De som van de proeven

“Een aantal jaar geleden zijn we begonnen met dit onderzoek naar houten paalfunderingen”, vertelt Erik Hutcheson. “Bij de beoordeling van kademuren in de stad moeten we werken met vaste normen en rekenregels. Maar volgens die normen zouden tal van kademuren al lang ingestort moeten zijn. Terwijl ze nog gewoon overeind stonden, en ze ook volgens onze metingen volledig stabiel waren.” Dus wat was hier eigenlijk aan de hand?

In 2019 is de gemeente begonnen met een aantal onderzoeken om deze vraag nader te beantwoorden. Lopende deze onderzoeken zijn er tal van inspecties uitgevoerd om al een eerste schifting te kunnen maken tussen paalconstructies die in goede, slechte en middelmatige staat zijn.

Slechte palen

De funderingen waarvan direct duidelijk was dat ze in slechte staat waren, zijn vervangen of veiliggesteld. Dat laatste doen we door de kade af te sluiten, parkeervakken vrij te houden, minder zwaar verkeer toe te laten. Of, als we de weg open moeten houden voor het verkeer, door de kade te versterken met damwanden.

Tegelijkertijd kunnen we steeds meer kademuren goed in de gaten houden met meetapparatuur. Dit noemen we monitoring. Zo weten we op tijd of een kademuur nog stabiel is of verder aan het verzakken is.

Gemiddeld risico, wat dan?

Naast de echt slechte kademuren is er ook een grote groep kademuren waarvan we bij de eerste, grove inspectie hebben vastgesteld dat ze een gemiddeld risico op bezwijken hebben. Als uit de monitoringsgegevens of andere signalen blijkt dat ze aan het verzakken zijn, voeren we hier een gedegen risicobeoordeling uit. We kijken dan naar een aantal risico’s voor het bezwijken van de kade, waaronder leeftijd, stabiliteit, fundering en waterbodem. En naar de mogelijke gevolgen.

Als we dan nog niet kunnen vaststellen of een kademuur vervangen of gerenoveerd moet worden, dan kunnen we ervoor kiezen om die kadefunderingen door te rekenen. Dat doen we met een model dat we in de afgelopen vier jaar ontwikkeld hebben met tal van proeven, op locatie en in het lab.

Het oude haventje

“Voor de proeven op locatie kozen we liever niet een kade in de binnenstad”, vertelt Erik. “Die zou je dan tot bezwijken moeten brengen en opnieuw moeten opbouwen, en dat laatste is een kostbare zaak. Gelukkig konden we terecht in een oud haventje met kademuur in het Amstelkwartier.”

Dat haventje lag op braakliggend terrein, en stond al op de planning om op de schop te gaan voor de bouw van een nieuwe wijk. Erik: “Bovendien lijkt de bodem hier op de bodem in de binnenstad, en was ook de leeftijd vergelijkbaar met de kademuren in de binnenstad. De constructie week wel enigszins af, maar die hebben we kunnen aanpassen om er een typische Amsterdamse kade van te maken.”

Meer dan een jaar lang onderzochten we hier met hulp van aannemers en samen met kennisinstituten als de TU Delft en AMS hoe kadeconstructies reageren als je ze op verschillende manieren belast. Die zogeheten proefbelastingen hebben ontzettend veel data opgeleverd, en beter inzicht in bijvoorbeeld de buigsterkte van de palen en de interactie tussen de palen en de bodem waar ze in staan.

Betrouwbare beoordeling

We hebben al die data van de proeven in een model gegoten waarmee we een eerste, meer waarheidsgetrouwe berekening kunnen maken over de stabiliteit en levensduur van de kadefunderingen. We scherpen dit model steeds verder aan met nieuwe informatie. Tegelijkertijd kunnen we met deze informatie ook nu al een redelijk realistische inschatting maken van hoe lang een kademuur nog meekan.

1 proef is geen proef

Het is een bekende leus in de wetenschap: één proef is geen proef. Om betrouwbare data op te halen zijn meerdere proefbelastingen vereist. In dit geval werd gekozen voor diverse proefbelastingen op een geheel intacte kademuur, horizontaalproeven op een groep palen, en vierpuntsbuigproeven op individuele palen. Hiervoor is de kade eerst met een lintzaag in segmenten verdeeld. Vervolgens zijn er honderden sensoren boven en onder water aangebracht om de verschillende krachten en bewegingen realtime te meten en in kaart te brengen.

Proefbelasting

Auto’s, vrachtverkeer en containers vormen een behoorlijke belasting voor de kwetsbare Amsterdamse kades. “In deze proef bootsen we die belasting na”, vertelt TU Delft onderzoeker Mart-Jan Hemel. “Daarvoor hebben we een enorme container met een waterzak gebruikt. Het gewicht hiervan voerden we geleidelijk op door de zak met water te vullen.”

De volledige belasting met betonblokken en de met water gevulde container was maar liefst 120 ton. Dat zijn wel 20 Afrikaanse olifanten! Deze verticale ballast duwt de kademuur geleidelijk en gecontroleerd horizontaal naar het water toe, tot maximaal 30 centimeter. Met de sensoren is heel nauwkeurig te meten met hoeveel kracht de bestrating en de grond daaronder verzakt, en hoe het falen van paalfunderingen zich voltrekt, bijvoorbeeld doordat er scheuren in komen.

De proefbelasting was het promotieproject van Mart-Jan, die hier vandaag op promoveert aan de TU Delft. Mart-Jan ontwikkelde een rekenkundig model om nauwkeurige voorspellingen te kunnen doen over het potentieel falen van kades. Dit biedt Amsterdam en gemeentes met vergelijkbare infrastructuur cruciale kennis om hun controle over de veiligheid van kademuren verder te vergroten en prioriteiten te stellen in de aanpak.

Geotechnische horizontaalproef

Met deze proef maten we de grondsterkte waar de paalfundering in staat, en haalden zo informatie op over de interactie tussen de paal en de grond. Voor de proef sloopten we de bovenkant van de kade af, zodat alleen nog de palen en kespen intact waren. Deze groep palen duwden we naar voren met enorme vijzels totdat de palen uiteindelijk braken. Ook hier werd gemeten met welke kracht de paal beweegt en hoeveel. Een enorm complexe opgave, een duiker moest hiervoor onder water meer dan 100 sensoren aanbrengen!

Vierpuntsbuigproef

Een proef om de buigweerstand of buigsterkte van palen te meten. Voor deze proef zijn palen uit de grond getrokken en individueel beproefd. Tijdens de proef werd de paal aan weerszijden vastgehouden, terwijl we die in het midden aan twee punten omhoogtrokken totdat de paal brak. Door precies te meten met hoeveel kracht aan de palen werd getrokken, is uit te lezen hoeveel kracht nodig is voor welke mate van buiging.