2.2 Versagensformen
Zur Beschreibung des Versagensprozesses von Deichen und Dämmen werden einige Begriffe verwendet, die im Folgenden kurz definiert werden sollen:
Infiltration: Eindringen von Wasser aufgrund hoher Wasserstände von der Außenböschung, Deichkrone oder Binnenböschung in den Deichkern entweder durch den Boden oder durch Gänge von Wühltieren.
Erosion: Abtragung der Erdschichten durch Strömungskräfte infolge von Strömungen, Wellenauflauf oder Wellenüberlauf.
Ausschläge: Ausschläge entstehen durch Druckschläge infolge an der Deichböschung brechender Wellen an der Außenböschung von Deichen und werden durch die auf- und ablaufenden Wellen weiter vertieft.
Rutschung: Bei einer Rutschung rutscht die lockere, durchwurzelte Kleidecke auf dem Deichkern bzw. einer kompakten Kleischicht ab. Hierbei handelt es sich um einen Böschungsbruch auf einer geraden Gleitfläche.
Kappensturz: Ein Kappen- oder Kammsturz bezeichnet das Abrutschen eines Teils der Kappe (oder des Kammes bzw. der Deichkrone) oder der gesamten Kappe auf die binnenseitige Böschung.
Eine detaillierte Analyse von Deichschäden an See-, Strom- und Flussdeichen zeigt (SCHÜTTRUMPF & OUMERACI 2002), dass für das Eintreten eines Schadensfalls das Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Faktoren entscheidend ist. Hauptursachen für eine Schädigung sind eine nicht ausreichende Kronenhöhe, eine unzureichende Pflege der Grasnarbe, Bäume und Installationen im Deich, ungünstige Bodeneigenschaften sowie zu steile Böschungsneigungen.
Ein Schaden an der Deichaußenböschung beginnt durch die Erosion der Grasnarbe infolge auf- und ablaufenden Wassers. Hierdurch werden Bodenpartikel aus der Grasnarbe ausgespült. Bei ansteigendem Wasserstand und anhaltender Wellen- oder Strömungsbelastung kommt es dann zu Ausschlägen. Hierbei wird die Grassode aufgerissen und die Außendichtung zerstört. Der so entstandene Schaden vergrößert sich durch rückschreitende Erosion und es kommt zur Ausbildung von Kliffen, die an der Küste Höhen bis zu 3 m erreichen können (Bsp. s. Abbildung 3) (SCHÜTTRUMPF & OUMERACI 2002).
Abbildung 3: Versagensformen und ihre Ursachen auf der Außenböschung (Quelle: SCHÜTTRUMPF & OUMERACI 2002)
Ein Schaden an der Binnenböschung beginnt überwiegend durch Erosion der Grasnarbe (Abbildung 4a). Der lockere Boden zwischen den Wurzeln wird ausgewaschen (Rasenabschälen). Durch Infiltration löst sich die lockere Pflanzendecke von der Deichkrone ab (Rasenabsetzen, s. Abbildung 4b) und rutscht schließlich als flüssige Masse auf der Binnenböschung ab (En-Bloc-Rutschung, Abbildung 4c). Während die Erosion die Primärbelastung darstellt, die zu einer ersten Beschädigung des Deiches führt, bewirkt die Infiltration als sekundäre Belastung das Teilversagen des Deiches (Abrutschen der Deichbinnenböschung). Damit ist der Deich vorgeschädigt und weiter überlaufende oder überströmende Wassermassen haben die Möglichkeit, den Deich weiter zu zerstören (Abbildung 4).
Hat das Wasser die Möglichkeit, durch Spalten in der Oberflächendichtung bis zum Deichkern vorzudringen, so kann ein Böschungsbruch eintreten, der als Kappensturz bezeichnet wird (Abbildung 4d). Der so geschädigte Deich hat nur noch ein geringes Widerstandsverhalten und wird dann relativ schnell von der Binnenseite zerstört, bis es schließlich zum Gesamtversagen des Bauwerks (Deichbruch) kommt (Abbildung 4e, f).
Abbildung 4a-f: Versagensformen und ihre Ursachen auf der Binnenböschung (Quelle: SCHÜTTRUMPF & OUMERACI 2002)
Dieses Schadensmuster kann auf die überwiegende Anzahl der Deichschäden übertragen werden, die seit Beginn des Deichbaus eingetreten sind. Während in früheren Jahrhunderten die vollständige Überströmung des Deiches zum Gesamtversagen führte, sind die meisten Schäden an Seedeichen bei den beiden großen Sturmfluten 1962 und 1976 auf Rutschungen der Binnenböschung infolge Wellenüberlauf zurückzuführen. Schäden an Fluss- und Stromdeichen sind dagegen überwiegend auf Überströmung bzw. lang anhaltende Durchsickerungen zurückzuführen.
Das Versagen eines Deiches kann auch infolge Durchsickerung, Durchströmung bzw. Unterströmung eines Deiches eintreten. Die morphologischen Prozesse entsprechen im Wesentlichen denen, die auch bei Wellenüberlauf bzw. Überströmung auftreten, d. h. die durchweichte Binnenböschung rutscht auf dem Deichkern ab, oder es kommt zum Kappensturz. Das durch den Deich sickernde Wasser kann großflächig oder lokal aus dem Deich austreten und weicht so die Binnenböschung vom Deichfuß her auf. Derartige Wasseraustrittsstellen werden auch als Hangquelle und das austretende Wasser als Qualmwasser bezeichnet (DVWK 1986). Die durch das austretende Wasser durchweichte Binnenböschung verliert schließlich ihre Standsicherheit und rutscht ab (En-bloc-Rutschung oder Kappensturz).
Neben dem großflächigen Verlust der Standsicherheit kann auch die Umlagerung der Bodenteilchen durch Suffusion (Auswaschen feiner Bodenteilchen aus dem Gefüge) oder Kontakterosion (Auswaschung von Bodenteilchen einer feinkörnigen Bodenschicht durch eine grobkörnige Bodenschicht) stattfinden. Wurden auf diese Weise Bodenteilchen ausgespült, so kann es zur rückschreitenden Erosion kommen. Hierdurch kann eine Erosionsröhre entstehen, durch die das Wasser von der Wasserseite zur Landseite strömt. Die Wandungen der Erosionsröhre werden weiter erodiert, bis es schließlich zum Deichbruch kommt. Rückschreitende Erosion kann aber auch an durchströmten Wühlgängen oder abgestorbenen Baumwurzeln beginnen.
Auch bei Schäden infolge Durchsickerung des Deiches ist der Bodenaufbau entscheidend. Ein sandiger Deich bzw. ein sandiger oder torfhaltiger Untergrund begünstigt die Durchsickerung und damit die Gefahr eines Deichbruchs. Ansatzpunkte für Schwachstellen im Deichuntergrund können aber auch Wehlen früherer Deichbrüche und sogar Bombeneinschläge sein.
Neben der Unterscheidung der Versagensprozesse ist auch eine Unterscheidung nach der physikalischen Ursache sinnvoll (SCHÜTTRUMPF & OUMERACI 2002):
Erosion infolge Auf- und Ablaufgeschwindigkeiten auf der Deichaußenböschung
Ausschläge infolge Druckschlagwirkung brechender Wellen
Ausschläge infolge dynamischen Auftriebs (eher Deckwerke)
Erosion infolge Überströmung oder überlaufender Wellen
Infiltration von Wasser durch Deichaußenböschung, Deichkrone und Deichbinnenböschung
Durchsickerung und Durchströmung des Deiches
Eisbelastung
2.3 Einflussfaktoren auf Deichschäden
Deich-
