Belasting
De belasting op het kunstwerk wordt gevormd door een combinatie van waterstand en golfhoogte. Bij toenemende waterstand en/of toenemende golfhoogte gaat er in eerste instantie door golfoverslag steeds meer water over het kunstwerk. Zolang de buitenwaterstand lager is dan de kerende hoogte van het kunstwerk is sprake van een overslagsituatie. Dat wordt anders als de waterstand verder stijgt en hoger wordt dan de kerende hoogte van het kunstwerk. Er is dan sprake van overloop, waarbij de belasting bestaat uit een overstortende straal in combinatie met overslaande golven over het kunstwerk.
Sterkte
De sterkte van het kunstwerk omvat de volgende aspecten: de kerende hoogte en breedte van het kunstwerk; de constructieve sterkte van het kunstwerk en het kombergend vermogen van het achterland. De sterkte van het kunstwerk zelf dient altijd in de beschouwing te worden betrokken, het kombergend vermogen van het achterland alleen als de situatie daar aanleiding toe geeft.
In het kader van dit faalmechanisme kan voor wat betreft de sterkte van het kunstwerk zelf ook nog worden gedacht aan de mate waarin de keermiddelen bestand zijn tegen overslaand en overlopend water. Bij zeer grote overslag-/overloopdebieten kunnen namelijk dynamische trillingen optreden, die kunnen leiden tot het bezwijken van de keermiddelen. Het ligt echter meer voor de hand om dit als belastingssituatie te beschouwen bij falen waterkering door gebrek aan sterkte van het kunstwerk.
De sterkte van de bodembescherming achter het kunstwerk is voor dit faalmechanisme een item dat moet worden beschouwd. Deze bodembescherming wordt in toenemende mate belast naarmate het overslag-/overloopdebiet toeneemt.
Het kombergend vermogen van het achterland is relevant omdat het inkomende debiet als gevolg van overslag en/of overloop niet mag leiden tot significante gevolgen in het achterland. Hiervan is bijvoorbeeld sprake als achterliggende regionale keringen bezwijken, waarna het watersysteem leegloopt in het achterliggende gebied. Voor het bezwijkproces van de achterliggende regionale keringen als gevolg van toenemende binnenwaterstanden wordt verwezen naar de beschrijvingen van het faaltraject voor dijken in de voorgaande hoofdstukken van dit document.
Op welk moment gevolgen wel of niet significant zijn, is in enige mate subjectief. Voor komberging bij kunstwerken wordt binnen het WBI de volgende definitie van ‘significante gevolgen’ gehanteerd: meer dan 10 miljoen euro schade en/of tenminste 1 slachtoffer. In de schematiseringshandleidingen van de verschillende toetssporen bij kunstwerken worden praktische aanwijzingen gegeven hoe hiermee om te gaan.
Het proces van initiatie tot falen
Het debiet dat via golfoverslag en/of overloop over het kunstwerk stroomt, neemt toe bij toenemende waterstanden en/of golfhoogten. Dit inkomende debiet moet via het kunstwerk worden afgevoerd naar het binnendijkse watersysteem. De bodembescherming achter het kunstwerk is nagenoeg altijd het kritieke onderdeel op de weg van keermiddel naar het achterliggend watersysteem. Bij toenemende overslag-/overloopdebieten neemt de stroomsnelheid boven de bodembescherming toe. Dit leidt tot schade aan de bodembescherming als de kritieke stroomsnelheid van de bodembescherming wordt overschreden. In de praktijk is dit veelal het begin van een geleidelijk erosieproces, waarbij bij toenemende stroomsnelheid steeds grotere schade aan de bodembescherming ontstaat en uiteindelijk de ondergrond onder de bodembescherming bloot komt te liggen. In dat geval faalt de bodembescherming en kan transport van bodemmateriaal uit de ondergrond onder de bodembescherming plaatsvinden. Dit leidt tot ontgrondingskuilen direct achter het kunstwerk. Deze ontgrondingskuilen worden groter en dieper naarmate de ondergrond langer belast wordt door de stroming als gevolg van het overslag-/overloopdebiet. Uiteindelijk kunnen deze ontgrondingskuilen dermate groot en diep worden dat dit leidt tot overall instabiliteit en hiermee bezwijken van het kunstwerk.
Ook als het kunstwerk zelf niet bezwijkt, moet het overslag-/overloopdebiet na passage van het kunstwerk in het achterliggende gebied veilig kunnen worden geborgen. Als het inkomend debiet groter is dan het kombergend vermogen, leidt dit tot significante overstromingsgevolgen. Dan is eveneens sprake van falen van het kunstwerk. Overschrijding van het kombergend vermogen leidt direct tot significante gevolgen als bijvoorbeeld de waterstand in het binnendijkse watersysteem zover stijgt dat regionale keringen bezwijken, waarna het binnendijkse watersysteem leegloopt in het achterliggende gebied. Hierbij dient het wel te gaan om een watersysteem van enige omvang. Bij sommige constructietypes (bijvoorbeeld coupures) is geen sprake van een achterliggend binnenwatersysteem. Bij deze constructies moet op andere gronden een inschatting worden gemaakt van het overslag-/overloopdebiet dat nog net niet leidt tot significante gevolgen aan de binnenkant van de kering. In de schematiseringshandleidingen van de verschillende toetssporen bij kunstwerken worden hiertoe praktische aanwijzingen gegeven.
