Falen door piping vindt plaats als uitspoelen van gronddeeltjes optreedt ten gevolge van een geconcentreerde kwelstroom, waardoor holle ruimten ontstaan onder (onderloopsheid) of naast (achterloopsheid) een kunstwerk:

• Onder achterloopsheid wordt verstaan de vorming van kanaaltjes of holle ruimten aan de zijkant van een kunstwerk als gevolg van het uitspoelen van grond. De maatgevende kwelweg is meestal zuiver horizontaal gericht (een kwelstroom langs het kunstwerk op het grensvlak van een cohesieve laag), maar kan ook verticale componenten bevatten (denk aan een uittrede onder een binnendijks scherm). In de praktijk wordt achterloopsheid echter vaak 1 op 1 gekoppeld aan situaties met een zuiver horizontale kwelweg.
• Onderloopsheid betreft het ontstaan van holle ruimten onder een kunstwerk als gevolg van een geconcentreerde kwelstroom waarbij gronddeeltjes worden meegevoerd. Hierbij loopt de kwelstroom onder het kunstwerk door op het grensvlak van constructie en zand. Onder een kunstwerk zijn doorgaans kwelschermen aanwezig, waardoor de kwelstroom ook verticale componenten omvat. Dit hoeft echter niet altijd het geval te zijn. Denk aan lange duikers en leidingen waarbij geen kwelschermen aanwezig zijn. In de praktijk wordt onderloopsheid echter vaak 1 op 1 gekoppeld aan situaties met een (deels) verticale kwelweg.

Het erosieproces hoeft niet altijd tot falen te leiden. Het kan weer stoppen als het waterstandsverschil niet groot genoeg is of niet lang genoeg aanhoudt om de erosie op gang te houden. Als het proces niet stopt, ontstaat een proces van terugschrijdende erosie waarbij deze holle ruimten uitgroeien tot een doorgaand kanaal onder het kunstwerk. Het erosieproces gaat dan ongecontroleerd verder en de erosie van gronddeeltjes onder en/of naast het kunstwerk neemt sterk toe. Hierdoor kan door kantelen of afschuiven de overall-stabiliteit van het hele kunstwerk onvoldoende worden, of een proces ontstaan waarbij opeenvolgend delen van het kunstwerk constructief bezwijken met het bezwijken van het totale kunstwerk als uiteindelijke gevolg. Tevens kan het zo zijn dat het kunstwerk wel blijft staan, maar de aansluitende dijk inzakt als gevolg van het erosieproces en uiteindelijk bezwijkt. Uiteindelijk kan hierdoor een bres in de waterkering ontstaan. En tenslotte kan zelfs bij een standzeker kunstwerk en dijklichaam een overstroming optreden door de open verbinding met het buitenwater onder het kunstwerk door.

Hoewel het in de praktijk niet vaak voorkomt, kan zich direct achter het kunstwerk ter plaatse van het uittredepunt een afsluitende, cohesieve laag bevinden. Deze laag moet eerst opbarsten voordat uitspoeling op kan treden (analoog aan het pipingproces bij dijken).

Falen van de waterkering treedt dus op als:

zich een hoogwater aandient en het kunstwerk (in ieder geval partieel) is gesloten.

EN    ingeval aan de binnenzijde van het kunstwerk een afsluitende laag aanwezig is: de waterspanningen aan de binnenzijde van het kunstwerk zo ver oplopen dat deze afsluitende laag opbarst.

EN    als gevolg van een geconcentreerde kwelstroming zodanige uitspoeling van gronddeeltjes onder (onderloopsheid) en/of rondom (achterloopsheid) het kunstwerk optreedt dat een doorgaand erosiekanaal (pipe) ontstaat, waarna grootschalige erosie van gronddeeltjes optreedt.

EN    het kunstwerk zelf bezwijkt als gevolg van afschuiven of kantelen van het kunstwerk of het successievelijk bezwijken van delen van het kunstwerk, met als gevolg een (voortschrijdende) bres in de waterkering. Aangenomen wordt dat deze situatie altijd leidt tot substantiële schade en/of slachtoffers (overstroming)^[1].

OF    de aansluitende dijk inzakt/afschuift als gevolg van het erosieproces en uiteindelijk bezwijkt, met als gevolg een (voortschrijdende) bres in de waterkering. Aangenomen wordt dat deze situatie altijd leidt tot substantiële schade en/of slachtoffers (overstroming)^[1].

Het faalproces is in Figuur 1 nader uitgewerkt.

Tot slot wordt opgemerkt dat de term ‘piping’ in Nederland als synoniem voor terugschrijdende erosie wordt gebruikt, omdat vooral dat pipingmechanisme voor Nederland van belang is. Onder de noemer piping vallen internationaal echter verschillende vormen van interne erosie. De twee belangrijkste mechanismen zijn terugschrijdende erosie en suffosie. Suffosie is het fenomeen dat alleen de fijnere fractie tussen de grovere fractie wordt weggespoeld en waarbij (althans in eerste instantie) het korrelskelet in stand blijft. Suffosie kan alleen optreden in zand met een sterk niet-uniforme korrelverdeling. Het Nederlandse zand is relatief fijnkorrelig en uniform. Dit betekent dat suffosie in Nederland vrijwel geen rol speelt en van deze twee mechanismen alleen terugschrijdende erosie relevant is. Verder is voor kunstwerken geconcentreerde lekerosie relevant (denk aan een spleet tussen kunstwerk en ondergrond). In hoofdstuk 4 van het Onderzoeksrapport Zandmeevoerende wellen [Förster, et al., 2012] wordt hier nader op ingegaan.

^[1] In principe kan een kunstwerk bezwijken als gevolg piping, zonder dat dit tot overstromingsgevolgen (substantiële schade en/of slachtoffers) leidt. Dat komt dan doordat de komberging heel groot is en de bresgroei beperkt blijft. In de praktijk is het erg lastig om dit aannemelijk te maken, vandaar de aanname dat bezwijken van delen van het kunstwerk altijd leidt tot overschrijden van het kombergend vermogen. Indien gewenst kan dit aspect natuurlijk door de beoordelaar of ontwerper alsnog in de beoordeling of het ontwerp betrokken worden.