Dit artikel beschrijft het faalproces in meer detail, zie ook Beschrijving faalproces betrouwbaarheid sluiting. De nummers tussen haakjes verwijzen daarbij naar de nummers in Figuur 1 (overgenomen uit eerdergenoemd artikel).

Initiërende gebeurtenis

Het faalproces start met de situatie waarin een kunstwerk zijn primaire functie vervult, het laten passeren van water, voertuigen, mensen et cetera van de waterkering. Om dit mogelijk te maken staat het kunstwerk in een bepaalde mate en gedurende een bepaalde periode geopend. Op dergelijke momenten is de maximaal beschikbare waterkerende hoogte van het kunstwerk niet aanwezig (2).

Op een gegeven moment wordt een hoogwater voorspeld (1). Op basis van deze voorspelling wordt gekeken of het nodig is om bij het kunstwerk de maximaal beschikbare kerende hoogte aan te brengen. Dit komt overeen met het hoogwaterkerend sluiten van het kunstwerk. Wanneer dit nodig blijkt te zijn, wordt het sluitproces gestart. Dit is feitelijk de eerste stap in het sluitproces; de alarmering.

Na het sein om te gaan sluiten wordt afhankelijk van de bediening van het kunstwerk personeel en eventueel materiaal/materieel gemobiliseerd om het kunstwerk te gaan sluiten. Bij een kunstwerk dat vanuit zijn primaire functie lokaal wordt bediend is dit mobiliseren (grotendeels) niet nodig omdat het bedienend personeel al aanwezig is. Een voorbeeld hiervan is een lokaal bediende schutsluis. Bij kunstwerken die op afstand worden bediend kan het zijn dat ook de hoogwaterkerende keermiddelen op afstand kunnen worden bediend, zodat mobilisatie (in eerste instantie) niet nodig is, tenzij deze bediening faalt. Er zijn ook kunstwerken, bijvoorbeeld coupures, waarbij zowel mens als materiaal en materieel moeten worden gemobiliseerd om de kering te sluiten.

Na mobilisatie volgt het daadwerkelijke sluiten, de bediening, van de kunstwerken. Falen van deze bediening of het optreden van een technische storing kan ertoe leiden dat het kunstwerk niet gesloten kan worden (3).

Falen van een kunstwerk gaat altijd gepaard met het falen van een van de aangegeven aspecten van het sluitproces (alarmering, mobilisatie, bediening en technische storing). In dat geval staat het kunstwerk niet hoogwaterkerend gesloten. Er zal vervolgens worden getracht om alsnog de sluiting te realiseren (4) via herstel van de opgetreden fout(en) in het sluitproces. Dit gebeurt eventueel met behulp van alternatieve methoden (bijvoorbeeld zandzakken of bigbags). Wanneer dit niet lukt, zal buitenwater ongewenst via het openstaande kunstwerk binnen kunnen stromen.

Vervolgprocessen

Het instromende water belast aan de binnenzijde de bodembescherming en het kombergend vermogen van het achter de kering gelegen gebied. Falen van het kunstwerk (optreden van overstromingsgevolgen in het achterland) treedt alleen op wanneer het kombergend vermogen van dit achterland niet meer toereikend is en er grote schade optreedt en/of er dodelijke slachtoffers vallen.

Overschrijden komberging na bezwijken kunstwerk door falen bodembescherming (5a)

Bij een toenemend verval over het niet-gesloten kunstwerk neemt de stroomsnelheid boven de bodembescherming toe. Dit leidt tot falen van 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.

Na bezwijken van de bodembescherming 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 instromende debiet. Uiteindelijk kunnen deze ontgrondingskuilen dermate groot en diep worden dat dit leidt tot algehele instabiliteit en hiermee het bezwijken van (delen van) het kunstwerk.

Nadat de kritieke stroomsnelheid van de bodembescherming wordt overschreden, moet er dus nog het nodige gebeuren voordat het kunstwerk als geheel bezwijkt en er een bres in de waterkering ontstaat, namelijk:

• Doorgaand transport van elementen uit de toplaag en eventuele onderlagen van de bodembescherming en het ontstaan van een gat in de bodembescherming.
• Optreden van erosie van de onbeschermde bodem als gevolg van de optredende stroomsnelheden. Dit proces leidt uiteindelijk tot het ontstaan van ontgrondingskuilen.
• Optreden van een afschuiving aan de rand van deze ontgrondingskuil, waarvan de inscharing het kunstwerk bereikt.
• Afmetingen (diepte, breedte) van de ontgrondingen ter plaatse van het kunstwerk worden dusdanig groot dat dit leidt tot instabiliteit (kantelen, verschuiven) van het kunstwerk. Dit kan optreden door het wegvallen van de passieve gronddruk aan de binnenzijde, maar ook door het uitspoelen van gronddeeltjes onder de binnenzijde van het kunstwerk. Dit kan leiden tot een proces waarbij delen van het kunstwerk steeds verder vervormen, dan wel verplaatsen. Ook kunnen ontgrondingskuilen leiden tot verminderde weerstand tegen piping van het kunstwerk.
• Het totale kunstwerk faalt als gevolg van kantelen en/of verschuiven van het geheel of het opeenvolgend bezwijken van onderdelen van de constructie. Afhankelijk van wat er bezwijkt, de gehele constructie dan wel een deel van de constructie, kan er een bres in de waterkering ontstaan en vervolgens bresgroei optreden. In dat geval wordt het gat in de waterkering groter en stijgt het instromend debiet. Het kombergend vermogen zal dan sneller niet toereikend zijn.

De mate waarin en de snelheid waarmee bovenstaande processen na bezwijken van de bodembescherming optreden is afhankelijk van een groot aantal factoren. De belangrijkste zijn:

• Erosiebestendigheid van de bodem onder de bodembescherming. De vorming van een ontgrondingskuil gaat in zandige grond veel sneller dan in cohesieve grond (klei).
• Fundatie van het kunstwerk. Een kunstwerk dat op palen staat zal minder snel (deels) bezwijken dan een kunstwerk dat op staal gefundeerd is.
• Geometrie van het kunstwerk. Een kort kunstwerk (waarbij de lengte wordt gemeten loodrecht op de dijk) zal sneller kantelen of afschuiven dan een lang kunstwerk.

Overschrijden komberging bij standzeker kunstwerk (5b)

Het overschrijden van het kombergend vermogen bestaat uit het instromen van dusdanig veel water in het achterliggende watersysteem of gebied dat er sprake is van overstromingsgevolgen (substantiële schade en/of slachtoffers) in het achterliggende gebied. Voor kunstwerken zijn in de basis drie verschillende situaties te onderscheiden:

1. Achter het kunstwerk is een watersysteem aanwezig dat wordt omringd door zachte kades (grondlichamen). Als de kades bezwijken of overlopen door de toegenomen waterstand in het watersysteem, kan (een deel van) het watersysteem leeglopen in het achterliggende gebied.
2. Achter het kunstwerk is een watersysteem aanwezig dat wordt omringd door kades die praktisch niet kunnen doorbreken, bijvoorbeeld doordat sprake is van harde kades bij een haven of doordat de boorden van de watergang op of beneden het maaiveld gelegen zijn. In deze situatie kan dusdanig veel water over de randen van het watersysteem het achterliggende gebied in lopen dat er sprake is van een overstroming.
3. Achter het kunstwerk is geen watersysteem aanwezig, er vindt direct inundatie van het achterliggende gebied plaats. Dit komt bij coupures veel voor.

Als sprake is van kleine watersystemen met ‘zachte’ kades hoeft falen van de kades niet direct te leiden tot overstromingsgevolgen doordat het volume dat dan het achterliggende gebied in stroomt klein is. In deze situatie kan falen van de ‘zachte’ kade wel andere faalprocessen initiëren. Dit komt doordat ná falen van de kades de binnenwaterstand zover daalt dat het verval over het kunstwerk sterk toeneemt. Hierbij kunnen vervolggebeurtenissen worden onderscheiden die kunnen leiden tot bezwijken van het kunstwerk:

1. Door de afgenomen waterdiepte kan de stroomsnelheid ter plaatse van de bodembescherming achter het kunstwerk zodanig toenemen dat een faalproces van erosie van de bodembescherming in gang wordt gezet. Dit geldt voor zowel een gesloten kunstwerk als een kunstwerk dat onterecht open staat.
2. Bij een deels  gesloten kunstwerk (er zijn keermiddelen gesloten, maar deze keren niet tot de maximale hoogte) kan het toegenomen verval over het kunstwerk leiden tot bezwijken van waterkerende constructie-onderdelen of het instabiel worden van het kunstwerk.