Onderzoek: oude kademuren blijken sterker dan gedacht

Waterbouwkundige Mart-Jan Hemel van de TU Delft promoveerde op een onderzoek naar de sterkte van oude kademuren.

Waterbouwkundige Mart-Jan Hemel van de TU Delft deed de afgelopen vier jaar bij AMS Institute onderzoek naar de staat van de kades, in samenwerking met de gemeente Amsterdam. Uiteindelijk promoveerde hij zelfs op dit onderzoek op 30 november 2023. De nieuwe inzichten bieden de gemeente cruciale kennis om meer controle te krijgen over de veiligheid van kademuren en beslissingen te ondersteunen die betrekking hebben op veilig gebruik, resterende levensduur en noodzaak tot vervanging.

Het onderzoek is niet alleen voor Amsterdam relevant. Nederland kent 1.700 km historische kademuur. Voor steden als Delft en Leiden, maar ook buiten Nederland in Venetië en Boston (USA), zijn duurzaamheid en behoud van op hout gebouwde kades een belangrijk punt van aandacht.

Huidige situatie

Amsterdam heeft 205 km gefundeerde kademuren. Meters diep onder de waterspiegel steunen de kademuren op houten palen. Volgens Mart-Jan Hemel ‘een soort houten tafelconstructie’. Gaat er iets mis met die constructie, een zogenaamd faalmechanisme, dan ligt het risico van instorting op de loer. “Binnen enkele minuten kan zomaar twintig meter kade in de gracht verdwijnen”, aldus Mart-Jan op de website van TU Delft. Het meest voorkomende en ernstigste faalmechanisme dat wordt waargenomen in het centrum van Amsterdam is volgens hem het horizontale falen van de paalfundering, waarbij de palen dreigen te breken. Zo ook bij het bekende voorval van het instorten van de Grimburgwal in 2020.

Om het faalmechanisme van historische kademuren goed te begrijpen voerde Mart-Jan met een groot team van partners proeven uit op een bestaande historische kademuur uit 1905, gefundeerd op houten palen. Het betrof de kademuur van een oude insteekhaven op het vroegere industrieterrein Overamstel. De kade moest daar toch weg, dus de onderzoekers hadden vrij spel. Mart-Jan vertelt bij AT5: “We hebben daar palen uit de grond gehaald en beproefd om de sterkte van het hout kunnen bepalen. We hebben ook een enorm grote watercontainer van 120 ton op een kademuur gezet en die langzaam met water gevuld. Dat moet dan bijvoorbeeld een vrachtwagen voorstellen. Daarmee hebben we eigenlijk de kademuur kapotgemaakt. Een extreme belasting, maar daardoor konden we dus wel goed zien hoe sterk ze nu zijn en hoeveel ze aankunnen.”

Twee keer sterker

De kademuur bleek twee keer sterker dan van tevoren was voorspeld. Dat zou kunnen betekenen dat er meer kademuren in de stad zijn die niet zo slecht zijn als van tevoren werd gedacht. “Uit het onderzoek blijkt dat we te conservatief waren”, zegt Sarah Bork, hoofd Innovatie van het programma Bruggen en Kademuren van de gemeente Amsterdam tegen AT5.

Ze vervolgt: “De sterkte van de kademuren bleek inderdaad groter dan we in eerste instantie dachten. Dat betekent natuurlijk niet dat de opgave minder groot is geworden. We kunnen nu wel beter zien welke kademuren echt aangepakt moeten worden en we kunnen ook beter zien wát we kunnen doen. Waar we in eerste instantie een veiligheidsmaatregel plaatsten – dus bijvoorbeeld een damwand of sloop en nieuwbouw – kunnen we nu veel nauwkeuriger kijken hoe we een kademuur kunnen herstellen. En dat zorgt ook voor veel minder impact en ook lagere kosten.”

Proeven op een oude kademuur wijzen uit dat deze twee keer sterker is van tevoren was voorspeld.

Rekenkundig model

Met behulp van sensoren en het toepassen van verschillende belastingen van de kademuren bracht Mart-Jan in kaart hoe het falen van paalfunderingen zich voltrekt. Hij ontwikkelde vervolgens een rekenkundig model om nauwkeurig te kunnen voorspellen welke kades risico lopen op falen. De Delftse onderzoeker toont aan dat het horizontale faalmechanisme het meest waarschijnlijk optreedt wanneer een kademuur aan de achterzijde op het maaiveld (zoals het trottoir of de weg) wordt belast. Voorbeelden van dergelijke belastingen in de praktijk zijn geparkeerde of rijdende auto’s, zware voertuigen of goederen/bouwmaterialen. Het rekenmodel geeft 40 % nauwkeuriger aan welke kades risico lopen te gaan falen dan voorgaande modellen.

Mart-Jan merkt op de website van TU Delft op: “Bestaande modellen om de weerstand van kademuren tegen dit soort faalmechanismen te berekenen, geven maar beperkte informatie over de sterkte en veiligheid weer, waardoor kades te snel als ‘onveilig’ kunnen worden aangemerkt. Het lijkt erop dat in werkelijkheid de meeste bestaande constructies die op papier onveilig lijken, in de praktijk vrij goed presteren. Met dit model kunnen we de sterkte van de kades namelijk preciezer vaststellen.”

Nieuwe inzichten

De nieuwe inzichten bieden de gemeente cruciale kennis om meer controle te krijgen over de veiligheid van kademuren en beslissingen te ondersteunen die betrekking hebben op veilig gebruik, resterende levensduur en noodzaak tot vervanging.

“Bij dit soort complexe opgaven schieten conventionele methodieken en monodisciplinaire analyses te kort. Structurele samenwerking tussen belanghebbenden is essentieel”, aldus Mart-Jan. “Voor mij is AMS Institute de perfecte infrastructuur waar de diverse belanghebbende partijen uit de werelden van kennis, industrie en overheid samenkomen om grote technische uitdagingen in de stad aan te pakken. In ons geval omvatte dit verschillende ingenieursbureaus, de gemeente en onderzoekers van de TU Delft.”