkregen resultaten niet afhangen van de amplitude van het 300 Hz signaal. Als voorbeeld is het resultaat van deze normering voor een meter (kl3) weergegeven in figuur 4.3.5. In figuur 4.3.6 is hetzelfde signaal nogmaals getoond maar nu uitvergroot over de duur van een golfklap. We zien dat door deze normering een signaal met een tijdstructuur wordt verkregen

waarin nog duidelijk de momenten van de golfklappen zijn te herkennen (zie onderste deel in de figuren 4.3.5 en 4.3.6). Hieruit concluderen we dat de verschillen tussen de bemonstering bij 25 Hz en bij 300 Hz niet aan elektronische ruis kunnen worden toegeschreven maar wel degelijk reëel zijn.

De waarnemingen aan het 300 Hz signaal geven aan dat verschillende fenomenen van de

waterspanningsmetingen niet met het 25 Hz signaal zijn te detecteren (zie paragraaf 5.7). Voor de gedetailleerde analyse ten behoeve van het identificeren van mechanismen dient het 300 Hz signaal gebruikt te worden. Het is echter niet waarschijnlijk, dat al de fenomenen, die het 300 Hz signaal extra laat detecteren, nodig zijn voor het analyseren van erosiegedrag. Op voorhand verwachten we dat een bemonsteringsfrequentie van 25 Hz niet voldoende is om

spanningsfluctuaties met een frequentie in de orde van 10 Hz of hoger weer te geven. In het voorafgaande hebben we aangetoond dat deze fluctuaties in de waterspanningen in de praktijk wel degelijk optreden. Voor eventuele dynamische aspecten van het gedrag van grond tijdens

golfbelasting en in verband met zogenaamde vermoeiing van de grond (het op den duur verminderen van de sterkte van de kleilaag) is het van belang die fluctuaties te kennen.

4.4 Ontgraven van de waterspanningsmeters door erosie

Ten gevolge van erosie van de kleilaag zullen na verloop van tijd sommige waterspanningsmeters vrij komen te liggen. Naarmate de erosie van het kleipakket voortschrijdt, zal de positie van de waterspanningsmeters ten opzichte van het klei-oppervlak veranderen. Aan de hand van

figuren 4.1.1 t/m 4.1.4, de gemaakte profielpeilingen en de foto's tussen de diverse meetsessies, kan worden nagegaan bij welke peiling een bepaalde waterspanningsmeter vrij aan het oppervlak is komen te liggen. Voor het verloop van de profielmetingen verwijzen wij naar figuren 19 t/m 27 uit het meetverslag [Wou93]. Daarbij wordt opgemerkt dat dit voor de erosiediepte meestal onderschattingen betreft. In tabel A.3 en A.4 zijn de vrijgekomen meters en meters nabij grotere schade aangegeven met respectievelijk een 'xx' en een 'x'. Uit de informatie kan niet altijd eenduidig bepaald worden of een meter vrijligt. Een en ander volgt ook niet duidelijk uit de meetwaarden van de waterspanningsmeters. Een dergelijk geval is in tabel A.3 en A.4 voorzien van een 'T. Verder merken we nog op dat tijdens serie L vanaf meting 105 de Kruiningenklei was afgedekt, omdat aan het einde van proef 104 het kleipakket tot op de zandkern was geëro-deerd.

5 Analyse waterspanningsmetingen

5.1 Karakteristieke uitlezingen

Om een indruk te geven van de signalen van de verschillende waterspanningsmeters tijdens de meetseries K en L, zijn figuren van de uitlezingen gedurende de eerste 4000 bemonsteringen van meting k21 respectievelijk 102 d.w.z. gedurende de eerste 160 seconden gemaakt (figuren 5.1.1 t/m 5.1.16). Om de fluctuaties zo goed mogelijk zichtbaar te maken, kunnen de verticale schalen van de figuren verschillend zijn.

Bij nadere beschouwing blijkt van de meters op het talud dro005 geen signaal te registreren. Van de meters in de dijk gaf aan de Kruiningenzijde klO geen signaal, terwijl aan de Perkpolderzijde p36 en p37 defect bleken.

Uit de figuren blijkt dat sommige meters in de ondergrond een uitlezing te zien geven, die duidelijk gecorreleerd is met de golfaanval op het talud, terwijl andere meters niet of nauwelijks reageren. Deze geringe reacties aan het begin van de proeven kunnen niet worden toegeschreven aan defecten in de waterspanningsmeters. (Bij controle na afloop van de proef bleek dat de meters k4, k9, klO, p34, p35, p36, p37 en p40 defecten/beschadigingen vertoonden die, naar de aard van de beschadiging, zijn ontstaan tijdens het uitbouwen van het model).

Om de verschillen in uitlezing beter in kaart te brengen is voor elke meter in de ondergrond gecontroleerd of het signaal gecorreleerd is met de waterspanningswisselingen op het talud. Het resultaat van deze kwalitatieve controle is voor ieder van de proeven (k21 t/m k25, en 101 t/m 108) weergegeven in tabel A.5 en A.6 waarin het optreden van een golfpatroon in het signaal met een '+' is aangegeven terwijl een min of meer constante uitlezing met een '-' is aangeduid. In een aantal gevallen kan men waarnemen dat tijdens een proef de uitlezing van de meter verandert van een min of meer constante waarde naar een fluctuerend signaal dat gecorreleerd lijkt met de brekende golven. Deze overgang is aangegeven met een '-/+', waarbij in de laatste kolom van de tabellen tevens is vermeld op welk tijdstip of in welk tijdsinterval deze overgang plaatsvond. De tijden zijn aangegeven ten opzichte van het begin van desbetreffende proef. De overgangen zijn echter niet altijd even duidelijk. Daarom zijn voor die meters waarvan de uitlezing in de loop van de tijd van karakter veranderde, tevens figuren gemaakt van het tijdsinterval waarin de grootste veranderingen optreden (zie figuren 5.1.17 t/m 5.1.28). Om te zien of deze overgangen

samenhangen met veranderende waterdrukken op het talud zijn in deze figuren tevens de uitlezingen van de dichtstbijzijnde meter op het talud en het verschil tussen deze meter en de beschouwde waterspanningsmeter in de dijk weergegeven.

Uit de figuren 5.1.17 t/m 5.1.28 zien we dat verandering in de uitlezing van constante uitslag naar een fluctuerend signaal vaak niet plotseling optreedt ten gevolge van een of meer extreem grote golfklappen op het talud, maar zich meer geleidelijk voordoet. Voor het geval waar de overgang zich het meest dramatisch voltrekt (kl4, tijdens proef k23, zie figuur 5.1.19) is het bijvoorbeeld onmogelijk om dit moment van overgang te identificeren met één of meer extreem hoge pieken in de waterspanningsmeter op het talud. Vaak wordt de overgang voorafgegaan door stapvormige drukverhoging. In sommige gevallen lijkt deze drukverhoging samen te vallen met het optreden van een extreem hoge drukklap op het talud (zie bijvoorbeeld figuur 5.1.17, meter k6 rond t = 800 s), soms is dit niet het geval (bijvoorbeeld figuur 5.1.24, meter k20 rond t = 1425 s). Uit het signaal van de waterspanningsmeters en uit het verschilsignaal tussen

waterspanningsmeters op en in de klei, blijkt niet wanneer meters worden ontgraven (zie echter ook paragraaf 4.4).

Een waarschijnlijke verklaring voor de hierboven beschreven verschillen in uitlezingen tussen de diverse meters, zijn verschillen in structuur van de klei in de directe omgeving van de meters. De meters die duidelijke waterspanningswisselingen te zien geven, zijn in scheuren geplaatst

waardoor water en waterdrukken zich gemakkelijk kunnen verplaatsen. Daarentegen zijn de meters, die een min of meer constante uitlezing te zien geven, blijkbaar omgeven door compacte klei (bijvoorbeeld in een structuurelement of in de gecompacteerde bovenlaag) waardoor het contact met de omgeving gehinderd is.

In de figuren 5.1.1 t/m 5.1.16 valt eveneens op dat in veel gevallen de gemiddelde uitlezing van de waterspanningsmeters niet constant blijft, maar gedurende de proeven langzaam toe- of afneemt. In sommige gevallen vinden gedurende de proef zelfs een aantal malen stapvormige drukverhogingen plaats (zie ook hiervoor). Dit laatste vindt met name plaats voor de meters die voor het overige weinig drukfluctuaties aangeven (zie bijvoorbeeld meter k6, figuur 5.1.5). De verklaring hiervoor moet waarschijnlijk weer gezocht worden in het feit dat deze meters zaten opgesloten. Tijdens het golven zal door indringing van het water in de klei de waterspanning langzaam worden verhoogd als gevolg van verhoging van het freatisch vlak. Daarnaast zal ten gevolge van de golfbeweging ook veranderingen in de structuur van de klei optreden, waardoor de snelheid waarmee water naar de door compacte klei omgeven meters kan toe- of afstromen, verandert. De stapvormige drukveranderingen zijn dan het gevolg van plotselinge veranderingen in de structuur (bijvoorbeeld het ineens verwijden van een nauwe spleet) of van het ontstaan van een hogere druk in een brok klei door een belastingspiek.

Voorshands lijkt het erop dat de signalen van de waterspanningsmeters zeer sterk afhangen van directe omgeving van het meetlichaam in de gestructureerde klei. Veranderingen in de signalen van individuele meters wijzen erop dat er veranderingen optreden tijdens de belasting, waardoor verschillende meters na verloop van tijd een betere hydraulische verbinding met het oppervlak van de kleilaag krijgen. De betreffende veranderingen in de klei lijken vaak niet een kwestie van

één of enkele malen overschrijden van een kritieke drukgradiënt, maar wordt veeleer veroorzaakt door de inwerking van de golven gedurende een langere tijd.

5.2 Gemiddelde drukken

Om inzicht te krijgen in de waterspanningsverdeling gedurende de experimenten zijn gemiddelde waterspanningen en standaarddeviaties bepaald tijdens een gekozen interval van elke acquisitie-sessie uit meetserie K. Het beginpunt van ieder interval viel samen met de start van de data-acquisitie. De lengte van de gekozen periode bedroeg 4000 bemonsteringen (= 160 s). Een der-gelijk interval omvat enerzijds voldoende golfperioden om zinvol statistische grootheden van te bepalen, terwijl anderzijds de omstandigheden in de klei zo weinig veranderen dat de gevonden gemiddelden en standaarddeviaties een representatief beeld geven voor zo'n korte periode. De gevonden waarden zijn vermeld in tabellen A.7 en A.8.

Voor een overzicht van de tijdsontwikkeling van gemiddelde waterspanningen en

stand-aarddeviaties tijdens meetserie K, zijn figuren 5.2.1 t/m 5.2.6 opgenomen. Hierin zijn deze gemid-delde waarden van de verschillende meters met de standaarddeviaties uitgezet tegen de tijd. Opgemerkt wordt dat de verticale schaal van de diverse figuren nogal kan verschillen. De lijnen die de verschillende meetpunten verbinden zijn slechts bedoeld voor de presentatie en hebben verder geen fysische betekenis. Bij beschouwing van de figuren van de meters op het talud zien we dat er geen noemenswaardige verandering in de tijd optreedt.

In de klei treden grote veranderingen op zoals te zien is in de figuren 5.2.3 t/m 5.2.6 van de gemiddelde waterspanning van het begin van proef k22 en het begin van proef k23 voor zowel de Kruiningenklei als de Perkpolderklei.

Om de ruimtelijke verdeling van de gemiddelde waterspanningen te zien zijn figuren

5.2.7 en 5.2.8 getekend. Hierin zijn voor een aantal perioden de gemiddelde waterspanningen uitgezet als functie van horizontale positie van de meters in de deltagoot voor respectievelijk, de meters op het talud (figuren 5.2.7.a en 5.2.8.a), de meters in de klei op ongeveer 0.25 m diepte (figuren 5.2.7.b en 5.2.8.b) en de meters in de klei op ongeveer 0.5 m diepte (figuren 5.2.7.c en 5.2.8.c). De ontwikkeling van gemiddelde waterspanningen over de tijd zijn zichtbaar gemaakt door het kiezen van verschillende symbolen voor de verschillende perioden (voor de proeven k21 t/m k25 respectievelijk kruis, punt, ruit, driehoek en vierkant). Uit deze figuren is geen duidelijke trend waar te nemen. Het is niet zo dat de nabij het oppervlak gelegen meters meer variaties te zien geven dan dieper in klei gelegen meters. Wel zijn de variaties aan de Perkpolderzijde groter dan die aan de Kruiningenzijde. De hoger op het talud gelegen meters in de klei (>203m) geven een sterke toename van het signaal voor de laatste twee proeven (k24 en k25).

5.3 Drukpieken

Kortdurende positieve en negatieve pieken zijn in de signalen van de waterspanningsmeters gelokaliseerd.

Voor dezelfde tijdsintervallen van 160 s als waarvoor de gemiddelde waterspanningen zijn bepaald, zijn ook gemiddelden en standaarddeviaties van de verkregen positieve en negatieve drukpieken berekend. De gevonden waarden voor de positieve en negatieve pieken voor meetserie K zijn weergegeven in respectievelijk tabel A.9 en tabel A.10. Omdat de waarden uit de tabellen A.9 en A.10 een gemiddelde voorstellen en omdat de hoogte van individuele pieken nogal rond deze waarden kunnen spreiden, zijn ook de maximale respectievelijk minimale waarde van de waterspanning tijdens de beschouwde periode bepaald (zie tabel A.ll en A.12).

Uit de tabel A.l 1 kan worden afgeleid dat in de klei aan de Kruiningenzijde zich bij kl3 (zie figuur 4.1.1) de grootste klappen voordoen. Deze meter ligt op ca. 0.5 m diepte. Aan de Perkpolderzijde geven p27 en p29 de maximale uitlezingen en ook hier betreft het meters op circa 0.5 m diepte.

Uit tabel A.ll kan ook worden afgeleid dat de hoogste drukken op het talud zich voordoen nabij DRO011.

De ruimtelijke verdeling van de gemiddelde drukpieken en de maximale drukken langs het talud geeft informatie over de zone waar zich de meeste inslagpunten bevinden. Voor proef k21, begin van de reststerkte proef met nog redelijk egaal talud, en proef k25, laatste proef met grote schade in het talud, zijn figuren gemaakt waarin deze grootheden zijn uitgezet tegen de positie in de goot (zie figuren 5.3.2.a en 5.3.2.b). In deze figuren zijn ook lijnen getekend die de waarden van een gemiddelde en 1 standaard-deviatie weergeven.

Uit figuur 5.3.2.a concluderen we dat de inslagpunten tijdens de begin van meetserie K van ongeveer x = 202 tot 205 m moeten hebben gelegen. Dit is bij en boven een hoogte van ongeveer +4.4 m op het talud in de buurt van waterspanningsmeter DRO011 met een positie van x = 203 m. Bij proef k25, aan het eind van de meetsessie K, lijken ook lager op het talud veel

inslagpunten voor te komen. Het gemiddelde inslagpunt bevindt zich dan op een hoogte van ongeveer 44.3 m. Hierbij moet de kanttekening worden gemaakt dat de drukverdeling is gemeten op een balk met een vaste positie in het oorspronkelijke talud. Bij het voortschrijden van de proef verandert de directe omgeving van de meters doordat er grote gaten in de klei aan weerszijden van de balk ontstaan.

De gevonden locaties voor de hoogte van het inslagpunt zijn consistent met de berekende waarde op basis van parametrisaties uit de literatuur (= 4.4 m, zie tabel 2.2).

De positie van de schade-ontwikkeling hangt maar ten dele samen met de locatie van de hogere drukken langs het talud. Tijdens meetserie K begon voor zowel de Kruiningenzijde als de Perkpolderzijde schade aan de dijk te ontstaan rond x = 203 m. Naarmate de proef vorderde verplaatsten de gebieden met de diepere schade zich naar boven. Bij peiling PLK4 na afloop van proef K25, bevond het gebied met de grootste schade zich voor de Kruiningenzijde tussen x = 205 m en 209 m, terwijl voor de Perkpolderzijde de meeste schade tussen x = 204 en 208 m was opgetreden. Voor beide gevallen liggen de zones met de maximale waterdrukken op het talud dus duidelijk lager dan de zones waar de diepste schade ontstond.

Op dezelfde wijze als voor serie K zijn ook voor twee proeven uit serie L verdelingen van de druk langs het talud gemaakt. Deze verdelingen zijn voor proef 102 en 108 uitgezet in

respectievelijk figuur 5.3.3.a en 5.3.3.b. Uit deze figuren leiden we af dat bij het begin van de meetserie L het inslagpunt zich op ongeveer x = 198 m bevond ofwel op een hoogte van

ongeveer +3.1 m. Het aantal uitgelezen meters tijdens meetserie L was echter beduidend kleiner dan bij serie K (zie ook meetverslag [Wou93]) zodat de locatie van het maximum minder duidelijk waar te nemen is. Bij proef 108 leek het gebied van de maximale druk zich enigszins naar beneden langs het talud verplaatst te hebben, waarschijnlijk om dezelfde reden als hiervoor is aangehaald. Een gemiddelde locatie voor het inslagpunt was moeilijk aan te geven. In ieder geval bevond het gebied met de maximale drukken zich beneden x = 198 m ofwel beneden een hoogte van +3.1 m op het talud. De eerste schade aan het talud trad aan de Perkpolderzijde op rond x = 197.5 m. Aan de Kruiningenzijde trad schade op verspreid over een aantal punten tussen x = 197m en 198 m. Bij het voortschrijden van de proeven ontwikkelde de schade zich aan de Kruiningenkant tussen x = 197 en 200.5 m, met de diepste gaten bij x = 199 m. Aan de

Perkpolderzijde werden gaten geslagen tussen x = 196 m en 200.5 m met het diepste gat tussen x = 199.5 en 200 m. Hoewel minder pregnant als bij meetserie K gold ook voor proefserie L, dat de gebieden met grote schade-ontwikkeling zich hoger op het talud bevonden dan het gebied van de golfklap.

In de figuren 5.3.4.a en 5.3.4.b voor proef k21 en k25 en de figuren 5.3.5.a en 5.3.5.b voor proeven 102 en 108, zijn de gemiddelde gegevens van de drukpieken van de meters in de klei vergeleken die van de meters op het talud. De lijnen in de figuur zijn de gemiddelden en gemiddelden verhoogd met 1 standaard deviatie van de positieve en negatieve pieken op het talud. De symbolen in de figuren geven de gemiddelden verhoogd met 1 standaarddeviatie voor de positieve drukpieken voor de meters in de klei. In het algemeen nemen de waarden van de drukpieken toe tussen begin (k21 en 102) en einde (k25 en 108) van de proef voor de meters in de klei (terwijl de meters op de balk een geringe nogal erratische afname laten zien). Vooral de meters in de klei boven ongeveer x = 204 m geven een zeer sterke toename van waterdrukken. Deze meters bevinden zich dan bij de grote schade in de klei. De piekwaarden van de drukken bij de gaten zijn dan kennelijk zeer vaak hoger dan de drukken die op de meetbalk (ter hoogte van het oorspronkelijke talud) worden gemeten (zie figuren 5.3.4.b en 5.3.5.b). Deze significante toename van de piekwaarden van de drukken in de erosiegaten staat in verband met de

waarnemingen dat de schade ontstaat door uitbreiden van initiële erosiegaten (verdiepen en lateraal), met name aan het begin van de proef. De hoge waarden van de drukpieken aan de bovenzijde van de grotere schades, nadat er grote gaten zijn ontstaan hangen wellicht samen met het uitbreiden van de schade omhoog langs het talud na verloop van tijd.

Samenvattend kan gesteld worden dat het begin van schade ontstaat in de zone waar de meeste golven inslaan, soms graven de golven daarbij diepere (0.4 m) gaten. De schade breidt zich dan in hoofdzaak omhoog langs het talud uit, boven de zone waar de meters op de meetbalk de hoogste drukpieken registreren. De meters in de klei laten een sterke toename van de drukpieken zien in de zone waar de schade zich ontwikkelt. In de gaten zijn de drukpieken regelmatig hoger dan op de meetbalk ter plaatse. Wellicht doet de schade naast de meetbalk de drukpieken op de meetbalk afnemen.

5.4 Verschildrukken

Voor het eroderen van de klei lijken de heersende verhangen van groot belang. Daarom werd voor elke combinatie van nabijgelegen meters de verschildruk bepaald. In tabel A.15 is aangegeven welke combinaties in meetserie K zijn beschouwd. Uit de verschildruk en de

onderlinge afstand van een combinatie kan de drukgradiënt worden bepaald. Ter illustratie zijn in figuren 5.4.1 t/m 5.4.16 drukgradiënten getoond voor de eerste 4000 bemonsteringen uit proef k21. In deze figuren is voor elke combinatie uit tabel A.15 achtereenvolgens de druk in de laaggelegen meter, de druk in bovengelegen meter en de drukgradiënt getoond. Wederom wordt opgemerkt dat de verticale schaal van de diverse figuren niet steeds dezelfde is. Op dezelfde wijze zijn figuren voor de eerste 4000 bemonsteringen uit proef 102 weergegeven (figuren 5.4.17 t.m 5.4.21). De beschouwde combinaties zijn weergegeven in tabel A.16. Opgemerkt wordt dat de de nulinstellingen van de waterspanningsmeters zoals door het WL bij het begin van iedere proef zijn uitgelezen, in de verschildrukken zijn betrokken.

Voor elke combinatie van nabijgelegen meters zijn gemiddelde drukgradiënten, standaarddeviaties en pieken in de drukgradiënten en dergelijke bepaald, op dezelfde wijze als voor de individuele waterspanningsmeters. In de tabellen A.17 t/m A.20 zijn de gemiddelde drukgradiënten en daarbij behorende standaarddeviaties voor de eerste 4000 bemonsteringen uit ieder van de proeven uit meetserie K en L opgenomen.

Uit de figuren 5.4.1 t/m 5.4.21 blijkt dat er zeer regelmatig opwaartse gradiënten voorkomen die aanmerkelijk groter zijn dan 10 kN/m3. Dergelijke gradiënten zijn ruim voldoende om de klei op

te lichten. De dynamiek van het bewegende water en de stevigheid van de grond zijn kennelijk niet zodanig dat bij elke optredende opwaartse gradiënt er decimeters klei eroderen. Kennelijk is de cohesie en interlock van de klei en de geometrie van de spleten niet zodanig dat elk golf zoveel grond kan weghalen. Mogelijk moet eerst de sterkte van de klei ondermijnd worden en

mogelijk treedt erosie van brokken alleen op indien er een toevallige ongunstige constellatie van druk in het stelsel van spleten bestaat voordat er brokken klei uit het talud verdwijnen.

5.5 Momentane waterspanningsverdelingen

Om de veranderingen in de waterspanningsverdeling in de dijk tijdens een golfaanval zichtbaar te maken kan gebruik gemaakt worden van het feit dat de waterspanningsmeters in de klei in twee groepen zijn te verdelen, namelijk die op ongeveer 0.2 m en die op ongeveer 0.5 - 0.55 m diepte. Voor een bepaald gekozen tijdstip zijn aan de hand van de uitlezingen van de waterspannings-meters op het talud en de waterspannings-meters op de twee diepten in de klei waterspanningsverdelingen als functie van de horizontale coördinaat gemaakt. Hiermee wordt een beeld van de ruimtelijke verdeling van de waterspanningen in de dijk verkregen (zie figuren 5.5.1 t/m 5.5.4).

Er zijn voor een twaalftal opeenvolgende tijdstippen uit proef k22 figuren met de hierboven beschreven waterspanningsverdelingen gemaakt voor zowel de Kruiningen als de Perkpolderzijde (zie figuren 5.5.1 t/m 5.5.4). Het interval tussen twee opeenvolgende momenten bedroeg 0.6 sec zodat hiermee ruim een significante golfperiode omvat werd.

In de gemaakte figuren leek de invloed van grote veranderingen van de waterspanningsverdeling op het talud op het verloop van de waterspanningsverdelingen in de klei slechts indirect

herkenbaar te zijn. Wel was opmerkelijk dat voor zowel de Kruiningenklei als de Perkpolderklei de invloed op dieper gelegen meters groter leek dan die op de hoger gelegen meters.

In de figuren valt waar te nemen dat één van de tijdstippen samenviel met het optreden van een golfklap op het talud (zie figuur 5.5.1 en 5.5.3, t = 41.40 s). In de figuren 5.5.5 t/m 5.5.8 is in meer detail de verandering van de waterspanningsverdeling in de ondergrond met de tijd weergegeven. In deze figuren is de tijdstap tussen twee opeenvolgende waterspannings-verdelingen 0.04 sec. Uit de figuren zien we dat het optreden van een golfklap geen grote momentane effecten heeft op de waterspanningsverdeling in de klei.

Samenvattend kan gesteld worden dat de drukverdeling in de ondergrond niet rechtstreeks correspondeert met de drukverdeling aan het oppervlak tijdens een golfklap; golfklappen lijken dieper in de grond vaak sterker gevoeld te worden dan aan het oppervlak. Er komen

drukgradiënten voor die gedurende meer dan anderhalve seconde opwaarts gericht zijn. Deze opwaarts gerichte drukgradiënten kunnen momentaan de waarde van 10 kN/m3 overschrijden.

5.6 Signaalverzwakking

Tijdens een golfaanval zullen de waterspanningsmeters op het talud een druktoename te zien geven. Deze druktoename zal zich als een drukgolf in de ondergrond voortplanten. Ook kan het water dat door de golfaanval over het talud stroomt door scheuren en spleten in de klei binnen-dringen in het dijklichaam. Door een combinatie van deze twee factoren zullen de waterspan-ningsmeters in de ondergrond een druktoename te zien geven die gecorreleerd is met

waterspanningsveranderingen op het talud.

Om deze correlatie te bestuderen kunnen de uitlezingen van elke waterspanningsmeter in de klei voor een gegeven tijdsinterval vergeleken worden met de uitlezingen van de dichtstbijzijnde waterspanningsmeter op het talud. Als deze twee meters volledig gecorreleerd zijn zal op ieder tijdstip t de uitgelezen waterspanning in de klei f(t) samenhangen met de uitgelezen waterspan-ningen op het talud g(t):

fit) = Ag(t+d) + B (18>

met:

A dempingsfactor d tijdsverschil [s] B constante

Er wordt nu voor elke combinatie van een meter in de klei en de meest nabijgelegen meter op het talud een grootheid %2 gedefinieerd door:

-Bf

N

o)

met:

N aantal meetpunten af standaard-deviatie f

De grootte van x2 is een m a a t v o o r de correlatie tussen de signalen f(t) en g(t). Als optimale

keuze voor de parameters A, d en B worden die waarden genomen waarvoor x2 minimaal is. De

Als voorbeelden van de resultaten van dergelijke x2-fitprocedures zijn figuren 5.6.1 t/m 5.6.4

gemaakt. In elk van deze figuren worden getoond de signalen f(t) en g(t), het residuele verschil tussen deze twee signalen na het fitten en een grafiek die aangeeft hoe %2 verandert als het

tijdsverschil d wordt gevarieerd. In het bijschrift bij de figuren zijn de minimale x2 en de

bijbehorende optimale parameters gegeven. Op basis van deze figuren schatten we dat de waarde voor x2 waarboven geen zinvolle fit van twee signalen verwachten mag worden boven ongeveer

0.6.

Er zijn x2-fits uitgevoerd voor de eerste 4000 bemonsteringen van de proeven k21 t/m k25 uit

meetserie K. In tabel A.21 is aangegeven welke combinatie van meters voor deze x2-fits

beschouwd werden. In de derde kolom van deze tabel is aangegeven wat de onderlinge afstand van de beschouwde meters was. De resultaten voor de verkregen minimale x2 en de optimale

waarden voor de parameters A, d en B zijn weergegeven in respectievelijk tabellen A.22, A.23, A.24 en A.25.

Met behulp van de verkregen tabellen kan worden nagegaan of er relaties gelegd kunnen worden tussen de verschillende parameters uit de vergelijking. Er is nagegaan of er verbanden bestaan tussen enerzijds de parameters A en d en anderzijds de onderlinge afstand Ar tussen de meters en hoe deze zich wijzigen in de loop van de experimenten. Teneinde een overzicht te krijgen zijn voor ieder van de proeven k21 t/m k25 figuren getekend waarin telkens een van de grootheden X2, A, d en Ar tegen een van de anderen is uitgezet (zie figuren 5.6.5 t/m 5.6.10). De

waterspannings-meters aan de Kruiningen- en Perkpolderklei worden met verschillende symbolen aangeduid.

Uit de figuren 5.6.5 t/m 5.6.10 wordt duidelijk dat er geen duidelijke correlaties bestaan tussen de parameters A, d en B. Ook als we alle meetpunten waarvoor de minimale x2 groter is dan 0.6

buiten beschouwing laten, blijken er geen of nauwelijks eenduidige correlaties te bestaan voor een periode van 160 s. Een eenduidig verband tussen Ar en het tijdsverschil d blijkt afwezig te zijn. De gefitte parameters voor de individuele waterspanningsmeters veranderen weliswaar in de loop van de tijd, maar duidelijke trends zijn niet aan te geven. De enige globale trend die valt waar te nemen is dat de verzwakkingsfactoren A in de loop van de proef kleiner worden. Dit hangt wellicht samen met de omstandigheid dat bij doorgaande erosie van het kleipakket de

waterspanningsmeters dichter bij het oppervlak komen te liggen en dat de waterspanningen op het niveau van de meetbalk afnemen (zie paragraaf 5.3).

In figuren 5.6.11 t/m 5.6.13 zijn alleen die meetpunten weergegeven waarvoor de minimale x2

kleiner dan 0.6 was. We nemen waar dat de dempingsfactor varieert van 1 tot maximaal 5 (enkele uitschieters daargelaten). De fasedraaiing varieert van -1 s tot maximaal 1 s, waarbij voorlopende fases voornamelijk in de toplaag zijn geconcentreerd. Ook uit deze figuren blijkt geen verband tussen demping en fasedraaiing te bestaan.

Uit de bestudering van de correlaties tussen de signalen van de meters op het talud en die van de meters in de ondergrond zien we dat variaties in de mate van correlatie en de demping groot zijn. De waterspanningen en veranderingen daarin worden sterk bepaald door de locale condities van de klei en het verloop van de belasting op de klei.

5.7 Beschrijving individuele golfklappen

Uit de analyse uit paragraaf 5.6 blijkt dat over enkele golfperioden gezien de correlatie voor een gegeven waterspanningsmeter in de klei en de dichtstbijzijnde meter op het talud over het

algemeen zwak is. Blijkbaar is het niet voldoende om de waterspanning op een punt in de klei te beschrijven door de veranderingen van de waterspanningen direct boven dit punt op het talud. In deze paragraaf wordt bestudeerd op welke wijze de waterspannings-verandering op een gegeven punt in de klei samenhangt met waterspanningsveranderingen op alle andere punten langs het talud. Daartoe beperken we ons tot het tijdsinterval rond een individuele drukklap aangezien op dat moment de grootste drukvariaties op het talud zullen optreden. Teneinde de optredende spanningswisselingen in voldoende detail te kunnen waarnemen, maken we gebruik van de meetgegevens uit proef k i l . Tijdens deze proef werden de meters bemonsterd met een frequentie van 300 Hz. De invallende golven tijdens deze proef zijn regelmatig zodat de tijdsschaal en de amplitudes van de individuele dmkklappen vergelijkbaar zijn.

Om de locatie van het inslagpunt van de golven op het talud te bepalen kan gebruik gemaakt worden van figuur 5.7.1. In deze figuur waarin de bemonsteringstijd is uitgezet tegen de positie van de waterspanningsmeter op het talud zijn contourlijnen van gelijke druk getekend.

Maxima in tijd en plaats kunnen geïdentificeerd worden met respectievelijk het moment van optreden van een golfklap en het punt van inslag van deze klap. In de figuren 5.7.2 t/m 5.7.4 zijn voor een periode rond een enkele golfklap de contouren gegeven. In deze figuren is duidelijk het punt van eerste inslag te zien. Ook kan de wijze waarop de golf verder het talud oploopt in detail gevolgd worden.

Voor de drie golfklappen die in de figuren 5.7.2 t/m 5.7.4 zijn weergegeven, zijn veranderingen in de uitlezing van meters in de klei nabij het inslagpunt gevolgd.

In figuur 5.7.5 zijn voor de duur van de eerste van de drie beschouwde golfklappen de uitlezingen weergegeven van meter p28 (0.25 m diepte), de wat dieper gelegen p29 (0.5 m diepte) en de waterspanningsmeters DRO006, DRO007, DRO008, DRO009 en DRO0010 (zie figuur 4.1.2) op het talud. De in de figuren weergegeven verticale lijnen dienen ertoe om vergelijking van de verschillende meters te vergemakkelijken. Merk op dat alleen de verticale schaal van de meters op het talud dezelfde is; om veranderingen in de klei zo duidelijk mogelijk tot uiting te laten komen zijn hiervoor verschillende schalen gehanteerd. Van de meters op het

talud bevindt DRO008 zich het dichtst bij de meters in de klei. Waterspanningsmeter DRO006 bevindt zich op ongeveer dezelfde hoogte ten opzichte van de gootbodem als meter p28. Uit figuur 5.7.2 blijkt dat het punt van inslag bij deze golfklap nabij meter DRO009 is gelegen. De uitlezingen van p28 en p29 blijken niet direct een weergave te zijn van de uitlezing van één der meters op het talud. Anderzijds kan wel elke spanningsfluctuatie in p28 of p29 in verband gebracht worden met een spanningsverandering in een van de meters op het talud. Zo is te zien in figuur 5.7.5 dat toename in de waterspanningen in de klei reeds inzet voordat de golfklap op het talud plaatsvindt. Deze toename lijkt direct samen te hangen met veranderingen van de

waterspanningsverdeling lager op het talud, zoals bij waterspanningsmeter DRO006 die even hoog boven de gootbodem ligt als p28. Daarnaast reageren de meters in de klei duidelijk op de

golfklap die hoge waterspanningen genereert op het talud direct boven de waterspanningsmeters. Ten tijde van de golfklap vertonen ze een respons die overeenkomt met de meter DRO008 die er direct boven is gesitueerd. De duur van de drukpiek in de klei is korter dan de golfklap op het talud; dit zou kunnen samenhangen met invloed van de onderdrukken lager op het talud die meter DRO007 laat zien (zie figuur 5.7.5).

Ook bij de tweede van de geselecteerde golfklappen kunnen analoge beschouwingen worden gegeven. Zoals in figuur 5.7.3 is te zien, bevindt zich in dit geval het punt van golfinslag zich iets hoger op het talud. Uit de figuur is af te leiden dat de golf tussen DRO009 en DRO010 inslaat. In figuur 5.7.6 zijn ook voor de duur van deze golfklap de uitlezingen weergegeven van waterspanningsmeters p28, p29, DRO007, DRO008, DRO009 en DRO0010. De in de figuren weergegeven verticale lijnen dienen wederom om vergelijking van de verschillende meters te vergemakkelijken. Hoewel minder duidelijk, zetten ook hier stijgingen in de waterspanningen in de klei zich in voordat de eigenlijke golfklap plaatsvindt. Vergelijking van de meters in de grond en de meter direct boven op het talud (DRO008) laat zien dat de respons van de boven in de klei gelegen meter p28 redelijk overeenkomt met DRO008 maar dat de respons van de dieper gelegen meter p29 eerder op meters op wat grotere afstand van de inslag lijkt te reageren.

Bij de derde golfklap was het punt van inslag nog iets hoger op het talud gelegen ten opzichte van de waterspanningsmeters in de klei. Uit figuur 5.7.4 schatten we dat deze golf insloeg nabij DRO010. Naar aanleiding van figuur 5.7.7 constateren we wederom dat veranderingen in de waterspanning al optreden voordat de golf op het talud slaat. Voor het overige is de uitlezing van p28 weer het meest vergelijkbaar met DRO008, de meter direct erboven op het talud. Er zijn in het signaal van p28 ook spanningsfluctuaties te zien die niet teruggevoerd kunnen worden op veranderingen in DRO008. Het signaal van p29 lijkt wederom een combinatie van de drukken op het talud weer te geven.

In figuur 5.7.8 zijn de waterspanningen langs het talud vergeleken met de waterspanning bij kl2 en k l 3 op 0.2 m respectievelijk 0.5 m diepte in de klei. De meter k l 2 reageert nauwelijks op de drukveranderingen op het talud. Het patroon van het signaal van k l 3 is zoals hierboven

beschreven in het algemeen te herleiden tot invloeden van de waterspanningen op het talud. Echter, rond 51.4 s vertoont het signaal van kl3 een duidelijk minimum, waarvoor geen directe oorzaak gevonden kan worden in de signalen van de meters op het talud. Mogelijk is hier sprake van interferentie met waterspanningen in de grond als gevolg van eerdere golfbewegingen. Samenvattend kan gesteld worden dat het registreren van de waterspanning in een punt op het talud geen verklaring van de optredende waterspannings-veranderingen in de grond onder dat punt geeft. De gemeten waterspanningsverdeling in de grond lijkt in belangrijke mate te worden

bepaald door de momentane waterspanningsverdeling op het talud.

Voor de ontwikkeling van een model lijkt het daarom van belang na te gaan of de gemeten signalen in de ondergrond inderdaad gereconstrueerd kunnen worden uit lineaire combinaties van de waterspanningen op het talud. Indien een dergelijke reconstructie mogelijk is, dan kunnen relaties tussen de daarbij gebruikte dempingsfactoren en grondkarakteristieken onderzocht worden.

6 Opmerkingen ten behoeve van modelvorming en

beoordeling reststerkte

6.1 Vergelijking met resultaten steenzettingen onderzoek

In het steenzettingenonderzoek zijn rekenmodellen opgesteld voor de stroming in een fïlterlaag en in de ondergrond. In deze paragraaf zal worden nagegaan in hoeverre deze modellen van

toepassing zijn voor de beschrijving van de relevante aspecten van waterspanningen in een kleilaag bij golfaanval, zoals in [Kru91] is gedaan. Daarbij kunnen twee stromingsmodellen worden gebruikt:

1. Een beschrijving gebruikt voor de berekening van de grondmechanische stabiliteit [Bez90]. Deze beschrijving is geldig voor een relatief open toplaag op een minder doorlatende ondergrond. In de slecht doorlatende ondergrond is elastische berging van belang. De stroming is hoofdzakelijk loodrecht op het talud. Door de elastische berging is ook het verloop van de stijghoogte in de tijd van belang voor de berekening van de stijghoogte verdeling in het talud op een zeker tijdstip.

2. Een beschrijving zoals gebruikt in STEENZET/1. Hierbij wordt de stroming in de filterlaag in hoofdzaak evenwijdig aan het talud gedacht. Voor de kleilaag betekent dit, dat ook hier de stroming evenwijdig aan het talud moet zijn. De stroming wordt beschreven als een potentiaalstroming, zonder berging. Dit betekent dat alleen de stijghoogteverdeling op een zeker tijdstip op het talud van belang is voor de verdeling van de stijghoogte op dat tijdstip in de filterlaag. Zoals ook door [Kru91] beschreven, kan dit model ook worden toegepast voor een homogene kleilaag. Deze kleilaag wordt dan enigszins kunstmatig ingedeeld in een boven- en onderlaag. In [Kru91] wordt de kleilaag in twee even dikke stukken opgedeeld.

Van deze twee stromingsmodellen is voor de eerste het gemakkelijkst vast te stellen of dit in overeenstemming is met de metingen. Wanneer dit het geval is, moet dieper in het talud de amplitude afnemen en de fasedraaiing toenemen. Dit verband is niet uit de metingen te halen. Bij de Kruiningen klei blijkt dieper in het talud de amplitude in veel gevallen juist groter te zijn (zie ook figuren 5.6.6 t/m 5.6.10). Ook bij de Perkpolder klei is dit voor een verticale raai (de raai met DRO008, p28 en p29) het geval. Het is niet onmogelijk dat hiervoor de bewerking van de klei in de Deltagoot mede verantwoordelijk is. Daarnaast is het niet waarschijnlijk dat in

gestructureerde klei dezelfde geleidelijke afname van de amplitude zal optreden als in een (quasi) continu medium. Wanneer elastische berging (continu medium) van belang is zou er ook meer fasedraaiing zijn, dan gemeten is. Nu is het maximale faseverschil in de orde van 0.6 s, wat voor een sinuoidale golf met een periode van 5 s overeenkomt met een fasedraaiing van maximaal 30°. Wanneer elastische berging van belang is, wordt dieper in het talud een

fasedraaiing van 90° tot 180° gevonden. Het is wel mogelijk dat elastische berging in spleten over grotere afstanden optreedt.

Wanneer een gestructureerde kleilaag kan worden beschreven volgens het tweede model, is de leklengte van belang. Een grote leklengte betekent een grote verschildruk gedurende lange tijd. Bij een korte leklengte is de verschildruk kleiner en is er alleen gedurende een korte tijd (direct voor de golfklap) een significante verschildruk mogelijk.

De berekeningen gepresenteerd in [Kru91] gingen uit van een kleilaag met een doorlatend-heidsopbouw die resulteerde in een korte leklengte, maximaal 0.47 m. Voor bijna alle

waterspanningsmeters in de klei zijn de drukverschillen met de meters op het talud veel groter dan op grond van een berekening met een korte leklengte, zoals aangenomen in [Kru91], verwacht kon worden. Het meetresultaat, een kleine amplitude direct onder de zetting en een grote amplitude dieper in de klei, kan echter niet met een beschrijving als in STEENZET/1 worden verklaard. Zoals hierboven reeds is opgemerkt, was het bovenste laagje Kruiningen klei door de bewerkingen in eerste instantie ondoorlatender geworden. Dit kan de reden zijn waarom juist dieper in de klei een grotere amplitude wordt gemeten. De verschildrukken zijn veel hoger dan het eigen gewicht van de klei en de klei zal daarom gedurende langere tijd potentieel instabiel zijn als de cohesie en interlock buiten beschouwing worden gelaten. Veranderingen van waterspanningsmeters in de klei die in fase zijn met waterspanningsveranderingen lager op het talud worden echter wel door een model als STEENZET/1 beschreven.

De conclusie moet daarom zijn dat de meetresultaten voorshands niet rechtstreeks te verklaren zijn met een van de in het steenzettingen onderzoek ontwikkelde rekenmethodes. Modellering moet wellicht gezocht worden in twee-dimensionale modellen in combinatie met elastische berging en potentiaalstroming.

Om een indruk te krijgen van de krachten op de gestructureerde klei zouden alleen de

waterspanningsmeters in een scheur meegenomen moeten worden. Het rekenmodel met elastische berging is dan niet direct bruikbaar. Echter ook een model gebaseerd op een beschrijving als STEENZET/1 zal dan nog slechts heel beperkt de meetresultaten kunnen simuleren. De variatie in spleetgrootte in de kleilaag is nauwelijks in een dergelijk rekenmodel in te brengen.

Duidelijk blijkt uit de meetresultaten dat de kleibrokken niet beschouwd kunnen worden als niet-samenhangende blokken. Wanneer alleen eigengewicht de stabiliteit van de blokken moet garanderen, zou er bij de gemeten verschildrukken zeer snel grote schade ontstaan. Zolang de spleten klein zijn en er weinig beweging is geweest, zal de klei nog enige cohesie en interlock hebben en zal ook bij een verschildruk hoger dan overeenkomend met het gewicht van de klei de kleilaag intact blijven. Wanneer door erosie en beweging de scheuren groter worden, kunnen enerzijds kleibrokken gemakkelijker uit de kleilaag verwijderd worden. Anderzijds zal ook de leklengte afnemen en daarmee de verschildruk afnemen.

In het algemeen kan gesteld worden dat de metingen de conclusie uit [Kru91] bevestigen dat bij een golfhoogte van boven de 0.5 m schade kan ontstaan doordat kleibrokken uit het talud worden verwijderd. De gedetailleerde waterspanningsmetingen tonen echter aan, dat het in [Kru91] voorgestelde mechanisme dat gebruikt wordt bij steenzettingen, niet zonder meer van toepassing is. Wellicht zijn er meer mechanismen werkzaam dan in [Kru91] zijn aangegeven. Gegeven de schaal waarop de relevant geachte processen plaatsvinden, is het de vraag in hoeverre het materiaal als homogeen mag worden beschouwd. Proeven op beter gedefinieerd model materiaal dan natuurlijk gestructureerde klei kunnen hierover meer zekerheid geven.

6.2 Enige uitgangspunten voor modelvorming

De optredende waterspanningsgradiënten zijn regelmatig hoog genoeg voor het omhoogwerken van de klei. Desondanks wordt het kleipakket niet direct over een groot oppervlak weggeslagen. Anderzijds is er van langzame en geleidelijke erosie geen sprake. Zo werd geconstateerd dat in een 0.5-1 uur tijds gaten werden geslagen die elk een inhoud hadden van 0.5 m3, (totale inhoud

enige m3's). Ervan uitgaande dat de dimensies van een karakteristiek aggregaat in de orde van

0.1 m liggen, worden er dus gemiddeld zo'n 500-1000 kleiblokken per uur uit het talud verwijderd. Afgezet tegen een significante golfperiode van 4-5 s betekent dit dat gemiddeld in elke golfaanval een klei-aggregaat uit het talud wordt verwijderd.

Er wordt van een duidelijke bodemstructuur gesproken als de scheuren en spleten in de grond goed zichtbaar zijn met duidelijk waarneembare aggregaten.

Verschillen in bodemstructuur kunnen voorshands op twee manieren de erosiesnelheid van de klei beïnvloeden, namelijk door verandering van de bulkdoorlatendheid en door wijziging van het cohesie-interlock gedrag van de aggregraten. Hierbij zijn de volgende kanttekeningen te plaatsen: ten aanzien van de doorlatendheid:

Bij benadering is de bulkdoorlatendheid evenredig met het aantal scheuren en neemt toe met de 3 * macht van de wijdte van deze scheuren. Dit heeft tot gevolg dat men verwacht dat naarmate de bodem duidelijker gestructureerd is d.w.z. wannneer de scheuren en aggregaten beter zichtbaar zijn, de bulkdoorlatendheid relatief sterk zal toenemen; Er is een relatief geringe demping geconstateerd voor de dieper gelegen

waterspanningsmeters zonder significant verschil tussen de Perkpolder- en de Kruiningen klei, terwijl de onderzijde van de Perkpolder klei duidelijk minder gestructureerd was. Voorzover de bulkdoorlatendheid met de demping samenhangt is er geen duidelijk verschil tussen de Perkpolder en de Kruiningen klei.

ten aanzien van de samenhang:

Naarmate de bodemstructuur minder duidelijk is, zal de onderlinge samenhang van de aggregaten (cohesie en interlock) groter zijn.

Uit het steenzettingenonderzoek blijkt mate van inklemming een belangrijke parameter te zijn [Bez90].

De doorlatendheid in de klei is met name van belang voor de belasting die optreedt bij golfklappen. De samenhang bepaalt grotendeels de sterkte van de klei. De effecten van waterbeweging en drukopbouw in het spletensysteem in de klei zijn niet eenduidig aan de doorlatendheid gerelateerd. Enerzijds leidt hogere doorlatendheid tot geringere opwaartse

drukverschillen in de kleilaag, terwijl anderzijds bijvoorbeeld geringe doorlatendheid de beweging van grond uit de laag beperkt.

De sterkte van de klei onder golfaanval zal afnemen met de mate van aanwezigheid van bodemstructuur, en klei met een duidelijke structuur zal sneller eroderen.

Er kan worden geconstateerd dat structuurvorming zowel de sterkte als (bij golven) de belasting beïnvloedt. Beide aspecten kunnen, ook na deze studie, nog onvoldoende worden beschreven om eenduidige regels af te leiden. Om hierin voortgang te boeken dienen beide kanten (belasting en sterkte) gescheiden worden onderzocht. De belasting moet dan volgen uit een beschrijvend model voor de waterspanningen in gestructureerde klei, waarin de heterogeniteit van het materiaal voldoende is vervat. In eerste instantie lijkt een quasi-statische benadering niet onredelijk. De sterkte kan worden onderzocht door in detail (modelopstelling) het gedrag van gestructureerd materiaal onder hydraulische belasting te bestuderen.

6.3 Structuur en reststerkte

De Deltagootproeven hebben directe aanwijzingen gegeven dat schade aan een kleilaag met een bodemstructuur relatief snel kan ontstaan, zoals op grond van summiere veldwaarnemingen en eerste orde benaderingen verwacht werd.Er zijn indicaties over de reststerkte van een 0.8 m dikke kleilaag boven gemiddeld hoogwater uit voortgekomen. De gevonden reststerkten zijn reeds verwerkt in [Kru93].

De reststerkte van een kleilaag hangt samen met de mate waarin er een bodemstructuur is ontwikkeld. De klei met de meest uitgesproken bodemstructuur, de Kruiningen klei, erodeerde enigszins sneller. De onderste 0.4 m van de Perkpolder klei had een duidelijk minder

uitgesproken structuur dan de bovenste 0.4 m. Dit onderste gedeelte erodeerde dan ook veel minder snel, vooral bij de 1 m golven. De mate waarin bodemstructuur is ontwikkeld lijkt daarom