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.
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.
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.
Mart Jan Hemel
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.
Onze mooie stedelijke buitenruimte staat voor een enorme vervangingsopgave. Door ouderdom, door ander gebruik dan waar ze ooit voor zijn gebouwd maar ook door effecten van klimaatverandering. Met dit onderzoek in deze unieke samenwerking bij AMS Institute, stelt de Delftse onderzoeker Mart-Jan Hemel hele nieuwe normen waar de praktijk direct profijt van heeft. Noem het letterlijk direct toegepaste wetenschap of anders maar het is een fenomenaal resultaat.
Sacha Stolp, Gemeentelijk Ingenieursbureau Amsterdam
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.
Bij dit soort complexe opgaven schieten conventionele methodieken en monodisciplinaire analyses te kort. Structurele samenwerking tussen belanghebbenden is essentieel. Voor mij is AMS Institute de perfecte infrastructuur waar die diverse belanghebbende partijen uit werelden van kennis, industrie en overheid samenkomen om grote technische uitdagingen in de stad aan te pakken, impact gedreven. In ons geval omvatte dit verschillende ingenieursbureaus, de gemeente en onderzoekers van de TU Delft.
Mart Jan Hemel
Meer informatie
Promotie en proefschrift:
Mart-Jan Hemel verdedigt op 30 november zijn onderzoek. Het proefschrift van Hemel met als titel ‘Amsterdamse kademuren onder druk’ is openbaar toegankelijk via deze link. Eerder verscheen er de ‘Story of science’ Daar aan de Amsterdamse grachten over het experiment van Hemel aan Overamstel.
Voor mediaverzoeken kun je contact opnemen met:
Karlijn Spoor – Persvoorlichter TU Delft via k.spoor@tudelft.nl of 06-41612272.
Over AMS Institute:
Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute) is het gezamenlijke kennisinstituut van TU Delft (TUD), Wageningen University & Research (WUR), Massachusetts Institute of Technology (MIT). In nauwe samenwerking met de gemeente Amsterdam pakt het instituut urgente stedelijke uitdagingen aan met wetenschappelijk onderzoek en innovatie, onderwijs en ondernemerschap. AMS Institute werkt aan innovatieve oplossingen om grootstedelijke gebieden over de hele wereld leefbaar, duurzaam, veerkrachtig en rechtvaardig te houden en maken.