Kade van de toekomst Innovatiepartnerschap Kademuren (2): Kade 2.020 1 De EZ-flow-wand De kades in de Amsterdamse binnenstad zijn, gezien hun leeftijd van meer dan honderd jaar, kwetsbaar geworden. Om deze kades programmatisch te vernieuwen heeft gemeente Amsterdam een bijzondere aanbesteding op de markt gebracht: het Innovatiepartnerschap Kademuren (IPK). De gemeente zocht hierbij naar marktpartijen die innovaties ontwikkelen voor het duurzaam vernieuwen van haar kades, nu en in de toekomst. Kade 2.020 is één van de drie partners die gemeente Amsterdam heeft geselecteerd om hun eigen aangedragen concept door te ontwikkelen en in uitvoering te brengen, het zogenoemde EZ-flow-concept. 1 32? CEMENT 5 20 22 De ambitie van Kade 2.020 is een betrouwbare kadevernieuwing van de Amsterdamse grachten te realiseren met een minimum aan overlast . Een serie brainstormsessies in een multidisciplinair team heeft geresul- teerd in een concept dat in hoge mate beant- woordt aan de doelstellingen van de gemeente Amsterdam: een innovatief en overlastbe- perkend systeem, genaamd EZ-flow (uit te spreken als 'easy flow'). EZ-flow EZ-flow heeft betrekking op twee innovaties die zijn toegepast bij de oplossing. De meest zichtbare innovatie is de voor deze opgave ontworpen 'omgekeerde L-muur' (fig. 1). Deze L-muur bestaat uit een prefab ontwor- pen betonelement van circa 5000 mm lang, 2500 mm breed en 2000 mm hoog. De ge- middelde dikte is 350 mm en het gewicht circa 23 ton. De funderingspalen en de voet van dit element bevinden zich in de gracht, waardoor de nieuwe kade kan worden ge- bouwd zonder dat dit de volledige sloop van de bestaande kade vereist en waarbij een bouwkuip overbodig is. Dit in tegenstelling tot de conventionele methode voor kadever- nieuwing, waarbij de nieuwe kade wordt gebouwd op de plek van de bestaande kade, waarvoor een bouwkuip noodzakelijk is. Een groot deel van het werk, met name de werkzaamheden die de inzet van zwaar materieel vergen, wordt vanaf het water uitgevoerd. De andere innovatie heeft betrekking op het vernieuwende proces, gebaseerd op het one-piece-flowprincipe uit de Lean-filosofie. In tegenstelling tot de gangbare methoden voor kademuurvervanging, waarbij de kade- muur in één keer over de hele lengte van een rak wordt vervangen, vervangt Kade 2.020 de kadeconstructie in secties van 5 m, in een tempo van één sectie per week. Alle werkzaamheden worden uitgevoerd vanaf het water en met één werkponton. Een voordeel van werken volgens het one-piece- flowprincipe is dat er iedere week nieuwe kennis en ervaring wordt opgedaan wat de mogelijkheid geeft om zowel het werkpro- ces als het constructieprincipe continu door te ontwikkelen. Binnen het werkveld van kadevervanging is dit een radicale pro- cesinnovatie, waarbij de leercurve het gehele project doorloopt. Hierdoor zal de efficiën - tie vergroten bij elk nieuw geïnstalleerd element. Constructie De constructie van de EZ-flow is gebaseerd op bewezen technieken, waarbij mede ge- bruik is gemaakt van technieken uit andere werkvelden. Zo is inspiratie gehaald uit de offshore windindustrie, onder meer voor de paalkopverbinding. De palen die bij de constructie worden gebruikt, hebben een lengte van gemiddeld 22 m met een diameter van Ø219 mm en zijn van staal. Deze worden door middel van schroefinjectie in de grond aangebracht, waarbij een maximaal toelaatbare plaat- singstolerantie van 100 mm aan de paalkop wordt gehanteerd. Deze waarde is groter dan gebruikelijk gekozen omdat vanaf ING. RONALD SILVIUS Business Developer Koninklijke Oosterhof Holman IR. RICHARD ROGGEVELD Constructief Adviseur en Expert Kademuren Sweco JOHANNES DE GROOT Marketingmanager Koninklijke Oosterhof Holmanauteurs CEMENT 5 2022 ?33 het water wordt gewerkt en er obstakels in de bodem zijn te verwachten. Door in het ontwerp een ruime tolerantie aan te houden, wordt beoogd de kans op stagnatie tijdens de uitvoering als gevolg van plaatsingsafwij- kingen te beperken. Principe paalkopverbinding? De verbinding van de paalkop aan de vloer van het EZ-flow- element is geïnspireerd door de shear keyed grouted sleeve connection (SK-GSC): een in- novatie die zijn oorsprong in de offshore windindustrie heeft. Hierbij worden twee concentrische buizen, voorzien van shear keys (inwendig gelaste spiraalwapening van Ø10 mm diameter om dwarskracht in te lei- den in het beton) in elkaar geschoven, waar- bij de ruimte tussen de buizen met grout wordt gevuld (fig. 2). De natte knoop die de paalkop met de vloer van het EZ-flow-element verbindt, wordt gerealiseerd met een hoogwaardige offshore windturbinegrout (Sika Grout-3620). De paal -kop is hierbij ingelaten in een sparing in de vloer. In geval van een trekverbinding is in de vloer een conische stalen huls opgeno- men om de krachten uit de paalkop op te nemen en over te dragen aan de vloer van het EZ-flow-element (fig. 3). De drukverbin- ding vergt geen stalen huls. De SK-GSC is niet een-op-een bruik- baar binnen het EZ-flow-concept, onder andere omdat de dikte van de groutlaag in de EZ-flow-toepassing groot is in verhouding tot de diameter van de paal en de huls. Het grout vormt daardoor een momentvaste trekverbinding, die door zijn conische vorm werkt als plug die grote trekkrachten kan opnemen, terwijl in de offshore toepassing het grout een krachtsoverdracht langs de schachten van de aansluitende buizen ver- zorgt die meer neigt naar overdracht via aanhechting. Testprogramma? In de door Kade 2.020 beoogde toepassing moet een relatief grote 2 Oplossing voor de paalkopverbinding: twee concentrische buizen, voorzien van shear keys, worden in elkaar geschoven waarbij de ruimte tussen de buizen met grout wordt gevuld [1] 3 Doorsnede huls met ingelaten paalkop (trekverbinding) ARTIKELENSERIE IPK Over het Innovatiepartnerschap Kade- muren verschijnen in Cement vier artike- len. Het eerste artikel 'Innovatie is het toverwoord' is een toelichting op het Innovatiepartnerschap (elders in dit nummer). Het artikel op deze pagina's is het tweede artikel en gaat over de combinatie Kade 2.020. Het derde artikel ('Behoud historische binnenstad met Koningsgracht', Cement 2022/6) gaat over de combinatie Koningsgracht. Het vierde artikel is van combinatie G-Kracht (Cement 2022/7). 2 3 34? CEMENT 5 20 22 plaatsafwijking van de paalkop kunnen wor- den opgenomen, waardoor de groutdikte langs de omtr ek van de paal kan variëren. Dit vermindert de analogie met de offshore toepassing verder. Om deze reden is besloten de verbinding, zowel de trek- als de drukver - binding, aan een serie testen te onderwerpen. Hierv oor is samenwerking gezocht met de Technische Universiteit Eindhoven. Ten behoeve van het testen zijn meer- dere proefstukken gefabriceerd (foto 4). De trek- en drukverbinding zijn belast op een combinatie van moment en normaalkracht. Het primaire doel van de experimenten was om vast te stellen of het verbindingsprincipe kansrijk is voor toepassing in de praktijk. Aanvullend is onderzocht of de conische vorm van de huls van de trekverbinding de toepassing van shear keys in de huls overbo- dig kan maken. De sterkteontwikkeling van het grout is bepaald met proefkubussen. Voorts zijn de proeven op de verbinding uit- gevoerd op basis van krachtswerking die in de bouwfase wordt verwacht (lagere krachten i.c.m. 24-uurs sterkte) en op basis van de krachtswerking in de gebruiksfase (hogere krachten i.c.m. 28-daagse sterkte). De moment-normaalkrachtcombina- ties (M-N-combinaties) waarop de verbin - ding is getest, zijn afkomstig uit de ontwerp- berekeningen van de constructie (fig. 5). De verhouding tussen M en N was onder druk en trek, vanaf de aanvangswaarde van de normaalkracht, vrijwel lineair. De combinatie van moment en nor- maalkracht is aan het proefstuk opgelegd 4 Proefstukken voor het testen van het ontwerp van de trekverbindingen 5 In test gebruikte M-N-combinaties Kade 2.020 heeft een innovatief en overlastbeper- kend systeem ontwikkeld, genaamd EZ- flow, gebaseerd op een 'omge- keerde L-muur' 4 5 CEMENT 5 2022 ?35 6 Stalen huls?7 Proefstuk in bekisting met wapening om de stalen huls heen 8 Proefstuk t.b.v. testen ontwerp drukverbinding?9 Paalkop ingelaten in sparing, gereed voor afgieten met grout 10 Voltooide trekverbinding 6 7 8 9 10 36? CEMENT 5 20 22 door het aanbrengen van een axiale kracht en een lateraal aangrijpende kracht. Er is begonnen met een beperkte normaalkracht, waarna moment en normaalkracht in een vaste verhouding continu zijn opgevoerd. Proefstukken? De stalen huls in de proef- stukken (foto 6) is voorzien van een dekplaat die de paalreactie aan de bovenzijde van de vloer inleidt (in de praktijksituatie, de proef- stukken zijn op de kop getest). Omdat de huls een aanzienlijke ongewapende zone in de vloer veroorzaakt, bevindt zich aan weerszijden van het gat een zwaar gewapen- de strook (foto 7). Bij de drukpaal is geen co- nische plug nodig, waardoor de toepassing van een stalen huls zoals gezegd achterwege kon blijven (foto 8). Testresultaten? In de uitvoering kunnen om- standigheden sterk variabel zijn. Met name de omgevingstemperatuur is normaliter van grote invloed op de verhardingssnelheid van het grout. Omdat de voortgang van de uit- voering mede afhankelijk is van de sterkte- ontwikkeling van het grout, heeft Sika speci- fiek voor de beoogde toepassing een grout samengesteld dat onder alle omstandighe- den voldoende snel verhardt om na 24 uur reeds de bouwfase belastingen op te kunnen nemen. Uit de uitgevoerde testen op proef- kubussen is gebleken dat na 24 uur 65-70% van de 28-daagse druksterkte wordt behaald bij een omgevingstemperatuur van 18°C (fig. 11). Het experimenteel onderzoek heeft aangetoond dat de trek- en drukverbinding de belastingen uit de ontwerpberekeningen kan weerstaan, zonder dat er zichtbare schade in de groutverbinding optreedt. Ook de rotatiestijfheid van twee verbindin- gen is met elkaar vergeleken. De rode lijn uit figuur 12 correspondeert met een proefstuk waarvan de verbinding tenminste 28 dagen Zowel de trek- als de drukverbinding is aan een serie testen onder- worpen, in samenwerking met de TU Eindhoven 11 Sterkteontwikkeling grout 12 Rotatiestijfheid van verbinding met uitsluitend shear keys op de paal, na 24 uur (groene lijn) en verbinding met shear keys op paal én huls na 28 dagen (rood) SAMENWERKINGSVERBAND KADE 2.020 Kade 2.020 is een samenwerkings- verband tussen vier bedrijven die zich sinds jaar en dag bezighouden met het vernieuwen en verbeteren van kadeconstructies in binnen- stedelijke omgeving: Koninklijke Oosterhof Holman, Sweco, Strackee en CMD Civiele Werken. 12 11 CEMENT 5 2022 ?37 heeft kunnen verharden en voorzien is van shear keys. De groene lijn heeft betrekking op een verbinding die 24 uur heeft kunnen verharden, en is uitgevoerd met uitsluitend shear keys op de paal en dus niet in de huls. Voor wat betreft de stijfheid van de verbin- ding zijn dit de vermoedelijk uiterst denkbare combinaties.De rotatiestijfheid ligt in beide geval- len rond 120 MNm/rad. De invloed van de shear keys aan de binnenzijde van de huls op de rotatiestijfheid van de verbinding lijkt dus erg beperkt. Bij geen van de verbindingen is het gelukt deze tot bezwijken te brengen, waar- door de invloed op de sterkte niet is vast te stellen. Wel is vast komen te staan dat alle beproefde verbindingen uit de ontwerpbere- keningen bepaalde M-N-combinaties kun- nen doorstaan. Het streven is om de verbin- ding door te ontwikkelen, zodanig dat de shear keys in de huls achterwege kunnen blijven. Vooralsnog blijven deze behouden; schrappen van de shear keys zal een te zijner tijd te ondernemen aanvullende proeven- serie vergen. Het gedrag onder zuivere trek wordt ge- toond door de blauwe lijn in figuur 13. Na een aanvankelijke geringe afvlakking van de grafiek, neemt de stijfheid aanmerkelijk toe. Dit is te verklaren doordat het mobiliseren van de verbinding gepaard gaat met het op microschaal verbrijzelen van het grout rond de shear keys, waardoor de stijfheid aanvan - kelijk afneemt en daarna weer toe. In abso- lute zin zijn de verplaatsingen zeer gering, maar het verloop sluit aan bij de verwach - tingen. Uitvoeringstechniek De uitvoering van de EZ-flow start met het situeren van een werkponton die is voorzien van een kraan (fig. 14a). Er is een specifieke materieelset ontworpen. Deze set bestaat onder andere uit een boorkopmotor, stel- raam, diamant draadzaag en een holle ave- gaarboor. Er wordt zoveel mogelijk gewerkt vanaf het water, zo blijft de kade toeganke- lijk voor verkeer tijdens de werkzaamheden. Het maximale ruimtebeslag van de werk- zaamheden, langs de kade gemeten, is 20 m. Dit heeft onder andere als voordeel dat woonboten binnen het rak kunnen worden verplaatst. Nadat het ponton is gesitueerd, wordt gestart met het verwijderen van de verhar- ding. Het EZ-flow-concept is erop gericht om bomen te behouden en zo de authentieke uitstraling van de kademuur en Amsterdam te behouden. Wanneer er bomen in het werk - gebied staan, wordt er gewerkt conform Gemeente Amsterdam heeft een aantal criteria opgesteld, waar Kade 2.020 allemaal aan voldoet 13 13 Het gedrag onder trek, normaalkracht versus verticale verplaatsing. Blauwe lijn: zuivere trek. Rood en groen: buiging en trek. Alle drie de varianten laten een stapsgewijze toename in stijfheid zien, vermoedelijk ten gevolge van micro-verbrijzeling 38? CEMENT 5 20 22 14 a Ponton beginsituatie d Aanvoeren ponton met EZ-flow-element f Plaatsen vulstukkenb Verwijderen dekzerk en aanbrengen palen e Positionering element in de gracht g Overall beeld c Opstelling waarbij bestaand metselwerk, kespen en vloerdelen m.b.v. diamant draadzaag worden verwijderd 14 Uitvoeringsproces van de EZ-flow CEMENT 5 2022 ?39 het bomenprotocol. Dit wil zeggen dat er binnen 2,5 m aan weerszijden van bomen niet wordt gegraven. Ook houdt dit in dat de bomen in- en uitgecheckt worden voor en na de werkzaamheden. Tijdens de werk- zaamheden wordt de gezondheid van de bomen gemonitord. Mocht er tijdens de werkzaamheden een zieke boom worden ontdekt, dan wordt er in overleg met de opdrachtgever een nieuwe teruggeplaatst. Na het graven van de ontlastsleuf, wordt de dekzerk verwijderd (fig. 14b). Daarna wordt een Dywidag-ankerstang van 30 mm verticaal aangebracht door het bestaande metselwerk. Hierdoor kan er worden geboord in het metselwerk van de bestaande kademuur. Dit is noodzakelijk om ruimte te creëren voor de landzijdige fundatiepalen en gebeurt met een holle avegaar (Ø450 mm). Na het boren worden de geboorde metselwerkkernen en aanwezi - ge houten vloerdelen verwijderd, voordat de fundatiepalen worden aangebracht. Hierna wordt de paalstempelconstructie aangebracht op de landpalen. Deze con - structie wordt op spanning gezet tegen het metselwerk door middel van vijzels. Hier- mee is de bestaande kademuurconstructie geborgd en veilig. De volgende stap is het aanbrengen en posi- tioneren van het stelraam. Er worden drie loodpalen - die tevens dienen als montage- palen - aangebracht, alsmede twee schoor- palen. Deze palen zijn vooraf voorzien van een hoogtering, ten behoeve van de heitole- rantie in z-richting. Na het aanbrengen van een tijdelijke stempelconstructie en het verbinden daar- van met de bestaande kade, wordt gestart met het zagen en verwijderen van bestaand metselwerk, kespen en vloerdelen met be- hulp van de diamantdraadzaag (fig. 14c). Het gebruik van deze zaag is een bewezen tech- niek in de GWW-sector. Echter bij werk- zaamheden rondom kademuren wordt het nog niet veel toegepast. De hoge nauwkeu- righeid van 10 tot 15 mm bij het zagen, zorgt ervoor dat deze techniek wordt gebruikt. Het diamantzagen is getest in een testopstel- ling en de resultaten waren zeer positief en voldeden aan de verwachtingen (foto 15). Na het zagen kan er worden gebaggerd. Na het baggeren wordt het ponton met EZ-flow-element aangevoerd (fig. 14d). Het element wordt op de montagepalen gepositi- oneerd, waarna door middel van een natte- knoopverbinding met grout de palen en het element worden verbonden. De constructie wordt op 0,5 m onder het gewenste bagger- niveau aangelegd (fig. 14e). Hierdoor worden problemen op het gebied van baggeren voorkomen en dit zorgt ervoor dat er geen obstakels zijn op de ligplaatsen van de woonboten. De volgende stap is het verwijderen van de paalstempelconstructie van de drie landpalen, waarna er een verbinding wordt gemaakt tussen de landpalen en het EZ- flow-element. Onder het element ontstaat een holle ruimte, deze wordt opgevuld met grof zandmengsel. Dit grof zandmengsel wordt door middel van verpompen onder druk onder de kademuur aangebracht, zodat alle holle ruimten volledig worden opgevuld. Het grofzand heeft daarnaast ook een positieve werking op de waterdoorlatend - heid. Hierop volgend worden de open stukken in de wand van de EZ-flow, ter plaatse van de landpalen, opgevuld met vulstukken (fig. 14f ). In de vulstukken zijn voorzieningen ver- werkt voor onder andere de rivierdonder- pad en ten behoeve van de waterdoorlatend- heid van de constructie. Na het vullen van de betonnen vulstukken wordt een beton- nen koppelbalk aangebracht over het ele- ment. Deze wordt door middel van het aangieten van gains verbonden met het EZ- flow-element. Daarna wordt de ruimte tussen het element en de bestaande kade opgevuld. Tot slot wordt een droogzetbakje ge- plaatst om onder water metselwerk uit te voeren. Tevens wordt het metselwerk en dekzerk aangebracht, het grondwerk aange- vuld en de bestrating hersteld en aangevuld conform het bomenprotocol. Kade 2.020 kiest ervoor om de kade op locatie op te metselen en niet te werken met metselwerk met steenstrips en/of prefab metselwerk. In situ metselwerk geeft een mooiere authen- tieke uitstraling die past bij de kademuren ERVARINGEN Stephan Laaper, Projectmanager bij Advies- en ingenieursbureau Sweco "Het innovatiepartnerschap combineert een uitdagende en ambitieuze, maar ook haalbare doelstelling, met een voor iedereen zichtbaar en relevant probleem in de mooiste stad van Nederland. Dat in deze context aanspraak wordt gemaakt op onze innovatieve en technische competenties in een complexe omgeving, maakt de uitdaging alleen maar interessanter." Taeke Visser, Uitvoeringsdeskundige van Koninklijke Oosterhof Holman "Geen situatie is gelijk in binnen- stedelijk gebied en dit vraagt altijd veel van het oplossings- vermogen van de betrokkenen. Het innovatiepartnerschap maakt het mogelijk om zelf de meest optimale constructie en werkwijze te bedenken voor het vervangen van kademuren. En door de omvang van de ver- vangingsopgave zijn er geen concessies nodig op de investe- ringen." 40? CEMENT 5 20 22 en het Unesco-werelderfgoed van Amster- dam. Het resultaat is een vernieuwde kade met authentieke uitstraling, die de komende eeuw zonder problemen het stadsbeeld van Amsterdam verfraait. Criteria voor oplossing Gemeente Amsterdam heeft een aantal criteria opgesteld voor de oplossing van het vernieuwen van de kademuren. Opschaalbaarheid? Het criterium opschaal- baarheid heeft betrekking op de doelstellin- gen om de kademuren in het centrumgebied van Amsterdam zo snel mogelijk op orde te brengen. Daarnaast moet er een kortere doorlooptijd zijn ten opzichte van de regu- liere manier om kademuren te vervangen en moet de oplossing in verschillende con- texten toepasbaar zijn. Kade 2.020 draagt hieraan bij door toepasbaar te zijn in verschillende contex - ten. Zo past de EZ-flow ook in bochten, smallere en ondiepere vaarwegen of kades en nabij bomen. De leercurve resulteert in een steeds efficiëntere uitvoering. Dit is voordelig voor de snelheid en de kortere doorlooptijd. Impact op de omgeving? De conventionele w erkwijze bij het uitvoeren van een kade- muurvervanging heeft grote impact op de omgeving. Bewoners, bezoekers, horeca en andere bedrijven worden geconfronteerd met een verminderde leefbaarheid en vaak langdurige hinder. De oplossing moet dit zoveel mogelijk voorkomen. De EZ-flow zorgt voor minimale hinderbeleving. De bewoner ziet iedere week vooruitgang. De ene week ligt deze EZ-flow-set voor de deur en de week daar- op is de EZ-flow-set alweer vertrokken. Bewoners hebben hier slechts kortstondig hinder van. Al het materieel wordt via het water en niet over de weg aangevoerd. De kade blijft toegankelijk voor al het verkeer. De EZ-flow-bouwmethode is trillingsarm, de palen van de nieuwe constructie worden geschroefd in plaats van geheid. Tot slot is het werkvak maximaal 20 m lang, dus mocht er overlast ontstaan dan beperkt dit zich tot deze 20 m. Toekomstwaarde? Duurzaamheid en een levenscyclusbenadering zijn belangrijk als het gaat om de toekomstwaarde van de innovatieve oplossing. Kade 2.020 draagt hieraan bij door zo min mogelijk transportbewegingen te maken. Wanneer er bijvoorbeeld buis- palen worden aangeleverd, dan neemt dit transport op de terugreis het afval en de overbodige materialen mee. Hierdoor wordt niet alleen de overlast van transport op locatie beperkt, maar dit zorgt ook voor zo min mogelijk CO?-uitstoot. De transpor- ten die worden uitgevoerd van en naar de bouwlocatie worden elektrisch uitgevoerd. Tevens is het resultaat een kade die de komende eeuw mee kan. Binnen de con - structie van de EZ-flow wordt zoals eerder gesteld rekening gehouden met de flora en fauna en ook met bijvoorbeeld waterover- last. Samenwerking? Een goede samenwerking wordt volgens de criteria gekenmerkt door positiviteit, openheid, professionaliteit en ontwikkeling. De samenwerking van Kade 2.020 voldoet aan alle hierboven genoemde punten. Het multidisciplinaire team brengt hierbij theo- retische en praktische technische kennis, innovatie-expertise én uitvoeringscapaciteit samen. Lijnbaansgracht Eind dit jaar is de EZ-flow voor het eerst in actie te zien op de Amsterdamse grachten, namelijk de Lijnbaansgracht. Hier wordt 172 m kademuur vervangen. Tijdens proef- sleuven en booronderzoek is gebleken dat deze kademuur samengesteld is uit beton en metselwerk. Ook bij dit project is het uitgangspunt: zo weinig mogelijk hinder en geluidsoverlast voor de omgeving veroorzaken en de bomen behouden volgens het bomenprotocol. Over 10 jaar hopen we met trots vast te stellen dat een groot deel van de Amster- damse kades is vernieuwd en dat iedereen dankzij de EZ-flow de komende eeuw zorge- loos kan genieten van de Amsterdamse grachten. LITERATUUR 1?Lee et al., Interfacial shear behavior of a high-strength pile to sleeve grouted connection. Engineering Structures 151: 704-723, 2017. 15 15 Testopstelling diamantdraadzaag CEMENT 5 2022 ?41