Wanneer een dijk in Nederland doorbreekt wordt dat niet als goed nieuws aangekondigd. Toch was de dijkdoorbraak bij de Leendert de Boerspolder afgelopen oktober in alle opzichten een klinkend succes, vertelt professor Cristina Jommi, hoogleraar Dykes and Embankment aan de afdeling Geoscience & Engineering. De gecontroleerde doorbraak werd tot op de dag nauwkeurig voorspeld en leverde de betrokken waterschappen en wetenschappers, waaronder Jommi, een schat aan kostbare meetgegevens op. De verzamel de informatie moet onderzoekers in de toekomst meer duidelijkheid geven over de sterkte-eigenschappen van de vele regionale dijken die Nederlandse polders beschermen.

Voor Nederlandse waterdeskundigen is het soms nog wel even wennen, een hoogleraar in dijken en waterkeringen afkomstig uit Italië, vertelt Jommi met een kleine glimlach. “Terwijl de kleinere, regionale dijken in Italië echt niet zo anders zijn dan de Nederlandse,” voegt Jommi toe. Ze tapt even met haar hand op het bureaublad. “Al ligt dat soms nog wat gevoelig.”

Jommi kan het in ieder geval weten. Voor zij in 2014 naar Nederland verhuisde voor haar aanstelling als hoogleraar aan de TU Delft, werkte ze als professor aan de Politecnico di Milano, de technische universiteit van Milaan. Daar onderzocht ze onder andere de regionale dijken in Italië, waarbij haar achtergrondkennis op het gebied van grondmechanica uitstekend van pas kwam.

Regionale dijken

“Zeker in de noordelijke streken van Italië is de problematiek rondom regionale dijken vergelijkbaar met de Nederlandse situatie. We hebben het over honderden kilometers aan regionale dijken die met soortgelijke materialen zijn opgebouwd. Ook de technische aspecten zijn niet veel anders. Soms heerst in Nederland het beeld dat het dijksysteem hier uniek is. Maar zeker voor de regionale dijken zijn ze conceptueel vrijwel hetzelfde.”
Het grote verschil met Nederland is dat dijken in Italië er opgebouwd moeten zijn om meerdere veiligheidsrisico’s (multirisks) te weerstaan. “Net zoals in Nederland worden Italiaanse dijken berekend op hun sterkte en stabiliteit. Maar ook de risico’s van grote aardschokken en plots optredende overstromingen na zware regenval in een bergachtige streek worden meegewogen. Alhoewel in het noorden van Italië weinig aardbevingen voorkomen, worden de waterkeringen daar al wel getoetst op hun stabiliteit om aardbevingen van bepaalde kracht te doorstaan.”

Prioriteit

Meer onderzoek naar de stabiliteit en sterkte van de regionale dijken in Nederland heeft de laatste jaren steeds meer prioriteit gekregen, zegt Jommi. “Er is al veel onderzoek gedaan naar het verbeteren van de primaire waterkeringen, de dijken en duinen die Nederland moeten beschermen tegen overstromingen door de Noordzee en de grote rivieren. Maar Nederland kent ook zo’n 14.000 kilometer aan kleinere, regionale dijken die polders en woningen beschermen voor het water. STOWA, het kenniscentrum van de waterschappen, is daarom een eigen onderzoeksprogramma gestart om ook de geotechnische aspecten van regionale dijken goed in kaart te brengen. 

Het onderwater zetten van de Leendert de Boerspolder, een klein eilandje gelegen in de Kagerplassen, vormde voor wetenschappers een uitgelegen kans om bestaande modellen en ideeën over de sterkte van een regionale dijk in de praktijk te kunnen testen. Die zeldzame mogelijkheid deed zich voor toen het waterschap Rijnland besloot om de polder van ongeveer zes hectares, oorspronkelijk gebruikt voor land bouw, terug aan het water te geven.

De ontpoldering was deels nodig om dat het waterschap op andere plaatsen stukken water had gedempt of ingepolderd. Regels van een water schap schrijven echter voor dat dit op een andere locatie in het waterschap gecompenseerd moet worden. Het oog van het waterschap viel mede op de polder in de Kagerplassen omdat er meerdere onderhoudswerkzaamheden voor de dijk gepland stonden, die hier door niet meer nodig waren.
“De polder werd beschermd met een regionale dijk,” vertelt Jommi.” Om de polder onderwater te zetten, zou men de dijk door moeten steken. Het waterschap Rijnland zag dat de situatie een prima mogelijkheid bood voor wetenschappelijke doeleinden. De dijk kon zo als een proefobject dienen om beter te onderzoeken onder welke omstandigheden een dijk bezwijkt.”

Voor het project sloeg een breed scala aan organisaties de handen ineen. Zeven waterschappen, samen met STOWA, verzorgden de financiering. Onderzoekers van Deltares, STOWA en de TU Delft waren betrokken bij het opzetten van het wetenschappelijke programma. Jommi: “Het komt niet alle dagen voor dat waterschappen geld investeren in een project om een dijk te laten doorbreken. Er is toen een gezamenlijk onderzoeksplan opgesteld waarin is bepaald wat de belangrijkste onderzoeksvragen voor de waterschappen waren, en welke informatie er nodig was om daarop een antwoord te kunnen geven. Deze vragen richten zich in het bijzonder op de methodiek die wordt gebruikt om de sterkte van een regionale dijk te berekenen, informatie over de druk van het grondwater in de dijk en de samenstelling van regionale dijken.”

Kleidijk

Civiele ingenieurs ontwerpen het liefst een homogene dijk, een dijk die opgebouwd is uit enkel dezelfde materialen. Hierdoor valt ook beter te berekenen hoe sterk en stabiel een dijk uiteindelijk is onder verschillende omstandigheden. Jommi: “De dijk van de Leendert de Boerspolder is een zogenaamde kleidijk aangelegd op veengrond. Zo’n drieduizend kilometer van alle regionale dijken in Nederland zijn van dit type dijk, klei op veen. Maar zoals wel vaker voorkomt met zulke oude dijken, de dijk bij de Leendert de Boerspolder bestond niet geheel uit klei. Klei vormde weliswaar het hoofdbestanddeel, maar ook andere materialen werden gebruikt toen de kering destijds werd aangelegd, ruim vijfhonderd jaar geleden.”
De samenstelling van de dijk die de Leendert de Boerspolder honderden jaren tegen het water had beschermd bleek verrassend divers. “We hebben onder meer stukken hout aangetroffen, bakstenen, aardewerk, mosselschelpen. Het geeft ons ook een inkijkje wat voor materialen mensen vroeger gebruikten om dijken mee te bouwen. Je ziet dus dat toen al afgedankte materialen werden hergebruikt. Recycling was ook in die tijd al heel trendy,” besluit Jommi met een lach.

Stress

Om op gecontroleerde wijze de dijk te laten bezwijken, werd de dijk op drie verschillende manieren blootgesteld aan extremere omstandigheden. Zo werd in de eerste week van het experiment de bodem van dijk doorweekt met water met hulp van een speciaal aangelegd irrigatiesysteem. Met meetinstrumenten die in de bodem van de dijk waren geplaatst konden wetenschappers de gevolgen hiervan monitoren. Daarna werd aan de voet van de dijk een extra geul gegraven. “Dat heeft als gevolg dat het hoogteverschil tussen de kruin van de dijk en de polder wordt vergroot, wat invloed heeft op de stabiliteit. Tot slot werd ook het grondwaterpeil in de polder verlaagd door water weg te pompen.”

“Een belangrijke punt voor het onderzoek is dat je de dijk niet wilt belasten op een manier waardoor deze onmiddellijk bezwijkt. De omstandigheden die wij creëerden lagen ver onder dat niveau, maar ze kunnen op de langere termijn er wel toe leiden dat een dijk doorbreekt,” vertelt Jommi. De betrokken wetenschappers konden, op basis van modellen, ook berekenen op welk moment de dijk het daadwerkelijk zou begeven. “Er zit natuurlijk een bepaalde foutmarge in alle berekeningen, maar volgens alle voorspellingen zou de dijk op woensdag 14 oktober breken.”
De voorspellingen kwamen uit: omstreeks half zeven ‘s ochtends op 14 oktober brak het water door de dijk en stroomde de polder vol. 

Data

Jommi is dan ook vol lof over de inzet van alle betrokken partijen. “Iedereen heeft het geweldig gedaan. Door deze proef is een schat aan meetgegevens verzameld waar onderzoekers nu nog druk mee bezig zijn.”

De verzamelde data wordt onder andere gebruikt voor het ‘Reliable Dykes’ onderzoeksprogramma. Ook zullen resultaten volgens Jommi helpen bij het verbeteren van de analyses van de sterkte-eigenschappen van dit type dijk. “Natuurlijk, dit is slechts één experiment, en de proef kan ook niet model staan voor alle regionale dijken of alle omstandigheden waar dijken aan worden blootgesteld.”

Bij de proef in de Leendert de Boers-polder werd de dijk blootgesteld aan zeer natte omstandigheden. “Dat is een extreme situatie waardoor een dijk dus uiteindelijk kan doorbreken. Een ander extreem scenario is om met bijzonder droge omstandigheden de stabiliteit van een dijk te testen. Vooral dijken opgebouwd uit veen of aangelegd op een veenbodem zijn voor deze omstandigheden gevoelig.”

Grondwater

Jommi wil zelf gedetailleerder de invloed van grondwater op de stabiliteit van dijken onderzoeken. “Daarbij kijk ik dus specifiek naar het gedrag van bodems. De eigenschappen en het gedrag van een bodem, en daarmee ook de sterkte van een dijk, veranderen met de mate waarin de bodem verzadigd is met water.”

Dijken zijn in een alledaagse situatie vaak slechts voor de helft volledig met water verzadigd. “Terwijl veel modellen rekenen met dijken waarvan de bodem wel geheel verzadigd is. Ik wil dus onderzoeken of een gedeeltelijk onverzadigde dijk de sterkte van een dijk beïnvloedt. Maakt dit uit voor de sterkte van de dijk vergeleken met de dijksterkte die wij gebruiken in modellen? Er is hier nog maar weinig over bekend.”

Ook over dit onderwerp formuleert Jommi voorzichtig. “Iedere studie die bij draagt aan de kennis over de sterkte-eigenschappen van dijken kan de foutmarges verkleinen in de modellen die we gebruiken. Die kennis kan ons helpen om straks op een andere manier dijken te bouwen, misschien zelfs wel op een goedkopere wijze. Maar het mag er in geen enkel geval toe leiden dat een dijk minder veilig wordt.”

Een eerste analyse op basis van de gegevens afkomstig van de proef in de Leendert de Boerspolder wordt pas komende zomer verwacht.
Jommi: “Het eerste doel is nu om de dringende vragen van de verschillende waterschappen te beantwoorden. Maar dat is slechts het begin. Verder onderzoek zal op dit onderwerp voortbouwen. Op de lange termijn is het de bedoeling dat wij de onzekerheden die nu nog bestaan rondom regionale dijken verder zullen terugdringen.”

Gepubliceerd: maart 2016


Contact


Reliable dikes

Nederland kent ongeveer 14.000 kilometer aan regionale dijken. Geschat wordt dat ongeveer een kwart van deze dijken (3500 kilometer) hoofdzakelijk is opgebouwd uit veen, zogenaamde veendijken. Ook is er een groot aantal kilometers van regionale dijken die hoofdzakelijk bestaan uit klei en zijn aangelegd op venige ondergrond. Van dit type dijken is nog maar weinig specifieke informatie bekend over wat de invloed van veen is op de sterkte en stabiliteit van deze dijken.


Het onderzoeksprogramma Reliability-Based Geomechanical Assessment Tools for Dykes and Embankments in Delta Areas (Reliable Dykes) moet op deze punten meer duidelijkheid gaan brengen.

 

Het onderzoek richt zich op het doorgronden van de verschillende factoren die invloed hebben op de bodemeigenschappen van dijken die (deels) bestaan uit organisch materiaal. De meetgegevens die zijn verkregen van de dijkdoorbraak bij de Leendert de Boerspolder vormen onderdeel van dit onderzoek. Ook zullen de gegevens worden gebruikt voor verschillende modellen.

 

Uiteindelijk moet het onderzoek leiden tot het verbeteren van het ontwerpen en onderhouden van veendijken. Het Reliable Dykes onderzoeksprogramma wordt hoofdzakelijk gefinancierd door een bijdrage van STW en loopt tot 2018.