Stabiliteit teenbestorting

Hieronder wordt fenomenologisch beschreven hoe een teenbestorting van breuksteen en breuksteen overlaging kan bezwijken. Een teenbestorting voor een talud met een steenzetting of asfaltbekleding wordt anders belast dan losse breuksteen op een talud.

• Bij lage waterstanden wordt de teenbestorting vooral belast op golfklappen en golfterugloop. De belasting is groter dan op een doorgaand breuksteentalud omdat de stenen door de golfterugloop vanaf het relatief gladde talud extra belast worden. In de golfneerloop komt het water met een hogere snelheid naar beneden dan wanneer het talud erboven uit breuksteen bestaat.
• Bij hoge waterstanden wordt de teenbestorting belast door de orbitaalbeweging van de golf. De orbitaalbelasting is groter dan op het voorland omdat de dijk een obstakel vormt, waardoor de belasting toeneemt.

Omdat de golfhoogte niet bij alle waterstanden gelijk is, is niet op voorhand aan te geven welke belasting en waterstand maatgevend zijn.

De stenen liggen in de kreukelberm op een horizontaal vlak, of erg flauwe taludhelling. Daardoor zullen de stenen minder makkelijk verplaatsen dan wanneer ze op een talud zouden liggen.
De hydraulische belastingen, m.n. door de grootste golven in het golfveld, leiden tot het verplaatsen van stenen binnen de teenbestorting of geheel uit de teenbestorting. De constructie faalt als er zodanig veel stenen verplaatst of verdwenen zijn dat de ondergrond bloot komt te liggen. Vanaf dat moment kan de ondergrond gaan eroderen (m.n. als er geen geokunststof aanwezig is) en kan de ondersteuning van de erboven liggende taludbekleding afnemen.

Bezwijken breuksteenoverlaging

Voor het faalmechanisme 'toplaaginstabiliteit van overlaging met losse breuksteen' wordt de belasting vooral bepaald door de golfhoogte en het aantal golven; de belangrijkste sterkteparameters zijn de grootte en de massadichtheid van de stenen (zie Figuur 1) en de taludhelling. De golfperiode (golflengte) heeft een kleinere invloed.
De beweging van de breukstenen wordt voornamelijk veroorzaakt door de klap van de brekende golven en door het water dat terugstroomt vanaf het talud in de golfneerloop. De belasting door het terugstromende water zorgt voor een essentieel verschil met de belastingsituatie van een doorgaand breuksteentalud. (zie Figuur 1).

1. Golfhoogte H_s: hoe hoger de golfhoogte, hoe ongunstiger.
2. Golflengte L_om: hoe langer de golf, hoe ongunstiger (mits plunging type).
3. Taludhelling: hoe steiler de helling, hoe ongunstiger.
4. Aantal golven N: de belastingduur speelt een rol in de rekenregels, en wordt gekarakteriseerd door het aantal golven gedurende een storm.
5. Grootte van de stenen D_n50: samen met de massadichtheid ρ_s bepaalt de steendiameter het gewicht van de stenen.
6. Massadichtheid van de stenen ρ_s, zie punt 5.

Er worden drie soorten breuksteenoverlagingen onderscheiden:

• Losse breuksteen
• Gedeeltelijk of patroon-gepenetreerde breuksteen
• Vol en Zat gepenetreerde breuksteen

De eerste twee varianten lijken sterk op een 'normale' oeverbekleding van breuksteen, terwijl de derde variant op een plaatbekleding lijkt. Voor de verschillende typen zijn verschillende faalmechanismen maatgevend.

De stroming en golven kunnen aanleiding geven tot meerdere mechanismen:

1. Zettingen van de breuksteen. Zettingen kunnen optreden in de ondergrond door de toename van het gewicht op deze ondergrond door de breuksteenberm of breuksteenoverlaging.
2. Geotechnische instabiliteit van de breuksteen. De grondwaterstromingen in een breuksteenoverlaging kunnen aanleiding geven tot het instabiel worden van deze overlaging. Ook kan erosie van het voorland ervoor zorgen dat een deel van een teenbestorting afschuift.
3. Bewegingen van de stenen. De krachten die de stroming en golven uitoefenen op de breuksteen kunnen ervoor zorgen dat stenen gaan migreren.
4. Migratie van de onderlagen door de breuksteen heen. Door potentiaalverschillen in de breuksteen wordt een stroming veroorzaakt welke, indien groot genoeg, materiaal mee kan voeren door de breuksteen heen. Dit transport van materiaal kan leiden tot ondermijning van de breuksteenconstructie wat aanleiding kan geven tot zettingen.
5. Liquifactie van de ondergrond. De cyclische belastingen van de ondergrond door de golven, in combinatie met de compactie door het gewicht van de stenen en kan aanleiding geven tot liquifactie.
6. Erosie van het voorland. De golven en de stroming over het voorland kunnen aanleiding geven tot erosie van het voorland net voor de breuksteenconstructie. Erosie kan ook leiden tot het ondermijnen van de breuksteenconstructie.