Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

2. szám - Nagy László: Az árvízi biztonság fejlődése

114 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2000. 80.. ÉVF. 2. SZ. szabványban mind a terhelési, mind az ellenállási oldalra vonatkozóan vannak előírások, tehát osztott biztonsági tényezőket írnak elő. A teher-oldali osztott biztonsági szorzó (vagy parciális biztonsági tényező) a következő: k = 1,0 a gát önsúlyára, a szivárgó víz nyomására, k = 1,2 a hullám-felfutásra, az ellenállás oldali biztonsági tényezők közül a koronával színelő árvízszintre, k = 1,5 az altalaj állékonyságra meghatározott biztonsági tényező. A biztonsági tényező értéke függ az állékonysági vizsgálatba bevont szerkezettől, és annak feltételezett tönkremenetelétől, valamint attól, hogy - a mértékadó árvízszintre, vagy korona szinttel színelő árvízszintre készül a számítás, - történt-e részletes talajfeltárás, - van-e ősmeder keresztezés a vizsgált szelvényben. Az 1999-ben kiadott MSZ 1529. szabvány nagyrészt megtartja a determinisztikus módszerekkel meghatározott biztonsági tényezőt, finomítva a fogalmak és mennyiségek összhangján, ugyanakkor lehetőséget ad a valószínűségi elven történő méretezésre. A determinisztikus módszerekkel meghatározott biztonsági tényezőnek három hátrányos tulajdonsága van: - nem ad információt a tönkremeneteli valószínűségről, - a számlálóhoz rendelt (egyező vagy különböző) valószínűségi szintek megválasztása eléggé önkényes, és - együttes hatásuk irreálisan kis valószínűségű esemény feltételezéséhez, tehát gazdaságtalan méretezéshez vezethet {Whitman, 1984). Az árvízvédelmi gátak biztonságának számszerű vizsgálatánál a következő feltételeket kell figyelembe venni (Nagy 1996). - A földművek tönkremenetelének (hasonlóan más műszaki szerkezetek tönkremeneteléhez) két alapesete: a terhelés hatására, és a fáradás hatására bekövetkező tönkremenetel. Ez utóbbi az árvízvédelmi töltések esetében a földművek öregedése, ami mindezidáig a vízügyi szakemberek részére mennyiségileg megfoghatatlan és műszakilag jellemezhetetlen fogalom. így sem számítani, sem becsülni nem tudjuk a fáradás hatására bekövetkezett változásokat. Meg kell jegyezni, hogy mivel a fáradásos tönkremenetelt a földműveknél nem tudjuk jellemezni, ezért egyértelműen elkülöníteni sem tudjuk a terhelés hatására tapasztalt tönkremeneteltől. - Csak a statikus terhelést és a statikus ellenállást vizsgáljuk, tehát a dinamikus terheléseket vagy az altalaj viszonyok időbeli (árvíz alatti) változását nem tudjuk figyelembe venni. - A méretezési módszerek nem veszik figyelembe a talajfizikai jellemzők változékonyságát. A rendelkezésre álló méretezési módszerek pontatlansága elhanyagolható azon alapadatok pontatlanságához képest, amivel a képleteket feltöltjük. A fenti közelítésekből a tudomány mai állása alapján elsősorban az utóbbi pontosítására van lehetőség (2.5. fejezet). 2.5. Azonos törési valószínűségű töltések A mérnöki létesítmények megfigyelése, a károsodások elemzése és a gazdaságosságra való fokozott törekvés a 40-es években új szemléletet kezdett kialakítani. Az a felismerés, hogy a terhek és hatások, valamint az anyagok szilárdsági és egyéb jellemzői valószínűségi változók, alapjaiban érintette az évtizedek óta kialakult determinisztikus eljárást. Termékenyítőleg hatott erre az irányzatra az is, hogy az anyagok (termékek) minőségének ellenőrzéséhez ekkor már eléggé elteijedten használták a matematikai statisztika módszereit. A hagyományos biztonsági tényezővel szemben az elmúlt évtizedekben számos észrevétel hangzott el. Freudenthal (1947) szerint a korszerű, kifinomult tervezés és a meglehetősen önkényesen felvett biztonsági tényező közötti ellentét megakadályozza a biztonság és gazdaságosság egyensúlyát tükröző hatékony tervezési módszerek elterjedését A biztonsági tényező valódi jelentése és tulajdonságai rejtve maradnak. Lévi (1958) számszerűen bizonyítja, milyen gazdaságtalan megoldásokra juthatunk: az elektromos vezetékek oszlopaira felvett biztonsági tényezők (v = 3-5) pl. olyan események bekövetkezése ellen védenek, amelyek csak 106-109 évenként fordulhatnak elő. Freudenthal (1961) rámutat, hogy a tervezőknek nem egyszer olyan irreális feltételeket szabnak, mint a végtelen élettartam, vagy a zérus tönkremeneteli valószínűség. A szerzők legnagyobb része abban látja a hagyományos biztonsági tényező hátrányát, hogy nem veszi figyelembe (legalábbis nem megfelelő módon) a felhasznált adatok megbízhatóságát, valamint a gazdasági hátteret tükröző kockázatot. A determinisztikus alapon meghatározott biztonsági tényezőt (v) a tönkremenetelt akadályozó (R) és előidéző (Q) hatások hányadosaként értelmeztük. A hagyományos biztonsági tényezőnek így egy előre meghatározott számnál nagyobbnak kellett lennie, függetlenül attól, hogy a tönkremenetelt előidéző és akadályozó erőket hány adatból, milyen módon meghatározták meg. A korszerű méretezési módszerek a tönkremenetelt időidéző (0 és az ezt akadályozó (R) hatásokat valószínűségi változóknak tekintik. Ebben a vonatkozásban két esetet különböztethetünk meg: - Ha csak az egyik hatásról tételezzük fel, hogy valószínűségi, - Ha mindkét hatásról azt tételezik fel, hogy valószínűségi változó. Altalános esetben Q és R egymástól függetlenek. Árvízvédelmi gátaknál azt kell feltételezni, hogy a gát ellenállása független a vízállástól. Nem valószínű, hogy valamilyen szintű korreláció kimutatható, hiszen a vízállás (terhelés) egy meghatározott helyen lehullott csapadéktól és annak az útnak a viszonyaitól függ, amelyen eljut a vizsgált helyre, a gát ellenállása pedig a feltárt talajrétegződéstől és a talajrétegek talajfizikai jellemzőitől függ. A 2.4. fejezet végén írt hátrányokat a biztonsági tartalék (safety margin, rövidítése: SM) fogalmának bevezetésével küszöbölhetjük ki. A terhelés és védőképesség közti kapcsolatot a biztonsági tartalék fejezi ki. A sztohasztikus terhelés és védőképesség miatt ugyanis csak bizonyos valószinüséggel állítható, hogy a töltés megbízható. A biztonsági tartalék értelmezhető egy keresztmetszeti szelvényre, egy adott hosszúságú töltésre, egy árvízvédelmi szakaszra, egy igazgatóság töltéseire vagy akár a hazai teljes árvízvédelmi rendszerre. A biztonsági tartalék tehát az "ellenállás" és a "teher" különbsége: SM = R - Q