Meer grip op onze kademuren
Video
Aan de Recht Boomssloot hebben we een proefbelasting uitgevoerd met een vrachtwagen en 3 containers. Met de proef doen we onderzoek naar de werkelijke sterkte van de kademuur, en hoe lang hij nog veilig kan blijven staan. We leren ook hoe we zo’n proef in de toekomst vaker kunnen uitvoeren. De verwachting is dat we hiermee de komende decennia minder kademuren hoeven te herstellen en meer grip krijgen op de programmering.
Bij de beoordeling van de kademuren voeren we allerlei inspecties en berekeningen uit. Op basis hiervan doen we uitspraken over de conditie en de restlevensduur van de kademuur, en maken we onze programmering: welke kademuren we wanneer gaan herstellen.
Maar in die berekeningen zitten allerlei onzekerheden, omdat we niet alles kunnen inspecteren en daarom allerlei aannames moeten doen. Bijvoorbeeld over het aantal palen onder de kademuur, de conditie van de palen, de diepte van de bodem, de draagkracht van de grond waar de palen in staan, en de hoeveelheid zwaar verkeer die er dagelijks overheen rijdt. Om voor die onzekerheden te compenseren, bouwen we in onze rekenmodellen heel veel veiligheid in. Hierdoor zullen we de kademuren vaak als minder sterk beoordelen dan ze in werkelijkheid zijn.
Supergevoelige sensoren
Als we willen weten hoe sterk de kademuur werkelijk is, kunnen we een zogenaamde proefbelasting uitvoeren. Daarbij zet je een bepaald gewicht op de kademuur. Dat gewicht zorgt ervoor dat de grond achter de kademuur tegen de kademuur aan gaat drukken en de kademuur gaat bewegen. Met behulp van sensoren die we op de kademuur aanbrengen, meten we wat de impact van dat gewicht is op de kadeconstructie. Daarbij zorgen we dat we geen schade aanrichten, we willen juist aantonen dat de kade nog een tijd kan blijven staan.
Daarom werken we met zeer gevoelige sensoren, die de kleinste bewegingen in de kadeconstructie registreren. Bij de proef op de Recht Boomssloot hebben we hellingmeters aangebracht op de palen en de kespen onder de kademuur, en een glasvezelkabel op de kademuur zelf. Met de hellingmeters meten we hoeveel de palen onder de kademuur naar voren hellen. Met de glasvezel meten we tot duizendste graden nauwkeurig het uitrekken van de kademuur als die naar voren uitbuikt. Daarnaast meten we ook aan de panden, om uit te sluiten dat we met de proef schade veroorzaken.
Het idee is om de proefbelasting in de toekomst vaker uit te voeren bij kademuren waar we na allerlei inspecties en berekeningen nog steeds niet zeker zijn of we de constructie moeten herstellen. Maar dan wel in versimpelde vorm, met alleen een vrachtwagen en minder sensoren. Dat is sneller, goedkoper en kan daarom ook op grotere schaal worden uitgevoerd. Zo’n proef zou dan een laatste toets zijn om te kijken of we een kademuur moeten herstellen, of dat we hem nog een tijd kunnen laten staan. En of we zwaar verkeer kunnen blijven toelaten op de kade of een gewichtsbeperking moeten invoeren.
Rekenmodel updaten
Om daar een betrouwbare uitspraak over te kunnen doen, zijn alleen de metingen niet voldoende. We moeten de meetresultaten vergelijken met het rekenmodel waarmee we de sterkte en belastbaarheid van de kadeconstructie berekenen. Bij de proef kunnen we de kade immers niet maximaal belasten, want we willen geen onnodige schade aanrichten. Maar als we de meetresultaten vergelijken met de voorspelde resultaten van ons rekenmodel, kunnen we wel berekenen wat de impact zou zijn als we de belasting verhogen of verlagen. En dus ook bij welke belasting de huidige kademuur zou bezwijken, en over hoeveel jaar hij de maximale toegestane belasting op de kade niet meer overleeft. Dit doen we door ons rekenmodel te updaten aan de hand van de resultaten. Bij toekomstige berekeningen komen we dan weer een stukje dichter in de buurt van de werkelijkheid.
Maar er zit ook een nadeel aan de proefbelasting: het is een momentopname, en geeft minder duidelijkheid over de sterkte van de kademuur over langere tijd. Hoe verder we in de toekomst willen kijken, hoe minder we met deze meting over de sterkte kunnen zeggen. Dit heeft vooral te maken met onzekerheden over de snelheid waarmee de palen slechter worden. We zijn nu nog aan het nadenken hoe we dit probleem kunnen oplossen. Een mogelijkheid zou kunnen zijn om de proef vaker uit te voeren, of om de palen vaker te inspecteren met duikers.
Toetsing kademuren op houten palen
Inmiddels hebben we in Amsterdam bijna alle gemetselde kademuren op houten palen geïnspecteerd. In totaal is dat ongeveer 120 kilometer. Bij de onderwaterinspecties bekijken duikers de staat van de constructie en beproeven ze elke tiende paal op de voorste rij en elke twintigste paal op de tweede rij, als die bereikbaar is. Verder bekijken we ook de staat van het metselwerk. Als de palen en het metselwerk er nog prima uitzien, ondernemen we geen actie, tenzij we bijzonderheden zien in onze satellietmonitoring. Als de kadeconstructie er heel slecht uitziet, met kromme of beschadigde palen en scheuren in het metselwerk, kunnen we de kade direct op de programmering voor herstel zetten. Alles wat daartussenin zit, beoordelen we met een gewogen risicoscore. Dat betekent dat we alle factoren een score geven die een risico kunnen zijn voor het bezwijken van de constructie. Al die scores samen leveren een risicoprofiel op: groen, oranje, donkeroranje of rood. De groene kades kun je laten staan, de rode en oranje onderwerpen we aan een berekening. Dat doen we aan de hand van een numeriek rekenmodel dat we ontwikkeld hebben. We rekenen dus precies uit hoe sterk de kadeconstructie nog is en hoeveel gewicht hij nog kan dragen.
Rekenmodel met onzekerheden
Maar dat wil niet altijd zeggen dat het 1 op 1 klopt met de werkelijkheid. Er zitten heel veel onzekerheden in de berekening. Ondanks alle inspecties hebben we nog steeds een beperkt beeld van de conditie van de kadeconstructies. Bijvoorbeeld van het aantal palen onder de kademuur, de sterkte van de grond, de diepte van de bodem en de hoeveelheid zwaar verkeer die er dagelijks overheen rijdt. Omdat we dit niet precies weten, werken we met voorzichtige aannames in ons rekenmodel en daarbovenop bouwen we ook nog veiligheidsmarges in. We willen immers in alle situaties voorkomen dat we onterecht een kademuur goedkeuren. Het resultaat is dat de kademuur in werkelijkheid meestal sterker is dan we voorspellen met ons rekenmodel: meer palen, stevigere grond, minder verkeer en een ondiepere bodem.
Op basis van het model zouden we kademuren sneller herstellen dan nodig is. Dat is goed voor de veiligheid, maar niet zo goed voor de duurzaamheid en het behoud van erfgoed. Immers, hoe langer we onze huidige kademuren kunnen behouden, hoe beter. Met deze proefbelasting meten we hoeveel de kademuur bij een bepaald gewicht aankan. Vandaaruit kunnen we de onzekerheden in het model bijstellen en een stukje dichter bij de werkelijke sterkte van de kadeconstructie komen. Op basis van daarvan kunnen we ook onze programmering aanscherpen en beter plannen. Daarnaast doen we met de proeven ook kennis op over het effect van gewichtsbelastingen op de stabiliteit van kademuren.
De proef: van 3 containers naar 1 vrachtwagen
We hebben de proef uitgevoerd met een beladen vrachtauto van 25 ton en vervolgens met 3 containers op een rij, die we stapje voor stapje hebben gevuld met water. Vol wegen die containers ook zo'n 25 ton per stuk. De containers gebruiken we omdat je hiermee redelijk makkelijk kunt rekenen. De belasting wordt door het water in de containers gelijkmatig verdeeld over de rijweg. Hierdoor ontstaat er ook een gelijkmatige horizontale druk tegen de kademuur aan.
Op die manier benadert deze praktische proefopstelling de theoretische situatie waar je bij een berekening vanuit gaat. Zodoende kun je de metingen die je doet - hoeveel de kademuur naar voren helt en hoe ver de kademuur uitbuikt - goed vergelijken met de voorspellingen die je met het rekenmodel doet. Omdat het rekenmodel zo voorzichtig is ingestoken, verwacht je een behoorlijk verschil tussen het voorspelde effect en het werkelijke effect van het gewicht dat je op de rijweg zet. Op basis van dat verschil kun je de rekensom aanpassen.
Maar de werkelijke situatie is nog wat ingewikkelder. Het gewicht van een vrachtwagen is namelijk veel minder gelijkmatig verdeeld over de rijweg. De belasting van 22 ton wordt verdeeld over de 6 wielen, die elk een bepaalde druk uitoefenen op de rijweg. Door de metingen met de vrachtwagen te vergelijken met de metingen met de container, kun je de rekensom ook aanpassen op basis van de werkelijke belasting van de kade. Bovendien kun je de verhouding tussen het effect van de containers en de vrachtwagen meenemen naar toekomstige proeven. Dan heb je de containers niet meer nodig en kun je volstaan met een vrachtwagen. Dat is een stuk simpeler en goedkoper.
-
De som van de proevenTechniek
-
Wat rijdt er allemaal over onze bruggen?Techniek
2
-
Kademakers van 1855Historie
Deel jouw mening