Hoe onderstroming dijken bedreigt

Het is de nachtmerrie van iedere dijkgraaf. Dat na een week hoog water een rivierdijk opeens verzakt en doorbreekt. Hoe kan zoiets plotseling gebeuren? Promovendus ir. Joost Pol onderzoekt hoe onderstroming (of ‘piping’) van dijken ontstaat, en hoe het zich ontwikkelt van een millimeterverschijnsel tot een potentiële catastrofe.

Een kleidijk mag solide lijken, maar als die op een zandbodem staat en het water stijgt, dan stijgt ook de waterdruk onder de dijk. Een kleine scheur in de klei kan dan het begin zijn van een lekkage. Aan de binnenkant van de dijk, diep in de polder, wordt dat zichtbaar als een hoopje zand dat opwelt uit de bodem. Deskundigen spreken over piping als een gevreesd faalmechanisme voor rivierdijken. Want wat begint als een miniem stroompje kan uitgroeien tot een waterstroom die de dijk ondergraaft, met een exponentieel versnelde erosie tot gevolg. Zand spoelt weg en de dijk zakt in. Zoveel is bekend. Maar hoe snel verloopt dat proces, en waarvan is dat afhankelijk?

Foto © Sam Rentmeester

In het geotechnisch laboratorium van Deltares bootst Joost Pol het piping proces na in een zandlaag onder een perspex plaat. Een rij buisjes meet de lokale druk en een camera boven de opstelling legt het verloop van de proef vast. Hij ziet kanaaltjes ontstaan van enkele centimeters breed en enkele millimeters diep die met ongeveer een halve meter per uur groeien.

Wanneer zo’n kanaaltje helemaal onder de dijk door naar de rivier is gegroeid, dan vindt een plotselinge versnelling van het proces plaats omdat het water dan vrij baan heeft.

Halverwege zijn promotietraject heeft Pol vastgesteld dat de snelheid waarmee de sleuf groeit afhankelijk is van de eigenschappen van zand en stroming. “Kort gezegd is de groei sneller naarmate het zand grover is en het verval hoger”, vat hij zijn bevindingen samen. 

Pol werkt nog aan een numeriek model dat het piping proces simuleert. Daarmee wil hij zijn onderzoeksresultaten inpassen in een risicoanalyse van dijken. Eerdere inschattingen laten zien dat driekwart van de rivierdijken een pipingprobleem heeft. De onderzoeksresultaten dragen bij aan het verminderen van de benodigde dijkversterkingen.   

De wetenschappelijke begeleiding van het onderzoek is in handen van prof.dr.ir. Bas Jonkman, prof.dr.ir. Matthijs Kok,
en dr.ir. Wim Kanning, allen werkzaam bij de faculteit CiTG. 

/* */