Veel kademuren in Amsterdam zijn aan het eind van hun technische levensduur of beginnen schade te vertonen. Om de kades programmatisch te vernieuwen, heeft de gemeente Amsterdam een bijzondere aanbesteding op de markt gebracht: het Innovatiepartnerschap Kademuren (IPK). Deze nieuwe aanpak heeft G-kracht, een van de drie geselecteerde partners, gemotiveerd om op zoek te gaan naar nieuwe methoden en buiten de kaders te durven denken. Met als resultaat de inzet van high-tech machines, waaronder de Gyro Piler, en een slank ontworpen constructie.
Innovatieve oplossing vervanging
kademuren
Innovatiepartnerschap Kademuren (4): G-Kracht
1 In de pilot zijn alle buispalen met succes aangebracht
1
34? CEMENT 3 20 23
In totaal is in Amsterdam voor
zo'n 200 km kademuren met voor-
rang actie nodig.
Hierbij wordt de ge-
meente beperkt door allerlei belangen in de
comple
xe stedelijke omgeving, wat zich vertaalt
in lage bouwsnelheid en relatief hoge kosten.
De markt werd uitgedaagd om de kademuren
sneller, goedkoper en met minder hinder en
beperkingen voor de omgeving te vervangen.
De hoofddoelstellingen hierbij: minimale
hinder, kortere doorlooptijd, zoveel mogelijk
univ
ersele toepasbaarheid en lage kosten.
Nevendoelstellingen zijn duurzaamheid, multi -
functionaliteit en stimuleren van innovatie.
Variantenstudie
Er worden hoge eisen aan de nieuwe kade-
muren gesteld op het gebied van belastingen,
verplaatsingen en ruimtegebruik. Een sterke
en stijve constructie realiseren met weinig
ruimte vormt in de Amsterdamse, slappe
bodemopbouw een uitdaging. Om een goede
constructiewijze te vinden, is een varianten-
studie uitgevoerd. Hierbij zijn verschillende
varianten beoordeeld op de gestelde eisen,
uitvoerbaarheid en kosten. Enkele belangrijke
criteria hierbij waren:
De constructie moet vóór de rooilijn van
achtergelegen panden blijven, een kabels-
en leidingenstrook moet vrij toegankelijk
zijn en de kademuur mag tot 0,5 m onder de
waterbodem niet verder naar voren uitsteken
dan in de huidige situatie (fig. 2).
Als belasting wordt 20 kN/m² vanaf de kade
tot aan de panden aangehouden, met aan-
vullend lokale hogere lasten en waar relevant
boombelastingen.
De horizontale vervorming van de kade
mag slechts 1/100 van de kerende hoogte
bedragen, met een bovengrens van 50 mm.
Hierbij is een aanvullende beschouwing
nodig van de invloed op de panden, waarvan
de staat nogal verschilt.
De gevoelige omgeving (panden, bomen
etc.) moeten zoveel mogelijk intact worden
gehouden.
Varianten
De volgende varianten voor de vorm van de
hoofdconstructie zijn beschouwd en beoor-
deeld (fig. 3):
1
vrijstaande w
andconstructie;
2
vrijstaande w
andconstructie schoor
geplaatst;
3
w
andconstructie ondersteund met een
schoorpaal aan de grachtzijde;
4
w
andconstructie ondersteund met een
(steil) trekanker aan de landzijde;
5
L-wandconstructie.
Daarnaast zijn enkele subvarianten
beschouwd met combinaties van boven-
staande oplossingen. Met name vanwege de hoge belastingen,
de benodigde stijfheid en het feit dat in de
ondergrond pas op 12 á 13 m onder maai-
ING. MATTHIAS MAST
Projectmanager G-Kracht
Gebr. de Koning
ING. JAN PETER DE VRIES
Geotechnisch adviseur G-Kracht
Gebr. de Koning
ING. NIEK POUWELS Specialist civiele techniekABT
auteurs
Veel kademuren in Amsterdam zijn aan het eind van hun technische levensduur
of beginnen schade te vertonen. Om de kades programmatisch te vernieuwen, heeft
de gemeente Amsterdam een bijzondere aanbesteding op de markt gebracht: het
Innovatiepartnerschap Kademuren (IPK). Deze nieuwe aanpak heeft G-kracht, een van
de drie geselecteerde partners, gemotiveerd om op zoek te gaan naar nieuwe methoden
en buiten de kaders te durven denken. Met als resultaat de inzet van high-tech machines, waaronder de Gyro Piler, en een slank ontworpen constructie.
CEMENT 3 2023 ?35
Systeemgrens
(indicatief)
Werkgrens (indicatief)
Geen K&L
(indicatief)
Doorvaartprofiel (indicatief)
Rooilijn panden
? ?
leggerdiepte
min. 0,50 m.
Bestaande kademuur
( indicatief)
Locatie K&L
(indicatief)
Pleistoceen
vrijstaande wand vrijstaande wand schoor wand met schoorpaal wand met steil anker L-wand op palen L-wand op palen
Pleistoceen Pleistoceen Holoceen
Holoceen
Pleistoceen Holoceen
Holoceen
Pleistoceen Pleistoceen
Holoceen Holoceen
Pleistoceen Pleistoceen
Holoceen
Holoceen
Pleistoceen Holoceen Holoceen
Pleistoceen Pleistoceen Holoceen Holoceen
Pleistoceen
Pleistoceen
vrijstaande wand vrijstaande wand schoor wand met schoorpaal wand met steil anker L-wand op palen L-wand op palen
Wleistoceen Wleistoceen ,oloceen
,oloceen
Wleistoceen ,oloceen
,oloceen
Wleistoceen Wleistoceen
,oloceen ,oloceen
Wleistoceen Wleistoceen
,oloceen
,oloceen
Wleistoceen ,oloceen ,oloceen
Wleistoceen Wleistoceen ,oloceen ,oloceen
Wleistoceen
2 Doorsnede kademuren met opgelegde eisen 3 Onderzochte varianten
2
3
36? CEMENT 3 20 23
0.400-
0.900-
3.500-
gws
o.k. hangschort
ppn ?273
Groutanker
BuispalenwandGording Hangschort
Aanmeerring
Maaiveld
0.00O
N.A.P.
2 3456 7
1 891011121314
15 16
2 3456 7
1 891011121314
15 16
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K L A
B
C
DE
F
G
H
I
J
K L A
VERKLARING
OPMERKINGEN:- Maatvoering in millimeters, tenzij anders aangegeven.
- Peilmaten in meters ten opzichte van N.A.P.
- Coördinaten in millimeters ten opzichte van het Rijksdriehoek-stels\
el
- Hoeken in graden (°), tenzij anders aangegeven
- Staalkwaliteit S235JR, tenzij anders aangegeven.- Lassen a=4, tenzij anders aangegeven.
- Boutkwaliteit 8.8. moerkwaliteit 8.
- Alle bouten en moeren voorzien van sluitringen
C:\Users\noahw\Gebr De Koning B.V\G-Kracht - Documenten\FASE 2 - O&O\2.3 Pilot\3 Ontwerp\3.2 Tekeningen\06. Schetsen\IOS-029 Doorsnede kademuur voor Cement\IOS-029-01 Doorsnede kademuur voor Cement.dwg
SCHAAL 1 :Doorsnede kademuur snede 1 20
DATUM
REVISIE WIJZIGING VRIJGAVE
CONTROLE
TEKENAAR
STATUS
01
27-03-2023 Eerste uitgave DEF NWOMMA
MMA
02 31-03-2023 Detail aanpassing
DEF NWO MMA MMA
TEKENINGNR:
PROJECT
ONDERWERP
Combinatie G-Kracht
BLAD:
FORMAAT:
DOCUMENTNR: OPDRACHTGEVER
DOCUMENTTYPE:
CONTRACTNR: PROJECTNR:
SCHAAL: FASE: Postbus 88
3350 AB Papendrecht Scheepvaartweg 1
Telefoon: 078-6442644 Telefax: 078-6442630
e-mail: info@gebrdekoning.nl
AANNEMER
INNOVATIEPARTNERSCHAP KADEMUREN
Doorsnede nieuwe kademuur snede 1
7.590.06/IOS-029-02
TEKENING
AI 2018-0423 UO
7.590.06
1:20 A1
1
IOS-029
Gemeente Amsterdam
veld zand aanwezig is, vielen veel varianten af.
Voor variant 1 en 2, beide een vrij-
staande wandconstructie, zijn onevenredig
veel constructiemateriaal en ruimte nodig
om in de buurt te komen van de vervor-
mingseis. Daarom zijn deze varianten als
niet haalbaar beoordeeld. Variant 3, met een schoorpaal aan de
grachtzijde, geeft betere resultaten, maar
ook enkele uitdagingen. Die paal moet ofwel
in het werk worden voorspannen, wat be-
hoorlijke uitvoeringsrisico's geeft, ofwel een
passieve paal moet worden toegepast. Maar
die vereist vanwege de deformatie-eisen een
flauwe hoek, wat weer veel graafwerk en
segmentering aan de landzijde met zich
meebrengt. Variant 4, met een trekanker aan de
landzijde, is een veel toegepaste variant voor
grondkeringen, waarbij zeer efficiënt met
materiaal wordt omgegaan (constructiestaal
op trek vereist weinig materiaal). Een trek-
anker is bovendien goed voor te spannen. De
beschikbare ruimte van circa 6-10 m van
voorzijde kade tot aan de rooilijn, gecombi-
neerd met de draagkrachtige zandlagen
vanaf ca 13 m diepte, leveren echter al snel
minder gebruikelijke (steile) ankerhoeken
op. Dit vraagt weer veel van het verticaal
draagvermogen van de constructie. Variant 5, uitgaande van een L-wand-
constructie, leidt tot veel graafwerk aan
landzijde, wat bij aanwezigheid van bomen
niet ideaal is. Binnen deze variant is gevari-
eerd met diverse vormen, waaronder een
omgekeerde L-wand. Maar in alle gevallen
worden de palen veel op buiging belast, wat
veel stijfheid en dus materiaal in de palen
vraagt om aan de deformatie-eisen te vol-
doen. Ook de diverse constructiefasen en
verbindingen geven geen prettig uitvoerbare
constructie.
Keuze: variant 4
Iedere variant heeft voordelen en beperkin-
gen. Uiteindelijk is de keuze gevallen op
variant 4: een verankerde wandconstructie
met een steil anker, dat eindigt vóór de
panden (fig. 4).
Deze uitkomst viel mooi samen met
een relatief nieuwe, trillingsvrije installatie-
techniek voor open stalen buispalen; de zo-
geheten 'Gyro Piler' (zie verder onder kopje
'GRB-systeem'). Door buispalen als grondke-
rende hoofdconstructie te kiezen, kan er ook
een relatief hoog draagvermogen worden
gerealiseerd om de verticale component van
de ankerkracht te kunnen dragen. Open
stalen buispalen geven namelijk een groter
contactoppervlak met de grond dan bijvoor-
beeld een damwandconstructie, doordat er
in de buis en buitenom de buis wrijving met
de grond ontstaat. Er kan ook plugvorming
optreden, wat een aanzienlijk groter punt-
draagvermogen geeft dan een damwand-
constructie.
4 Doorsnede variant 4, een verankerde wandconstructie met een steil anker, dat eindigt vóór de panden
5 De Gyro Piler in actie
De gekozen
variant is een
wandconstructie
met stalen
buispalen onder-
steund met een
steil anker aan
de landzijde
4 5
CEMENT 3 2023 ?37
6
6 Toepassing GRB-systeem in de praktijk
GRB-systeem
De gekozen variant is gebaseerd op het in-
brengen van de buispalen door middel van
het zogenoemde 'GRB-systeem Amsterdam'
(Giken Reaction Based systeem). Dit systeem
maakt gebruik van een Gyro Piler (fig. 5). Met
deze machine kunnen buispalen direct en
trillingsvrij in de ondergrond worden aange-
bracht, zonder dat een werkplatform nodig is
? het materieel verplaatst zich over het eigen
werk. Hierdoor blijft zowel de weg als het wa -
ter beschikbaar voor normaal gebruik en is er
geen bouwkuip of tijdelijke constructie nodig.
Er is bovendien een veel kortere doorlooptijd
van het project mogelijk, er zijn minder risi -co's en er wordt minder hinder veroorzaakt
in de omgeving. Het systeem is opschaalbaar
en is in vele kadevarianten mogelijk. Daarbij
hoeven bomen en woonboten, in veel gevallen,
tijdens de realisatie niet te worden verwijderd.
De Gyro Piler is elektrisch aangedreven
en kan op een accu worden aangesloten,
waardoor de werkzaamheden emissieloos
kunnen worden uitgevoerd.
Uitvoering
Voordat de definitieve constructie wordt
aangebracht, worden voorbereidende werk -
zaamheden uitgevoerd. De holle ruimtes
onder de bestaande kademuur worden
ARTIKELENSERIE IPK
Over het Innovatiepartnerschap Kade-
muren is in Cement een serie van vier
artikelen verschenen.
1. 'Innovatie het toverwoord', een toe-
lichting op het Innovatiepartnerschap'
(Cement 2022/5)
2. 'Kade van de toekomst', over de com-
binatie Kade 2.020 (Cement 2022/5).
3. 'Behoud historische binnenstad met
Koningsgracht', over de combinatie
Koningsgracht (Cement 2022/6).
4. 'Innovatieve oplossing vervanging
kademuren', over de combinatie G-Kracht
(Cement 2023/3).
VIDEO
Op Cementonline is bij dit artikel een
video te bekijken met een toelichting op
de Gyro Piler.
38? CEMENT 3 20 23
Holoceen Holoceen
Pleistoceen Pleistoceen
wand met steil anker; verplaatsingslijn
afhankelijk van stijfheid anker
1300mm L=2000mm
200mm
1500mm
opgevuld, zodat het eventueel wegrotten van
de oude kadevloer niet tot instabiele situaties
leidt. Vervolgens wordt de bovenste 0,5 m van
de kademuur verwijderd. Na deze voorbereidende werkzaamhe-
den start de Gyro Piler. Deze machine boort
de open stalen buispalen door de bestaande
constructie heen naar de benodigde diepte.
Door buizen direct door de bestaande kade-
muur heen te boren, zijn geen sloopwerk-
zaamheden achter de kade noodzakelijk en
blijft de grond waarin de bomen staan stabiel.
De machine beweegt zicht voort over de eer-
der aangebrachte buizen. Dit heeft als groot
voordeel dat er geen hulpwerk benodigd is
voor deze machine en de werkzaamheden
in beperkte ruimte kunnen worden uitge-
voerd. Bij het boren van de eerste paal wordt
gebruikgemaakt van een zogeheten 'start-
frame'. Dit is een stalen frame, waar de ma-
chine zich aan vast kan houden en waarop
ballastgewicht is aangebracht om reactie-
kracht te kunnen genereren. Wanneer een boom op voldoende af-
stand staat, is het mogelijk om deze te passe-
ren en daarmee te behouden (fig. 7). Bij het
passeren van de boom worden enkele buis-
palen gesegmenteerd aangebracht, waarmee
wordt voorkomen dat takken worden geraakt. Het feit dat er beperkte ruimte nodig
is, heeft ook voordelen voor het aspect hin-
der. Alleen parkeervakken moeten worden
afgesloten en de rijbaan blijft open. Na het aanbrengen van de buispalen
worden de groutankers en gording vanaf het water aangebracht. Vervolgens worden de
hangschorten geplaatst. Ook bij deze hang-
schorten is gezocht naar mogelijkheden om
materiaalgebruik en constructiedikte te be-
perken. Dit wordt bereikt door het instorten
van de metselstenen en het gebruik van
vezelversterkt beton.
Krachtswerking
Zoals reeds onder de alinea 'Variantenstudie'
is beschreven, heeft de voorkeursvariant een
steile ankerhoek, vanwege de beperkt be-
schikbare ruimte. Hierdoor werkt het anker
minder efficiënt, maar ook geeft de rek in
het anker meer horizontale verplaatsing van
de kade. Deze rek valt enigszins te regelen
door de voorspanning. Hierdoor heeft de
ontwerper keuze welke vervormingslijn er
globaal wordt gevolgd (fig. 8).
De voorspanning kan echter niet on-
eindig worden bijgesteld, er gelden begren-
zingen. Immers, de maximale rekenwaarde
van de ankerkracht wordt verhoogd bij het
verhogen van de voorspankracht. Enkele be-
langrijke begrenzingen in het ontwerp zijn:
De maximaal haalbare houdkracht van
het groutlichaam wordt beperkt door de
dikte van de zandlagen. De bovengrens van
de effectieve groutlengte is namelijk de dikte
van de draagkrachtige zandlagen.
Het draagvermogen van de wand moet
binnen haalbare grenzen blijven.
De detaillering van de ankerconstructie in
het zeer compacte systeem moet haalbaar
blijven.
7
Met de Gyro
Piler kunnen
buispalen direct
en trillingsvrij
in de onder-
grond worden
aangebracht,
zonder dat een
werkplatform
nodig is
7 Gyro Piler manoeuvreert tussen boom en kademuur
8 Vervormingslijnen kade, afhankelijk van voorspanning trekanker
8
CEMENT 3 2023 ?39
HoloceenHoloceen
Pleistoceen
Pleistoceen
wand met steil anker; krachtenveelhoek
geeft grote verticale belasting
Voor de werking van het constructieve sys-
teem is het draagvermogen van de palen
een essentieel onderdeel. De verticale com-
ponent van de ankerkracht bij het bieden
van enige horizontale steun is significant
(fig. 9). De wijze van aanbrengen, gecombi-
neerd met de vorm van de palen valt niet
binnen de beschikbare gestandaardiseerde
paalklassefactoren in de huidige geotechni-
sche norm. Daarom is gewerkt met een
inschatting, die moest worden geverifieerd
met behulp van statische paalbelastings-
proeven, uitgevoerd in Amsterdamse bodem,
waaruit de juiste factoren worden afgeleid.
Krachtswerking betonnen
hangschort
Op basis van beschikbare documenten zijn
er diverse eisen gesteld aan het hangschort,
bijvoorbeeld ten aanzien van esthetica, be -
nodigde voorzieningen (denk aan grijplijnen,
aanmeerring
en, trappen) en een aantal
belasting
en. Bij belastingen moet onder
meer worden gedacht aan de krachten op
een aanmeerring en aanvaarbelastingen.
Ten aanzien van aanvaringen is de
belangrijkste eis dat tijdens een lichte aan- varing geen schade ontstaat aan het con-
structieve deel van het hangschort. Het
metsel
werkdeel mag hierbij lokaal bescha-
digd raken, zodat het kan worden hersteld.
Bij een zware aanvaring moet het hang-
schort de belasting op kunnen nemen, in
het slechtste geval moet het schort dan
echter
wel worden vervangen.
Ten aanzien van levensduur is corrosie
een belangrijke factor. Voor het eerste ont-
werp is gekozen voor een traditioneel beton -
mengsel met een verzinkte staalvezel (5D van
Bekaert). De voordelen van deze vezel zijn:
zeer hoge draadsterkte en goede veranke-
ring;
een hoge momentcapaciteit en buigtaai-
heid;
lange levensduur, ook bij lichte scheurvor-
ming door aanvaring.
Er is geen traditionele wapening opgenomen.
Modellering
Met behulp van een eenvoudig rekenmodel
in SCIA is de krachtswerking in het hang-
schort bepaald. Een voorbeeld van de sche-
matisering staat in figuur 10. Op het schort
zijn de daarop werkende krachten aange-
9
10
9 Krachtenveelhoek kademuur 10 Schematisering hangschort
SAMENWERKINGS VERBAND
G-KRA CHT
De combinatie G-kracht is een samen-
werking tussen de specialistische familie-
bedrijven (allen met een 'G'): G ebr. de
Koning, Van G elder en Giken Europe, een
dochteronderneming van een Japans
ontwikkelbedrijf. Binnen deze bedrijven
zijn alle disciplines rondom het ver-
nieuwen van kademuren aanwezig.
Gemeente Amsterdam kan, als initia-
tiefnemer van het Innovatiepartner-
schap kademuren Amsterdam, ook
worden gezien als partner van de com-
binatie en dus als vierde 'G'.
40? CEMENT 3 20 23
bracht (focus op eigen gewicht en aanvaar-
belasting). Aan de bovenzijde van het schort
worden drie steunpunten voorzien, die
krachten in drie richtingen kunnen opne-
men (geen inklemming). In het schort zijn
drie steunpunten opgenomen die alleen
horizontale krachten kunnen opnemen. De
aanvaarbelasting kan op ieder niveau aan-
grijpen in verband met de diversiteit aan
scheepvaart in de grachten. In figuur 11 is
een voorbeeld te zien van de optredende
momenten in Y-richting.
Berekening
Het optredende moment in de hangschoten
moet kunnen worden opgenomen. De platen
zijn berekend volgens CROW-CUR Aanbeve-
ling 111 'Staalvezelbetonbedrijfsvloeren op
palen'. Door ABT zijn proefresultaten ge-
bruikt voor een eerste inschatting ten aan -
zien van de prestaties van het staalvezelver-
sterkt beton. Bij de berekening is verder
gebruikgemaakt van NEN-EN 1992-1-1 en
NEN-EN 14651.
Uitgangspunten bij de berekening zijn:
betonsterkteklasse: C45/55 (vezels zijn
efficiënter bij een hogere betonsterkte);
vezels: 5D vezels 65/60;
vezelgehalte: 30 tot 45 kg/m³;
sterke (vastgesteld op basis van reeds
gedaan onderzoek): ? f
CMOD,1 = 7,0 N/mm² (gemiddelde waarde)
? f
CMOD,4 = 8,0 N/mm² (gemiddelde waarde)
Deze waarden moeten voor dit project proef-
ondervindelijk worden vastgesteld.
f
CMOD,1 en f CMOD,4 geven aan wat de buigtrek-
sterkte is bij een CMOD (Crack Mouth
Opening Displacement) van respectievelijk
0,5 mm en 3,5 mm. Na het scheuren neemt
de capaciteit van de doorsnede dus toe. Het
beton vertoont dus ductiel (hardening) ge-
drag en de optredende energie kan goed
worden geabsorbeerd.
Pilot
Een van de belangrijkste onderdelen van deze
innovatie, is het aanbrengen van de buispalen
met de Gyro Piler. Op het moment van schrij-
ven van dit artikel zijn voor een pilot alle 271
buispalen met dit systeem aangebracht en
start de fase van verankeren. De techniek
heeft zich in deze fase van de pilot bewezen
en de bomen zijn gepasseerd. Er moet nog
een aantal stappen worden gezet om de pilot
af te ronden. Maar deze innovatie heeft nu al
laten zien dat hij veel potentie heeft en waar-
devol kan zijn binnen de kademuurproblema -
tiek. In de toekomst wordt wellicht gebruik -
gemaakt van basaltwapening om de milieu-
impact verder te verlagen."
De platen zijn
berekend volgens
CROW-CUR
Aanbeveling 111
Staalvezelbeton -
bedrijfsvloeren
op palen
11
11 Optredende krachten in het hangschort door aanvaarbelasting CEMENT 3 2023 ?41
Samenwerkingsverband G-kracht
De combinatie G-kracht is een samenwerking tussen de specialistische familiebedrijven (allen met een ‘G’): Gebr. de Koning, Van Gelder en Giken Europe, een dochteronderneming is van een Japans ontwikkelbedrijf. Binnen deze bedrijven zijn alle disciplines rondom het vernieuwen van kademuren aanwezig.
Gemeente Amsterdam kan, als initiatiefnemer van het Innovatiepartnerschap kademuren Amsterdam, ook worden gezien als partner van de combinatie en dus als vierde ‘G’.
In totaal is in Amsterdam voor zo’n 200 km kademuren met voorrang actie nodig. Hierbij wordt de gemeente beperkt door allerlei belangen in de complexe stedelijke omgeving, wat zich vertaalt in lage bouwsnelheid en relatief hoge kosten. De markt werd uitgedaagd om de kademuren sneller, goedkoper en met minder hinder en beperkingen voor de omgeving te vervangen. De hoofddoelstellingen hierbij: minimale hinder, kortere doorlooptijd, zoveel mogelijk universele toepasbaarheid en lage kosten. Nevendoelstellingen zijn duurzaamheid, multifunctionaliteit en stimuleren van innovatie.
Reacties