Er worden twee vormen van ijsbelasting onderscheiden:

• Directe ijsbelasting, dit betreft de krachten die door (kruiend) ijs op (onderdelen van de) waterkerende constructie worden uitgeoefend.
• Indirecte ijsbelasting, dit betreft de verhoging van de waterstand in een rivier als gevolg van een ijsdek of een ijsdam.

Inleiding

In Nederland speelt ijsbelasting geen rol in rekenregels en voorschriften voor het bepalen van de overstromingskans bij het ontwerpen en beoordelen van waterkerende grondconstructies. Bij het ontwerp van constructies wordt kruiend ijs of drijvend ijs wel meegenomen als belasting. In de [Leidraad kunstwerken, 2003] is dit omschreven.

De temperatuur en het zoutgehalte van het water van de Noordzee aan de kust geven geen aanleiding tot het ontstaan van ijsvorming van enige betekenis. In de zeearmen, en zeker in de meren, zijn wel situaties uit het verleden bekend van significante ijsvorming; de afsluiting van de zeearmen in Zeeland heeft invloed op de mate van ijsvorming langs de Zeeuwse oevers.

Op de rivieren kan ijs ook leiden tot beïnvloeding van de waterstand op de rivier.

IJs als directe belasting

Bij zoet water is ijsbelasting eerder een bedreiging voor de waterkering dan bij zout water. Enerzijds bevriest zoet water vaker dan zout water; anderzijds is het ijs van zoet water in het algemeen sterker (harder) dan het ijs van zout water.

Gezien het zoutgehalte en de zeewatertemperatuur is de kans op significante ijsvorming in de Noordzee gering. Van de meren en de zeearmen is wel bekend dat er ijsvorming kan optreden die schade aan de waterkering kan veroorzaken. Het gaat dan vooral om schade aan de bekledingen.

Ondanks de schade die ijs aan het buitentalud kan veroorzaken is voor de Nederlandse situatie de kans op overstroming van het achterland hierdoor toch erg laag. Om te komen tot een overstroming zou de ijsbelasting gepaard moeten gaan met hoge waterstand en zware golfaanval, zodat het grondlichaam onder de door de ijsbelasting beschadigde bekleding verder kan eroderen en uiteindelijk falen. Een dergelijke samenloop van omstandigheden is onwaarschijnlijk, omdat de golfhoogte door het ijs op het water sterk wordt beperkt. Aanpassing van het ontwerp van een waterkering in verband met de directe ijsbelasting zal in eerste instantie dan ook vooral gericht zijn op het beperken van schade.

Optimalisatie van het dwarsprofiel in verband met ijsbelasting

Er zijn geen rekenregels voorhanden om een waterkering te kunnen dimensioneren op een zware ijsbelasting. Het is wel mogelijk maatregelen te treffen om de gevolgen van ijsbelasting zoveel mogelijk te voorkomen:

• Een glad oppervlak zonder uitsteeksels, zoals palenrijen, is belangrijk. Een ruw oppervlak heeft als positief effect dat het de golfoploop en daarmee de benodigde kruinhoogte reduceert. Dit positieve aspect moet worden afgewogen tegen de toename van de mogelijke ijsbelasting op, en de kans op schade aan de bekleding. Vermeden moet worden dat overgangsconstructies boven het talud uitsteken. Als een overgang tussen twee bekledingen onvoldoende vlak is, kan de bovenste bekleding door kruiend ijs worden opgelicht. De onderstaande figuur geeft daarvan een voorbeeld. Met name bij bekledingen zonder duidelijke samenhang, zoals stortsteen in een plasberm, moet ermee rekening worden gehouden dat het kruiende ijs elementen kan meevoeren tegen het talud op.

• De aanwezigheid van een berm beperkt de ijsbelasting op boventalud en kruin. Bij grondconstructies zonder een berm boven het stilwaterniveau kan het kruiende ijs over de kruin schuiven. In dergelijke gevallen moet worden bekeken of dit ijs een bedreiging vormt voor de bekleding van de kruin en het binnentalud en voor eventuele constructies direct binnenwaarts. Een berm boven het stilwaterniveau is gunstig omdat de berm als opslagplaats kan dienen voor ijsschotsen. Het ijs zal namelijk in schotsen breken ter plaatse van de voorrand van de berm nadat het is opgeklommen tegen het ondertalud. De schotsen op de berm kunnen niet meer het boventalud opgedrukt worden omdat ter plaatse van de voorrand van de berm een soort knikverschijnsel optreedt. De schotsen knikken omhoog en stapelen zich op.
• Taludhelling. Een steil talud (steiler dan 1:3) verhoogt de kans op schade ten gevolge van ijsbelastingen.

Dijkstrekkingen, waar kruiend ijs kan voorkomen, zijn bij de waterkeringbeheerders bekend.

IJs als indirecte belasting

Het Nederlandse riviersysteem heeft als primaire functie de veilige afvoer van water, sediment en ijs. Dat ook de afvoer van ijs tot de primaire functies gerekend wordt, is te begrijpen omdat in het verleden overstromingen vaak geïnitieerd werden door de vorming van ijsdammen.

IJsdammen ontstaan uit drijfijs aan het begin of eind van een vorstperiode als er nog geen, respectievelijk niet langer een vast ijsdek is. IJsdammen ontstaan op locaties waar het water minder goed in staat is het drijfijs af te voeren zoals plaatsen waar de stroomsnelheid afneemt of waar de stroming geblokkeerd wordt. Dit treedt op bij profielvernauwingen, constructies, splitsingspunten, rivierbochten, rivierverwijdingen, een vast ijsdek benedenstrooms of bij uitstroming in een meer of estuarium. Een voorbeeld van het laatste is de ijsdam die ook nu nog met enige regelmaat bij Kampen optreedt doordat drijfijs van de IJssel niet naar het Ketelmeer afgevoerd kan worden.

Op de rivieren kan ijsvorming leiden tot beïnvloeding van de waterstand. Een ijsdam leidt tot hogere waterstanden als gevolg van profielvernauwing en de hydraulische ruwheid van het ijsdek zelf. In het bovenrivierengebied kan de opstuwing in het zomerbed door een ijsdam enkele meters bedragen, in het benedenrivierengebied is de opstuwing minder [Schropp, 2007].

De veiligheid tegen overstromen is uitsluitend in het geding bij een combinatie van relatief hoge afvoeren en afvoerbelemmering door een vaste ijsbezetting. Het meest gevaarlijke is een volledige ijsdam waarbij vrijwel geen water wordt doorgelaten.

Door warmtelozingen en het intensievere scheepvaartverkeer komt een vast ijsdek, en dus een ijsdam, tegenwoordig minder vaak voor en houden ijsdammen die wel ontstaan minder lang stand. Dit betekent dat een groot gedeelte van het ijs al verdwenen is als smeltwater uit het stroomgebied in Nederland arriveert. De kans op gevaarlijke situaties door het samenvallen van hoge rivierafvoer en ijsdammen is daardoor steeds kleiner geworden. Toch kan ijsvorming op de rivieren weer meer kans krijgen door het wegvallen van koelwaterlozingen door kerncentrales in bovenstroomsgebied (duitsland).

Er hebben zich sinds het einde van de 19e eeuw in het rivierengebied geen ijsgerelateerde overstromingen meer voorgedaan. Dit is te danken aan de normalisatiewerken, de toegenomen warmtelozingen op de rivieren en aan de hogere dijken.

Bij extreme waterstandsverhogingen als gevolg van ijsdamvorming in de rivieren zal men naar verwachting ingrijpen met bijvoorbeeld explosieven.