Behoud historische binnenstad met Koningsgracht Innovatiepartnerschap Kademuren (3): Koningsgracht 1 Brouwersgracht Amsterdam, circa 1930, bron: Nederlands Instituut voor Militaire Historie / Wikimedia Commons 1 38? CEMENT 6 20 22 In totaal is voor zo'n 200 km kade- muren met voorrang actie nodig. Het aanpassen van deze kademuren, die voor een groot deel in de historische binnen- stad liggen, is complex vanwege de beperkte werkruimte op het land en het water. De omgeving, met bomen, woonboten en onder- grondse voorzieningen, zoals kabels en lei - dingen, speelt hierbij een belangrijke rol. Bo- vendien is de bereikbaarheid tijdens de bouwwerkzaamheden een belangrijk thema. Vernieuwde werkwijze Vanuit technisch oogpunt bestaat de nieuwe kade uit een betonnen L-wand op palen (fig. 2). Deze oplossing is op zichzelf traditioneel en bekend. De bijzonderheid zit hem in de uit- voeringsvolgorde en de industriële en modu - laire wijze van bouwen, waarbij de oplossing ter plaatse wordt samengesteld. Door de be- tonnen wand af te werken met metselwerk bekleding en een natuurstenen afdekking, is er aan de buitenzijde geen verschil te zien met andere, oude Amsterdamse kades. Bijzonder is verder dat bij het aan- brengen van de L-wand en fundering in de oude constructie ook gebruik wordt gemaakt van de aanwezige constructie. Gebruikelijk in Nederland is om constructies van onder naar boven te bouwen: eerst de fundering, dan de constructie en als laatste de afbouw. Om deze werkwijze bij een kademuur toe te passen sloop je normaal eerst de bestaande constructie en schoon je vervolgens de wer- kruimte op. Daarna kun je de fundering aanbrengen waarop je vervolgens de nieuwe kademuur bouwt. Kade bereikbaar door gebruik sleufkist Met de gebruikelijke methoden duurt het zeker twintig jaar voordat de kademuren zijn onderzocht en hersteld of vernieuwd. Bij traditionele sloop van een kademuur ontstaat bovendien langdurig een bouwput die reikt tot ongeveer de gevel van de achter- gelegen panden. Dit betekent dat het verkeer de gehele kade niet meer kan gebruiken en dat achterliggende panden niet bereikbaar zijn. Door dit bouwproces anders in te rich- ten kan de benodigde werkruimte en daar- mee de hinder sterk worden beperkt. ING. HANS DOORNBOS MSC Ontwerpleider Constructief Royal HaskoningDHV ING. HENK MAASKANT Ontwerpleider Materieel BAM Infra Nederland auteurs Veel kademuren in Amsterdam zijn meerdere eeuwen oud en niet ontworpen op het huidige, intensieve gebruik. Sommige zijn aan het eind van hun technische levensduur en andere beginnen schade te vertonen. Om de kades programmatisch te vernieuwen, heeft de gemeente 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. Koningsgracht is één van de drie partners die gemeente Amsterdam heeft geselecteerd om hun eigen aangedragen concept door te ontwikkelen en in uitvoering te brengen. CEMENT 6 2022 ?39 Daarnaast zorgt een traditioneel bouwpro- ces door bijvoorbeeld heiwerk voor risico's voor gevoelige belendingen. Daarom kiest Koningsgracht voor trillingsvrije technieken. Als een kademuur staat, is er een zekere mate van stabiliteit. Zolang er geen activiteiten op de kade plaatsvinden die het evenwicht ver- storen, is er geen reden om aan de stabiliteit te twijfelen. Zo past men bij vervanging van rioleringen vanuit een vergelijkbare gedachte vaak een sleufkist toe, waarmee de grond aan weerszijden van de riolering stabiel wordt ge- houden. In een brainstormsessie is het idee in- gebracht om ook bij de vervanging van ka- demuren een sleufkist toe te passen, direct achter een bestaande kademuur. Hierdoor kan de grond achter de kade veilig worden verwijderd tot op de bestaande vloer van de kade (fig. 3). De sleufkist zorgt voor stabili- teit waardoor het werkterrein vrijwel direct buiten de sleufkist eindigt. In de sleufkist kunnen casings voor de nieuwe fundatiepa- len worden aangebracht. Na deze fase wordt een nieuwe vloer voor de nieuwe L-wand op de bestaande oude vloer aangebracht, terwijl de oorspronkelijke gemetselde kade- muur nog steeds op zijn plek staat maar nu onbelast. Op de nieuwe vloer wordt grond in juten bigbags aangebracht als tijdelijke grondkering. Op het moment dat deze tijde- lijke grondkering functioneert, wordt de sleufkist verwijderd. Vervolgens wordt de oorspronkelijke kademuur gesloopt, de nieuwe funderings- palen geplaatst (trillingsvrij) en de nieuwe kademuur aangebracht. Door deze nieuwe kademuur constructief te koppelen aan de eerder gerealiseerde vloer, wordt de L-wand compleet gemaakt. Als de verbinding gereed is, wordt de grond direct achter de nieuwe kademuur aangevuld en de kade afgebouwd en klaar gemaakt voor gebruik. De juten big- bags blijven in de grond achter, waarbij het juten op termijn verteert. Rekenkundige onderbouwing Alle bouwfasen zijn met Plaxis- en SCIA- modellen rekenkundig gecontroleerd (fig. 4 en 5). Daarbij is gefocust op twee uitdagingen: de grenzen van de geotechnische capacitei- ten van de ondergrond en de reststerkte van de bestaande constructie. De echte draagkrachtige lagen in Am- sterdam bevinden zich op grote diepte. Aan de waterbodem nabij de bestaande kademuur kan maar weinig horizontale draagkracht 2 De nieuwe kade bestaat uit een betonnen L-wand op palen 3 Ingegraven sleufkist (ontgraven tot op vloer) ARTIKELENSERIE Over het Innovatiepartnerschap Kade- muren verschijnt in Cement een serie van vier artikelen. Het eerste artikel 'Innova- tie het toverwoord' is een toelichting op het Innovatiepartnerschap' (Cement 2022/5). Het tweede artikel ('Kade van de toekomst') gaat over de combinatie Kade 2.020 (Cement 2022/5). Het artikel op deze pagina's is het derde artikel en gaat over de combinatie Koningsgracht. Het vierde, nog te verschijnen artikel gaat over de combinatie G-Kracht. 2 3 40? CEMENT 6 20 22 worden ontleend. De bestaande constructies stammen uit het midden van de 19e eeuw en het is niet exact bekend wat de opbouw is en wat de technische staat is. Dat heeft ertoe geleid dat er veel schematiseringen en bere- keningen zijn opgesteld voor een goede onder- bouwing voor de werkvolgorde, opbouw en sterkte van de nieuwe constructie. De conclu- sie is dat de meeste traditionele kademuren in Amsterdam met de gekozen bouwmethode kunnen worden vervangen. Bouwwijze Om de stad tijdens de werkzaamheden be- reikbaar te houden en vanwege de beperkte werkruimte, werkt combinatie Koningsgracht volledig vanaf de gracht. Hiervoor is specifiek materieel ontwikkeld. Twee werkpontons zijn de basis voor de werkzaamheden (fig. 6). Deze pontons zijn klein waardoor ze bijna overal in de Amsterdamse binnenstad te ge- bruiken zijn en smal genoeg om ook het vaarverkeer door de grachten niet te hinde- ren. Beide pontons zijn in grote lijnen gelijk en daardoor uitwisselbaar. Enkel de opbouw en het soort apparatuur verschilt. Alle trans- porten van en naar de werkpontons gaan over water. Eén ponton is voorzien van een speciaal ontwikkeld frame om de sleufkist te plaatsen en leeg te graven. Het verplaatsen van grond gaat via transportbanden naar beunbakken. Vanaf hetzelfde ponton worden voorbereidingen getroffen om palen aan te brengen en om in de sleufkist het eerste ge- deelte van de vloer van de nieuwe kademuur te realiseren. Voor het aanbrengen van de palen zelf is apparatuur nodig die op de tweede ponton staat. Om de pontons niet qua positie te hoe- ven verwisselen, is ervoor gekozen eerst de betonvloer van de nieuwe kademuur met casings erin te maken. De nieuwe funderings- palen kunnen dan in een latere fase dóór die casings worden aangebracht. Ook de palen en de voorwand van de nieuwe kade worden vanaf het tweede ponton geplaatst. De voor- wand wordt daarna aan de betonvloer ge- koppeld waardoor een L-wand ontstaat. Deze is vervolgens naar wens af te werken. Praktijkproeven Om verschillende onderdelen van het uit - v oeringsproces onder werkelijke omstandig - heden te doorlopen, zijn er al enkele prak - tijkproeven uitgevoerd, waaronder op de Herengracht. Beproefde onderdelen waren het aanbrengen van de sleufkist en het onder water storten van de nieuwe betonvloer ter 4 Plaxis-model aanbrengen palen en slopen kademuur 5 Plaxis-model ontgraven sleufkist Door het ingraven van een sleufkist direct achter een bestaande kade- muur, kan de grond achter de kade veilig worden verwij- derd tot op de bestaande vloer van de kade 4 5 CEMENT 6 2022 ?41 6 De werkzaamheden worden uitgevoerd vanaf twee werkpontons SAMENWERKINGSVERBAND KONINGSGRACHT De combinatie Koningsgracht bestaat uit Royal HaskoningDHV en BAM Infra Nederland. In deze combinatie heeft Royal Hasko- ningDHV uitgebreide gebieds- en ervaringskennis, diepgaande uit- voerings- en materieelkennis is geborgd bij BAM Infra Nederland. Beide partijen hebben in meerdere projecten voor gemeente Amster- dam samengewerkt en kennen de gemeentelijke organisatie goed. Waarom de naam Koningsgracht? Die koninklijke naam ontbrak in Amsterdam nog als grachten- naam! 6 plaatse van een in slechte staat verkerende kade. Dit juist voordat de kade met een t ra ditioneel bouwproces vervangen zou wor- den. Tijdens deze praktijkproef zijn rond de bouwlocatie vervormingen gemeten. Deze bleken zelfs ruim lager dan vooraf ing eschat. Bij deze proef was nog geen mate - rieel inzetbaar op pontons; alle werkzaam- heden hebben vanaf het land plaats - g evonden. Hiermee is gebruik van de weg achter de kade tijdens de werkzaamheden gesimuleerd. Gebruik van zwaar bouwmate- rieel heeft tijdens de proef niet geleid tot meetbare deformaties. Standaardisering De werkmethode kent een hoog repetitief karakter en leent zich goed voor modulair bouwen. Het ontwerpteam denkt goed na over de aan te houden routines, de in te bouwen marges en de standaardisatie van constructiedelen en oplossingen. Door het gebruik van een sleufkist en het transport over water zijn de toelaatbare afmetingen van constructiedelen relatief beperkt. Om dit goed in te delen, is elke kade ingedeeld in secties. De secties kunnen onderling qua detaillering naar wens ver- schillen om te handhaven voorzieningen of toekomstige maaiveldinrichtingen te inte- greren. Er wordt uitgegaan van standaard - elementen voor de kademuur met een leng- te van 3,7 m, langs de kade gemeten. Daarnaast worden paselementen met een kortere lengte gebruikt. Elke sectie bestaat uit een prefab voorwand, een prefab gedeelte voor de nieuwe vloer, twee ter plaatse te storten delen van de nieuwe vloer en een paalstramien (fig. 7). De prefab-betonnen onderdelen zijn redelijk standaard. Bijzonder is de mogelijkheid voor het toepassen van meerdere paalconfigura- ties in zowel de prefab voorwand als in de vloer. Om toch te kunnen standaardiseren worden hiertoe in de wand meer openingen voor fundatiepalen aangebracht dan voor het aantal palen nodig is. Dit geeft vrijheid om paallocaties per sectie aan werkelijke omstandigheden aan te passen. Per sectie is gekozen voor een traditio- nele opzet voor het palenplan. Binnen een sectie mogen de hart-op-hartafstanden 42? CEMENT 6 20 22 tussen de palen zelfs tijdens realisatie nog worden aangepast volgens een vooraf bere- kend schema (fig. 8). Flexibiliteit in het ont- werp is nodig omdat in de Amsterdamse ondergrond vaak sprake is van onvoorziene obstakels en oude (paal)fundaties. Voor de koppeling van de prefab voor- wand op de al eerder gestorte vloer van de nieuwe L-wand wordt uitgegaan van zoge- naamde T-heads, om optimale flexibiliteit te houden. De T-heads vormen een qua maat- voering flexibele koppeling tussen de prefab voorwand en de vloer van de L-wand (fig. 9). Voor de koppeling van de palen aan de be- tonconstructie zijn ringen aan de palen voorzien en ribbels in de casings in de be- tonvloer. De ruimte tussen de palen en de casings wordt gevuld met constructief beton (fig. 10). Parametrisch ontwerp en industriële aanpak Alle onderdelen van de nieuwe kade kunnen dankzij de gekozen standaardisering vooraf tot in detail worden uitgewerkt op basis van een parametrisch ontwerp. Als de geometrie van de nieuwe kade bekend is, wordt de in - deling in secties gekozen. Het streven is om alle afzonderlijke onderdelen per sectie vol - ledig geautomatiseerd uit te werken tot werktekeningen. De prefab onderdelen worden op korte afstand van de bouwplaats, in een prefab-betonfabriek, gemaakt. Deze ge - c onditioneerde industriële aanpak komt ten goede aan de kwaliteit. Daarnaast wor- den energie en materiaal hierdoor zo opti- maal mogelijk gebruikt. Dit sluit aan bij de duurzaamheidsgedachte. Vanuit de Voor de vervanging van kades is specifiek mate- rieel ontwikkeld om alle werk- zaamheden vanaf de gracht uit te voeren 7 3D impressie van de nieuwe kade 7 CEMENT 6 2022 ?43 Situatie 01 Situatie 04 Situatie 07 Situatie 10 Situatie 13 Situatie 16 Situatie 19 Situatie 22 Situatie 25 Situatie 28 Situatie 31 Situatie 34Situatie 02 Situatie 05 Situatie 08 Situatie 11 Situatie 14 Situatie 17 Situatie 20 Situatie 23 Situatie 26 Situatie 29 Situatie 32 Situatie 35 Situatie 03 Situatie 06 Situatie 09 Situatie 12 Situatie 15 Situatie 18 Situatie 21 Situatie 24 Situatie 27 Situatie 30 Situatie 33 Situatie 36 Alle onderdelen van de nieuwe kade kunnen dankzij de gekozen stan - daardisering vooraf tot in |detail worden uitgewerkt op basis van een parametrisch ontwerp 8 8 Schema voor de plaatsing van de palen prefab- betonf abriek worden de afzonder - lijk e onderdelen aangevoerd en op het werk in de juiste volgorde gemonteerd. Hierbij is de logistiek van het bouwproces cruciaal. Duurzaamheid Gedurende het ontwikkelingstraject is er continu aandacht geweest voor duurzaam -heid. De duurzaamheid is steeds met behulp van reviews en brainstormsessies getoetst. Verschillende aspecten zijn naar aanleiding hiervan al uitgewerkt, andere zijn voor ont- wikkeling in latere fasen opgeschreven. Voorbeelden van ingebrachte duurzaam- heidstoepassingen: Er is aandacht voor, deels nog in te bren- gen, elektrisch materieel in de zo industrieel 44? CEMENT 6 20 22 ca. 45 1000 200 500 100 100 300 100 1 3 3 7 2 34 3 65 19 3 7 2x aangelaste ring 10x10mm ø310 2x aangelaste ring 10x10mm ø290 stalen buis ø300-10 bajonet aansluiting en benodigde overlengte te bepalen door aannemer groutinjectiepaal ø108x12mm ca. -1.000 m -0.900 m -0.400 m bestaande houtenvloer grind uitvullaag ca. 100mm zaagtanden t.b.v. uitvoering n.t.b. door aannemer 5:1 moer, n.t.b door paalleverancier 9 10 mogelijke aanpak. Zowel procesmatig als qua daadwerkelijke fabricage. Tijdens het inkoopproces ligt de nadruk op toepassing van circulair materiaal. Er is in het voorstadium aandacht geschonken aan bijvoorbeeld (vlas-)vezel gewapend beton en aan zogeheten cementloos beton. In deze fase zijn deze materialen nog niet ingezet omdat de actuele regelgeving nog niet op alle noodzakelijke vlakken op dergelijke materia - len is afgestemd. Er loopt onderzoek naar hergebruik van materialen uit de bestaande kade (o.a. met- selstenen). In volgende fasen, als de techniek zichzelf heeft bewezen, is er ruimte om nieuwe ma - terialen of juist hergebruikte materialen in te zetten. Door in alle fasen MKI-berekenin - gen (Milieukostenindicator) en ICI-bereke- ningen (Infrastructure Circularity Index) op te stellen, kan telkens de meest duurzame variant gekozen worden. De nieuwe kademuren krijgen een materi - alenpaspoort, zodat voor elke vervangen kademuur inzichtelijk is welke materialen zijn toegepast en hoe deze aan het einde van de levensduur kunnen worden hergebruikt. Stedelijke processen Zo levendig als de stad vanaf een gracht ge- zien oogt, zo levendig zijn ook de processen die op de achtergrond, buiten de techniek om, spelen. Combinatie Koningsgracht werkt intensief samen met gemeente Amster dam om de grote uitdaging van kilo- meters kadevervanging voor te bereiden. De gemeente en combinatie Koningsgracht hebben gedeelde risico's en een gemeen- schappelijk belang: de innovatie laten slagen om zo de stad verder te helpen. De onder - ling e verstandhouding tussen gemeente en K oningsgracht is transparant en open. Uit- dagingen lossen zij gezamenlijk op en kan- sen pakken zij ook gezamenlijk. VIDEO Bij het artikel op Cementonline is een video-animatie te bekijken van het vernieuwen van de Amsterdamse kademuren. 9 T-heads in de prefab voorwand voor de koppeling met de eerder gestorte vloer van de nieuwe L-wand 10 Paalkopdetail schoorpalen CEMENT 6 2022 ?45