C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2000 744A a n l e i d i n g v o o r d er e n o v a t i eHet sluizencomplex (foto 1) iseen belangrijk onderdeel van dewaterkering die Holland be-schermt tegen de stormvloedenop de Noordzee. Uit een studieeind jaren tachtig bleek dat desluizen en de dijklichamen nietvoldeden aan de Deltawet. DeZuider- en Kleine sluis en deMiddensluis zijn gebouwd in deWaterkering NoordzeesluizenIJmuiden naar Deltahoogte2 | Situatie met aangegeven de verbeterde hoogwaterkeringir. F. T.Heezen, en ir. V.J.W. Hombergen,DHV Milieu en InfrastructuurRijkswaterstaat is enkele jaren geleden eengrootschalige renovatie van het Noordzee-sluizencomplex te IJmuiden gestart. Hetcomplex bestaat uit een gemaal, een spui-sluis, de Noordersluis, de Middensluis, deZuidersluis, de Kleine sluis en verbin-dende dijklichamen. Inmiddels zijn deMiddensluis, Kleine sluis en dijklichamengereed. De Zuidersluis is in uitvoering, derenovatie Noordersluis is onlangs gestart.De hoofdredenen voor de renovatie zijn denoodzaak tot het op Deltaveiligheid bren-gen van de sluizen en dijklichamen en hetverhogen van de beschikbaarheid van hetcomplex voor het schutbedrijf. Na een kortetoelichting op de benodigde maatregelen,aandacht voor de gehanteerde ontwerpfilo-sofie vanuit het oogpunt van waterkering.1 | Overzicht sluizen-complex (foto uit 1994)foto: Rijkswaterstaat,Meetkundige DienstO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWater b o u w k u n d ecement 2000 7 45jaren zeventig respectievelijknegentig van de 19e eeuw enuitgevoerd met de toenmaligbeschikbare middelen: houtenpuntdeuren met hoofden enwandenvanmetselwerk.Decivie-le constructie is in essentie on-gewijzigd gebleven.Deproblemenspitstenzichtoeopde sterkte en stabiliteit van de ?nog in vrijwel oorspronkelijkestaat verkerende ? metselwerk-wanden en -hoofden. De deurenen de verbindende dijklichamentussen de sluizen waren te laag.De Noordersluis is in 1929 ge-reedgekomen.Kenmerkendwarende roldeuren en de keuze voorhet ? in die tijd vooruitstrevendemateriaal ? beton. De civiele be-tonconstructie is tot nu toe gro-tendeels ongewijzigd gebleven.In de Tweede Wereldoorlog opge-lopen schade aan wanden enkassen is gedeeltelijk hersteld. Debewegingswerken en roldeurenzijn circa 10 jaar geleden ingrij-pendgerenoveerd.Problematischwaren vooral de sterkte van debetonconstructie van de deurkas-sen en de kwaliteit van de boven-zijde van de wanden.W a t e r k e r i n gDe betrouwbaarheid van hetcomplex als waterkering bleekonvoldoende. Volgens de Delta-wet moet het complex bestandzijn tegen Maatgevend HoogWater (MHW), een waterstandmet een overschrijdingsfrequen-tie van 10?4??nmaal per 10.000jaar. Deze bedraagt bij IJmuidenNAP + 5,15 m. Aangezien dedijken en sluizen te laag waren,kon bij extreme stormvloedstandwater het Noordzeekanaal instro-men. De deuren en sluiskolkenwaren ook constructief niet bere-kend op deze waterstand, met alsmogelijk gevolg bezwijken en hetontstaan van een stroomgat.In figuur 2 is aangegeven waar deverhoogde waterkering loopt, viade zeedeuren van de schutsluizenen de verbindende dijken.De dijkringfilosofie wordt als ont-werpcriterium gehanteerd. Dezegeeft aan dat de inundatiekansvan het achterliggende gebiedbeneden een bepaalde frequentiemoet liggen1). Dit is vertaald ineen faalkanseis voor het gehelecomplex van 10 5per jaar en perkunstwerk orde 2 x 10-6per jaar2).De dijkringfilosofie is aanvullendvoor de situatie dat alle deurenopen staan als gevolg van calami-teiten (bijvoorbeeld aanvaringenvan deuren) of storingen in bestu-ring en bewegingswerken. Daar-naast wordt voor de eerdergenoemde bezwijksituaties eenprobabilistisch exactere normgeformuleerd.Probabilistische berekeningen,benodigd bij de dijkringfilosofie,kunnen relatief omvangrijk zijn.Daarom is gekozen voor een prag-matische benadering waarbijwordt gewerkt met waterstandenmet overschrijdingsfrequentiesdie worden afgeleid uit fouten-boomanalyses. Deze waterstan-den gelden als rekenwaarde,zonder belastingsfactor3). In prin-cipe hoeft dan in de constructieveberekeningen alleen rekeninggehouden te worden met denormale parti?le sterktefactorenvolgens NEN-6700. Het resultaatvan de analyses is dus een ont-werpbelasting, met (waar van toe-passing) een parti?le belastings-en sterktefactor4).1) Bij de benadering met gebruik van MHW is het risico voor de achterliggende polders niet exact te bepalen. Omdat een water-kering uit schakels bestaat die alle kunnen falen, wordt enerzijds verhoging van het risico niet in rekening gebracht, maaranderzijds verlaging van het risico door reststerkte van de constructie ook niet. Analoog aan ontwikkelingen in andere vak-gebieden (vervoer, milieu) ontstond de wens om meer uit te gaan van persoonlijke risico's, waardoor een objectievere norm-stelling voor dimensionering mogelijk is. Hiertoe is de dijkringfilosofie ontwikkeld. Een dijkring is een gesloten keten,bestaande uit alle onderdelen van de waterkering zoals dijken, keersluizen, schutsluizen en gemalen. Per polder of dijkringwordt een norm gesteld voor de som van de faalkansen zodat berekend kan worden of de dijkring voldoet. De te nemenmaatregel kan daarop worden afgestemd.2) Omdat eerst het Noordzeekanaal een waterstandsverhoging krijgt bij falen van de sluizen is falen gedefinieerd als een verho-ging van het kanaalpeil met circa 1 m tot NAP + 0,65 m, de kruinhoogte van kades en dijken langs het Noordzeekanaal.3) Dit geldt voor constructieonderdelen waar de invloed van de waterstand op de bezwijkkans veel groter is dan de invloed vande sterkte-onzekerheden, als gevolg waarvan verschillende onderdelen bij ongeveer dezelfde stormvloed(stand) zullenbezwijken.4) In de leidraad kunstwerken in waterkeringen van de TAW (Technische Adviescommissie Waterkeringen) is een vergelijk-bare filosofie te herkennen, maar dan met gebruik van een belastingsfactor. Als indicatie wordt een maximale bezwijkkansvan 1% gehanteerd. Bij IJmuiden leidt dit tot een bezwijkkans van 10?6per jaar. Bij een bezwijkkans van 10?6per jaar is be-rekend dat op de vervalbelasting bij MHW een belastingsfactor van 1,25 moet worden gehanteerd. Bij de ontwerpberekeningvan de Zuider- en Kleine sluis wordt met hogere waterstanden in combinatie met een lagere belastingsfactor gewerkt.De resulterende rekenwaarde (optredende belasting x belastingsfactor) en bijbehorende bezwijkfrequentie lijken vergelijkbaar.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater b o u w k u n d ecement 2000 746B e d r i j f s v o e r i n gNaast de problemen met dehoogte van de waterkering, washet risico op niet beschikbaar zijnvan de sluizen te groot. Zo kon erbij de Zuider- en Middensluisvanwege zwakte van de oude con-structie niet geschut worden bijeen waterstand hoger dan NAP+ 1,5 m, een waterstand die eenaantal malen per jaar voorkomt.Derenovatiemoetvoorkomendatde sluizen een knelpunt gaanvormen voor de scheepvaart.Daarom is het schutvenster ver-groot door verhoging van hetmaximale en verlaging van hetminimale schutpeil. Daarnaast isde betrouwbaarheid van demechanische en elektrische in-stallaties verhoogd. Op basis vanniet-beschikbaarheidsanalyses zijnconstructieve en beheersmaat-regelen vastgesteld die systeem-storingen en uitval door inciden-ten minimaliseren. Het betreftzaken als uitval energievoorzie-ning,storinghydrauliek,objectenop drempels en aanvaringen vandeur of trek/duwstang.H o o f d l i j n e n r e n o v a t i e -m a a t r e g e l e nDijkenDe verbindingsdijken tussen desluizen zijn integraal verhoogdzodanig dat stormvloedstand in-clusief golven gekeerd kunnenworden (foto's 3 en 4). Voor eendeel is gekozen voor aanvullingmet keerwanden vanwege debeperkte beschikbare breedte vande grondlichamen.De deuren en bewegingswerkenDe puntdeuren van Kleine,Zuider en Middensluis zijn ver-vangen door nieuwe stalen deu-ren met hydraulische bewegings-werken. Oorspronkelijk werd perhoofd een stel eb- en een stelvloeddeuren gebruikt. Bij deZuider- en Kleine sluis is gekozenvoordegoedkopereoplossingmetdubbelkerende deuren (alleenvloeddeuren, opendraaiend naarde zeezijde). Dit kon door dedeuren stijf te maken en voornauwkeurige en sterke hydrauli-sche bewegingswerken te kiezen.Bij negatief verval (eb) is de lekvoldoende klein om de schutduurniet significant te verhogen.Maatgevend hoog water is hogerdan de bestaande puntdeuren vanKleine, Zuider- en Middensluis.De aanwezigheid van verkeers-bruggen maakte het gewenst debestaande hoogte te handhaven.Uit hydraulische berekeningenblijkt dat de overslag bij storm-vloed tot een zeer beperkte verho-ging van de binnenwaterstandleidt, vanwege het grote bergendvermogen van het Noordzeeka-naalbekken. Daarom is beslotende deurhoogte van de buiten-hoofden gelijk te houden.Dit heeft consequenties voor debodembescherming achter dedeuren en de terreinen nabij dewanden. Hier moet met over-slaand en stromend water reke-ning gehouden worden. Dekosten wegen echter niet op tegende voordelen van lagere deuren.Kerende onderdelen van sluizenworden ontworpen op een verval-belasting(hogewaterstandbuitenen lage waterstand binnen). Dedeurhoogten bij buiten- en bin-nenhoofd zijn verschillend. Deeerste is afhankelijk van de (hoge)stormvloedstand, de tweede isgerelateerd aan de (lage) schut-peilen. Het over de buitendeurstromende water vult de kolk totbinnendeurhoogte. Er ontstaateen zogenaamd `getrapt keren'-3 | Verhoogde hoogwater-kering in IJmuidenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWater b o u w k u n d ecement 2000 7 47situatie. Het totale peilverschiltussen zee en kanaal wordt dusverdeeld over buiten- en binnen-hoofd. Hierdoor zijn de vervallenper hoofd relatief gering enkunnen de deuren lichter wordenuitgevoerd.Uithistorischegegevensblijktdataanvaringen niet uitgeslotenkunnen worden. De deuren zijnzodanig uitgevoerd dat een aan-varing met normale vaarsnelhe-den geen bezwijken tot gevolgheeft. Bij bezwijken is de hoe-veelheid in het Noordzeekanaalstromend water uit de Kleine- ende Zuidersluis, zelfs bij demaximale schutwaterstand (NAP+ 1,5 m), te gering voor inundatie.Uit oogpunt van beheersbaar-heid, zoutbezwaar en bedrijfsvoe-ring, is het toch wenselijk om degevolgen te beperken. Daarom isgekozen voor deuren die op stro-ming kunnen sluiten, zodat deopen doorgang direct geslotenkan worden.De kolkDe metselwerkwanden en -hoof-den van de Kleine sluis, Zuider enMiddensluis waren onvoldoendesterk en stabiel. Daarom zijn devolgende maatregelen getroffen:? de kolk van de Kleine sluis isvervangen door een betonnenbak. Hiermee zijn de proble-men van een instabiele smallekolkwand tussen Kleine enZuidersluis en te zwakkehoofden ondervangen;? de bovenzijde van de wandenvan Zuider- en Middensluis isvervangen door beton(vanwege bolderkrachten) meteen metselwerk afdekking;? aan de grondzijde van de kolk-wand van de Zuidersluis zijneen ontlastsleuf en aanvul-lende verankering aangebrachtvoor extra stabiliteit;? de bovenzijde van de wandenvan de Noordersluis wordtvervangen om troskrachtenen toevallige krachten doorscheepsstoten te kunnenopvangen.Bediening en besturingDe oorspronkelijke lokale bedie-ning is vervangen door drie be-dieningsposten met zicht op dekolken.Camera'szorgenvooreentotaalbeeld van de sluis. Voorcommunicatie met de schepenzijn voorzieningen als geluidsin-stallaties en praatpalen opgeno-men. Het besturingssysteem, metnetwerkcommunicatie en PLCsturing, is state of the art gewor-den. Het schutbedrijf kan metminder mensen worden gevoerdentevenskunnenallerleibescher-mingen worden ingebouwd dieongewenste situaties bij de deu-ren voorkomen.Al met al wordt door slimme ont-werpkeuzen, in combinatie metde robuustheid van een groot deelvan de oude constructie, met eenbeperkte inspanning het gehelecomplex gereedgemaakt voor de21e eeuw. Het voldoet aan denieuwste inzichten met betrek-king tot hoogwaterkering en be-trouwbaarheid. s4 | Ter plaatse van de brug-gen over de sluishoofdenzijn beweegbare beton-nen keringen gemaakt