Hoe ontstaat piping?

Piping is het verschijnsel dat er water onder de dijk doorstroomt dat zand meeneemt en daarmee de dijk verzwakt. Het water stroomt dus "onder de dijk door" als gevolg van waterdruk door de hoge waterstand aan de waterzijde van de dijk. Het water dat het zand meevoert, stroomt onder het waterdichte pakket van klei dat op een dijkvoet van zand ligt. Door de hoge waterdruk gaat de uitspoeling van vooral de zanddeeltjes steeds sneller waardoor een soort kanaaltje of pijp wordt gevormd. Piping ontstaat op het grensvlak van klei (dijk) en zand (ondergrond): door het meevoeren van het zand ontstaan er holle ruimten en na verloop van tijd, als de holle ruimten zich uitbreiden, kan de dijk ter plaatse instorten. Bij een ongelijke verdeling van de holle ruimten verzwakken die delen van de dijk en kunnen zij van de dijk afschuiven. Piping is een faalmechanisme van dijken. Piping is dus een specifieke vorm van kwel, namelijk waarbij grondddeeltjes met het kwelwater worden meegevoerd. Dat er water onder de dijk doorstroomt, is een vrij normaal verschijnsel, dat kwel wordt genoemd.

Piping kan optreden wanneer er sprake is van een ondoorlatende deklaag bovenop een watervoerende zandlaag. Door grondwaterstroming langs het grensvlak van loskorrelig materiaal met slecht doorlatend materiaal kan meevoering van het loskorrelige materiaal plaatsvinden. Dit gebeurt alleen vanaf een kritieke stroomsnelheid. Uittrede van het zand kan plaatsvinden in een sloot of wel. Als de pipe het intredepunt bij het buitenwater bereikt ontstaat hydraulische kortsluiting. De pipe verbreedt zich richting intredepunt waardoor steeds meer zand wordt meegetransporteerd. De dijk wordt als het ware ondermijnd. Uiteindelijk zakt de dijk in en bezwijkt. In het ergste geval stroomt bij hoge waterstanden het water over de verzakking heen met het gevolg van bresvorming.

Piping is een belangrijk faalmechanisme bij dijken, waarbij water met zanddeeltjes onder de dijk doorstroomt. Achter de dijk komt het water met de zanddeeltjes omhoog. Hierdoor ontstaat een kanaaltje onder de dijk en een wel aan de binnenzijde van de dijk. De dijk kan hierdoor verzwakken en uiteindelijk zelfs bezwijken.

Piping kan voorkomen tijdens hoogwatersituaties. Door het grote verschil in waterstand vóór en achter de dijk, ontstaan grote drukverschillen. Door die drukverschillen kan water ónder de dijk doorstromen en achter de dijk weer tevoorschijn komen. Hier ontstaat een wel, een plek waar (kwel-)water uit de grond omhoog komt. Wanneer het hoge water en het verschil in waterdruk aanhouden, kan water door de zandlaag onder de dijk gaan strómen. Wanneer dit stromend water zanddeeltjes meeneemt, ontstaat de kans dat er een kanaal (pipe) ontstaan onder de dijk door ontstaat. Als dit proces langer doorgaat, kan uitslijting van het kanaal uiteindelijk leiden tot het instorten van de dijk. Een dijk op zand of op een dikke kleilaag geeft geen risico op piping. Een ondergrond van zand met daarop een kleilaag wel.

Als de waterdruk hoog is, kan het zijn dat het water tussen deze lagen een weg naar buiten gaat zoeken en zo aan de binnenkant van de dijk omhoogkomt. Wanneer dit voor een langere tijd gebeurt, kan het grondwater zandkorrels meenemen, waardoor er langzaam als het ware een pijp ontstaat, en hierdoor kan het water steeds makkelijker de dijk onderdoor. Dat stromende water met zandkorrels kan namelijk een gang vormen, ook wel een ‘pipe’ genoemd. Zo’n gang maakt de dijk minder stabiel en uiteindelijk kan de dijk erdoor bezwijken.

Als de buitenwaterstand verder stijgt, kan het opwellende water zand gaan meevoeren. Er is nu sprake van een zandmeevoerende wel en er ontstaat een ‘pipe’ onder de dijk. Als de pipe het intredepunt bij het buitenwater bereikt ontstaat een hydraulische kortsluiting. De pipe verbreedt zich richting intreepunt waardoor steeds meer zand wordt getransporteerd.