Toplaaginstabiliteit - Eisen vanuit de primaire functie

De golf kan voor losse elementen gezien worden als een stroming die op en neer loopt op het talud en in combinatie met golfklappen een sleepkracht uitoefent op iedere individuele steen. De kracht op het element hangt dan voornamelijk af van het stromingsveld in een golf. Door de grote doorlatendheid bij losgestorte elementen op een ondoorlatende onderlaag ontstaat er geen/nauwelijks drukkracht onder de elementen door een stijghoogteverschil bij maximale golfterugtrekking (zoals bij coherent materiaal).

De stabiliteit van ieder element wordt ontleend aan het gewicht van de steen en wrijving met omliggende stenen. Tevens is de vorm van de elementen van belang: ronde vormen gaan snel rollen terwijl andere vormen meer weerstand hebben en mogelijk kunnen inhaken bij de omringende elementen. Schade aan de toplaag ontstaat door een te zware golfklap of hoge stroomsnelheden in verhouding tot het gewicht van het element. Door de kracht die de golf uitoefent kunnen afzonderlijke elementen gaan rollen waardoor de overblijvende laag elementen plaatselijk dunner wordt. Wanneer er meerdere elementen op dezelfde plaats op het talud wegrollen, kan er een gat ontstaan in de toplaag. Men spreekt doorgaans van falen van de toplaag wanneer de laag onder de toplaag bloot komt te liggen. Dit faalmechanisme wordt voorkomen door de elementen zo te dimensioneren dat ze zwaar genoeg zijn om bij golfaanval stabiel te blijven. Op zich hoeft het geen probleem te zijn als individuele elementen bewegen of rollen. Een constructie kan er op ontworpen zijn dat elementen door rollen in een evenwichtsprofiel komen te liggen. Belangrijk is dat de overblijvende laagdikte voldoende is wanneer het evenwichtsprofiel gevormd is.

Monoliete bekleding: bezwijken toplaag

De belasting door golven kan op meerdere manieren optreden, de grootste kans op falen is
bij een van de volgende situaties:

• door de golfklap;
• door wateroverdruk die ontstaat bij maximale golfterugtrekking.

Golfklap bij monolieten bekleding

Een golf die op een talud breekt veroorzaakt een klap. De watermassa treft met grote snelheid de bekleding. Het veroorzaakt een piekbelasting die op een (beperkt) gedeelte werkt. Doordat deze kracht vrijwel loodrecht op de bekleding komt (zie Figuur 3-6) buigt de bekleding en ontstaan er trekspanningen onder in de bekleding. Wanneer deze trekspanningen groter zijn dan de bezwijkspanning zal de bekleding bezwijken. Veel materialen zijn hierbij vermoeiingsgevoelig: de bezwijkspanning neemt af met het aantal malen dat de bekleding wordt belast. Op den duur kan hierdoor de bekleding alsnog bezwijken.

Bezwijken door dit mechanisme wordt voorkomen door voldoende sterkte en voldoende laagdikte van de bekleding.

Oplichten door wateroverdruk

Er kan bij monolieten bekledingen net als bij zetsteen een opwaartse druk ontstaan bij maximale golfterugtrekking. De waterdrukken onder een gesloten bekleding kunnen ontstaan bij maximale golfterugtrekking. Deze overdrukken zijn kortdurend en klein in vergelijking met wateroverdrukken ten gevolge van waterstandsverschillen (zie 3.3) en daarom hoeven monolieten bekledingen hier niet op te worden gedimensioneerd.

Grasbekleding: erosie toplaag

De mechanismen die optreden bij gras zijn een combinatie van mechanismen zoals besproken voor monolieten en coherente bekledingen [3]:

• erosie door golfklap;
• erosie door golfoploop en neerloop.

Individuele gronddeeltjes worden door stromend water of door een golfklap weggeslagen als deze belasting groter is dan de kracht waarmee de deeltjes met elkaar verbonden zijn door de cohesie van de grond en het wortelnet van het gras. De kwaliteit van de grasmat (en daarmee de erosiebestendigheid) hangt onder andere af van het type grasmat en het beheer ervan, de aanloopfase gedurende de eerste vier jaar en de samenstelling van de ondergrond.