Transparantx

Transparantx tool

Probabilistisch model voor spanningen in ondergrondse leidingen

Comsima

In Nederland treden enkele keren per dag storingen op in waterleidingen. Dit leidt tot overlast voor de omgeving. Kapotte leidingen ontstaan doordat ze te zwaar belast worden ten opzichte van de belasting die de leiding kan dragen. Door verouderingsprocessen worden leidingen na verloop van tijd minder bestendig tegen belasting. Om storingen te voorkomen, moeten leidingen tijdig worden vervangen.

Voor het opstellen van een doeltreffende vervangingsstrategie is een goed beeld nodig van de optredende belastingen en de verouderingsprocessen. Om spanningen in ondergrondse leidingen te berekenen is het model Comsima ontwikkeld (COMputation of Stresses In MAins). Comsima maakt gebruikt van gegevens van de leiding, grond, zettingen, verkeer- en bovenbelasting. Berekeningen kunnen zowel voor leidingen met starre verbindingen als leidingen met flexibele verbindingen worden uitgevoerd. Comsima berekent een spanning in de leiding alsmede een hoekverdraaiing van een verbinding. Falen treedt op als de toelaatbare spanning (in dit geval de vloeispanning van het materiaal) of de toelaatbare hoekverdraaiing wordt overschreden. Sinds 2017 heeft Comsima ook de mogelijkheid om effecten van veroudering (zoals afname in de wanddikte bij AC leidingen, of een afname van de weerstand tegen langzame scheurgroei bij PVC) mee te nemen in de berekening van de spanning.

Belang van fysische modellen in relatie tot andere kennisbronnen

Comsima is een probabilistisch-fysisch model. Dat wil zeggen dat het model de fysische toestand van een leiding beschrijft en dat de werking (berekening) door het model berust op kansen. Deze kansen worden bepaald door kansdichtheidsfuncties voor de parameters in het model, zoals wanddikte, zetting en verkeersbelastingen. Door een veelvoud aan berekeningen uit te voeren en daarbij steeds parameters te bepalen uit de kansdichtheidsfuncties (‘Monte Carlo analyse’) ontstaat een beeld van de kans op falen (en de onzekerheid daarvan) van een leiding, gegeven de eigenschappen van de leiding en de omgeving van de leiding.

Het modelleren van fysische processen (spanning, veroudering) van leidingen is nuttig omdat hiermee de mogelijkheid ontstaat voor individuele leidingen te bepalen of deze kritiek zijn en vervangen moeten worden. Dit is in de huidige situatie niet mogelijk met storingsgegevens. Een combinatie van fysisch modelleren (Comsima), analyses van storingsgegevens en resultaten van leidinginspecties is noodzakelijk om tot een compleet en kostenefficiënt beeld van leidingdegradatie te komen.

Validatie van Comsima met storingsgegevens uit USTORE

In 2018 heeft een validatie plaatsgevonden waarbij getest is in hoeverre uitkomsten van Comsima van een grote groep leidingen overeenkomen met storingsgegevens uit USTORE van diezelfde groep. Hiervoor zijn met Comsima spanningsberekeningen uitgevoerd voor ruim 10.000 kilometer waterleiding, waarbij gebruik gemaakt is van nauwkeurige zettingsgegevens op basis van satellietdata. Uit deze validatie blijkt dat er een duidelijke relatie is tussen de uitkomsten van Comsima en de storingen die gedurende de afgelopen jaren in USTORE gerapporteerd zijn.

De juistheid van de uitkomsten van Comsima is uiteraard afhankelijk van de juistheid en nauwkeurigheid van de informatie die in het model gebruikt wordt.

Overzicht van de belastingen op de buis en spanningen in de buis. Voor de spanningen in omtrekrichting door verticale belasting geldt dat de spanning aan de binnenzijde van de buis is weergegeven. Dit is dezelfde spanningsverdeling zoals in de NEN 3650 norm. De spanning aan de buitenzijde is precies omgekeerd.