Voor het initiële mechanisme Grasbekleding erosie kruin en binnentalud (GEKB) wordt beschouwd of de graszode erodeert als gevolg van (overloop of) golfoverslag. Voor de generieke analyse van dit mechanisme wordt gebruik gemaakt van de cumulatieve overbelastingmethode (graserosiemodel) en kan de software Riskeer worden gebruikt. Dit artikel beschrijft het graserosiemodel en gaat in op de invoerparameters voor de software.

Model generieke analyse

Het model voor het voorspellen van erosie door golfoverslag, de cumulatieve overbelastingmethode, is opgebouwd aan de hand van de resultaten van meerjarig onderzoek in het kader van SBW (Sterkte en Belastingen Waterkeringen). Bij dit onderzoek zijn golfoverslagproeven met de golfoverslagsimulator uitgevoerd om de sterkte van de grasbekleding op de kruin en het binnentalud bij golfoverslag te kunnen bepalen.

De grasbekleding wordt verzwakt door een proces van vermoeiing onder golfbelasting waardoor schade bij het optreden van een golf ontstaat. Deze schade groeit daarna verder uit door opeenvolgende golven waarbij de sterkte is afgenomen. Dit proces wordt beschreven met het cumulatieve belastingmodel. De verzwakte bekleding faalt door een dan instantane belasting. Het model werkt met de aanname dat de sterkte van de bekleding constant is in de tijd (seizoensafhankelijkheid). Het tijdsafhankelijke gedrag van de vermoeiing wordt daarbij gevat door de Minersom.

Met het model kan een verantwoorde schatting worden gemaakt van de toelaatbare belasting gegeven de kwaliteit van de grasbekleding. Het is nog geen volledig geïntegreerd model dat de relatie grondsoort-vegetatie-beheer-doorworteling-sterkte-belasting omvat, maar het model is al wel goed bruikbaar voor een analyse van de belasting en sterkte van de grasbekleding.

Op basis van de golfoverslagproeven is geconcludeerd dat niet de tijdsduur dat een snelheid op een talud aanwezig is tot schade leidt, maar veel meer de maximale snelheid zelf en het aantal overslaande golven dat de kritieke snelheid overschrijdt. Dit heeft geleid tot de volgende definitie van de cumulatieve overbelasting D [m²/s²]:

Waarin:

D Cumulatieve overbelasting [m²/s²]

N Aantal overslaande golven gedurende een storm [-]

α_M Factor voor verdisconteren belastingverhoging als gevolg van overgangen en objecten [-]

α_a Factor voor versnelling U_i op het binnentalud [-]

U_i Maximale dieptegemiddelde stroomsnelheid tijdens de i^de overslaande golf ter plaatse van de kruin [m/s]

α_S Factor voor verdisconteren sterkteverlaging als gevolg van overgangen en objecten [-]

U_c Kritieke stroomsnelheid [m/s]

De hele verdeling van overslaggebeurtenissen gedurende een storm wordt meegenomen bij de berekening van de cumulatieve overbelasting.

Bezwijken van de grasbekleding op de kruin en binnentalud door erosie treedt op als de kritieke waarde van de cumulatieve overbelasting D_c gedurende een storm wordt overschreden.

In [Van der Meer, et al., 2014] is geconcludeerd dat 7.000 m²/s² een geschikte kritische waarde is. Merk op dat een hogere D_c soms beter aansluit bij proefresultaten.

Belasting

Uit de golfoverslagproeven is komen vast te staan dat de belasting bij golfoverslag wordt beschreven door de maximale dieptegemiddelde stroomsnelheid in de i^de overslaande golf U_i (m/s). Voor het bepalen van deze stroomsnelheid kan de in [Van der Meer, et al., 2014] beschreven relatie tussen kansverdeling van U_i en de kansverdeling van de golfoploophoogte worden gebruikt.

Invloed talud

Uit de golfoverslagproeven is gebleken dat de snelheid van het overslaande water over het binnentalud versnelt. De versnellingsfactor α_a [-] is afhankelijk van de taludhelling en locatie op het talud. Voor de kruin is de versnellingsfactor gelijk aan 1,0.

Invloed overgangen en objecten

Overgangen en objecten kunnen een verhoogde erosieve belasting van de overslaande golven tot gevolg hebben. Deze belastingverhoging kan met de factor α_M [-] in rekening worden gebracht. Deze factor is altijd groter dan of gelijk aan 1,0.

Merk op dat het belastingverhogende effect van overgangen en objecten nog lastig te kwantificeren is.

Sterkte

De sterkte is afhankelijk van veel parameters, maar is uiteindelijk terug te herleiden tot één parameter: de kritische stroomsnelheid U_c [m/s]. De U_c Kritieke stroomsnelheid [m/s] is afhankelijk van de graskwaliteit en het substraat. Het model is momenteel toepasbaar voor gras op klei en gras op verkit zand.

Invloed overgangen en objecten

Overgangen en objecten kunnen een reductie van de sterkte tot gevolg hebben. Deze sterkteverlaging kan met de factor α_S (-) in rekening worden gebracht. Deze factor is altijd kleiner dan of gelijk aan 1,0.

Merk op dat het sterkteverlagende effect van overgangen en objecten nog lastig te kwantificeren is.

Software generieke analyse

Met de software Riskeer kan worden geanalyseerd of de graszode voldoende weerstand kan bieden tegen golfoverslag. Bij deze analyse wordt gebruik gemaakt van kansverdelingen van het kritieke overslagdebiet. Deze verdelingen zijn gebaseerd op berekeningen met de cumulatieve overbelastingmethode. De analyse is een benadering op basis van het graserosiemodel. Voor de ‘zuivere som’ zijn inmiddels al wel tools beschikbaar, maar deze tools zijn nog geen onderdeel van het BOI. Daarnaast zijn er tools beschikbaar die erosie grasbekleding buitentalud kunnen combineren met erosie grasbekleding binnentalud. Verantwoordelijkheid voor gebruik van deze tools ligt bij de beheerder. Ter bepaling van de toepasbaarheid van de tools wordt een werkatelier aanbevolen.

Riskeer bepaalt een kansverdeling van het optredend overslagdebiet (belasting) en vergelijkt deze, om tot een faalkans te komen, met de kansverdeling van kritieke overslagdebiet (sterkte). De kansverdeling van het kritieke overslagdebiet is afhankelijk van de graskwaliteit, het substraat, de golfhoogteklasse en de belastingduur.

Parameters

Kansverdeling kritiek overslagdebiet

De kansverdeling van het kritieke overslagdebiet is afhankelijk van de graskwaliteit, de ondergrond, de golfhoogteklasse en de belastingduur.

Geometrie

Voor het bepalen van de optredende golfoverslagdebieten vereist Riskeer een schematisatie van het dijkprofiel en de oriëntatie van de dijk (dijknormaal).

Hydraulische belasting

Voor het bepalen van de golfoverslagdebieten maakt Riskeer gebruik van hydraulische databases. In de rekenmethode is de probabilistische modellering uitgewerkt en is de informatie over hydraulische belastingen in de vorm van omvangrijke databases meegeleverd bij de rekeninstrumenten voor het beoordelen en ontwerpen van de primaire waterkeringen, zie het artikel . Voor sommige toepassingen kunnen daaruit ook representatieve rekenwaarden van de hydraulische belastingen worden afgeleid, zoals beschreven in het artikel Rekenwaarden voor hydraulische belastingparameters.