In dit artikel wordt het model voor de faalgebeurtenissen bezwijken waterkerende constructieonderdelen (STCO) en instabiliteit constructie en grondlichaam (STCG) toegelicht, zie ook het artikel Beschrijving faalproces sterkte en/of stabiliteit.

Voor beide mechanismen is er feitelijk niet één model. Het mechanisme bezwijken waterkerende constructieonderdelen betreft een verzameling van alle mogelijke constructieve faalmechanismen die we kennen bij constructies, zoals bezwijken door een tekort aan dwarskrachtcapaciteit of weerstand tegen knikinstabiliteit. Het mechanisme instabiliteit constructie en grondlichaam betreft een verzameling van alle mogelijke geotechnische faalmechanismen, zoals opdrijven of kantelen. Deze faalmechanismen zijn te vinden in de literatuur over respectievelijk constructieve mechanica en geotechniek.

De door het BBL van de Omgevingswet aangewezen Eurocodes als bouwvoorschriften behandelen vele van deze faalmechanismen voor constructies, met het doel deze te kunnen verifiëren aan de eisen vanuit deze wetgeving. Hoewel de eisen vanuit de Omgevingswet anders zijn, is het verstandig om deze werkwijze en terminologie aan te houden, omdat constructeurs daarmee gewend zijn om te gaan. Van de Eurocodes mag af worden geweken, wanneer aan dezelfde beginselen wordt voldaan en minimaal dezelfde prestatie van de constructie wordt verkregen als bij gebruik van de Eurocodes.

In het algemeen wordt een faalmechanisme beschreven met een grenstoestandfunctie, bestaande uit belastingcomponenten en sterkte of weerstandscomponenten. Dit kan worden opgevat als een generiek model voor alle faalmechanismen. In Eurocode NEN-EN 1990 Grondslagen van het constructief ontwerp wordt onderscheid gemaakt tussen bruikbaarheidsgrenstoestanden en uiterste grenstoestanden. Voor elk faalmechanisme wordt een afzonderlijke grenstoestand geformuleerd.

• Bij overschrijding van de bruikbaarheidsgrenstoestand kan de constructie (of onderdelen daarvan) een gewenste gebruiksfunctie niet langer vervullen, maar is nog geen sprake van bezwijken. Een voorbeeld hiervan zijn grote vervormingen.
• Bij overschrijding van de uiterste grenstoestand bezwijkt de constructie. Een constructie(onderdeel) kent meerdere bezwijkmechanismen. Zo kan een constructieonderdeel bezwijken door een tekort aan dwarskracht-, moment- of normaalkrachtcapaciteit in een bepaalde snede. Maar ook kiep- of knikinstabiliteit of vermoeiing kan een probleem zijn.

De NEN-EN 1990 maakt onderscheid tussen de volgende uiterste grenstoestanden^[1]:

• STR: Intern bezwijken of buitensporige vervorming van de constructie of van constructieve elementen, met inbegrip van funderingen op staal, palen, kelderwanden enzovoorts, waarbij de sterkte van bouwmaterialen van de constructie bepalend is.
• GEO: Bezwijken of buitensporige vervorming van de grond waarbij de sterktes van grond bepalend zijn voor de te leveren weerstand.
• FAT: Bezwijken van de constructie of constructieve elementen door vermoeiing.

Overstromingsgevolgen zullen over het algemeen optreden bij het overschrijden van de uiterste grenstoestand, omdat dit betrekking heeft op het verlies van de waterkerende functie. Deze zijn van de categorie STR en kan worden beschreven door een uiterste grenstoestandfunctie (U.G.T.). Deze functie geeft voor elke mogelijke combinatie van belastingen en sterkte-eigenschappen aan of de kering bezwijkt/instabiel wordt of niet. Deze functie heeft een negatieve waarde als de belasting groter is dan de sterkte en de kering faalt. In een grenstoestandfunctie komen alle afmetingen, variabelen en parameters voor die de sterkte van een constructie(onderdeel) en de belasting op een constructie(onderdeel) beschrijven.

De uiterste grenstoestand voor iedere constructieve of geotechnisch faalmechanisme wordt overschreden indien de aanwezige sterkte van de constructie lager is dan de belastingeffecten. Dit komt tot uitdrukking in de volgende generieke grenstoestandfunctie Z (model)^[2]:

Waarin:

R   Sterkte van de constructie(onderdeel).

X_i  Materiaalsterkte i.

θ_i  Modelonzekerheid i.

a_i  Geometrisch gegeven van constructie(onderdeel) i.

E   Belastingeffect.

F_j  Belasting j.

θ_j  Modelonzekerheid j.

a_j  Geometrisch gegeven van constructie(onderdeel) j.

Het totale belastingeffect (E) is het resultaat van (een combinatie van) beschouwde belastingen (F_i) in combinatie met geometrische eigenschappen van de constructie en modelonzekerheden. Voor de hoogwaterbelasting betreft dit de vervalbelasting, golfbelasting en in mindere mate het eigengewicht.

De totale sterkte R ten aanzien van de betreffende sterktegrootheid wordt bepaald door de betrokken constructieonderdelen met hun materiaalsterkten (X_i) en de gebruikte sterktemodellen uit de constructiemechanica met hun onzekerheden.

De uiterste grenstoestand wordt overschreden wanneer:

R < E

Ofwel:

Z < 0

De faalkans wordt dus bepaald met de volgende formules/faalkansmodellen:

^[1] Daarnaast kent de NEN-EN 1990 de uiterste grenstoestand EQU: Verlies van statisch evenwicht van de constructie, of van welk deel ervan ook, beschouwd als star lichaam. Deze grenstoestand is geen vorm van constructief falen in het geval van een waterkerend kunstwerk belast door hoogwater.

^[2] In de literatuur wordt in deze generieke grenstoestandfunctie vaak S gebruikt in plaats van E. S staat echter voor belasting en E staat voor belastingeffect. Bij constructief falen wordt in de grenstoestandfunctie het belastingeffect gebruikt, conform NEN-EN1990. NB: in NEN-EN1990 wordt voor belasting F gebruikt in plaats van S.