Update

Op 29 september zijn nieuwe proeven naar het verschijnsel piping gestart. De eerste proeven zijn ondertussen geslaagd.

“Als we het van tevoren konden bestellen hadden we dit besteld”, zo reageert Cor Zwanenburg, één van de ontwerpers van de IJkdijk. Hij is razend enthousiast over de resultaten van het unieke experiment, en daar heeft hij alle reden toe. Op zaterdagmiddag om 16.02, slechts vier uur nadat de bouwers het lichaam van de IJkdijk volpompten met water, bezweek deze met een donderend geraas onder de druk van miljoenen liters water. “We hadden een paar kleine vertraginkjes door de mist op zaterdagochtend, maar verder verliep de doorbraak precies zoals gepland. Iedereen was erbij, iedereen heeft gemeten, en iedereen was enthousiast over wat ze zagen.”

Dat mag ook wel, gezien de hoeveelheid werk die in Bellingwedde is verzet. De afgelopen maanden werd keihard gewerkt om een dijk te bouwen die kan doorbreken onder gecontroleerde omstandigheden. Dat het gelukt is blijkt wel uit de onderstaande foto.

Zwembad

De IJkdijk is wereldwijd een uniek project. De dijk is tot de nok toe gevuld met meetapparatuur, waarmee de bouwers de factoren kunnen aflezen die bijdragen aan een dijkdoorbraak. Zo meet één sensor hoeveel water er onder de dijk doorsijpelt, en een ander hoe ver de dijk vervormt onder invloed van het water. Met deze gegevens willen de bouwers een duidelijker beeld krijgen van de processen binnenin de dijk die voorafgaan aan een doorbraak.

Bron afbeelding: Stichting IJkdijk.

De IJkdijk bestaat, net als een echte rivierdijk, uit een kern van zand die is bedekt door een kleilaag. Dit alles rust op drie bodemlagen: anderhalve meter klei, een meter veen, daaronder zand. De dijk houdt een ‘zwembad’ met water tegen. Tijdens het experiment drong het water door in de zandlaag onder de dijk.

Bron afbeelding: Stichting IJkdijk.

De proef met de IJkdijk is een macrostabiliteitsproef. Zowel de dijk zelf als de grondlagen eronder verzwakken doordat het water los zand meespoelt. Uiteindelijk ontstaat er in de kruin van de dijk een diepe scheur. Eerst begint de dijk te schuiven, en dan volgt een volledige dijkdoorbraak.

Concurrenten

Het project IJkdijk loopt al sinds 2007, toen de dijk werd ingewijd met een overslagproef. Toen testten de bouwers de effecten van overslaand water, waarbij per overslag meer dan 14000 liter water tegen de dijk beukte. Overslag was ook de belangrijkste oorzaak van de grote overstroming in 1953; elke keer als het water over de dijken kwam sloeg het een stuk van het talud weg dat zich achter de dijk bevond. Deze slijtage zorgde dat de dijk niet genoeg weerstand kon bieden en doorbrak.

Bij de macrostabiliteitsproef tast het water de dijk zowel van onder als van binnen aan. De oprichters van de IJkdijk, waaronder Deltares en TNO, stuurden het bedrijfsleven een open uitnodiging om deel te nemen aan het project met hun sensortechnologie. Zodoende houden niet minder dan tien verschillende typen sensoren de IJkdijk nauwlettend in de gaten, waarvan acht in de dijk ( in situ) en twee erbuiten ( ex situ).

De systemen die zich in de dijk bevinden meten voornamelijk of er verschuiving binnen de dijk plaatsvindt. En dat gaat niet in centimeters. “Eén van de systemen is de inverted pendulum (omgekeerde slinger)”, vertelt dijkopzichter Dennis Peters. “Die meet op micrometers precies de verschuiving van het dijklichaam.” De inverted pendulum is een dobber die drijft in een plastic buis gevuld met water. De dobber zit vast aan een touwtje, dat onderin de buis is bevestigd. Als de dijk in beweging komt gaat de buis een beetje scheef staan, als een Toren van Pisa die wegzakt in de grond. Hierdoor verandert ook de plek waar de dobber in de buis drijft. Deze verschuiving wordt geregistreerd met een sensor die op een miljoenste meter nauwkeurig is.

De inverted pendulum is één van de systemen die op enkele plekken in de dijk zit. Andere systemen, zoals de Geobeads van het bedrijf Alert Solutions en glasvezel detectiekabels van Dike Survey, zitten door de hele dijk verspreid. Dan zijn er ook nog systemen die de temperatuur, het vochtgehalte en zelfs het geluid van de dijk meten. Met zoveel apparatuur rest alleen nog de vraag: wie kan de doorbraak het beste voorspellen?

Volgens sensortechnoloog Erik Peters is het een geduchte strijd welke partij het precieze moment van de doorbraak het eerste kan voorspellen. Peters vormt samen met Pepijn van der Vliet Alert Solutions. “Dit is nog nooit gedaan, daarom weet niemand precies wat het cruciale moment is waarop de dijk begint te bezwijken. Het is een vorm van prestige: wie kan de doorbraak het eerst zo nauwkeurig mogelijk voorspellen? We zijn hier eigenlijk allemaal concurrenten van elkaar.”

Zandzakken

Dan was het moment daar dat de dijk ging doorbreken. Cor Zwanenburg beschrijft het verloop van de proef. “Donderdag begonnen we het zwembad achter de dijk te vullen met water. Tegelijkertijd pompten we de sloot leeg die zich voor de dijk op grondwaterniveau bevindt. Vrijdagmiddag waren we hiermee klaar. Zaterdagmiddag om 12.07 vulden we het dijklichaam, die helemaal uit zand bestaat, voor tweederde met water. Zo verminderen we de schuifweerstand van het zand en kan de dijk gaan glijden.”

Voor de zekerheid plaatsten de bouwers een extra garantie voor doorbraak in de vorm van een rij scheepscontainers. “Als een echte dijk dreigt door te breken wordt deze meestal versterkt door zandzakken die per vrachtwagen over de dijk worden vervoerd. Dit bootsen we na door een rij containers op de dijk te zetten en ze te vullen met water. Deze zijn ongeveer even zwaar als volgeladen vrachtwagens en zetten de kruin van de dijk nog eens extra onder druk.” Het vullen van de zeecontainers bleek achteraf niet nodig, want om een paar minuten over vier gaf de IJkdijk het op.

Zwanenburg is tevreden over de resultaten. “De randvoorwaarden van het experiment zijn geslaagd. We wilden een dijkdoorbraak van tevoren zien aankomen met behulp van sensortechnologie in de dijk, en dat is gelukt.” De komende maanden staan volledig in het teken van het analyseren van alle data. “We gaan onder meer een mechanische analyse maken waarin we zien hoe snel een dijk doorbreekt onder bepaalde omstandigheden. We hebben namelijk unieke gegevens. Dijken breken overal ter wereld door, maar zo’n uitgebreid gecontroleerde doorbraak heeft nog nooit iemand gezien.”

Ook Eric Peters is blij met de metingen van zijn Geobeads. “Anderhalve dag voor de doorbraak zagen we de dijk al in beweging komen. Dit ging slechts met een paar honderdste graad per uur, dus onzichtbaar met het blote oog. Toen het water zaterdagochtend in het dijklichaam werd gepompt zagen we de bewegingen duidelijk versnellen. Een paar minuten voordat hij ging zagen we grote schokken in de dijk. We zaten net koffie te drinken met iemand van het waterschap, en we snelden naar buiten omdat we verwachtten dat hij ging breken. Hij ging onder een luid gejuich van de vijftig man die zich eromheen hadden verzameld.”

Wat betekenen de metingen voor toekomstige dijkdoorbraken? “We zagen hier anderhalve dag voor de doorbraak al beweging. Onthoud dat dit een versnelde proef is, dus bij een echte doorbraak heb je vaak meer tijd. We hopen uiteindelijk enkele dagen van tevoren signalen te zien, zodat er genoeg tijd is om in te grijpen.”

Mensenwerk

De macrostabiliteitsproef betekent het einde voor deze IJkdijk, maar het project gaat zeker tot 2013 door. Zo staat er al een zogeheten piping-proef gepland, waarbij het water cilindervormige gaten in het zand onder de dijk boort. Ook staan er al dertig nieuwe overslagproeven gepland. Alle proeven staan in het kader van betere dijken, een exportproduct waar ons land al jaren heer en meester in is.

In alle opwinding zou men haast vergeten dat er voor elke proef weer een nieuwe dijk moet worden gebouwd, maar daar ziet dijkopzichter Dennis Peters niet tegenop. “Ik ben constant op mijn hoede tijdens het bouwen. Elke plas water aan de droge kant van de dijk betekent een lek in de zandlaag, en soms heeft de grond bovenop de dijk meer weg van een springkussen doordat er toch water is doorgesijpeld. Zelfs iets kleins als de stalen platen waarop de graafmachines rijden moet je in de gaten houden; mocht er eentje per ongeluk onder het zand verdwijnen, dan kan zo’n plaat het verschil betekenen tussen een doorbraak en een mislukt experiment. We bedenken mooie plannen, maar dijken bouwen blijft uiteindelijk mensenwerk.”