In het sluiscomplex bij Den Oever komen twee nieuwe spuisluizen. De bouw daarvan is vertraagd, omdat het gekozen ontwerp bij nader inzien niet uitgevoerd kan worden. Wat is er precies gebeurd? Waarom voldeed het ontwerp niet? Rob Bongers, technisch manager bij Rijkswaterstaat, legt het uit.

De invloed van water

‘Het is misschien een open deur’, begint Bongers, ‘maar bij de versterking en vernieuwing van de Afsluitdijk hebben we te maken met de Waddenzee en het IJsselmeer. Elk met zijn eigen waterstanden en golven, die ook nog eens per locatie verschillen. Deze waterstanden en golven kunnen invloed hebben op de vereiste sterkte van de constructie van bijvoorbeeld schutsluizen, spuisluizen en pompgemalen.’ Bij complexe opdrachten geeft Rijkswaterstaat bij een aanbesteding aan met welke lokale waterstanden en bijbehorende golven de marktpartijen rekening moeten houden in hun ontwerp. Dat zijn de hydraulische randvoorwaarden. Bongers: ‘Voor de Afsluitdijk zijn dit voor de komende 100 jaar niet alleen de dagelijkse waterstanden en golven, maar ook superstormen die met een kans van eens per 10.000 jaar kunnen voorkomen. Met deze gegevens is de belasting van het water op de verschillende constructies te berekenen. En dus te bepalen hoe hoog en sterk de constructies moeten worden gebouwd. Op basis van deze gegevens maken partijen een aanbiedingsontwerp: het voorgestelde ontwerp voor de gevraagde opgaven.’

Ontbrekende gegevens verstrekt

Na gunning van de opdracht werkte bouwconsortium Levvel (BAM, Van Oord, Rebel en Invesis) het aanbiedingsontwerp voor de nieuwe spuisluizen uit tot een definitief ontwerp. Daarbij controleerde Levvel of de maatgevende randvoorwaarden waren toegepast. Dat zijn de randvoorwaarden die invloed hebben op de vereiste sterkte van de constructie. Bongers: ‘Op basis van die berekeningen kregen we september 2018 van Levvel de vraag of de voor deze constructie meest bepalende golven vanuit het IJsselmeer wel waren verstrekt. Nader onderzoek wees uit dat er extra gegevens nodig waren voor dit specifieke ontwerp met dichte spuikokers. Rijkswaterstaat heeft die gegevens in april 2019 verstrekt.’

Lage waterstand en hoge golven

In het gekozen ontwerp krijgen de nieuwe spuisluizen een afgesloten koker. Dit ontwerp bleek gevoelig voor relatief lage waterstanden met hoge golven vanuit het IJsselmeer. Bongers: ‘En juist die combinatie was niet meegenomen in de hydraulische randvoorwaarden. Dat heeft vooral te maken met de zogenoemde golfklap. Hierbij rollen golven vanuit het IJsselmeer de spuikoker in. Deze golven komen vaak voor en zorgen voor hoge waterdruk in de dichte koker. Zo veroorzaken ze vermoeiing aan de stalen schuiven die de koker afsluiten.’

De kracht van opgesloten golven

‘Stel je eens voor dat je op een kademuur staat en naar de zee kijkt. Op het moment dat een golf tegen die kademuur rolt, spuit het water naar boven. Daardoor wordt de kracht van de golf op de kademuur veel kleiner. Bij spuisluizen met een dichte koker gaat het anders. Wanneer golven de spuikoker in kunnen rollen, komen ze in één klap tot stilstand bij de gesloten schuif. Het water kan niet naar boven uitwijken, omdat de spuikoker helemaal dicht is. Dit noemen we ook wel het opsluitend effect. De golf kan nergens naartoe en alle energie komt in een fractie van een seconde vrij op de schuif. Die krijg een enorme klap. Vandaar de term “golfklap”.’

Wereldwijd gebrek aan kennis

De spuisluizen moeten zo gebouwd worden dat ze de krachten waar ze aan blootgesteld worden aankunnen. Daarvoor zijn allerlei ingewikkelde berekeningen nodig. Maar voor deze specifieke situatie waren er geen ontwerpnormen of -richtlijnen beschikbaar. Hoe kan dat? Bongers: ‘In de waterbouw worden deze specifieke omstandigheden bij spuisluizen meestal vermeden. De spuikoker wordt dan bijvoorbeeld dieper gelegd, zodat hij altijd helemaal onder water ligt en er geen golven in kunnen rollen. Dat is hier geen optie, want de ruimte op de Afsluitdijk is beperkt en op de tusseneilanden van het spuicomplex bij Den Oever is niet voldoende ruimte voor zo’n diepe spuisluis. Doordat deze situatie zelden voorkomt, is er wereldwijd weinig kennis en ervaring met het berekenen van het effect van golfklappen in spuisluizen. We hebben daarom samen met de TU Delft en Levvel in enkele maanden tijd nieuwe rekenregels opgesteld. Daarmee kon Levvel op zoek naar oplossingen voor de nieuwe spuisluizen , waarvoor het nieuwe ontwerp inmiddels is afgerond, en beoordelen of het ontwerp voor de bestaande spuisluizen sterk genoeg was.’