Voor een betrouwbaarheidsanalyse vindt eerst een analyse van de belastingen en de sterkte-eigenschappen plaats, inclusief de onzekerheden en vervolgens een vergelijking tussen de belastingen en de sterkte-eigenschappen.

Belasting

De belangrijkste belastingen zijn doorgaans de waterdruk, de krachten die de golven op de kering uitoefenen en de stroming langs, door of onder de kering. Daarnaast kan de kering worden belast door bijvoorbeeld het verkeer over een weg op de kering, een aanvaring of een aardbeving. De relevante belastingeigenschappen kunnen per faalmechanisme verschillen.

De belastingen die op een waterkering werken, zetten tal van fysische processen binnen de waterkering in gang. Er ontstaan bijvoorbeeld spanningen en er treedt degradatie op. Deze veranderingen worden ook wel belastingeffecten genoemd. Een voorbeeld van een belastingeffect is de invloed van hoogwater op de waterspanningen in een grondconstructie. Een dijk ontleent zijn stabiliteit aan de schuifsterkte die op zijn beurt afhangt van de wrijving tussen de korrels van de grond (de effectieve spanning). Deze effectieve spanning wordt lager naarmate de waterspanning hoger wordt. De dijk wordt daardoor minder stabiel. Een vergelijkbaar verschijnsel treedt op bij kunstwerken: deze ontlenen hun weerstand tegen afschuiven aan wrijving en die wordt kleiner door de opdrijvende kracht van het hoge water.

Het verschil tussen de belasting en het bijbehorende belastingeffect is niet altijd scherp. Soms kan een belastingeffect ook bestaan uit een sterktevermindering, zoals het afnemen van de schuifsterkte van grond onder invloed van een aardbevingsbelasting. Dit geeft wel aan dat ook het onderscheid tussen belasting en sterkte niet altijd scherp te maken is. Het is onzeker hoe groot de belasting op een waterkering in een bepaalde tijdsperiode is. In de praktijk komt deze onzekerheid voor een belangrijk deel voort uit de natuurlijke variabiliteit van zeewaterstanden, rivierafvoeren en windsnelheden. Ze komt echter ook voort uit kennisonzekerheden, zoals de onzekerheden over de ruwheid van rivierbodems en de relatie tussen windsnelheden en golfhoogtes. Al deze onzekerheden zorgen er samen voor dat er in de praktijk alleen in kanstermen kan worden gesproken over de belasting (zie ook paragraaf 3.2). Zo kan bijvoorbeeld de waterstand worden bepaald die (gemiddeld) eens per 100 jaar overschreden wordt.

Sterkte

De sterkte van een waterkering is het vermogen om weerstand te bieden aan de belastingen op de kering. Voorbeelden van sterkte-eigenschappen zijn de hoogte van een waterkering en de hoek van inwendige wrijving van zandig dijkmateriaal. De relevante sterkte-eigenschappen kunnen per faalmechanisme en per belastingsituatie verschillen. In de praktijk is de sterkte van een waterkering zelden of nooit precies bekend. De onzekerheid over de sterkte is te beschrijven door aan de verschillende mogelijke sterktes kansen toe te kennen.

De sterkte van een constructie wordt voor een ontwerp of bij een beoordeling in beginsel bepaald met rekenmodellen. Deze modellen berusten in meer of mindere mate op vereenvoudigingen. Sommige modellen simuleren in detail het gedrag van de constructie bij een opeenvolging van belastingen, zoals een computerprogramma dat de vervorming van een grondlichaam op iedere plaats in de dwarsdoorsnede berekent. Ook zijn er empirische modellen en vuistregels. In die gevallen ontbreekt een helder inzicht in de onderliggende fysische processen. Verder zijn er modellen die de fysica op eenvoudige wijze beschrijven, zoals het Bishop-model voor de afschuiving van een talud. Deze modellen beschrijven de essentie van het fysische proces, terwijl een aantal minder belangrijke zaken buiten beschouwing wordt gelaten.

Welk type model de voorkeur verdient, verschilt van geval tot geval. Zo volstaat over het algemeen in het begin van een ontwerpproces een eenvoudig model en is pas later in het proces een verfijnder model nodig. Empirische en eenvoudige fysische modellen bieden het voordeel van gebruiksgemak en navolgbaarheid van berekeningen, maar de modelonzekerheid is relatief groot. Als deze onzekerheid een knelpunt vormt of de omstandigheden te complex zijn kunnen geavanceerde modellen uitkomst bieden. Deze hebben echter vaak als nadeel dat ze gedetailleerdere invoer vragen. Als die niet voorhanden is, wordt modelonzekerheid slechts vervangen door parameteronzekerheid.

De invoerparameters van modellen berusten op metingen en/of expert judgement. De onzekerheden over de invoer is in kanstermen uit te drukken, door aan elke parameterwaarde een kans toe te kennen die aangeeft hoe waarschijnlijk het is dat deze waarde de werkelijke waarde is. Deze kansen zijn aan te passen op basis van waargenomen gedrag van de kering. Als bijvoorbeeld een kering een extreme belasting heeft gekeerd, kan dat erop duiden dat bepaalde ongunstige sterkte-eigenschappen minder waarschijnlijk zijn dan men vooraf had gedacht.

De relatie tussen belasting en sterkte

De relatie tussen de belasting op en de sterkte van een kering is te beschrijven met een grenstoestandfunctie. Deze functie geeft voor elke mogelijke combinatie van belastingen en sterkte-eigenschappen aan of de kering faalt of niet. Een grenstoestandfunctie wordt vaak een Z-functie genoemd. 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 de kering en de belasting op de kering beschrijven. In veel gevallen is de grenstoestandfunctie voor een bepaald faalmechanisme te schrijven als het verschil van een sterkte en een belasting:

Z = R - S

Waarin:

Z = Grenstoestandfunctie

R = Sterkte

S = Belasting

De sterkte en de belasting in de bovenstaande vergelijking kunnen weer functies zijn van verschillende parameters. Grenstoestandfuncties spelen een belangrijke rol in betrouwbaarheidsanalyses.