Het is een mooi gezicht, de grachten en kades in historische steden zoals Amsterdam, Utrecht en Delft. De constructies van die kades zijn soms al 300 jaar geleden gebouwd, vaak op houten palen. Al deze kademuren moeten goed onderhouden worden om ook in de drukkere steden van nu altijd veilig te blijven. Maar welke moeten eerst? En welke kades zijn nog in goede staat? Promovendus Mart-Jan Hemel wil historische kades beter begrijpen om de staat van de kade beter te kunnen bepalen. In een groot experiment in Overamstel mag hij nu exact doen wat gemeentes normaal gesproken willen voorkomen: de kade belasten totdat hij bezwijkt.

Wie het terrein van de voormalige Zuidergasfabriek in Amsterdam oploopt, denkt op een bouwplaats te zijn beland. Toch is deze oude insteekhaven aan de Amstel van eind februari tot medio april het toneel van een belangrijk experiment, zegt Mart-Jan Hemel. “We kunnen hier testen bij welke belasting een kade buigt of instort. Zo’n proef kun je in de binnenstad natuurlijk niet uitvoeren. Daarom heeft de gemeente dit braakliggend stuk grond aangewezen als tijdelijk openlucht laboratorium. Over een paar jaar staan hier kantoren en appartementen.”

Kwetsbare kademuren

Dat dit experiment in Amsterdam plaatsvindt, is niet zo vreemd. De stad heeft langs de vele grachten liefst 200 kilometer aan op hout gefundeerde kades staan. Doordat ze al zo lang geleden zijn gebouwd, ontbreekt het vaak aan goede documentatie. Niet altijd is exact te zeggen waar zwakke plekken zitten of hoe lang een constructie nog vrij van onderhoud is. ‘In 2020 stortte de kade van de Grimburgwal over een lengte van 30 meter in de gracht. Hoewel deze kademuur in privaat beheer was, laat dit zien dat dit tot gevaarlijke situaties kan leiden. De gemeente verstevigt doorlopend de kademuren en houdt potentieel zwakke plekken veilig met veiligheidsconstructies. Maar wil graag preciezer in kunnen grijpen en beter prioriteiten kunnen stellen.”

Staat van kade voorspellen

Om vooruit te kunnen kijken is volgens Hemel meer data nodig. “Met harde cijfers kun je inschatten of een kade aan reparatie toe is. De kans op een verzakking is niet altijd met het blote oog te zien. Andersom geldt ook: een scheur of uitbuiging betekent niet direct dat er instortingsgevaar is.”

Met de kadeproef aan de Amstel gaat Hemel de kennis uitbreiden die nodig is om betere voorspellingen te kunnen doen. De afgestudeerde civiel en hydraulisch engineer ontwikkelde een model dat de stabiliteit van een kademuur inzichtelijk maakt. “Dit model bestaat uit wiskundige vergelijkingen en natuurkundige formules. Door het model te voeden met informatie – zoals het bodemtype, de hoeveelheid palen waarop de kademuur staat of de krachten die erop drukken van bijvoorbeeld verkeer of betonblokken – kun je berekenen hoe lang een kade nog stabiel blijft.”

Met dit model van wiskundige vergelijkingen en natuurkundige formules kun je inschatten of een kade aan reparatie toe is.

Proef om model te valideren

Een model is echter pas bruikbaar als het gekalibreerd en gevalideerd is, zegt Hemel. “En daarvoor is deze proef nodig. Hiermee kunnen we toetsen of mijn aannames op basis van de theorie kloppen met gegevens uit de praktijk. Het kan natuurlijk zijn dat een kade volgens mijn model bij een bepaalde belasting vijf centimeter uitzet, maar in de praktijk tien centimeter. In dat geval wil ik weten waardoor dat komt. Het kan zijn dat de input niet goed is of dat ik bepaalde processen en parameters aan het model moet toevoegen.”

Kade verdeeld in vier proefvakken

De kadeproef is het resultaat van 2,5 jaar voorbereiding (zie blauwe kader). Hemel: “Uiteindelijk hebben we de kade opgedeeld in vier kademuurproefvakken en één palenproefvak. Hierdoor kunnen we het experiment herhalen onder verschillende omstandigheden. Zo wordt er gevarieerd in waterdiepte, locatie van belasting, varieert de grondopbouw achter de kade of de aanwezigheid van boomwortels in het grondpakket. Ook halen we in sommige vakken palen weg om de kade te verzwakken. Om te voorkomen dat bij een proef meteen de hele kade instort, zit er tussen elk vak een paar meter ruimte. Deze stukken zijn verstevigd met constructies van buizen en damwanden.”

Sonarapparatuur en onderwaterfoto’s

Voordat de belastingproef van start kan gaan, moet eerst in beeld worden gebracht hoe de kade er onder het oppervlak precies uitziet, zegt Hemel. “Om iets te kunnen zeggen over de staat van de kade moeten we onder meer weten hoeveel palen er precies staan, hoe dik ze zijn, op welke diepte ze zitten. Hiervoor hebben duikers sonarapparatuur gebruikt en onder water foto’s genomen. Ook zijn er tal van monitoringsystemen op en onder de kade aangebracht zodat we tijdens de belastingproef kunnen zien wat er gebeurt met de diverse constructie-onderdelen.”

Risico’s bij de uitvoer

In februari is de container in het eerste proefvak geplaatst voor de eerste test. Ondanks de lange en nauwkeurige voorbereiding is Hemel ook wat gespannen. “Dit onderzoek kent kansen en ook risico’s. Zo willen we voorkomen dat als de kade bezwijkt, er schade ontstaat aan andere infrastructuur zoals een drinkwaterleiding. We bereiden daarom alles goed voor om veilig te werken en de risico’s te beperken.”

Eerste fase experiment

Beetje bij beetje wordt de waterzak in de container gevuld om de belasting te verhogen. Hemel: “Telkens in stappen van 30 centimeter, tot de kade weer is gestabiliseerd. Via het monitoringsscherm kunnen we zien hoeveel verplaatsing en verzakking er optreedt.” Het langzaam opschroeven van het gewicht vraagt volgens Hemel wel om veel geduld. “Hoe zwaarder de belasting, hoe langer de kade nodig heeft om te stabiliseren.”

Voortgang kadeproef

Over de resultaten van de eerste proef kan Hemel nog weinig zeggen. Wel ziet hij al wat ‘interessante afwijkingen’ ten opzichte van de voorspellingen van z’n model. “Maar het is nog veel te vroeg om daar conclusies uit te trekken. Qua uitvoering is het experiment tot nu toe in ieder geval gegaan zoals we wilden. Nu gaan we verder met de andere proefvakken. Het kan zijn dat we op sommige plekken de kade nog wat extra verzwakken of de belasting sneller opvoeren. Het mooiste zou zijn als we een punt bereiken waarop de kade bezwijkt. We gaan zien of en wanneer dat gebeurt.”

Gepubliceerd: april 2022

Alle thema's:

Project van AMS Institute en gemeente Amsterdam

Het experiment met de kademuur is een project van de gemeente Amsterdam en Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions. AMS Institute is het gezamenlijke kennisinstituut van TU Delft, Wageningen University & Research en MIT, gevestigd in Amsterdam. Het instituut doet onderzoek naar grootstedelijke vraagstukken, zoals de energietransitie, autonome mobiliteit, klimaatbestendige steden en circulariteit.

Het kade-experiment is van start gegaan in 2019 en loopt in totaal zo’n vier jaar. De resultaten van de belastingproef met de containers gaat Hemel verwerken in z’n PhD-onderzoek.


 

In deze video is meer te zien over deze innovatieve proefbelasting. Met commentaar van Mart-Jan Hemel, Jelle van Ophuizen (Iv-Infra) en Erik Hutcheson (Gemeente Amsterdam).

Bron: Video is in opdracht van Iv-Infra, in samenwerking met Gemeente Amsterdam, AMS Institute en Technische Universiteit Delft.

/* */