Nieuwe inzichten in verborgen capaciteit van kademuren

Joosje Klerks, recent afgestudeerd aan de TU Delft, sectie Hydraulic Structures & Flood Risk, is genomineerd voor de prestigieuze Waterbouwprijs 2024. In haar onderzoekscriptie, in opdracht van Royal HaskoningDHV, beschrijft ze hoe we meer inzicht kunnen krijgen in de werkelijke capaciteit van kademuurconstructies—een onderwerp dat steeds relevanter wordt nu we proberen de levensduur van bestaande infrastructuur te verlengen zonder onnodig gebruik van nieuwe bouwmaterialen, CO2-uitstoot en kosten.

Joosje Klerks, recent afgestudeerd aan de TU Delft, sectie Hydraulic Structures & Flood Risk, is genomineerd voor de prestigieuze Waterbouwprijs 2024. In haar onderzoekscriptie, in opdracht van Royal HaskoningDHV, beschrijft ze hoe we meer inzicht kunnen krijgen in de werkelijke capaciteit van kademuurconstructies—een onderwerp dat steeds relevanter wordt nu we proberen de levensduur van bestaande infrastructuur te verlengen zonder onnodig gebruik van nieuwe bouwmaterialen, CO2-uitstoot en kosten.

Onderzoek naar werkelijke capaciteit

“Hoe kunnen we meer inzicht krijgen in de werkelijke capaciteit van een kademuurconstructie?” Dit is de vraag die centraal staat in het onderzoek van Klerks. Veel kademuren in Nederland naderen het einde van hun geplande levensduur, terwijl ze in werkelijkheid vaak sterker zijn dan strikt noodzakelijk. Door deze verborgen capaciteit beter in kaart te brengen, kunnen we kademuren mogelijk langer gebruiken en hun functionele belasting verhogen, zonder dat grote ingrepen noodzakelijk zijn.

Huidige beoordelingsmethoden en hun beperkingen

In de praktijk worden kademuren doorgaans ontworpen en beoordeeld met behulp van semi-probabilistische ontwerpmethoden, die gebaseerd zijn op conservatieve aannames en omgevingsonderzoeken. Dit biedt een veilige schatting van de sterkte, maar is vaak minder nauwkeurig in het bepalen van de werkelijke capaciteit van een constructie. Door gebruik te maken van volledig probabilistische analyses en meetgegevens, kunnen ingenieurs de capaciteit van een kademuur veel beter kwantificeren en optimaliseren.

Nieuwe benadering met vervormingsmetingen en Bayesian updating

Klerks’ onderzoek richt zich op het combineren van sensorgegevens over vervormingen van kademuren met probabilistische analyses. “Met deze methode kunnen we de betrouwbaarheid van een constructie continu aanpassen op basis van real-time informatie, wat uiteindelijk kan leiden tot een langere levensduur en minder onnodige renovaties”, aldus Klerks. In haar studie maakt ze gebruik van een nieuwe aanpak waarbij de betrouwbaarheid van bestaande kademuren wordt geüpdatet met behulp van sensorgegevens die de horizontale vervormingen van de muur meten. Deze gegevens worden verwerkt in een Bayesiaans model om de sterkte- en stijfheidsparameters van de grondlagen te analyseren en te actualiseren.

Innovatieve toepassing van surrogate modeling

Een vernieuwend aspect van haar onderzoek is het gebruik van ‘surrogate modeling’—een methode waarbij een analytisch surrogaatmodel wordt getraind om de uitkomsten van het eindige elementenmodel te voorspellen. Hierdoor kan het model grootschalige statistische analyses uitvoeren, zoals Bayesian updating, zonder dat de rekenlast te groot wordt. “Deze aanpak maakt het mogelijk om de verborgen capaciteit van kademuren beter inzichtelijk te maken, wat belangrijk is voor een duurzamer beheer van onze infrastructuur”, licht Klerks toe.

Case Study: Maasvlakte kademuur
De methode is eerst gevalideerd met een theoretische casus en vervolgens toegepast op een kademuur op de Tweede Maasvlakte. Door vervormingsmetingen te analyseren tijdens verschillende belastingcondities, zoals ontgraving, waterstandsvariaties en bovenbelasting, kon het daadwerkelijke vervormingsgedrag van de kade worden geanalyseerd. De resultaten toonden aan dat de sterkteparameters van de grondlagen gevoeliger waren voor updates dan de stijfheidsparameters, en de resultaten met aangepaste parameters lieten minder variatie zien en de verdeling van de faalkans bewoog weg van het punt van falen.

Toepasbaarheid en duurzame voordelen

De uitkomsten van het onderzoek tonen aan dat met deze methode de betrouwbaarheid en capaciteit van een kademuur nauwkeuriger kunnen worden beoordeeld. “Met deze methode kunnen havenautoriteiten hun kademuren beter beoordelen en mogelijk langer inzetten, wat niet alleen economische voordelen oplevert, maar ook bijdraagt aan de vermindering van milieu-impact”, benadrukt Klerks.

Op weg naar de finale

Tijdens de Waterbouwdag op 17 oktober 2024 zal bekend worden gemaakt of Joosje Klerks daadwerkelijk in de prijzen valt. Haar innovatieve onderzoek biedt hoe dan ook waardevolle inzichten voor het optimaliseren van het gebruik van bestaande waterbouwkundige infrastructuur en kan bijdragen aan een duurzamer en effectiever beheer van kademuurconstructies in Nederland en daarbuiten.

Wilt u meer weten? Kom op 17 oktober naar de Waterbouwdag. U kunt zich aanmelden via Waterbouwdag.org.

Foto: KT Mono piles 7 - Fotografie Kees Torn