Zoeken in deze site

Inhoudsopgave


Lengte-effect en meerdere afhankelijke faalmechanismen per traject

Bij het bepalen van de faalkans van een traject spelen twee fenomenen een belangrijke rol: het zogenoemde lengte-effect en de onderlinge afhankelijkheid van faalmechanismen.

Het lengte-effect

Elk traject bestaat uit een aaneengesloten reeks waterkeringen, zoals dijkvakken, kunstwerken en duinvakken. Deze waterkeringen vormen de componenten van een seriesysteem, zoals de schakels van een keten. Onderstaande figuur laat met een foutenboom zien hoe verschillende schakels (hier dijkvakken) bijdragen aan het falen van het traject. Een dijk- of duinvak is hierbij een deel van het traject waarbinnen de belasting en de sterkte statistisch homogeen zijn: de kansverdelingen van de belasting en de sterkte zijn binnen het vak overal hetzelfde.

foutenboom
Figuur 1 Foutenboom.

Een keten is zo zwak als de zwakste schakel: als één schakel faalt, faalt het systeem. De overstromingskans van een traject is daarom gelijk aan de kans dat ten minste één schakel faalt. In de praktijk is het onzeker welke schakel de zwakste is. Ook is het onzeker hoe zwak de zwakste schakel is.

Hoe langer een dijk, des te groter de kans is dat zich ergens een relatief zwakke plek bevindt. De kans dat een lange dijkstrekking ergens faalt, is groter dan de kans dat het traject op één specifieke plek faalt. Dit wordt ook wel het lengte-effect genoemd. Daarom vinden tijdens hoogwater patrouilles plaats langs de dijken om te zien of ergens problemen optreden: hoe groter de afstand die een dijkwachter aflegt, des te groter de kans is dat hij of zij ergens een probleem constateert, ook als de kans op het zien van een probleem bij elke stap hetzelfde is.

Als de waarde van een belangrijke onzekere parameter van punt tot punt sterk kan verschillen, dan is het lengte-effect groot. In de praktijk is het lengte-effect groot bij geotechnische faalmechanismen zoals macrostabiliteit en piping. Bepalend voor deze faalmechanismen zijn de onzekere, ruimtelijk gevarieerde eigenschappen van de ondergrond.

lengteeffect
Figuur 2 Illustratie van het lengte-effect: de kans dat het ergens in het dijktraject misgaat, is groter dan de kans dat het op een specifieke plaats misgaat.

Het lengte-effect is juist klein voor faalmechanismen zoals overloop en overslag. Voor deze faalmechanismen is de buitenwaterstand dominant en die is langs gehele traject gelijk. Bij golfoverslag kan wel sprake zijn van enig lengte-effect. De golfbelastingen op de dijken hangen sterk af van de windrichting en de oriëntatie van de dijken binnen een traject. Stel dat een traject op de ene locatie zou kunnen falen bij harde oostenwind en op een andere bij harde westenwind, dan is de faalkans van het gehele traject groter dan de faalkans van het gedeelte met de westelijke oriëntatie of het gedeelte met de oostelijke oriëntatie.

Het lengte-effect is als volgt te verrekenen in de kans dat een bepaald faalmechanisme ergens in een traject tot een overstroming leidt:

  1. Verdeel het traject in vakken met gelijke statistische eigenschappen.
  2. Bereken per vak de faalkans op basis van een representatieve doorsnede.
  3. Vertaal de faalkans voor de representatieve doorsnede steeds naar een faalkans voor het gehele vak, rekening houdend met het lengte-effect. Het lengte-effect is afhankelijk het relatieve belang van de onzekere grootheden en daarmee per vak verschillend. De verschillende onzekere grootheden zijn namelijk niet allemaal even ruimtelijk variabel. Zo is de buitenwaterstand over grote afstanden hetzelfde, maar kunnen de eigenschappen van de ondergrond over korte afstanden veranderen. Het lengte-effect is groter naarmate het belang van de onzekerheden met grote ruimtelijke variatie groter is.
  4. Combineer de faalkansen van de vakken, rekening houdend met de afhankelijkheden (correlaties) tussen de vakken.

Het splitsen van vakken leidt niet tot een andere faalkans op trajectniveau. Het lengte-effect bestaat namelijk ook binnen dijkvakken. Door een lang dijkvak in twee delen te splitsen, ontstaan twee nieuwe vakken die elk een kleinere faalkans hebben dan het oorspronkelijke, langere dijkvak. De gecombineerde faalkans van de twee kleinere vakken is echter weer gelijk aan de faalkans van het oorspronkelijke dijkvak.

Faalmechanismen en hun afhankelijkheden

Elk dijkvak, kunstwerk of duinvak kan door uiteenlopende faalmechanismen falen. De foutenboom in onderstaande figuur geeft dit weer. De kans op een overstroming is gelijk aan de kans dat ten minste één van de faalmechanismen ergens optreedt. Deze kans is kleiner dan de som van de faalkansen per faalmechanisme. De faalmechanismen zijn namelijk niet geheel onafhankelijk. Zo is de buitenwaterstand voor veel faalmechanismen de drijvende kracht.

foutenboom2_1
Figuur 3 Uitwerking van foutenboom met verschillende faalmechanismen.

Literatuur

Tekst letterlijk overgenomen uit:

Kok, M., R.B. Jongejan, M.W.C. Nieuwjaar en I.C. Tánczos. Grondslagen voor hoogwaterbescherming ; Tweede herziene druk. Expertise Netwerk Waterveiligheid (ENW), november 2017.

Over versie 1.0: 02 april 2021

Grondslagen voor hoogwaterbescherming, november 2017. Tweede herziene druk.