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