· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

De doelstelling van dit rapport is daarom: Duidelijkheid verstrekken over de erosiebestendigheid van grasland als dijkbekleding onder hydraulische belasting, aanbevelingen doen voor het maken van de afweging tussen grasland of een harde dijkbekleding, het efficiënt beheren van een grasbekleding, voor het toetsen van een bestaande grasbekleding op veiligheid en voor mogelijke verbeteringen van de samenstelling en sterkte na een onvoldoende toetsresultaat. In het rapport ligt de nadruk op de erosiebestendigheid van grasland als dijkbekleding, dat wil zeggen op de vraag of deze sterk genoeg is bij normale en extreme belastingen. Voor het maken van een goede beoordeling zijn schademodellen (c.q. gedragsmodellen) nodig, in dit geval voor de grasmat als zelfstandig element. Hierin staan de relaties tussen grondsoort, taludhelling, vegetatie, beheer, doorworteling en sterkte centraal. Schademodellen voor afschuiving van steile (binnen)taluds door ondiepe afschuiving bij overslaand water vallen buiten de reikwijdte van dit rapport. Hetzelfde geldt voor schademodellen voor de grasmat als deel van de waterkering bij een inundatierisico-benadering (waarbij ook de reststerkte van de klei onder de zode een rol speelt).

Het grondgedachte voor het predictiespoor is geschreven volgens het KOLB-principe (www.thesis.nl/kolb). Dit houdt in dat eerst de mogelijke faalmechanismen worden beschreven op basis van bestaande kennis (wat neem je waar? - feeling). Dus een beschrijving van de huidige stand van zaken. Voor zover mogelijk worden dan de faalmechanismen zo goed mogelijk in wiskundige termen beschreven (reflectie op waarnemen –watching). Op basis hiervan kan een onderzoek worden opgezet, waarbij nagedacht wordt over de hydraulische belasting en over de te monitoren zaken (begripsvorming - thinking). In de vierde en laatste fase wordt het onderzoek uitgevoerd en geëvalueerd (actief experimenteren, leren – doing). Omdat in ons geval het uitvoeren van de proeven dichtbij het opzetten van de proeven zit, wordt de daadwerkelijke uitvoering daar ondergebracht. Deze derde fase betreft dus het uitvoeren van proeven. De evaluatie is dan de laatste fase. De vier verschillende fasen/onderdelen worden nu verder toegelicht.

Een groot gedeelte van de Nederlandse dijken is bekleed met een grasmat. Daar, waar men op een deel van de dijk een hard bekledingstype heeft aangebracht, is toch een belangrijk deel van het dijkoppervlak, zoals de kruin en het binnentalud, een grasmat. Het onderzoek en de ervaringen vanaf het midden van de jaren tachtig hebben geleerd, dat grasmatten een zeer hoge kwaliteit kunnen hebben, zowel qua erosiebestendigheid als qua natuur. Die hoge kwaliteit kan men goed bereiken met een daarop gericht graslandbeheer. Een grasmat is een even volwaardig bekledingstype als betonblokken of asfalt. De sterkte kan zelfs groter kan zijn dan die van sommige harde bekledingstypen. Deze brochure geeft de belangrijkste informatie over het gedrag, de aanleg en het onderhoud van grasmatten en verwijst voor details naar gespecialiseerde literatuur.

Hot Haterloopkundig Laboratorium heeft een aantal kleimonsters met grasbegroeiing, in opdracht von Rijkwaterstaat Directie Bovenrivieren beproefd op erosiebestendigheid. Daartoe werd de opstelling als aangegeven in figuur 1 gebruikt. De meetsectie staatt op bouwtekeningen. De monsters werden aangevoerd in bakken gelijkend op die getekend in figuur 2. De bodems van de bakken liggen los, zodat opdrukken mogelijk is. Met behulp van een pitot-pijp zijn de snelheden in de vertikaal bij verschillende debieten voor in de meetsektie bepaald. Van het ondeste deel van deze vertikaal (bodem-hoogte waarop dv/dh =0) werd de gemiddelde snelheid bepaald. De aflezing op 0,4 h werd als ijking gebruikt.

Test on a protoype dike and in a laboratory on full scale erosion tests with permanent flow, up to 350 l/s; velocities up to 6 m/s. Detailed erosion data.

Design information for grass on dikes and revetments.

Experimenteel onderzoek naar de erosiebestendigheid van gras op klei.

(SBW), gefinancierd door Rijkswaterstaat, is een experimenteel onderzoek uitgevoerd naar de reststerkte van een dijk. Het doel van het onderzoek was het meten van de tijdsduur tussen het ontstaan van schade aan de steenzetting door golven, en het doorbreken van de dijk. Daartoe is een dijk in de Deltagoot van Deltares gebouwd, met een steenbekleding en kleilaag tot halverwege de buitenzijde en gras op klei daarboven. Voor het onderzoek is klei met gras gebruikt uit een bestaande dijk in Ferwert en klei vanonder een steenzetting (Oosterlandpolderdijk). Met een hydraulische kraan werden stalen bakken zonder bodem in de klei gedrukt, waarna de klei eromheen werd weggegraven en een stalen plaat eronder geschoven. De kleiblokken (van 2x2x0,8 m3) zijn vervolgens vervoerd naar de Deltagoot en in 'ongeroerde' staat aangebracht in de modelopstelling. Tijdens de proeven is eerste stap voor stap de golfhoogte verhoogd totdat schade aan de steenzetting ontstond. Vervolgens is met deze golfhoogte een aantal proeven uitgevoerd waarbij steeds na een bepaalde tijd golven het erosieprofiel is opgemeten. Als laatste deel van het onderzoek is de erosie gemeten bij een wat verlaagde waterstand. De werkzaamheden zijn uitgevoerd in de periode van maart tot augustus 2010. In dit meetrapport zijn alleen de belangrijkste resultaten opgevoerd. Een uitgebreide analyse volgt in een apart verslag (2011).

De metingen welke in deze nota beschreven worden hebben plaats gehad tijdens het hoogwater van januari 1968 in de week van 15 t/m 20 januari. De top van dit hoogwater passeerde Lobith op 20 januari tussen 04:00 en 12:00 uur, waarbij steeds een stand van 15,12 m + N.A.P. werd afgelezen. Het doel der metingen is na te gaan welke watersnelbeden optreden op kruin en benedenstrooms talud van overstromende kaden, welke met een grasmat zijn bekleed en welke eventuele aantastingen kunnen worden geconstateerd. Het rapport bevat de beschrijving van de meetopstelling allereerst. Hierna worden de meetresultaten op de kruin, het benedenstroomse talud en permanent verval de kaden te Driel en Pannerden behandeld. De bevindingingen met betrekking tot de grasmat op de kaden wordt vervolgens besproken.

"Grasmat" als men een dijkbekleding bedoelt, bestaande uit een deklaag van kleiige grand waarin een graslandvegetatie is geworteld. sterkte ontleent de grasmat aan de kleikwaliteit en aan de vegetatie. In een graslandvegetatie kunnen, naast veel grassen, oak kruidachtige gewassen vertegenwoordigd zijn. Door de wijze van onderhoud (in de natuurtechnische terminologie en in deze bijdrage "beheer" genoemd) voorkomt men de vestiging van houtige gewassen en haag opschietende ruigtekruiden. Dergelijke op primaire waterkeringen ongewenste gewassen vormen aangrijppunten voor de belasting, geven een slechte doorworteling en bemoeilijken een inspectie van de bekleding

Aan de orde komen waar een natuurtechnisch beheer gewenst is, waar met een landbouwkundig beheer kan worden volstaan, welke mogelijkheden deze gebruikswijzen hebben, welke moeilijkheden zich kunnen voordoen en wat men bij een goed gebruik dient te doen of dient na te laten. De adviezen voor het graslandbeheer hebben steeds als uitgangspunt dat er aan de veiligheid van de dijk niet mag worden getornd. De bijeengebrachte informatie is bestemd voor ontwerpers en beheerders van dijken, voor boeren en voor natuurbeschermers, kortom voor allen die op een of andere wijze met het rivierdijkgrasland te maken hebben. Nu de rivierdijkverzwaring op gang begint te komen, en op veel plaatsen de situatie drastisch zal veranderen, dient ook het gebruik van de dijkgrasmat alle aandacht te krijgen.

In 1992 werd een modelonderroek op prototypeschaal verricht naar de stabiliteit van een grasmat onder golfbelasting. Uit een zeedijk met een helling 1:4 bij het Friese Blija werden grasroden gestoken en onder dezelfde helling weer ingebouwd in de Deltagoot van WL. Er zijn zeven proeven uitgevoerd, waarvan twee daadwerkelijk betrekking hadden op erosie. Deze beide proeven werden uitgevoerd met onregelmatige golven. Bij de overige vijf proeven met zowel regelmatige als onregelmatige golven lag de nadruk op de waterbeweging op het grastalud. De golfhoogten varieerden van 0,30 m tot 1,45 m. De erosiesnelheid is gemeten door de vervorming van het talud in detail te peilen. Van de waterbeweging is geregistreerd de golfoploop, de watersnelheden in oploop en neerloop, de laagdikte, en de drukklappen. Het onderhavige verslag heeft betrekking op de verwerking en analyse van de erosiemetingen en de verkregen gegevens over de waterbeweging op het talud. In een afzonderlijk meetverslag (Smith, 1993) zijn de proeven beschreven, terwijl ook golfoverslag en reststerkte is geanalyseerd. Vermeldenswaard in dit verband is verder dat een video-demo van de experimenten beschikbaar is. De analyse van de graserosiemetingen heeft geresulteerd in een praktisch bruikbare formule om de erosiesnelheid van grasbekledingen te kunnen voorspellen. De analyse van de waterbeweging op het talud heeft geresulteerd in waarden voor de golfoploop op gras van 0,81 (regelmatige golven) en 0,63 (onregelmatige golven) ten opzichte van een glad talud. Verder bleek de reductie van de golfoploop bij kleine golfhoogten (H < 0,75 m) afhankelijk te zijn van de golfhoogte. Voor de waterlaagdikten zijn ten opzichte van bestaande formules hogere waarden van de coefficienten afgeleid. Bestaande formules voor de golfklappen werden gevalideerd, evenals formules voor de watersnelheden bij regelmatige golven. Voor onregelmatige golven werden waarden voor coefficienten in formules afgeleid.

Onderzoek naar het gedrag van een met gras begroeide dijk langs de Friese Waddenkust tussen de Noorderleegpolder en Holwerd. Verslag grootschalig modelonderzoek.

Er is een analyse van de waarnemingen en metingen met betrekking tot ontgronding uitgevoerd voor de 1:1 modelproef in 1992 in de Deltagoot met golven van Hs 0.75 m tot 1.35 m op een grastalud van een dijk. De gemeten ontgronding is veel geringer dan tijdens vergelijkbare proeven op klei met een bodemstructuur, maar zonder zodelaag. Pas na vele uren belasten met 1.35 m golven kan de zodelaag plaatselijk bezweken beschouwd worden. Een gat in de zodelaag dat tussen 3 en 9 uren golven met 1.35 m golven ontstond lijkt niet sterk uit te breiden. Tijdens proeven met 1.35 m golven is er een daling van het oppervlak door onder andere veranderingein in de waterstand in de opstelling. Er blijkt ook een onregelmatige permanent vervormingen van het talud op te zijn getreden als gevolg van verschuiving van de grond tijdens de proef, hetgeen gepaard ging met veranderingen in het patroon van de signalen van waterspanningsmeters en hetgeen wijst op aanpassing van de structuur in de grond tijdens vervorming bij golfbelasting. De gemeten waterspanning in het talud is niet hydrostatisch, vanwege de opbouw en inrichting van de modeldijk in de Deltagoot en het daarmee samenhangende stromingspatroon door de graszode en onderlaag. Tot ongeveer 15 minuten na het beginnen van golfproeven stijgt de waterspanning in het talud, evenals na verhoging van de waterstand in de proefopstelling. Het patroon van het signaal van bijna alle opnemers reflecteert de waterdrukken op het talud, echter de ampitude en gemeten drukvariatie verschilt sterk tussen de opnemers als gevolg van lokale verschillen in directe omgeving van de opnemers, drukopnemers die in verbinding met grotere porien hebben een hoge amplitude. Waterspanningsmetingen geven een goede indruk van de variatie in waterspanningen in het talud tijdens golfaanval. De uit de metingen afgeleide gradienten in druk zijn zodanig hoog en frequent gedurende 0.5 tot 1 s aanwezig dat bij golven van 1.35 m de zodegrond zeker opgetild kan worden. Uit modellering van de effecten van de golfbelasting op het talud blijkt dat de elasticiteit en sterkte van de intacte zode voldoende zijn om bezwijken door golven van 1.35 m te weerstaan. De grond onder de zode blijkt wel plastisch te worden door belasting, wat geen directe consequenties voor ontgronding heeft zolang de zode instand blijft. De effecten van de verandering in de tijd van de waterdrukken over het talud domineren de in de ondergrond opgeroepen waterspanningen. Het effect van samendrukbaarheid van water met lucht lijkt niet zeer sterk beneden de bovenste centimeters. Voor de bovenste millimeters kunnen door dit effect de hogerfrequente fluctuaties van turbulentie en dergelijke de oppervlakkige ontgronding beinvloeden. Ontgronding tot golven van tenminste 0.75 m wordt gedomineerd door het verwijderen van (bijna) losliggende gronddeeltjes aan het oppervlak en de daarbij behorende ontgrondingssnelheid bedraagt minder dan 1 mm per uur bij 0.75 m golven. Bij golven van 1.35 m treedt zodanige vervorming van de zodelaag op dat de dunne wortels die de zode-aggregaatjes bijeenhouden kunnen gaan bezwijken waardoor er snellere ontgronding kan optreden, 2.5 tot 5 mm per uur is gemeten. Bij hogere golven kan de zodelaag als geheel gaan bezwijken, scheuren, echter hiervoor zijn geen directe waarnemingen of berekeningsresultaten beschikbaar. Er is waargenomen dat de zode bij 1.35 m golven is bezweken ruim beneden de stilwaterlijn waar grotere uitwaarts gerichte verhangen optreden. De verschillende ontgrondingsmechanismen zijn vereenigd in een zeer beknopt model voor het evalueren van de bezwijkduur van graszoden van dijktaluds bij golfaanval, waarin gegevens van andere en veldwaarnemingen zijn verwerkt.