Samenvatting
Probabilistische faalkansanalyse (‘reliability analysis’) is een krachtige methode om de actuele betrouwbaarheid van bestaande constructies vast te stellen. Hiermee kunnen in bouwnormen vaak aanwezige conservatieve uitgangspunten worden vermeden waardoor de restlevensduur van constructies betrouwbaar bepaald en vaak verlengd kan worden. Ook kan de veiligheid van aangepast functioneel gebruik worden onderbouwd. Voor complexe constructies zoals kademuren zijn er echter nog praktische bezwaren bij |
de toepassing van faalkansanalyses in verband met rekentijden en robuustheid van de analyses. In dit project worden recent in fundamenteel onderzoek ontwikkelde probabilistische methodes (met veelbelovende performance) doorontwikkeld voor toepassing bij (complexe) geotechnische constructies, o.a. voor de funderingselementen van natte kunstwerken. Het project is een samenwerking van Port of Rotterdam en Witteveen+Bos als |
eindgebruikers en Deltares als ontwikkelaar (Deltares) om tot in de geotechniek breed geaccepteerde methodes te komen om de potentie van probabilistische faalkansanalyses aan de sector ter beschikking te stellen. |
Stand van zaken
Kick-off 2019
Het project is in oktober 2019 gestart met het selecteren van twee kademuren in uit het havengebied van Rotterdam als test cases voor de methodeontwikkeling. Parallel hieraan wordt de methode operationeel gemaakt door de koppeling tussen de Probabilistic Toolkit (Deltares) te koppelen met de EEM-software Plaxis..
Werkzaamheden 2019 en 2020
Eind 2019 en in 2020 is door het GRAPA team gewerkt aan Case 1 'Sleepboothaven'. Hierbij is de case opgezet en de methode operationeel gemaakt. Eerste resultaten zijn vervolgens verkregen in de vorm van betrouwbaarheids indices en invloedsfactoren per relevante variabele. Eerste conclusies waren dat de methode voor de meer eenvoudige limit state functie 'vloeigrens voorwand' snel en accuraat is. Geen wezenlijke aanpassingen bleken nodig aan de gebruikers instellingen van de methode. Voor de meer complexe limit state 'geotechnisch falen' bleek convergentie echter lastig te zijn. Geconcludeerd werd dat meer onderzoek nodig is naar de convergentie criteria van de methode en de impact van de gebruikers instellingen op de efficiëntie van de methode. Door het GRAPA team is besloten een TU Delft afstudeerder aan te haken op het project. Doelstelling van dit afstudeerwerk is diepgaander inzicht te ontwikkelen in de methode en waar mogelijk verbeteringen door te voeren.
In 2020 is door de afstudeerder, begeleid door de GRAPA team, verder gewerkt aan Case 1, met name aan de complexere limit state 'geotechnisch falen'. Verder inzicht is ontwikkeld in de methode en aanpassingen zijn voorgesteld en geïmplementeerd ten aanzien van de convergentie criteria. Aanvullend zijn voorstellen gedaan voor de 'default setting' van de benodigde gebruikersinstellingen, zie tabel 1. Met deze aanpassingen en voorstellen is het gelukt voor Case 1 voor de limit state 'geotechnisch falen' op een efficiënte manier tot realistische resultaten te komen, zie figuur 1.
Werkzaamheden 2021, afronding
Door de afstudeerder zijn de opgedane ervaringen van Case 1 vervolgens gebruikt bij het werken aan Case 2 'HHTT-quay' waar een complexere kademuur constructie is toegepast met ontlastvloer. Voor deze Case is de betrouwbaarheids analyse opgezet en worden analyses gemaakt waarbij gebruik is gemaakt van de ervaringen van Case 1. Ten tijde van afronden van het GRAPA project (halverwege 2021) is het afstudeerwerk in de afrondende fase. De belangrijkste resultaten van Case 2 bevestigen de resultaten van Case 1, namelijk dat met ERRAGA op een efficiënte wijze tot realistische resultaten kan worden gekomen voor complexe eindig elementen modellen.
Halverwege 2021 is besloten het GRAPA eindrapport af te ronden met de focus op Case 1. De resultaten van het onderzoek worden gepubliceerd in twee rapportages, te weten de GRAPA rapportage zelf (zie rapport 1 Eindverslag GRAPA) en het bijbehorend TU Delft afstudeerwerk van Van der Werf (zie TU Delft repository).
Belangrijkste conclusies en aanbevelingen
In het huidige project over geotechnische betrouwbaarheidsanalyse voor praktische toepassingen (GRAPA) is de ERRAGA-metamodellerings aanpak voor betrouwbaarheidsanalyse verder ontwikkeld om een zodanige volwassenheid bereiken dat het geschikt is voor gebruik met (early adopter) ingenieursbureaus in projecten. Wij zijn van mening dat dit doel is bereikt, hoewel deskundige kennis over betrouwbaarheids analyses in de eerste toepassingen noodzakelijk zal blijven.
In de gepresenteerde case study (en de bijbehorende MSc-thesis) heeft de ERRAGA-aanpak grote potentie getoond:
- ERRAGA genereert betrouwbaarheidsindices en alfawaarden die vergelijkbaar zijn met benchmark analyses met FORM, MCS of DS.
- ERRAGA gebruikt dezelfde hoeveelheid van berekeningen als FORM en is orden van grootte sneller dan MC-achtige benaderingen zoals DS.
- ERRAGA kan omgaan met ruis en onvolledige output uit eindige elementen -berekeningen en kan als zodanig resultaten genereren voor complexe (geotechnische) grenstoestanden waar FORM niet kan en waar Monte Carlo-benaderingen onpraktisch lange rekentijden (maanden) zouden vergen.
Met deze potentie komt de hogere complexiteit van het algoritme. Er moeten verschillende instellingen worden ingesteld door de gebruiker. In dit onderzoek is ervaring opgedaan met deze instellingen en zijn eerste instellingen gegeven voor de default settingen voor een robuuste analyse hoewel we van mening zijn dat deze kunnen nog worden verbeterd.
De ERRAGA-aanpak is toegankelijk via de Probabilistic Toolkit (PTK, vrij beschikbaar via Deltares), wat de applicatie gemakkelijker toegankelijk maakt voor niet-deskundige gebruikers via de grafische gebruikersinterface (d.w.z. geen programmeervaardigheden vereist). Deze ontwikkelingen moeten leiden tot het beter faciliteren van op maat gemaakte betrouwbaarheidsanalyses van kademuren of andere geotechnische constructies. Dit zal uiteindelijk op zijn beurt resulteren in een betere beoordeling van bestaande constructies en geoptimaliseerd ontwerp van nieuwe constructies, wat weer resulteert in een langere levensduur en kostenbesparingen terwijl wordt voldaan aan de betrouwbaarheidseisen van de relevante veiligheidsnormen (bijv. Eurocodes).
Tabel 1. Instellingen ERRAGA voor limit state 'geotechnisch falen'
Figuur 1. Resultaten voor limit state 'geotechnisch falen' Case 1
| View file | ||||
|---|---|---|---|---|
|
Rapport 1. Eindverslag GRAPA