Faalmechanismen
Bij toetsen van oevers gelden faalmechanismen zoals vastgelegd in de Eurocode (EC7). De EC7 onderscheidt daarnaast ook meerdere grenstoestanden; dit zijn de toestanden waar een constructie zich in een situatie bevindt dat deze nog net haar functie kan vervullen:
- GEO: bezwijken of zeer grote vervorming van de ondergrond, waarbij de sterkte van de grond of gesteente een beduidende bijdrage levert aan de weerstand.
- STR: intern bezwijken of zeer grote vervorming van de constructie of onderdelen ervan, waarbij de sterkte van de constructiematerialen een grote bijdrage moet leveren aan de weerstand.
- EQU: verlies van evenwicht van de constructie of de ondergrond, opgevat als een stijf geheel, waarin de sterkte van de constructieve materialen en de ondergrond geen noemenswaardige bijdrage levert aan de weerstand.
- UPL: verlies van evenwicht van de constructie of ondergrond door opdrijven door waterdruk of andere verticale belastingen.
- HYD: hydraulische grondbreuk, interne erosie en erosie door geconcentreerde grondwaterstroming in de ondergrond als gevolg van hydraulische gradiënten.
De faalmechanismen behorende bij oevers worden hierna beschreven. Hierin is onderscheid gemaakt in geotechnische faalmechanismen op verticale wanden, geotechnische faalmechanismen op oevers met talud en niet-geotechnische faalmechanismen.
Link met gebreken NEN 2767
De faalmechanismen die hier beschreven worden, hebben niet altijd een directe link met ‘gebreken’ zoals genoemd in NEN 2767 (zie paragraaf 5.1.2). NEN-gebreken zijn niet risicogestuurd en sommige faalmechanismen zijn niet direct zichtbaar en zijn dus niet aan NEN-gebreken te linken. Dit geldt zeker voor geotechnische faalmechanismen; constructieve faalmechanismen zijn soms wel zichtbaar (afroesting van een damwand bijvoorbeeld). De koppeling tussen gebreken en faalmechanismen verloopt via een beoordeling: hierbij wordt een gebrek geïnterpreteerd door een specialist. Hij controleert bijvoorbeeld of uitgangspunten van het ontwerp nog kloppen, of hij voert een herberekening van de oeverconstructie uit.
Geotechnische faalmechanismen op verticale wanden
Voor verticale wanden gelden de volgende faalmechanismen (figuur 6.2 geeft de faalmechanismen weer die hieronder beschreven zijn):
- Overschrijden van de sterkte van de wand door vloei/breuk van de uiterste vezel door combinatie van moment, dwarskracht en normaalkracht al dan niet met corrosie (STR). In dit geval bezwijkt de damwand zelf. Als er corrosie plaatsvindt, verzwakt de damwand, waardoor dit faalmechanisme sneller voorkomt. Er moet dus goed gemonitord worden om corrosie tijdig waar te nemen. Dit type falen hoeft niet altijd in combinatie met corrosie voor te komen. Ook veroudering en grotere belastingen op de damwand dan aangehouden in het ontwerp hebben invloed op het overschrijden van de wandsterkte.
- Overschrijden van de passieve horizontale grondweerstand (GEO). De damwand zal door de belasting van de grond de neiging hebben naar buiten te bewegen. Deze belasting wordt onder meer weerstaan door een passieve gronddruk. Er is geen evenwicht mogelijk als de passieve gronddruk overschreden wordt door de actieve gronddruk, waardoor de damwand gaat roteren. Dit kan tot grote verplaatsingen van de bovenkant van de damwand leiden en tot falen van de grondkerende constructie.
- Overschrijden van verticaal draagvermogen van de ondergrond bij dragende damwanden (GEO). Een damwand waar een verticale belasting op werkt, moet genoeg lengte hebben om voldoende verticale draagkracht te creëren. Indien dit niet het geval is, is er geen verticaal evenwicht.
- Bezwijken van de verankering (STR/GEO). Indien de spanning in de ankerstang groter wordt dan deze aankan, bestaat het risico dat de stang bezwijkt. Hierdoor vangt de damwand de gehele gronddruk op, met als gevolg dat de damwand ook kan bezwijken (faalmechanisme 2).
- Overschrijden van de Kranz-stabiliteit (bij verankeringen) (GEO/EQU). Bij een te kleine afstand tussen anker en damwand kan de grondmoot ertussen te weinig weerstand leveren en ontstaat er een glijvlak tussen anker en damwand.
- Overschrijden van de algehele (macro)stabiliteit (GEO). Hierdoor schuift een gehele grondmoot inclusief constructie weg.
- Bezwijken door hydraulische grondbreuk, onder- en achterloopsheid en piping (HYD/UPL). Via een zandlaag stroomt er water onder de damwand door en komt hierachter weer omhoog. Het water kan na een tijd zand gaan meevoeren, waardoor er een kanaal onder de damwand ontstaat. Als er te veel uitslijting plaatsvindt, kan de oever instorten.
- Zettingsvloeiingen (GEO). Dit komt voor als er een te hoge waterspanning ontstaat, waardoor de korrelspanning opeens wegvalt. Als gevolg hiervan gedraagt de grondconstructie zich als een vloeistof.
[ link ]
Figuur 6.2 Faalmechanismen bij een verticale wand
Geotechnische faalmechanismen op oever met talud
Voor oevers met een talud gelden de volgende faalmechanismen (figuur 6.3 geeft de faalmechanismen weer die hieronder beschreven zijn):
- Erosie/afslag door golven (GEO). Zowel scheeps- als windgolven kunnen resulteren in erosie langs de oever. Dit levert gevaar op voor de stabiliteit van de oever.
- Overschrijden van de algehele (macro)stabiliteit (GEO). Op het moment dat dit voorkomt, stort de oever in zijn geheel in. Dit soort falen kan grote gevolgen hebben, afhankelijk van de constructies die dicht bij de oever staan.
[ link ]
Figuur 6.3 Faalmechanismen met een talud
Naast de uiterste grenstoestanden moet de bruikbaarheids-grenstoestand ook worden meegenomen. Hierbij wordt gekeken naar vervormingen/verplaatsingen van de constructie. Wanneer deze te groot worden, kunnen ze leiden tot:
- gevaar voor de functionaliteit;
- overschrijdingen van esthetische eisen;
- ontoelaatbare vervorming van constructies in de directe omgeving.
Voor verticale wanden kan dit, bovenop de vorige genoemde punten, ook nog leiden tot:
- ongewenste 2e orde effecten (treedt op indien door grote vervormingen de wand excentrisch belast wordt door eventuele gewichten, terwijl deze eerst centrisch belast werd door diezelfde gewichten);
- onaanvaardbare lekkage en/of transport van deeltjes door of onder de wand optreden.
Niet-geotechnische faalmechanismen
Naast geotechnische faalmechanismen zijn er ook faalmechanismen die betrekking hebben op de staat van de constructie en het functioneren ervan. Dit zijn de niet-geotechnische faalmechanismen waarbij gedacht kan worden aan:
- degeneratie van de sterkte van de constructie;
- degeneratie van de constructie door aangroeiende delen;
- gronddichtheid van de constructie;
- bezwijken door verworteling van bomen;
- biologische- en milieueffecten, invloed plantengroei.