Waterhuishouding

Omgeving bepaalt ontwerp van sluis op IJburg

De eerste sluis van de Amsterdamse nieuwbouwwijk IJburg heeft een opvallend architectonisch ontwerp. In de sluiskolk bevindt zich een talud, de sluishoofden zijn net twee lange messen en de stalen deuren schuiven op polyethyleen blokken heen en weer. Dit voorjaar begint de bouw van de eerste sluis op IJburg, sluis 2008. De sluis ligt tussen het Haveneiland en het Rieteiland, in de zogenaamde Groene Tunnel.

In eerste instantie heeft Ingenieursbureau Amsterdam een constructief voorontwerp gemaakt op basis van het programma van eisen van de gemeente Amsterdam. Dit ontwerp voorziet in een sluis met houten puntdeuren en aan weerszijde van de Groene Tunnel een kelderconstructie met het bewegingswerk. De opdrachtgever gaf het ontwerp aan de architect van de naastliggende brug (Meyer en Van Schooten Architecten), die het verzoek deed een nieuw ontwerp te maken dat meer recht deed aan de bruggen over de Groene Tunnel. Het nieuwe architectonisch ontwerp betreft een sluis met stalen schuifdeuren en kelders onder maaiveld in de kade; voor een kunstwerk is een sparing in de kade nodig.
De afmetingen van de sluis zijn een gegarandeerde doorvaart van 6 meter en een effectieve lengte van 27,5 meter. De noordelijke kade is gelegen op NAP +2,0 meter, de zuidelijke oever op NAP +1,50 meter en de onderhoudsdiepte van de sluiskolk op NAP –2,25 meter.

Primaire waterkering

Elk eiland van IJburg krijgt een dijkring. Volgens de Wet op de Waterkering is deze dijkring een primaire waterkering. Sluis 2008 is onderdeel van deze waterkering en moet dezelfde veiligheid tegen overstroming bieden.

Het veiligheidscriterium voor een waterkering is gelijk aan de gehele waterstaatkundige eenheid waarvan de waterkering deel uitmaakt: het dijkringgebied. Voor IJburg is de toelaatbare overschrijdingsfrequentie 1/4000 per jaar. Voor de berekening van de kruinhoogten van de waterkeringen en van de sluis heeft het ingenieursbureau het door het RIZA ontwikkelde model Hydra-M gebruikt.

Door de ligging op het Haveneiland West is de sluis niet aan golfaanval onderhevig. De kruinhoogte wordt bepaald door de maatgevende hoogwaterstand (MHW), vermeerderd met 0,50 meter waakhoogte. Dit zogenaamde ‘waterstandscriterium’ is van toepassing in gebieden waar golfaanval een ondergeschikte rol speelt. Vanwege mogelijke gevolgen van een zeespiegelrijzing is bij het ontwerp van de waterkeringen van IJburg rekening gehouden met een potentiële kruinverhoging van 0,5 meter. Voor sluis 2008 is de toekomstige ophoging in de opbouw van de kruinhoogte al inbegrepen.
Modeltekening sluis 2008. Copyright Ingenieurs Bureau Amsterdam

Damwanden

Het architectonische aspect (complex van de sluis, brug, Groene Tunnel) heeft de elementen van de sluiskolk en hun vormgeving bepaald. De kolkwanden bestaan uit een verticale constructie aan de noordzijde en uit een groen talud aan de zuidzijde. Samen met de sluisdeuren spelen deze elementen een belangrijke rol bij de onderloopsheid (lekstroom onder constructie door) en achterloopsheid (lekstroom achter constructie om).

Lokaal hoogwater of laagwater wordt veroorzaakt door een combinatie van buitenwaterpeil (IJmeer) en opwaaiing of afwaaiing. Voor sluis 2008 is de maatgevende situatie afwaaiing met een extreem laag buitenwaterpeil in combinatie met een hoog binnenwaterpeil. In deze situatie ligt het IJmeer bij de sluis droog.

De onconventionele aanwezigheid van een groen talud in de sluiskolk en zijn vormgeving resulteerde in een zware onderwater taludbekleding (1100 kg/m2). Hierdoor is de microstabiliteit van het talud bij de plotselinge veranderingen in waterniveaus tijdens het schutten gewaarborgd. Daarentegen bood de combinatie van de gekozen constructie voor de sluishoofden en de grondopbouw bij de sluis de mogelijkheid om relatief simpele oplossingen voor achter- en onderloopsheid toe te passen. De oplossing bestaat uit damwanden (maximale lengte 6,0 meter) die de ondo orla tende lagen bereiken (afzetting en van Duinkerken).

De sluiskolk is in de grond aan drie zijden volledig afgesloten door damwanden: aan de westelijke en oostelijke zijde onder de betonnen vloer bij de stalen schuifdeuren tegen de onderloopsheid en aan de noordkant onder de verticale constructie tegen achterloopsheid. De damwanden zijn aaneengesloten uitgevoerd.

De berekende benodigde kwellengte is in een conservatieve benadering circa 34 meter. Om achterloopsheid aan de zuidelijke zijde tegen te gaan zijn damwanden onder de sluishoofden geplaatst. De sluishoofden bestaan uit twee betonnen ‘messen’ met een lengte van circa 29 meter. De lengte van de sluishoofden en bijbehorende damwand biedt in de maatgevende situatie een minimale kwellengte van circa 51,0 meter, dus ruim voldoende.

Sluishoofden

De gehele sluisconstructie inclusief de stalen deuren is uitgewerkt in een 3D-model om alle raakvlakken en aansluitingen te ontwerpen. De sluis bestaat uit twee sluishoofden met elk een droge en natte kelder, een omloopriool met woelkelders, een koppelvloer met deurnis en een mesconstructie. Tussen de twee sluishoofden ligt een kademuur.
Het toepassen van een omloopriool met woelkelders is niet gebruikelijk voor sluizen van deze omvang. In het oorspronkelijke ontwerp waren zogenaamde ‘rinketten’, schuiven of kleppen voor het vereffenen van de waterstanden, opgenomen in de deuren. Leuningen op de sluisdeuren, om de rinketten op een veilige manier bereikbaar te maken voor inspectie en onderhoud, pasten echter niet in het architectonische ontwerp.

Het omloopriool bestaat uit sterke, glasvezelversterkte buis met een relatief laag gewicht en lage wandwrijving, aan weerszijden van de sluisdeur uitmondend in zogenaamde ‘woelkelders’. Deze kelders zijn noodzakelijk om de dwarsstromingen in de sluis te reduceren om aan de gewenste effectieve lengte te voldoen.

De mesconstructie is een op prefab betonpalen gefundeerde betonconstructie met holle ruimte om gewicht te besparen; aan de onderzijde zijn de kwelschermen bevestigd aan de funderingsvloer. De bovenzijde van het mes is schuin afgewerkt om het belopen van de constructie tegen te gaan.
Schuifdeurenx

De sluisdeuren zijn stalen, doosvormige schuifdeuren. Door het vervallen van de rinketten is de inwendige constructie van de deur vereenvoudigd. De bovenzijde van de deur is aan de bovenzijde afgeschuind om de deur, net als het mes, niet-beloopbaar te maken voor publiek.

De deuren zijn opgebouwd uit stalen balkprofielen en staalplaat. Het onderste deel van de doosvormige constructie is in dwarsdoorsnede versmald tot een enkelvoudige plaatdikte in het hart van deur, om het volume aan holle, luchtdicht afgesloten ruimten te verlagen en daarmee het opdrijvende vermogen van de deur te reduceren.

In langsrichting van de deur zitten vier roestvaststalen (RVS) vereffeningsbuizen, die er bij het bewegen van de deur voor zorgen dat het water in de deurnis en deurkas in de natte kelderruimte zonder grote weerstanden in en uit kan stromen.
De sluisdeuren zijn elk 7,1 meter lang. De westelijke deur is 4,3 meter hoog, de oostelijke 3,95 meter. Elke deur weegt circa 15 ton.

De deuren bewegen bij het openen en sluiten op twee polyethyleen blokken, gemonteerd op de onderzijde van de deur, over een glijbaan bestaande uit een RVS-strip. Door het contactoppervlak tussen de RVS-baan en de polyethyleen blokken niet te groot te kiezen, wordt een wat hogere vlaktedruk bereikt. Uit proeven blijkt dat er hierdoor minder wrijving is tussen beide materialen. Ook de zijdelingse geleidingen bestaan uit polyethyleen strippen, glijdend langs RVS-strippen. Reeds bij een gering hydrostatisch drukverschil over de deur wordt de deur zijdelings tegen de RVS-strippen gedrukt, waarmee de waterkerende functie een feit is.

Kettingaandrijving

De sluisdeuren worden aangedreven door een dubbel uitgevoerde rondgaande duplex -ketting, ver bonden met een geleidewagen. Deze rijdt over rollen langs een stalen balk en neemt via een koppels tang de sluisdeur mee. De kettingaandrijving zit in zijn geheel in de natte kelderruimte. De aandrijving is bevestigd in de droge kelderruimte en bestaat uit een tandwielkast met aangebouwde elektromotor. De aandrijfas wordt gestoken door - en afgedicht op - de muur tussen beide ruimten.

De aandrijving is zodanig gedimensioneerd dat het mogelijk is de sluisdeur onder de ongunstigste omstandigheden (bij sluiten in stromend water) te openen of sluiten zonder gevaar voor kantelen van de deur. Bij storing is de sluisdeur ook te sluiten met een handslinger of een boortol op de extra uitgaande as van de elektromotor.

In ’t kort
* Bouw begonnen van eerste sluis op IJburg
* Hydraulische randvoorwaarden bij bouw
* Gevolgen van aanwezigheid talud in sluiskolk
* Woelkelders reduceren dwarsstromingen in sluis
* Ontwerp en aandrijving van stalen schuifdeuren

Aanleghoogte

De aanleghoogte van sluis 2008 bedraagt NAP +2,0 m, als volgt opgebouwd:

• maatgevende hoogwaterstand (1/4000) NAP +0,75 m
• modelmarge (opgegeven door beheerder) +0,20 m
• waakhoogte + 0,50 m
• kruinhoogte (afgerond) NAP +1,50 m
• ophoogbaarheid + 0,50 m
• Aanleghoogte NAP +2,00 m

Nijlpaard

In de sluiskolk komt een kunstwerk te liggen van Tom Claassen. De kunstenaar maakte een ontwerp van een nijlpaard dat meedrijft met de waterstand. “Ik herinner me een bezoek als zevenjarige aan het nijlpaard in Artis”, aldus Claassen. “Tussen het nijlpaard en de betonnen wanden van het bassin was er niet veel plaats, maar hij paste er net in. Dat doet me denken aan de meer dan levensgrote strijders die een Chinese keizer een paar duizend jaar geleden liet kleien, zeer gedetailleerd en beschilderd. In de loop der eeuwen zijn ze onder een dikke laag klei bedolven. De beelden staan nog steeds op hun oorspronkelijke plek en zijn stuk voor stuk blootgelegd. Het resultaat is een leger van strijders, in honderden putten. Het nijlpaard staat eigenlijk op de bodem van het IJmeer. Je ziet in Amsterdam wel meer hoe koppen van beesten in het ontwerp van brugleuningen, vooral in de uiteindes, geïntegreerd zijn geraakt. Meestal aan twee kanten plat aangesneden om het inmetselen mogelijk te maken en uitgevoerd in een ander materiaal zijn deze koppen het dagelijks leven ingekropen.”

Auteurs: Ing. R. Koot, ing. M.J.M. Koop en ir. F. Pantano

Verschenen in: Civiele Techniek nr. 1, 2003

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met: