Dijken op getijdenzand zijn sterker dan gedacht

Waterbouwkunde Voor de sterkte van een dijk maakt het nogal wat uit op welke ondergrond hij staat. In getijdengebied is het zand zeer sterk.

Het werk aan de proefdijk in de Hedwigepolder in Zeeuws-Vlaanderen. Boven op de dijk zitten de infiltratiebuizen.
Het werk aan de proefdijk in de Hedwigepolder in Zeeuws-Vlaanderen. Boven op de dijk zitten de infiltratiebuizen. Foto Marc Hijma

Dijken op een ondergrond van getijdenzand zijn minder vatbaar dan gedacht voor schade door water dat onder de dijk door sijpelt. Dat blijkt uit onderzoek dat Deltares, Fugro, waterschap Hollandse Delta en het Hoogwaterbeschermingsprogramma uitvoerden met een proefdijk in de Hedwigepolder in Zeeland. Dankzij slib en klei is getijdenzand minstens 40 procent sterker dan bestaande modellen voorspellen. Dijken op deze ondergrond gaan dus langer mee. Het nieuwe inzicht zorgt de komende jaren voor een besparing van 160 miljoen euro, doordat dijkvernieuwing op een aantal plekken kan worden uitgesteld.

Als aan de ene kant van de dijk het water hoger staat dan aan de andere kant, ontstaat er drukverschil waardoor water onder de dijk door sijpelt. Dat gaat eerst langzaam, maar doordat het water gronddeeltjes meevoert gaat het steeds sneller en uiteindelijk kunnen er kanaaltjes onder de dijk ontstaan die de dijk verzwakken. Piping heet dit fenomeen, en het is een van de belangrijkste faalmechanismen van dijken.

Overzichtsfoto met de uittredesloot, de terp en de infiltratiebuizen.
Foto Louis Meulstee/Waterschap Hollandse Delta

Of een dijk nog veilig is, wordt grotendeels bepaald door voorspellende rekenmodellen. „Maar de waterschappen gaven aan dat ze bij veel afgekeurde dijken helemaal geen aanwijzingen zagen voor piping”, zegt geoloog Marc Hijma, die als onderzoeker vanuit Deltares betrokken was bij het onderzoek. „Bij dijken in het rivierengebied zien ze regelmatig aan de binnenkant van de dijk zand en water opborrelen bij hoogwater, een aanwijzing dat er piping gaande is, maar bij dijken in getijdengebied eigenlijk nooit.”

„In de dijkenwereld worden veel modellen gebruikt. Omdat het om veiligheid gaat, zijn die aan de conservatieve kant”, zegt Hijma. „Het bestaande pipingmodel is gebaseerd op labproeven met een ondergrond van homogeen rivierzand. In de praktijk is zand niet homogeen en juist de variatie in korrelgroottes zorgt vaak voor sterkte. Er was nooit een proef in het veld gedaan.” De vraag of dijken op getijdenzand niet te snel worden afgekeurd was de aanleiding om in 2018 te beginnen met onderzoek naar piping in dit type zand.

Stromen van zeewater

Getijdenzand is ooit afgezet in gebieden die onder invloed stonden van eb en vloed. Een groot deel van Groningen, Friesland, Flevoland, Noord-Holland, Zuid-Holland en Zeeland bestaat uit getijdenondergrond. In totaal ligt 970 kilometer aan dijken op dit zand. De rest van Nederland bestaat uit rivierafzettingen – langs de grote rivieren en in een deel van Utrecht – en windafzettingen – in de oostelijke helft van het land.

„In getijdenzand komt veel slib voor, dat bestaat uit kleideeltjes en heel fijn zand, dit zorgt voor cohesie”, zegt Hijma. „Dit merk je direct aan de plakkerigheid van het zand. Ook komen veel dunne kleilaagjes voor.” Die kleilaagjes laten minder goed water door en een groeiend kanaaltje moet dus een soort kleidoolhof door.

Steeds verhoogden we het waterpeil met 10 of 20 cm

Marc Hijma onderzoeker

Hijma begon zijn onderzoek in het lab. „Met emmers in een bootje gingen we getijdenzand ophalen bij een bouwproject in het Grevelingenmeer”, zegt hij. In kleine bakjes bootsten ze de omstandigheden voor het vormen van pipes na. Het zand bleek in het lab twee keer zo sterk als de modellen aangaven.

Het was het begin van grootschalig onderzoek. Eerst bij de Vijfhuisterdijk in Friesland, in 2020, en vorig jaar in de Hedwigepolder. „Getijdenafzettingen zijn verder onder te verdelen in platen en geulen”, zegt Hijma. „Platen bevatten meer slib en zijn iets sterker dan geulen. Vijfhuisterdijk ligt op een plaat, de Hedwigepolder in geulengebied.”

De proefdijk in de Hedwigepolder was twintig bij tien meter. Na anderhalf jaar voorbereidingstijd is er vier maanden aan gebouwd. Grote infiltratiebuizen die aan één kant van de dijk in de ondergrond staken, simuleerden hoogwater. Met 200 meters werd de waterspanning in de ondergrond gemeten – als ergens een pipe ontstaat neemt de spanning ineens sterk af. Daarnaast werd met glasvezelkabels de stroomsnelheid van het water gemeten en bekeken de onderzoekers met infraroodcamera’s waar een pipe ontstond.

Een veilige maat

„We hadden twee periodes van een week waarin we constant aan het meten waren. Steeds verhoogden we het waterpeil met 10 of 20 centimeter”, zegt Hijma. „We wilden achterhalen bij welk waterniveau piping begint en hoe zich dat tot de modellen verhoudt. In Friesland was het zand zo sterk dat we niet eens tot echte piping zijn gekomen. Hier was de ondergrond ook veel sterker dan de modellen aangaven, maar met Friesland in het achterhoofd hadden we gedacht dat de piping nog later zou optreden.” Totale kosten voor het Hedwigeproject: 5 miljoen euro.

Conclusie: dijken op getijdenzand zijn ten minste 1,4 keer zo sterk zijn als de modellen aangeven. Gemiddeld zijn ze zelfs twee keer zo sterk, staat in het eindrapport, maar voor een algemene rekenregel wordt een veilige maat aangehouden. „We wilden een eenvoudige rekenregel die locatieonafhankelijk voor alle getijdegebieden geldt”, zegt Hijma.

De nieuwe regel wordt binnenkort onderdeel van de dijkbeoordeling. Veel dijken hoeven daarom voorlopig minder of zelfs niet versterkt te worden. Voor het project Geervliet-Hekelingen van waterschap Hollandse Delta vervalt de versterkingsopgave van 8,2 kilometer dijk bijvoorbeeld volledig. Over 92 kilometer zijn minder ingrijpende maatregelen nodig dan het oude model aangaf. In totaal kan 160 miljoen euro bespaard worden.


De uitkomsten zijn niet toepasbaar voor dijken op rivierafzettingen. „Ook rivierzand heeft een mengeling van fijne en grove korrels, dus ook daarvoor valt te verwachten dat piping iets minder snel optreedt dan in de homogene setting die voor de rekenmodellen zijn gebruikt”, zegt Hijma. „Maar het samenspel tussen fijn zand, slib en klei is uniek voor getijdenafzettingen, dat is echt heel anders dan rivierafzettingen.”

Ook in Limburg is weer anders. „Daar is de grond heel grindrijk”, zegt Hijma. „Grind is moeilijker in beweging te krijgen dan zand; als er zand wegspoelt dan blijft er een soort skelet over. Daardoor zullen er ook minder pipes ontstaan, vermoed ik. Maar dat moet je onderzoeken.”