Falen als gevolg van instabiliteit van de toplaag - Stabiliteit bekleding steenzetting

Veelal is instabiliteit van de toplaag door golfbelasting (ZTG) bepalend voor de sterkte van de bekleding. Daarom is dat initiële bezwijkmechanisme als uitgangspunt gekozen voor deze beschrijving.

Het mechanisme instabiliteit van de toplaag door golfaanval betreft het uitgelicht raken van één of meer stenen uit de steenzetting. Als er zo'n schade is ontstaan aan de steenzetting, faalt de bekledingsconstructie in feite nog niet. De bekledingsconstructie bestaat namelijk doorgaans uit een toplaag van gezette steen, een dunne uitvullaag of filterlaag van steenslag, een geotextiel en een kleilaag. Soms is de kleilaag vervangen door een dikke laag mijnsteen of hydraulische slak. Dit geheel is aangebracht om de kern van de dijk, die doorgaans uit zand bestaat, te beschermen. Als er schade is ontstaan aan de toplaag van gezette steen, wordt de weerstand van de onderlagen aangesproken: de erosie van de onderlagen vangt aan (ZEO). Deze weerstand is de tijdsduur vanaf het ontstaan van de initiële schade (een of meer stenen worden door de golven uit de steenzetting geslagen) totdat de golven de zandkern bereiken. Pas als de zandkern bereikt wordt, faalt de bekledingsconstructie.

De eerste stadia van het groeien van de schade aan de bekleding zijn geschetst in Figuur 8.11.

Voor veel geklemde steenzettingen blijkt het proces van het ondermijnen van de steenzetting door het uitspoelen van het filter door het gat in de toplaag een cruciale factor te zijn voor de reststerkte (zie Figuur 8.11b). Onder sommige omstandigheden spoelt het filtermateriaal niet uit en kan de steenzetting nog heel lang na het ontstaan van de initiële schade standhouden.

Na het wegspoelen van de resten van de toplaag, het filter en het geotextiel (indien aanwezig) zal bij de meeste dijken de verdere erosie beperkt worden door een kleilaag. De samenhang in de kleilaag maakt dat deze niet zo snel door de golfbelasting erodeert en daardoor een belangrijke bijdrage levert aan de reststerkte.

In Figuur 8.12 zijn verschillende stadia gegeven tot het doorbreken van de dijk. Nadat de kleilaag is weggeërodeerd door de golven, zal de erosie vervolgen in de zandkern. In feite graven de golven in horizontale richting door de dijk, waarbij er een steeds langer flauw erosieterras vlak onder de waterlijn ontstaat, en een steile klif op de waterlijn.

Naarmate het volume van de dijk groter is, zal de reststerkte van de zandkern groter zijn. Sommige dijken zijn breder dan strikt noodzakelijk voor het keren van water, bijvoorbeeld omdat er een weg op de kruin ligt of er een opgespoten industrieterrein achterligt. Dergelijke dijken hebben daarom een grote tot zeer grote reststerkte.

Alleen als de duur van de hydraulische belasting tijdens de extreme omstandigheden (superstorm) langer is dan de reststerkte, zal de erosie tot een dijkdoorbraak leiden. Anderzijds kan de reststerkte voldoende zijn om een doorbraak te voorkomen, ondanks dat de steenzetting reeds is bezweken. Daarmee is de reststerkte een belangrijke factor als het gaat om de faalkans van de dijk (kans dat de dijk doorbreekt en er water doorheen gaat stromen richting het achterland).

Het is echter ook mogelijk dat gedurende het erosieproces, wanneer nog maar een deel een deel van het dijklichaam is aangetast door erosie, er een ander mechanisme optreedt. Door het steeds smaller wordende profiel kan het binnentalud van de dijk eerder instabiel worden door toename van de waterspanningen in de dijk (micro- of macro-instabiliteit) of door overslaande golven (stabiliteit bekleding bij golfoverslag).