Wat is nu de werkelijke constructieve staat van bestaande kademuren?

Hoe (on)veilig is de constructie van bestaande kademuren nu eigenlijk écht? En hoe kan in de toekomst worden voorspeld hoe kademuren bewegen, wanneer er risico’s optreden en er dus maatregelen moeten worden getroffen? Het zijn belangrijke vragen als het gaat om het beheer en onderhoud van kademuren. 

Gemeente Amsterdam hoopt hier met een innovatieve proefbelasting inzicht in te verkrijgen. De proefbelasting wordt uitgevoerd op een proeflocatie in Amstelkwartier II en moet leiden tot een betrouwbaar rekenmodel dat een realistisch beeld geeft van de werkelijke constructieve staat van kademuren. Zo kan de gemeente tijdig de juiste maatregelen treffen en wordt voorkomen dat een deel van de kades onterecht wordt afgekeurd. Een project waarbij monitoring met slimme sensoren een essentiële rol speelt.

Amsterdam beschikt over tientallen kilometers kademuur die aan het eind van hun levensduur zijn en in slechte staat verkeren. Gezien die slechte staat is het noodzakelijk dat maatregelen snel worden genomen, maar welke maatregelen vergen al die kilometers kademuur? En hoe is het nu daadwerkelijk gesteld met de constructieve veiligheid van kades? Gemeente Amsterdam staat voor de grote en complexe opgave om op korte termijn de veiligheid, bereikbaarheid en leefbaarheid in Amsterdam te waarborgen en tegelijkertijd de kennis over de staat van de kademuren te vergroten.

Voor het uitvoeren van de proefbelasting is een bouwteam gevormd. De proef is voorbereid door het AMS institute (Advanced Metropolitan Solutions), een samenwerking van diverse kennisinstituten waaronder TU Delft. Iv-Infra is bij deze proef betrokken voor de kennis en ervaring op het gebied van slimme sensoren, metingen en de constructieve kennis van kadeconstructies. Als locatie voor het uitvoeren van deze proef is de kademuur van de insteekhaven Overamstel gekozen.

Het stuk kademuur dat voor deze proef wordt gebruikt is circa 40 meter lang. De proefbelasting bestaat uit verschillende proeven. Om het effect van elke proef afzonderlijk te kunnen beoordelen is de kademuur in vier vergelijkbare secties verdeeld. De kademuur is hierbij letterlijk doormidden gezaagd, zodat secties zijn ontstaan die elk zo’n 6,5 meter lang zijn. Tussen elke sectie zit ongeveer één meter ruimte. 

De kademuur bestaat in totaal uit vier rijen verticale palen en een schoorpaal. Bij twee van de vier proefvakken is één rij palen doorgezaagd om verschillende situaties te simuleren.  Daarnaast is bij alle vakken de schoorpaal verwijderd. Met het doorzagen van de schoorpalen wordt de kademuur in horizontale zin minder sterk. Dit is gedaan om de kademuur meer representatief te maken aan de kades in de binnenstad. De oudere kademuren in de binnenstad zijn over het algemeen niet voorzien van schoorpalen.

Alle palen onder water, de kesp en de gewichtsmuur aan de voorzijde zijn met behulp van duikers voorzien van tientallen slimme sensoren. Deze sensoren zijn gepositioneerd op strategisch uitgedachte plekken. Bij het proefbelasten worden naast de kadeconstructie ook de horizontale grondvervorming achter de kade, de waterstand en de waterspanning gemeten, zodat tijdens de proefbelasting realtime een gedetailleerd beeld ontstaat van het gedrag en de vervormingen van de kademuur en het hele grondpakket achter de kade.

Voor deze proef worden hellingmeetsensoren toegepast die zijn bevestigd op de bestaande palen om de scheefstand tijdens de proefbelasting te kunnen meten. Ook zijn tiltsensoren toegepast die de rotatie van de kademuur meten. Voor het meten van de zakking worden prisma’s en een hellingmeetslang toegepast. Met behulp van peilbuizen en waterspanningsensoren worden de grondwaterstand en grondwaterdruk gemeten. Speciale trillingsmeetsystemen worden toegepast voor het meten van trillingen en de gevels van panden in de omgeving zijn voorzien van hoogtemeetbouten. Scheurmeters maken tijdens het proefbelasten de afstand tussen twee punten inzichtelijk, waardoor inzicht wordt verkregen of de kade als één geheel beweegt of dat onderdelen afzonderlijk vervormen.  .Met een robotic total station wordt de vervorming van de kademuur in absolute zin gemeten. Al deze sensoren leveren realtime waardevolle informatie die automatisch wordt verzameld en gepresenteerd in één centraal platform. 

Voorafgaand aan de proefbelasting heeft TU Delft een rekenmodel en simulatieberekeningen gemaakt van de proefbelasting. Ook is berekend bij welke belasting de kademuur een bepaald aantal millimeters naar voren zou moeten komen. Om dit in de praktijk te beproeven en inzichtelijk te maken bij welke bovenbelasting de kademuur gaat meebewegen en hoe dit precies gebeurt, wordt tijdens de proefbelasting stapsgewijs steeds meer gewicht bijgeplaatst. Dit wordt gedaan tot het moment waarop de verplaatsing dusdanig is, dat de kademuur theoretisch gezien gecontroleerd zou bezwijken. De verwachting is dat de kades 30 tot 70 centimeter zullen vervormen. Bij 30-40 centimeter ligt het berekende breekpunt: het moment waarop de kademuur en de palen bezwijken. 

Binnen elk proefvak wordt een andere situatie nagebootst. Zo wordt de ballast op verschillende afstanden van de kade geplaatst, wordt gevarieerd in waterbodemdiepte en er wordt gekeken naar het effect met en zonder boomwortels. Ook wordt een proef uitgevoerd op losse palen om de horizontale weerstand van een individuele paal te meten. De proefbelastingen zijn inmiddels in volle gang. De data die met de proefbelasting wordt verkregen vormt een essentiële basis om uiteindelijk te komen tot het nieuwe rekenmodel.