‘Oude kademuren hebben al bewezen dat ze werken’

Kademuren Veel kademuren in de Rotterdamse havens staan al vijftig jaar of langer. Alfred Roubos sloeg aan het rekenen en zag: die kunnen nog wel even mee.

Hydraulische vijzels drukken op fundatiepalen in de Rotterdamse Prinses Amaliahaven.
Hydraulische vijzels drukken op fundatiepalen in de Rotterdamse Prinses Amaliahaven.

Met een geel hesje aan en bouwhelm op loopt Alfred Roubos over de koude, omgewoelde aarde van de Prinses Amaliahaven. Bij helder weer kijk je er uit op het water en tientallen hijskranen, maar door de dichte mist in Rotterdam reikt het zicht vandaag niet ver. Over een paar jaar moet hier een nieuwe kade staan waar de grootste containerschepen ter wereld hun vracht kunnen in- en uitladen.

Ruim honderdduizend binnenvaart- en zeeschepen meren elk jaar af aan de kades in de Rotterdamse havens. Met hijskranen, heftrucks en lopende banden gaan tientallen miljoenen tonnen schroot, kolen, aardolie en landbouwproducten van de laadruimtes naar een volgende bestemming. Kademuren moeten die krachten generaties lang doorstaan, en vormen daarmee het fundament van de haven.

Zes hydraulische vijzels

Het Havenbedrijf Rotterdam test deze maand de draaglast van twaalf fundatiepalen die deze nieuwe kade moeten ondersteunen. Roubos, die al bijna vijftien jaar kademuren ontwerpt en inspecteert voor het Havenbedrijf, loopt richting een aantal uit de grond stekende palen. „Die in het midden is de fundatiepaal. Daar bovenop zit een kop met zes hydraulische vijzels. Die werken als een soort krik en duwen met een kracht van 25.000 kilonewton (vergelijkbaar met zo’n 2,5 miljoen kilo) de betonnen fundatiepaal naar beneden.”

Roubos houdt zich niet alleen bezig met nieuwe havens. In november promoveerde hij aan de TU Delft op zijn onderzoek naar de betrouwbaarheid en veiligheid van bijna 90 kilometer aan kademuren in Rotterdam. Een groot deel is al zeker vijftig jaar oud, de levensduur waarop ze zijn ontworpen. Maar wat de invloed van degradatie en corrosie (verroesting) op de kademuren is, was nog niet bekend. En wanneer is een kademuur echt niet meer veilig genoeg en moet-ie worden verstevigd of zelfs vervangen?

Vooral na de Tweede Wereldoorlog breidde de haven van Rotterdam almaar naar het westen uit. Toen de schepen groter werden, en de containerkranen zwaarder, waren ook nieuwe havens en kades nodig: de Botlek, Europoort, Maasvlakte 1 en nu is ook al een deel van de Tweede Maasvlakte in gebruik. Enkele oude havens werden gedempt en bebouwd.

Grond keren

Bij de aanleg van een kade wordt aan de ene kant van het kanaal grond weggebaggerd, net zo diep als nodig is voor de schepen die er moeten gaan aanmeren. Een lange, grondkerende stalen wand moet voorkomen dat het zand uit de walkant de haven in spoelt. Roubos: „Maar door de gronddruk wil die wand ook omkantelen, dus leggen we die vast met een grondanker.” Om de belasting door kranen en containers verder te spreiden, worden nog meer fundatiepalen en betonnen vloeren aangelegd.

Geen enkele constructie is 100 procent veilig, ook een kademuur niet. Daarom denken ingenieurs in faalkansen: hoe laag moeten die zijn voor een veilige kade? Roubos maakte zo’n 75 miljard berekeningen. „De interactie tussen de grond en de constructie is vrij complex om te modelleren. En als je vervolgens de faalkans van een kademuur wilt berekenen, moet je dat koppelen aan een hoop statistieken.” Zo is het belangrijk dat de ankers niet breken, omdat de kade dan plotseling kan instorten. De kades zijn daarom zo ontworpen dat aan vervormingen te zien is dat er iets mis is, nog voordat iets instort. „Een kade faalt dus al zonder dat er iets breekt”, zegt Roubos. „Als er ergens in de wanden of vloeren vervormingen of scheuren optreden, loopt een hijskraan al vrij snel vast en kun je die kade tijdelijk niet meer gebruiken.”

Stalen wanden van nieuwe kades staan licht onder stroom, tegen roest

Een ander probleem is dat de stalen wanden reageren met water en zuurstof: ze roesten. Zo ontstaan op den duur gaten. Roubos: „Het is belangrijk om rekening te houden met de temperatuur en het zoutgehalte van het water bij de aanleg van kades. In het Midden-Oosten zijn corrosiesnelheden bijvoorbeeld vrij hoog, door de hoge temperatuur. Je kunt een kade hiertegen beschermen door er bijvoorbeeld aluminium of zink aan te brengen. Of door de stalen wand licht onder stroom te zetten waardoor de roestvorming wordt afgeremd, zoals bij de nieuwe kades in Rotterdam gebeurt.

De aandacht van het Rotterdamse Havenbedrijf verschuift dus steeds meer van het bouwen van nieuwe kades naar het testen en eventueel herstellen van bestaande. De Europese normen voor kademuren zijn alleen gebaseerd op die van bruggen en gebouwen, en niet speciaal ontwikkeld voor kademuren en andere geotechnische constructies, legt Roubos uit. „Ik denk dat de kades nog veel langer mee kunnen dan nu wordt gedacht. Ze hebben hun werking de afgelopen vijftig jaar al bewezen.”

Want, zegt hij, een kademuur lijkt veel meer op een dam dan op een gebouw of brug. Neem bijvoorbeeld een stuwdam. De kans op problemen is het grootst tijdens het bouwen ervan. Maar zodra je het stuwmeer vult, is die faalkans bijna nul: de grond en de waterdruk veranderen bijna niet. De sterkte van een brug neemt daarentegen af door vermoeiing en omdat de belasting (het verkeer) varieert. „Zo bezien wordt de muur dus veiliger naarmate die langer staat”, zegt Roubos. „De kans dat iemand van 70 jaar oud, 75 wordt, is op dit moment groter dan dat jij en ik (27 en 36) 75 worden. Want wij moeten eerst maar eens de komende 50 jaar zien te overleven.” Die lagere faalkans betekent dat het Havenbedrijf investeringen voor nieuwe kades kan uitstellen en minder materiaal verbruikt. Roubos: „Zij kunnen hierdoor jaarlijks 10 tot 12 miljoen euro besparen.”

Als het aan Roubos ligt kunnen de oude kademuren in Rotterdam nog zeker een jaar of twintig mee. Maar voor nieuwe kademuren zijn de veiligheidseisen in de Europese richtlijnen voor geotechnische constructies juist aangescherpt. Dat is een van de aanleidingen van de proeven met de twaalf fundatiepalen in de Prinses Amaliahaven op de Tweede Maasvlakte. Roubos: „We moeten waarschijnlijk 20 tot 30 procent meer palen gaan plaatsen.”

Sensoren

Maar Roubos vraagt zich af of die strengere eisen echt nodig zijn. Er is volgens hem nog nergens in Nederland schade waargenomen. Bovendien ontbreekt het aan genoeg praktijktesten waaruit blijkt hoeveel de muren moeten aankunnen. „Een proef op deze schaal kost 2,5 miljoen euro, voor de meeste projecten is dat onbetaalbaar”, zegt hij. „Wij willen daarom de resultaten van dit onderzoek openbaar maken, zodat iedereen in Nederland ze kan gebruiken.”

De fundatiepaal die vandaag wordt getest is 33 meter lang en voorzien van twee typen sensoren. Er zijn er die meten hoeveel de paal samendrukt wanneer de vijzels er van bovenaf op drukken. „De paal is ‘bezweken’ als de punt aan de onderkant 10 procentpunt van de diameter vervormt”, zegt Roubos. „Dat willen we vandaag juist bereiken, om te zien bij hoeveel drukkracht dat precies gebeurt.” Andere sensoren meten op verschillende plekken de drukkracht op de paal.

In de keet laat Monica de Vos, die namens een Belgische meetdienst de test uitvoert, een lange, opgerolde draad met daarin de glasvezelsensoren zien. „Deze draden waar we licht doorheen sturen, zijn ook in de fundatiepalen gegoten.” Als de paal tijdens de proef wordt samengedrukt, lezen ze aan de golflengte van het licht af hoeveel centimeter dat is.

Dit soort sensoren zitten ook al in acht andere, nieuwe Rotterdamse kademuren. Het is één van de manieren waarop het havengebied in rap tempo steeds meer meet en zuinig omgaat met de ruimte die er nog is. De data wil het Havenbedrijf gebruiken om te kunnen volgen hoe de kademuren zich gedragen. De TU Delft deed eerder onderzoek naar gegevens van (vroege) sensoren in kades waar kolen worden overgeslagen. Daaruit bleek bijvoorbeeld dat de stapels kolen nog best hoger konden. Roubos: „En misschien kunnen we wel veel meer met die gegevens. Dat ben ik nu aan het onderzoeken.”