Dijkversterking kan veel goedkoper dankzij nieuw onderzoek

Nederland heeft een uniek systeem van primaire en regionale waterkeringen, die ons beschermen tegen overstromingen. Om de waterveiligheid ook in de toekomst te kunnen waarborgen, wordt binnen het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) tot 2050 gewerkt aan de versterking van 1.500 kilometer aan dijken, 400 sluizen en gemalen. Nieuwe kennis uit onderzoek van Fugro samen met het waterschap Hollandse Delta (WSHD), het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) en Deltares wijst uit dat dijkversterking in gebieden met getijdenzand onder de dijken veel goedkoper kan uitpakken. 

De Nederlandse dijken worden periodiek beoordeeld op onder meer de faalmechanismen piping, hoogte en stabiliteit. “Piping, oftewel het vormen van ongewenste kanaaltjes onder een dijk, komt regelmatig voor in Nederland”, weet Gert-Ruben van Goor, Senior Projectleider Waterbouw bij Fugro. “Hierbij stroomt er, door het verschil in waterstand aan de buiten- en binnenkant aan de dijk, water met zanddeeltjes onder de dijk door. Als het gaat om kleine hoeveelheden is dat geen probleem. Maar een grotere waterstroom die zand meevoert, kan een dijk ernstig verzwakken of zelfs doen instorten.”

Tot op heden werden rekenregels uit 2011 gebruikt om te beoordelen of het risico op piping voldoende klein is. Daarop is onder andere ook de dijkversterkingsoperatie binnen het Hoogwaterbeschermingsprogramma gebaseerd, een alliantie van de 21 waterschappen en Rijkswaterstaat. En dus staat er zo’n 1.500 kilometer aan dijken op de nominatie om versterkt te worden tot 2050. “Een gigantische operatie”, stelt Gert-Ruben terecht. “Een oplossing om het effect van piping te voorkomen is om de kwelweglengte te vergroten door het aanleggen van zogenaamde pipingbermen. Dan neemt de stroomweerstand toe. In de regel heb je daar veel ruimte voor nodig en die is er vaak niet langs de dijk. Daarom wordt veelal naar een alternatief gegrepen, bijvoorbeeld door stalen damwanden in de dijk aan te brengen. Een stalen damwand is een kostbare oplossing, waarbij de installatie vaak complex is vanwege de beperkte ruimte.”

Het Hoogwaterbeschermingsprogramma financiert alle dijkversterkingen in Nederland. “Ze zijn zich bewust van de enorme impact van deze operatie en stimuleren kennisontwikkeling en innovaties die de impact verlagen. Daarvoor wordt jaarlijks een bedrag van 10 miljoen euro gereserveerd”, zegt Gert-Ruben. De rekenregels voor het beoordelen van piping zijn gebaseerd op relatief grof zand, representatief voor rivierzand. Getijdenzand daarentegen (langs de kust) heeft een andere samenstelling, bestaande uit een grotendeels een grotendeels fijnere fractie afgewisseld met een grovere korrel. En dat biedt meer weerstand tegen piping, zo werd eerder al door Deltares op laboratoriumschaal geconcludeerd. Op basis van die hypothese werd in 2020 een full-scale pipingproef uitgevoerd op de Vijfhuisterdijk in Friesland en vanuit die samenwerking is recent een tweetal full-scale pipingproeven uitgevoerd in de Hedwigepolder in Zeeland.

De Hedwigepolder is ontpolderd en voorafgaand aan het weggraven van dijken beschikbaar gesteld als proeftuin voor grootschalig onderzoek naar dijkveiligheid. “Vanuit een Europees programma zijn hier allerlei onderzoeken uitgevoerd op het gebied van calamiteiten, overslag, enz. Vanwege de enorme opgave van waterschap Hollandse Delta op piping, heeft het waterschap deelgenomen aan het onderzoek en daarbij het projectmanagement en omgevingsmanagement verzorgd. In eerste instantie was het de bedoeling om de proeven op een primaire waterkering uit te voeren, maar dat bleek vanwege de bodemopbouw niet mogelijk. Daarom hebben we in de polder waar de bodem wel geschikt was met gebiedseigen grond op ware grootte een ‘nepdijk’ gebouwd. Hierop zijn grootschalige proeven uitgevoerd conform een uitgebreid onderzoeksplan”, legt Gert-Ruben uit. “Via een uitgebreid monitoringssysteem met onder andere meer dan 200 waterspanningsmeters konden we tijdens de proef heel nauwkeurig het pipingverloop volgen. Met onze HPT-AMPT®-techniek konden we de horizontale en verticale doorlatendheid bepalen en daarmee de complexe bodemopbouw en eigenschappen vertalen naar een rekenmodel. Om op die manier heel nauwkeurig de weerstand van het getijdenzand tegen piping te kunnen bepalen.”

Na de proef heeft het onderzoeksteam de dijk afgegraven tot op het niveau van de pipe. “Dit om de meetresultaten te verifiëren en valideren, en het pipingverloop op archeologisch niveau bloot te leggen. We noemden dit ook wel de CSI-fase”, zegt Gert-Ruben. “En wat bleek, de resultaten matchten één op één met elkaar. De voorspellingen en metingen klopten dus. Dijken op getijdenzand zijn minder gevoelig voor piping dan rivierzand. Doordat getijdenzand veel minder doorlatend is dan rivierzand en veel meer kleideeltjes en kleilaagjes bevat, stroomt het water langzamer en komen zandkorrels minder snel in beweging dan bij rivierzand. Een mooie bijvangst was dat we konden vaststellen dat een pipe zich nooit in een rechte lijn ontwikkelt.” Maar, hoeveel sterker is getijdenzand dan? “Volgens ons onderzoek iets meer dan een factor 2. Neemt niet weg dat we als veilige rekenregel een factor 1,4 aanhouden, en die kan in heel Nederland waar getijdenzand onder dijk zit worden toegepast. Dat zorgt met name aan de kustgebieden voor een enorme reductie van de pipingscope. Op sommige trajecten vervalt zelfs de hele versterkingsopgave of is stukken kleiner.”

Het Expertise Netwerk Waterveiligheid adviseert de nieuwe rekenregels en op basis hiervan worden deze verwerkt in het nieuwe beoordelings- en ontwerpinstrumentarium. “Waterschap Hollandse Delta en Wetterskip Fryslan passen de nieuwe kennis al toe in hun dijkversterkingsprojecten”, weet Gert-Ruben. “Het werpt dus nu al zijn vruchten af. Het Hoogwaterbeschermingsprogramma heeft ons onderzoeksteam Fugro, Deltares en waterschap Hollandse Delta dan ook gecomplimenteerd met de proactieve aanpak en stelt dat de business case heel makkelijk te maken is. Mooi om vanuit Fugro daaraan een bijdrage te kunnen leveren.” Dankzij dit project wordt minimaal 160 miljoen euro bespaard binnen het Hoogwaterbeschermingsprogramma, hebben omwonenden minder overlast van eventuele werkzaamheden en wordt het milieu minder belast. De besparing in CO₂-uitstoot is minstens 97 ton wat overeenkomt met 776 transatlantische vluchten, zo berekende Fugro. Gert-Ruben verklapt tot slot dat er plannen zijn om vergelijkbare testen in rivierengebieden uit te voeren. Wordt vervolgd!      ■