Het ritme van de kademuur

Een beschadigde kademuur klinkt anders dan een kademuur die nog tiptop in orde is. Als we dat verschil nou eens konden horen, dan zouden we een mooi instrument hebben om de gezondheid van onze kademuren te monitoren. Dit klinkt misschien allemaal wat cryptisch, maar het is kort samengevat wel de inzet van een onderzoek dat we onlangs hebben afgerond aan de Nieuwe Herengracht ter hoogte van het Jonas Daniel Meijerplein. Daar waar ze nu begonnen zijn met de vervanging van de oude kademuur.

7 palen doorgezaagd

“Die vervanging bood een unieke gelegenheid om het onderzoek hier uit te voeren”, vertelt Pantelis Karamitopoulos, innovatiemanager bij de gemeente Amsterdam. “Want om dit onderzoek uit te voeren moesten we de kademuur stukje bij beetje steeds verder ontmantelen.”

“We hebben een stuk kademuur van een meter of 14 gekozen, waar geen kabels en leidingen liggen”, vult Daan ter Meulen aan. Hij voerde hier samen met zijn PhD-begeleider Alessandro Antonini het experiment uit, als onderdeel van zijn promotie-onderzoek.

Het onderzoek is in 4 fasen uitgevoerd, waarbij de kadeconstructie steeds verder is beschadigd. “Eerst hebben we grond rond de voorste palen weggebaggerd, zodat de palen tot bijna 3 meter diep vrij in het water kwamen te staan”, legt Daan uit. “Vervolgens hebben we de kademuur en een deel van de vloer ingezaagd. En tot slot hebben we de 7 voorste palen in het midden van de kademuur doorgezaagd.” Tijdens die 4 fases zijn er meerdere metingen uitgevoerd met verschillende sensoren die op en achter de kademuur zijn aangebracht.

Eigenfrequentie

“Het doel van die metingen is om de zogenaamde eigenfrequentie van de kademuren te achterhalen”, vertelt Daan verder. “Dat is de frequentie waarmee een object trilt als je het een klein zetje geeft.” Die frequentie is altijd hetzelfde. Denk bijvoorbeeld aan een stemvork, een snaar op een gitaar of een slinger van een klok. Tenzij je de structuur verandert. Als je de snaar van een gitaar strakker aandraait, verandert de toon. Als je de slinger van een klok inkort, verandert het aantal bewegingen per minuut. Dit geldt voor alle objecten, ook voor kademuren. Als er schade is aan de palen, de vloer of het metselwerk, zou je dat terug moeten zien in de eigenfrequentie van de kademuur, die zou veranderd moeten zijn.

Om die eigenfrequentie en de andere dynamische eigenschappen van de kademuur (zie kader) in elk van de 4 fasen te meten, gebruikte het team sensoren en een shaker. De shaker is een klein apparaat waarmee je kleine trillingen in de kademuur kunt opwekken. Hetzelfde als mensen die langslopen of een vrachtwagen die langsrijdt, maar dan gecontroleerd. De sensoren meten de trillingen. “We hebben 2 verschillende soorten trillingsmetingen uitgevoerd”, legt Daan uit. “Geforceerde trillingsmetingen waarbij we de kademuur laten trillen met behulp van de shaker, en zogenaamde ambient trillingsmetingen, waar we gebruik maken van omgevingstrillingen die veroorzaakt worden door passerend verkeer of de golfslag van boten die langsvaren.”

Snel en goedkoop monitoren

Trillingsmetingen worden veel gebruikt als een snelle en goedkope methode om de gezondheid van bruggen (en andere civiele constructies) te inspecteren, vertelt Daan. “Maar een kademuur is een heel ander soort object. Ten eerste ligt er een hele hoop grond achter de kademuur, die bijna alle energie absorbeert en de trillingen van de constructie dempt. En ten tweede heeft een kademuur heel veel massa. En hoe zwaarder iets is, hoe moeilijker je het kunt laten trillen.”

Een eerste snelle blik ter plekke laat dan ook zien dat het lastig is om significante verschillen waar te nemen tussen de verschillende fases van beschadiging. Daan en het team zullen eerst nog een grondige analyse van alle verzamelde data uitvoeren om te bepalen of trillingsmetingen een geschikte methode zijn om kademuren te monitoren.

Goed nieuws: groot herverdelingsvermogen

Wat het team wel ter plekke konden bepalen,  waren de metingen van de Total Stations. Dat zijn landmeetapparaten waarmee je de exacte positie van een object kunt bepalen. Die metingen laten zien dat de kademuur niet was verplaatst, ondanks dat de muur zelf aan beide kanten was doorgezaagd en de voorste palen waren weggehaald.

 “Dat verklaart misschien ook waarom we bij de eerste analyses geen significante verschillen zagen tussen de 4 fases”, zegt Daan. “Maar het is ook goed nieuws”, vult Pantelis aan. “Het laat maar weer eens zien dat de kademuren sterker zijn dan we denken. Dat het een robuust ontwerp is, dat de krachten die het op moet vangen heel goed kan herverdelen. De resultaten van deze proef zullen we dan ook zeker meenemen in onze rekenmodellen die we gebruiken om de kademuren te beoordelen. Want hoe meer we weten, hoe gerichter we kunnen ingrijpen.”