Onderzoek, ontwikkeling en innovatie

Nieuw model voorspelt de veiligheid van Amsterdamse kademuren

De kades van Amsterdam zijn soms al 300 jaar geleden gebouwd, vaak op houten palen. Al deze kademuren moeten goed onderhouden worden om ook in de steeds drukker wordende steden van nu altijd veilig te blijven. Maar welke moeten eerst? En welke kades zijn nog in goede staat? Onderzoek van AMS Institute en TU Delft, uitgevoerd in samenwerking met gemeente Amsterdam leverde een nieuw model op dat de constructie, belasting en het falen van Amsterdamse kademuren inzichtelijk maakt. Mart-Jan Hemel promoveert hierop op 30 november aan de TU Delft.

Gefundeerd op houten palen – in een stroomgebied met slappe veen-klei ondergrond – heeft Amsterdam van oudsher doorlopend onderhoud nodig, en zeker ook de kademuren. De 205 km gefundeerde kademuren die de stad telt steunen meters diep onder het wateroppervlak op een historische houten constructie. In de woorden van TU Delft/AMS Institute onderzoeker 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 Hemel. Het meest voorkomende en ernstigste faalmechanisme dat wordt waargenomen in het centrum van Amsterdam is het horizontale falen van de paalfundering, waarbij de palen geïllustreerd in de bijgaande figuur dreigen te breken. Zo ook bij het bekende voorval van het instorten van de Grimburgwal in 2020.

Faal mechanisme “Lateraal bezwijken van de paalfundering’ van een kade.

Zicht op faalmechanisme
Om een goed begrip te krijgen van het faalmechanisme van historische kademuren voerde Hemel met een groot team van partners een uniek experimenteel programma uit op een bestaande historische kademuur, gefundeerd op houten palen. De bewuste kade in Amsterdam Overamstel dateert uit 1905. Met behulp van sensoren en het toepassen van verschillende belastingen van de kademuren bracht de Delftse onderzoeker 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. Hemel 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 Hemel: “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.”

Inzichten cruciaal voor beleid
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 1700 km historische kademuur. Voor steden als Delft en Leiden, maar ook buiten Nederland in Venetië en Boston (USA) zijn op hout gebouwde kades en hun duurzaamheid en behoud een belangrijk punt van aandacht.

Ketenbrede samenwerking AMS Institute cruciaal voor onderzoeksresultaten
De onderzoeksresultaten zijn het product van een nauwe samenwerking tussen de academische wereld en de stedelijke praktijk, met een duidelijke focus op het ontwikkelen van praktische oplossingen voor maatschappelijke vraagstukken. Als Delftse onderzoeker deed Hemel zijn onderzoek daarom bij AMS Institute, een gezamenlijk onderzoeksinstituut van TU Delft, Wageningen University & Research, Massachusetts Institute of Technology en de gemeente Amsterdam. Vanuit AMS Institute werkte de onderzoeker nauw samen met verschillende ingenieursbureaus, gemeente Amsterdam en onderzoekers van de TU Delft.


Meer nieuws over Onderzoek, ontwikkeling en innovatie