Tijdsafhankelijke belastingen : rekentechnieken
De betrouwbaarheidsanalyse van een waterkering, waarin rekening wordt gehouden met tijdsafhankelijke belastingen (en sterkte), wordt vaak met de rekentechniek Crude Monte Carlo benaderd. De methode is zeer intuïtief en levert goede resultaten op (mits voldoende aantal trekkingen), maar leidt tot aanzienlijke rekentijden. De vraag is of andere rekentechnieken (of een andere aanpak) de methode kunnen vervangen?
Om deze vraag te beantwoorden is binnen deze studie eerst gezocht naar methoden die gebruikt worden om berekeningen uit te voeren voor faalmechanismen met tijdsafhankelijke belastingen en/of cumulatieve faalprocessen.
In de eerste plaats is een literatuurstudie uitgevoerd. Veel van de in de literatuur beschreven methoden gebruiken de ‘outcrossing’ methode. Outcrossing is een elegante methode, waarin het schatten van de outcrossing rate (ofwel het faaltempo) het doel is. De outcrossing methode wordt op dit moment binnen BOI toegepast om ruimtelijke correlaties mee te nemen bij het bepalen van de faalkans van een dijkvak (lengte-effect).
Verder is op basis van interviews met Deltares specialisten en door het beschouwen van verschillende probabilistische modellen een vergelijkbare aanpak voor zowel cumulatieve als voor faalmechanismen met een trage respons voorgesteld. In de aanpak worden tijdreeksen van hydraulische belastingen aangeboden aan een Z-functie. In de Z-functie worden vervolgens belastingen en cumulatieve faalprocessen van opeenvolgende tijdstappen gecombineerd. De methode wordt al toegepast binnen enkele “Kennis voor Keringen” projecten. In overleg met de opdrachtgever is de methode geïmplementeerd in een prototype en toegepast voor twee locaties langs het IJsselmeer en twee cumulatieve faalmechanismen (GEKB en GEBU1). Met het prototype is de bruikbaarheid van verschillende rekentechnieken (FORM, Directional Sampling en Crude Monte Carlo als referentie) onderzocht.
Geconcludeerd wordt dat Directional Sampling goed de betrouwbaarheidsindex van Crude Monte Carlo benadert. De rekentijd van Directional Sampling is aanzienlijk kleiner dan de rekentijd van Crude Monte Carlo. FORM doet het minder goed dan Directional Sampling en de resultaten van FORM zijn sterk afhankelijk van de gekozen startwaarden. Het toepassen van FORM (wegens bijv. de korte rekentijd) vereist goed nadenken over de keuze van de startwaarden en uitgebreid testen van deze keuze(n).
Verder aanbevolen wordt om het ontwikkelde prototype te gebruiken om o.a.:
• Het effect van de (auto)correlatie in de windsnelheid in kaart te brengen (ofwel het effect van tweeling/drieling stormen).
• Windrichting per 48 uur te laten variëren.
• Ervaring met de outcrossing methode op te bouwen door met het prototype de outcrossing rate voor meerdere locaties te bepalen.
Dit is een rapport van Kennis voor Keringen (Rijkswaterstaat/Deltares)
Voor meer informatie over deze ontwikkelingen neem contact op via IPLO.NL