· · · Institutional Repository

Advanced plans were made by the Dutch government to extend the port of Rotterdam by means of the construction of a land reclamation in the North Sea, the Maasvlakte 2. Because no safety standards exist for the Maasvlakte 2, it is useful to determine an optimal design from an economic point of view by cost-benefit analysis. The economic optimal design of the Maasvlakte 2 is assumed to be the design for which the net present value (NPV) of the total costs (including loss of benefits) is minimal. An accompanying optimal level of safety for the Maasvlakte 2 is also found. In this analysis, the Maasvlakte 2 is assumed to be a system composed of three elements, a breakwater, a sea defence and a terrain area. For each element, decision variables are selected which have influence on the resistance (strength) and the costs and benefits of the Maasvlakte 2, and also represent relations between elements. For the breakwater, the crest height and the diameter of the concrete blocks in the armour layer are considered as decision variables. For the terrain area, the height of the terrain area is the only decision variable considered. For the sea defence, the crest height, the diameter of the quarry stones in the protection layer of the outer slope and the angle of the outer slope are considered as decision variables. A selection of failure modes is also made for each element.Each failure mode is written in the form of a reliability function Z = R-S in which R is the resistance and S is the sollicitation. For the failure modes, hydraulic conditions (waves, water levels) represent the sollicitation. The geometry and strength of the elements, also determined by the decision variables, represent the resistance. In the calculation of the economic optimal design of the Maasvlakte 2, a bottom-up approach is used: 1. at first, calculations are executed for each failure mode 2. then, these results are used in the optimisation per element 3. finally, optimal element results are used in the optimisation of the system. This way the optimal design for Maasvlakte 2 is derived. With this optimisation method, a probabilistic design is determined and compared with a deterministic design it proves to be much more cost effective.

In dit rapport wordt een probabilistisch (diepte-) ontwerp gepresenteerd voor het binnengebied van de haven van Rotterdam. Ook worden de mogelijke faalmechanismen (bodemberoering en verminderd manoeuvreerbaarheid) bestudeerd. Als referentie modellen zijn bestudeerd de modellen Harap en Protide van Rijkswaterstaat, en CADET van US Army Corps of Engineers. Deze modellen zijn echter toepasbaar in open wateren (buiten de haven) en verschillen hiermee, zoals in het rapport naar voren zal komen, met het model voor het binnengebied. Het probabilistische ontwerp beoogt inzicht te verkrijgen in de sterkte “R” (resistence) en de belasting “S” (sollicitation) van een systeem. De nautisch gegarandeerde diepte kan dan gezien worden als sterkte (R) in het model en het getij, de golven, squat en diepgang als belasting (S). In deze studie worden twee zogenaamde faalmechanismen onderscheiden: • Bodemberoering • Verminderde manoeuvreerbaarheid/bestuurbaarheid De verschillen tussen de twee faalmechanismen in de bepaling van de kielspeling zijn onderzocht. Daarin zijn de hiervoor genoemde parameters gerelateerd aan het faalmechanisme. Zo is gebleken dat niet alle factoren relevant zijn voor elk faalmechanisme. In geval van het faalmechanisme bodemberoering is logischerwijs geen rekening gehouden met de manoeuvreermarge. In geval van verminderd manoeuvreren wordt het aspect ‘scheepsbewegingen in golven’ niet in beschouwing genomen, vanwege het dynamische karakter van het aspect. Gezien de zeer beperkte golfindringing kan gesteld worden dat het faalmechanisme bodemberoering niet dominant is. Bovendien ligt de referentiediepte bij dit faalmechanisme (geconsolideerde bodem) lager dan de referentiediepte van het faalmechanisme verminderd manoeuvreren (nautische bodem). Het faalmechanisme verminderd manoeuvreren is dan ook het uitgangspunt van het model. Hierbij is de aanvaardbare kans (het criterium) op verminderd manoeuvreren 1%. Met behulp van de Monte Carlo Simulatie is de kielspeling Z bepaald aan de hand van verdelingen van de parameters in formule (1), waarbij moet gelden Z<1 om falen te voorkomen. De simulatie is uitgevoerd voor de havens en het Beerkanaal in de Maasvlakte 1. Vervolgens is de diepte in de havenbekkens geoptimaliseerd door de nautisch gegarandeerde diepte te verhogen of verlagen tot dat de diepte net voldoet (<1,0%). De conclusies uit deze studie zijn: • Het is mogelijk om ook voor het binnengebied de diepte op een probabilistische manier uit te rekenen; • In het onderzochte gebied is het faalmechanisme “verminderd manoeuvreren” dominant ten opzichte van het faalmechanisme “bodemberoering”; • De probabilistische methode lijkt een voordeel op te leveren in de orde grootte van tienden meters tot zelfs meer dan 1 meter; • Toepassing van een toelatingsbeleid binnen de probabilistische methode is noodzakelijk; • De mogelijkheid bestaat om het toegepaste model uit te breiden tot een operationele tool.

De steeds groter wordende diepgang van zeeschepen vereist dat golfbrekers op grotere dieptes aangelegd moeten worden. De kosten van stortsteen golfbrekers op grote dieptes zijn aanzienlijk hoger dan op kleine dieptes. Verticale golfbrekers lijken een betere alternatief te zijn met betrekking tot de totale kosten prestatie, standaardisatie, kwaliteitscontrole, milieu aspecten, uitvoering en onderhoud. Vanwege het stochastische karakter van golfbelasting en sterkte-eigenschappen lijkt een probabilistische ontwerpmethode de beste oplossing voor stabüiteitsproblemen van verticale golfbrekers te zijn. Bezwijkmechanismen van verticale golfbrekers zijn met probabilistische ontwerpmethoden onderzocht. Voor dit doel is een verticale golfbreker, geplaatst boven een vrij hoge stortsteenfundertng bekeken. Na een opsomming van de belangrijkste bezwijkmechanismen te hebben gemaakt, zijn enkele bezwijkmechanismen verder uitgewerkt. Probabilistische berekeningen zijn zowel op niveau II (Approximate Full Distribution Approach) als op niveau III (Monte Carlo) gemaakt. De resultaten van beide methoden zijn met elkaar vergeleken door voor een aantal caissonbreedtes de faalkans te bepalen en in een grafiek uit te zetten. Ten slotte is gekeken naar de faalkans van het totale systeem dat bestaat uit de onderzochte bezwijkmechanismen. Uit de berekeningsresultaten blijkt dat van de onderzochte bezwijkmechanismen, het landwaarts afschuiven van de ondergrond het grootste bezwijkgevaar oplevert. Het zeewaarts afschuiven van de ondergrond (d.w.z. bij een golfdal) heeft daarentegen een zo kleine faalkans dat die verwaarloosd kan worden. Uit de niveau II berekeningen is gebleken dat bij alle mechanismen de variantie van de significante golfhoogte de grootste bijdrage heeft in de variantie van de betrouwbaarheidsfunctie van elk mechanisme. Vergelijking van de resultaten van berekeningen op niveau II en Monte Carlo simulaties laat zien dat de twee methoden niet altijd vergelijkbare resultaten geven. De reden dat een niveau II berekening voor sommige bezwijkmechanismen faalkansen levert die afwijkend zijn van faalkansen uit een Monte Carlo simulatie zou in de niet lineariteit van de betrouwbaarheidsfuncties kunnen liggen. Voor een verder onderzoek wordt aanbevolen om ook via een volledige integratie, per bezwijkmechanisme, het verloop van de faalkans als functie van de caissonbreedte te bepalen en met de niveau II en Monte Carlo resultaten te vergelijken.

Sanitation, as described by the World Health Organization (WHO), refers to the provisions of facilities and services for safe disposal of human urine and faeces. On the outset of the 21st century, 40% of the world’s inhabitants do not have access to sanitation facilities and still rely on a bucket, a bush or a backstreet for excretion. Technically, all options that are required to deal with the global sanitation problem seem to have been already developed. However, the challenge remains in selection and implementation of technologies in a way that the desirable outcomes would be resulted. Some decision-making support tools have been developed so far to address this problem by assisting the decision-makers in selecting the appropriate technologies. While decision-making is about considering the likelihood of uncertain events, in most of the existing evaluation approaches the complex task of predicting and evaluating probabilities is reduced to simple judgmental operations. Forinstance, evaluation of sanitation options is often performed based on predicting the outcomes that best represent a sanitation system, with no or little regard to the factors that limit the predictive accuracy. This thesis adopts a new evaluation approach by taking into account the real world examples from executed sanitation facilities and develops a probabilistic evaluation framework in which sanitation options are assessed based on the probabilities that specific outcomes occur in practice. Absolute judgments are replaced by probable assessments, as this approach tries to keep its distance from making the uncertain certain. Although there may be a hidden consensus that quantification of occurrence probabilities for various outcomes of sanitation options is not always possible, some quantification methods are developed and presented in this thesis for all the assessment criteria. Moreover, this thesis does not only focus on making the decisions, but also tries to channel the decisions in a way that the negative outcomes of sanitation facilities would be reduced through the measures that could be taken to improve the performance of sanitation options. By applying the probabilistic evaluation approach for decision-making about sanitation facilities in low-income unplanned slum settlement of Nyalenda in Kisumu, Kenya (based on limited available data about this region in literature) it is indicated that while a sanitation option may be known for fulfilling a certain task by definition, through a probabilistic evaluation it may be revealed that the local conditions are not likely to allow the expected outcome to occur in practice and as a result this option would have no priority among other options. The necessity for monitoring and post-evaluation of implemented sanitation projects in order to have sufficient feedback for improvement of future decisions is also highlighted.

Het sluizencomplex Vlissingen is opgebouwd uit stalen damwandconstructies. In de afgelopen 45 jaar is er minimaal onderhoud gepleegd aan deze constructies. De provincie Zeeland was benieuwd naar de huidige staat en de te verwachten restlevensduur van het complex. Witteveen+Bos heeft vervolgens een uitgebreid onderzoek uitgevoerd, waarbij een groot aantal metingen van staaldiktes en waterstanden zijn gedaan. Met de verworven datasets is de restlevensduur bepaald. Aanleiding voor dit afstudeeronderzoek is de vraag of het mogelijk is met dezelfde gegevens een volledig probabilistische berekening te maken en of een dergelijke berekening zal leiden tot andere inzichten in de restlevensduur. Op basis van de staaldiktemetingen is een, fysisch verklaarbare, corrosiezonering opgesteld. Aangenomen is dat er in iedere zone een homogeen, gelijkmatig corrosieproces optreedt met een natuurlijke spreiding. De mate van spreiding is gebaseerd op de metingen. Bepalend voor de grootte van het buigend moment zijn vooral de grondparameters phi en c, het bodemniveau voor de wand en de waterstandsverschillen. De onzekerheid omtrent de waarde van deze parameters is in de berekening meegenomen als een spreiding rond het buigend moment. In dit afstudeeronderzoek zijn twee modellen opgesteld. Het eerste model berekent per jaar de kans dat de wand bezwijkt door toedoen van het buigend moment. Het model verondersteld een lineaire afname van de staaldikte als gevolg van corrosie, maar bovendien een Iineaire toename van de mate van onzekerheid omtrent de corrosie. Het buigend moment wordt opgenomen door een systeem van samenwerkende damwandprofielen. Het tweede model berekent per jaar de kans op verlies van de kerende functie door het ontstaan van gaten in de wand. Het model verondersteld een constante groei van een corrosieput. De verdeling van de maximale corrosie wordt benaderd met een extreme waarde verdeling voor maxima van de gelijkmatige corrosie. Conclusie is dat een probabilistische berekening mogelijk is en dat de resultaten duidelijk afwijken van een traditionele berekening. Nader onderzoek zou zich moeten richten op het aantal meewerkende damwandprofielen, de correlatieafstand van corrosie en het verdisconteren van reeds bewezen sterkte in de rekenwaarde van de grondparameters.

In history PIANC has paid quite some attentions to breakwaters, in ancient years results of practical experience have been published in the country presentations at the Conferences, but later some of these papers started to have a more scientific basis. One of the first papers giving a good background on the processes of stability of breakwaters was published on the conference in Rome by IRIBARREN CAVANILLES AND NOGALES [1953]. As usual in those days, the paper does not have a title, but in fact it deals with the stability calculation of armour units. Later more detailed work was published in separate reports, like the "Final report of the International Commission on the study of Waves" in 1976.

One of the major problems in the design of coastal structures is that the design has to be based on very uncertain input data. This implies that the degree of uncertainty is an important value for the designer. In traditional design the uncertainty is not really quantified, but an overall “safety factor” is included. The problem of this approach is that the value of the safety margin is not known at all. Therefore an approach in which the uncertainties are quantified has the advantage that one is able to determine how much money is used for being at the safe side, to determine the level of safety, but also it becomes clear what are the most uncertain elements in the design. A probabilistic design method allows quantifying these values

Basic lecture on risk analysis for the design of coastal structures.

The potential ecological effects of the sand mining activities for Maasvlakte 2 have been identified in an Environmental Impact Assessment (EIA). One of the identified effects in this EIA was an impact on the number of sea ducks in the Natura 2000 area 'Voordelta'. The sand mining activities will cause an increase of the silt concentration along the North Sea coast. Subsequently the light intensity in the water column decreases. A change of the light intensity can affect the growth of phytoplankton. An impact on the growth of phytoplankton can finally affect higher-order species in the food chain: phytoplankton is eaten by bivalves and bivalves form the main food of sea ducks like eiders. Within this so-called impact-effect chain from sand mining to sea ducks, a large number of uncertainties play a role. In the EIA safe assumptions were used for a lot of these uncertainties. The final predicted impact is a result of the accumulation of several safe assumptions. Therefore, the probability of occurrence of this predicted impact will be small. Information on this probability of occurrence will be useful in the discussion about the necessity of mitigating and compensating measures. The main objective of this thesis is to give insight in the probability of occurrence of the possible effects of sand mining on sea ducks in the Voordelta. The research started by analysing which uncertain factors and processes have a large influence on the final result. A Monte Carlo analysis was used to take the uncertainties of these factors into account in the modelling of the ecological effects. Probability density functions were estimated for the relevant variables and were finally combined in the Monte Carlo analysis. From the results of the Monte Carlo analysis probability distribution functions for the impact of sand mining on eiders are derived. These probability distribution functions show that the probability that the sand mining activities for Maasvlakte 2 have a significant effect on eiders in the Voordelta is very small and can be considered negligible. In this thesis is shown that giving insight in the probability of occurrence of significant ecological effects by using a probabilistic analysis is possible. The methodology that is used in this thesis is also expected to be applicable for the assessment of ecological effects of other human activities.

De aanleiding voor dit afstudeerwerk was de constatering van Holland Railconsult dat hun begrotingen vaak lager waren dan het laagste bod bij een aanbesteding en dat zij vermoedden dat er een grotere marge rondom de begroting benodigd is om met een bepaalde betrouwbaarheid het laagste bod te vangen dan men in eerste instantie dacht. Men wilde graag weten of dit bij andere ingenieursbureaus eveneens het geval is. Tevens was men geïnteresseerd in de scherpte en nauwkeurigheid van de eigen begrotingen en die van concurrerende ingenieursbureaus. Enerzijds beweren aannemers vaak dat zij beter kunnen calculeren dan een ingenieursbureau. Zij hebben de uitvoeringservaring en moeten het werk ook echt maken voor de prijs die zij indienen. Anderzijds menen ingenieursbureaus dat zij juist nauwkeuriger kunnen calculeren omdat ze het ontwerp, dat zij zelf hebben gemaakt, beter kennen. De uiteindelijke begroting van de opdrachtgever en de bieding van een aannemer bestaan uit de kostprijs plus onder andere de winst. Welk winstpercentage een aannemer in rekening brengt is voor een opdrachtgever echter vaak moeilijk in te schatien. Dit is onder meer afhankelijk van de marktsituatie, maar ook van de situatie binnen het bedrijf zelf. In dit rapport zijn de scherpte en nauwkeurigheid van begrotingen van Holland Railconsult, DHV en de Bouwdienst van Rijkswaterstaat bepaald. Tevens is met behulp van modellen nagegaan wat de invloed is geweest van vooroverleg op de biedingen van de aannemers. Ook is onderzocht of een second opinion bij de bepaling van de begroting voor een hogere nauwkeurigheid kan zorgen. De nauwkeurigheid en de scherpte van begrotingen. Voordat verder wordt ingegaan op de scherpte en de nauwkeurigheid van de begroting wordt eerst toegelicht wat hieronder wordt verstaan. Scherpte is een relatief begrip, indien een begroting lager is dan een bieding, dan is de begroting scherper dan dat bod en het bod minder scherp dan de begroting. In dit rapport is de scherpte van de begrotingen van de drie bedrijven onderzocht ten opzichte van het gemiddelde bod bij een aanbesteding. Onder nauwkeurigheid wordt de variatiecoHficient rondom de betreffende begroting (of bieding) verstaan. Hoe kleiner deze is, des te nauwkeuriger de begroting (of bieding) is. De nauwkeurigheid en scherpte van de begroting bleken voor de ter beschikking gestelde projecten per ingenieursbureau behoorlijk te verschillen. De nauwkeurigheid van de begrotingen van Holland Railconsult, DHV en Rijkswaterstaat waren vóór Zembla (de televisie-uitzending van 9 november 2001 waarin dhr. Bos zijn onthulling deed) respectievelijk 11 %, 10 % en 21 % terwijl de variatiecoHficient van de biedingen 5 % was. De reden voor het grote verschil tussen de variatiecoHficient van de biedingen voor Zembla en de variatiecoëfficient van de begroting van de ingenieursbureaus is vermoedelijk het bij laten zakken van de biedingen door de aannemers. Het grote verschil in variatiecoHficient tussen Rijkswaterstaat enerzijds en Holland Railconsult en DHV anderzijds wordt mogelijk veroorzaakt door het feit dat Rijkswaterstaat de marktsituatie niet meeneemt in de begroting. DHV en Holland Railconsult doen dit namelijk meestal wel. Ook de scherpte van de begroting verschilde per bedrijf. Holland Railconsult zat gemiddeld 7 % onder het gemiddelde bod, DHV 12 % daarboven terwijl Rijkswaterstaat er gemiddeld 6 % onder zat.

Dit afstudeeronderzoek richt zich op de ontwikkeling van de verwachte kosten van grote waterbouwkundige en infrastructurele projecten en de onzekerheden omtrent deze kosten gedurende de verschillende projectfasen. Uit diverse onderzoeken van het ministerie van Verkeer en Waterstaat [1] blijkt dat kostenramingen van dergelijke projecten vaak stijgen gedurende de verschillende fasen van een project. In 1990 is de Werkgroep Ramingen Problematiek opgezet om de oorzaken van ramingstijgingen te onderzoeken. De resultaten van dit rapport zijn opgenomen in het rapport "Een raamwerk voor ramingen" [2]. Uit dit rapport blijkt dat een groot aantal oorzaken van ramingsstijgingen gelegen is in de gehanteerde ramingsmethodiek. Binnen Rijkswaterstaat is in 1992 "Project Ramingen Infrastructuur" (PRI) van start gegaan met als doel het uitwerken van een ramingsmethodiek gelicht op het expliciet rekening houden met onzekerheden, het zogenaamde probabilistisch ramen. Bij het probabilistisch bepalen van een kostenraming worden de onzekerheden die aan een project kleven meegenomen in de kostenraming. De kostenraming wordt beschouwd als een wiskundige functie van hoeveelheden, prijzen etc. Voor al deze variabelen wordt de onzekerheid vorm gegeven door een kansdichtheidsfunctie (k.d.f). Een maat voor de onzekerheid omtrent de kosten is de standaardafwijking van de totale kostenraming. De standaardafwijking van de totale raming wordt bepaald uit de standaardafwijking van alle individuele posten uit de raming. Het probabilistisch bepalen van een kostenraming kent theoretisch een tweetal voordelen: er kan gefundeerd een marge rond een raming worden aangegeven en de opbouw van deze marge Is terug te vinden in de onzekerheid die expliciet per ramingspost wordt vermeld. Inzicht in de opbouw van de marge heeft als voordeel dat grote onzekerheden kunnen worden gesignaleerd en eventueel kunnen worden aangepast. In de praktijk blijkt de probabilistisch berekende standaardafwijking kleiner te zijn dan de empirisch verkregen standaardafwijking uit historische projectgegevens [3]. De probabilistisch berekende standaardafwijking probeert op voorhand (voordat het project wordt uitgevoerd) rekening te houden met alle mogelijke onzekerheden in de kosten. De empirische standaardafwijking uit historische gegevens is de werkelijke standaardafwijking, bepaald uit de kosten naderhand (de werkelijke kosten) van een groot aantal reeds uitgevoerde projecten. In dit afstudeerwerk worden de oorzaken van ramingswijzigingen van een vijftal projecten gedurende de verschillende projectfasen onderzocht. Aan de hand van deze oorzaken wordt inzicht verkregen in de opbouw van de werkelijke standaardafwijking. De opbouw van de werkelijke standaardafwijking wordt vervolgens vergeleken met de opbouw van de probabilistisch berekende standaardafwijking. Op basis van deze vergelijking kan een uitspraak worden gedaan over de oorzaak van de kleinere standaardafwijking van de probabilistische verkregen standaardafwijking t.o.v. de werkelijke historische standaardafwijking. Dit komt overeen met doelstelling 1 van dit afstudeeronderzoek.

Breakwaters differ from each other by their functions or their type. The most important function of breakwaters is to allow the ships to be loaded and unloaded in calm water conditions and to provide dock or quay facilities. Several types of breakwaters can be distinguished, depending on their operation and design. The most common breakwater concepts are divided into two types: statically stable and dynamically stable breakwaters. The site variables, set by the situation at Ennore, concerne the geotechnical aspects, the construction material and the hydraulic boundary conditions. The hydraulic boundary conditions will be determined by the wave climate during extreme weather conditions, which is during cyclones. Cyclones arrive on the east coast of India usually with a return period of 2 years. Wave motions in harbours can, under extreme conditions, endanger the handling of vessels at berth. Therefore a certain degree of tranquillity of the harbour basin is required. The tranquillity of the harbour basin is essential for ships to load and unload in calm water conditions. Too high waves in the harbour basin will cause an unsafe handling of ships. Should the coal handling cease at Ennore, then the storage of coal will run out, leading to the breakdown of the power station. The breakwater structure has to reduce the wave heights in the harbour by adequate layouts. By analysing the failure mechanisms of all the different parts of the breakwater, reliability functions can be formed and the probability of failure, according to the various mechanisms, can be calculated. These reliability functions, described by each failure mechanism, are mainly based on hydraulic and geotechnical parameters. This study attempts to survey all imaginable failure mechanisms that may occur during the design, construction, and lifetime of the crested rubble mound breakwater at Ennore. In order to address the problems encountered systematically, a general faulttree has been given. The quantification of some failure mechanisms for the crested rubble mound breakwater at Ennore is effected for the following failure mechanisms: - instability of a rock armour slope - instability of an armour layer with ACCROPODE elements - slip circle of a rock armour layer - horizontal displacement of the crest element. The quantification of these failure mechanisms is a complex task which most important difficulty resides in the determination of the mean value and the standard deviation of the variables. After the calculation, an adjustment of these values may take place in order to improve the design.

Jetties are designed by the guidance of the deterministic standards. These standards are based on the standardized values of safety factors (semi-probabilistic) and use the load and the capacity of every element as a standard value. The interaction of every separate element as a part of a whole is not taken in to account. The use of deterministic standards can result in a design that is not economically optimal. A probabilistic approach gives a better insight in the occurrence of an unwanted events and leads to more insight of the optimizing of the structure. The “Lyondell jetty” in the Europort in Rotterdam is used as reference structure. This jetty is constructed in 1997 and is in use by a manufacturer of chemical derivatives for all kinds of synthetic products. It concerns a continues berthing structure founded on piles and is covered with fender wood, with a double deck jetty, that offers space to berth two large sea vessel and two smaller barges. The failure of the berthing structure is a conditional chance for functioning of the jetty. The berthing structure is submitted to further examination by means of a Monte Carlo simulation. Using the Monte Carlo simulation a measure of failure of an event is expressed in strength and resistance. In this study this event consists of reaching the yielding stress in the structure or the exceeding of a determined boundary of deformation during the berthing of a vessel. The energy loading is introduced with the equation of Saurin. The soil is modelled as a spring and meets the requirements of the Winkler model. In analysing the deformations of the structure the soil needs to have elasto-plastic characteristics (p-y curves that were developed by Reese). The actual structure that was designed with the Blum method, the design was recalculated, using help of p-y curves. This becomes the Kool model that is used for comparison with the results of the Monte Carlo simulation. In this thesis only the berthing of the mooring point 2 (large sea vessel) is considered. First the question if the developed 3 dimensional simulation technique is applicable answered and second whether the application of the model leads to differences in capacity. The soil model developed in Scia-engineer has the same behavior as in M-pile and the structure shows the expected behavior according the rules of mechanics. In the model relating to the energy load the variables of length, width, depth, mass, angle of berthing and the coordinates of impact are described as a stochastic. In the resistance of the structure the volume weight, internal angle of friction, cohesion, yielding stress and wall thickness of the tubular segments are described as a stochastic. From the results it appears that the loads occurs only very locally. Consequently there appears an over capacity in the reference design relating to the length of all the piles and the diameter of the piles. The five most loaded piles in the structure are checked due to the energy loading of the bow at Mooring Point 2. It appeared that the diameter of these piles can have a smaller fitted diameter. In length a reduction of 9% is found. A trend can be distinguished that indicates a large reduction of capacity in length over the whole structure. The critical variable in the design is the velocity of the vessel. The critical element in the structure is the berthing beam self. The sensitivity analysis of strength indicates that the chance of failure in strength can be diminished by the strengthening of the berthing beam and reducing the thickest wall thickness’s of the piles.

Dredge plumes and ecology have become increasingly intertwined in recent history; one of the more prominent reasons behind this is the influence of clouds of fine sediments released in the open water due to dredging (`dredge plumes') on for `sensitive receivers' such as coral, seagrass and mangroves. An Environmental Risk Assessment (ERA) in combination with a cost-benefit analysis could be a valuable instrument for deciding on ecological impact. When dealing with ecology, it is important to realize that nature is not a harmonious, calm state: in fact, it could be considered to be at best only approximately in equilibrium, where small scale changes could lead to a completely new equilibrium. In the case of dredging operations and ecological effects, this is even more relevant because ecological effects occur constantly; not just due to dredging. An ERA consists of a description of the system and its components, hazard identification, effects assessment, exposure assessment, risk characterization and an evaluation which provides feedback for a possibly updated system description. Globally following the steps in an ERA, exposures are looked at first. Relevant dredging exposures are suspended sediment concentrations and sedimentation. The source of this is the dredging equipment, which spills fine sediments in the open water. These sources lead to dynamic plume, which consists of interacting, complex three-dimensional fluid motions: sediment characteristics, bathymetry and dredging equipment type are just a few of the influencing factors. Because there motions are often still too complicated to model, the dynamic phase is captured in conservative estimates. These estimates serve as a source term for the passive plume phase. During the passive plume phase, advection and diffusion are dominant processes which are well understood processes. MIKE 21/3 or Delft3D, both hydrodynamic and transport models, can be used to schematize the passive plume. Once a passive plume reaches a sensitive receiver, in this document assumed to be coral, seagrass or mangroves, effects can occur. It is important to realize that these effects do not have to be induced solely by dredging: other background effects can also provoke effects in sensitive receivers. Effects can be classified in discrete classes, ranging from growth to mortality. To which extent a receiver exhibits a certain effect depends on the receiver characteristics, the shape of a temporal variable exposure and the type of exposure. In an attempt to properly catch the effect of temporal variable exposures, several models are discussed with most prominent being two originally toxicological models. Given their background these models appear to be limited to exposures which mimic a toxic exposure, although they are relatively easy to implement. At the other end of the spectrum are the energy budget models: models which try to describe important processes which together form an individual. While this is a more complete and holistic approach, there is concern regarding the uncertainty of the final answer given the large number of parameters (relative to the toxicological models) and the attributed uncertainties. Combining these exposure and effect models in dredging practice and explicitly stating their (combined) uncertainties leads to a risk assessment for dredging practice. A part of this risk assessment was applied to field data regarding coral cover for a number of coral reefs, but the field data showed no strong correlation between exposure and changes in coral cover. Nonetheless, for a quantitative assessment of ecological risks, a probabilistic analysis is invaluable. This can lead to a proper valuation of the risk of effects, which in turn can be used in a cost-benefit analysis to properly weigh these risks if they are acceptable or not when compared to the benefits.

Design formulas for bed protections in the port of Rotterdam were investigated. Using depthsoundings, the actual level of stability of a quay wall can be compared with the design formulas. The loads on a bottom protection differ, because of diversity in shipping and tidal motion. Therefore a better comparison can be made by resembling the results of the soundings with a probabilistic approach. The model is calibrated by the sounding results and by registrations of mooring and unmooring vessels. From these approaches insight in the influence of each input variable can be derived. By using a combination of probabilistic results and a fault-tree the probability of a scour hole near a quay wall can be calculated. Also the impact of a scour hole on the environment of a quay wall was investigated. With these results a risk based analysis is made to evaluate the different strategies and their consequences.

The title of this thesis, System Reliability Assessment of Offshore Pipelines, portrays the application of probabilistic methods in assessing the reliability of these structures. The main intention of this thesis is to identify, apply and judge the suitability of the probabilistic methods in evaluating the system reliability of offshore pipelines subjected to corrosion. The analysis was first emphasized on interpreting corrosion data as random variables and probabilistic functions, through which uncertainties of the corrosion inspection tool could be taken into account. The reliability of the pipeline was initially studied by treating the structure as an independent unit. The analysis was further elaborated for pipelines arrayed as a series system of units, with the consideration of length effects. A framework for the reliability-based maintenance model was also developed in this thesis, aiming at optimizing the pipeline system operations. Herein, the analysis was mainly focused on improving the practice of releasing corrosion inhibitors into the pipeline. The use of inhibitors is considered to be the most applied maintenance practice among pipeline industries because of its simple mechanism to fight against corrosions. Last but not least, the thesis also looked into interpreting corrosions in space using theories on hydrodynamics.

The environmental impacts caused by suspended sediments are an important issue in the environmental impact assessment (EIA) of dredging and reclamation projects. This thesis is restricted to provide insight into the emission of suspended sediment particles due to the release of return water. This water is used to pump dredged material to the disposal area after which the excess water is released. Settling basins can be used to remove fines particles from the return water. The remaining concentration of suspended particles (outflow concentration) is hard to predict due to varying circumstances (e.g. wind, discharge and inflow concentration) and uncertainties in the settling process (e.g. agglomeration of clay particles). A probabilistic approach is a powerful method to incorporate these uncertainties. A probabilistic approach requires an efficient model that takes into account the relevant physical processes in a simplified way. A model is developed to simulated the transport of suspended sediment in the two dimensional vertical plane. Besides the turbulent mixing, processes as flocculation (agglomeration of clay particles) and secondary flow are included. This enables the model to provide realistic predictions of the concentration of suspended sediment in the vertical plane. The model is compared with measurement data and existing solutions which gives promising results. A probabilistic analysis of a case study provides insight into the main sources of uncertainty in the outflow concentration. Wind has a significant impact on the outflow concentration due to turbulent mixing and secondary flows. Furthermore, processes related to the clay particles (minimal settling velocity and flocculation) are very decisive. These parameters are proposed as calibration parameters. There appears to be an optimal basin depth. When the basin is deeper than this optimal basin depth, the positive effect of the longer residence time is eliminated by the larger turbulent mixing that is caused by the increased depth. By expressing the environmental risk of the contractor in a financial risk (fine or downtime), it is possible to determine an economic optimal design of a settling basin. This economic optimum is determined for both the basin depth and the discharge (the latter can be considered as the choice of equipment). The optimal choice of equipment is between the minimal production costs at an acceptable risk. For this risk, time effects and the time period over which the risk can be spread, play an important role. Finally, the profitability of wind protection for settling basins is investigated. This appears to be beneficial for the case study. The availability of a probabilistic model for determining the outflow concentration of settling basins offers interesting possibilities for a probabilistic analysis of environmental impacts of dredging and reclamation projects. This is because not only emissions are quantified but also insight is provided into the uncertainties and the sources of these uncertainties. This also enables the determination of an economically optimal design of a settling basin and provides insight in the associated financial risks.

In dit rapport is getracht op een inzichtelijke en realistische manier de economisch optimale elementdikte van een steenzetting te bepalen. Dit is gebeurd op probabilistische wijze, aan de hand van het bezwijkmechanisme "Instabiliteit van de elementen in de toplaag" Dit bezwijkmechanisme houdt in dat onder bepaalde condities elementen in de steenzetting door onder- of overdruk uit hun verband worden gedrukt. In de berekeningen wordt deze economisch optimale elementdikte bepaald door onder andere gebruik te maken van de verdeling van het stormvloedpeil. Dit betekent dat de steenzetting wordt blootgesteld aan alle mogelijke stormen / omstandigheden. Er wordt zo dus stilzwijgend aangenomen dat de steenzetting ook bescherming biedt tijdens de zwaarste stormen en dus ook aanwezig is op de hoge delen van het talud. In de praktijk is dit vaak niet het geval. Voor het genoemde bezwijkmechanisme is aan de hand van het evenwicht tussen de waterdruk en de massa van het element een betrouwbaarheidsfunctie opgesteld waarmee duidelijk kan worden vastgesteld wanneer een steenzetting bezwijkt. Aan de hand van data uit modelproeven met onregelmatige golven op steenzettingen is een modelonzekerheid vastgesteld. Deze modelonzekerheid zorgt ervoor dat wrijving en klemwerking ook meewerken in het bezwijkmodel. Voorts wordt er gerekend met een overgangskans die aangeeft hoe groot de voorwaardelijke bezwijkkans is van de dijk gegeven dat de steenzetting is bezweken. Met behulp van deze betrouwbaarheidsfunctie en overgangskans is het mogelijk om de bezwijkkansen per jaar van steenzetting en dijklichaam te bepalen, als functie van de toegepaste elementdikte van de steenzetting. Door de bezwijkkansen van het dijklichaam en de steenzetting te combineren met de mogelijke schades in geval van bezwijken is het risico per jaar als functie van de elementdikte bepaald. Door het verwerken van jaarlijkse rente en waardevermindering is dit risico contant te maken. De som van de aanlegkosten en de contante waarde van het risico geeft de totale kosten van de steenzetting als functie van de elementdikte. Deze totaalkostenfunctie is convex en heeft een minimum. De elementdikte waarbij dit minimum optreedt is de economisch optimale elementdikte.