Broekstuk
Een vakwerkmast heeft meestal een typische onderzijde die uit vier poten lijkt te bestaan. Dit gedeelte van de mast wordt het broekstuk genoemd.
Een broekstuk is typisch iets voor vakwerkmasten. Je zult nooit een broekstuk aantreffen bij buismasten. Het is een herkenbaar onderdeel dat bij de meeste ontwerpen vakwerkmasten te vinden is. Van vrij klein tot zeer groot en wat voor mast dan ook, broekstukken kunnen in principe altijd worden toegepast bij zelfstandige, niet-vertuide vakwerkmasten. Het levert een sterkere mast op die tegelijk minder hinder voor de landeigenaar geeft, die het fundament minder op trek- en momentkrachten belast en die ook goed combineert met vier heipalen.
Een broekstuk wordt gebouwd uit vier tetraëders die telkens met twee hoekpunten tegen elkaar aan staan, waarvan het derde hoekpunt op de grond staat en het vierde hoekpunt omhoog de lucht in priemt. Een kruis door het midden (twee trekstaven) voorkomt dat het hele bouwwerk kan wegdraaien of vervormen. Foto door Gerard Nachbar.
Sterkte door vier tetraëders
Wie goed kijkt naar een broekstuk ziet dat het in feite vier tetraëdervormen zijn die tegen elkaar aan staan, waar tussenin een horizontaal torsieverband is gespannen om te voorkomen dat de vier tetraëders ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Een tetraëder is op zijn beurt een samenstel van vier driehoeken. En driehoeken wrikken niet. Samen met bevestiging op het fundament zorgt dat ervoor dat er een onwrikbaar platform ontstaat waar de rest van de mast bovenop kan worden geschroefd.
Het broekstuk is het sterkste onderdeel van de hoogspanningsmast. Het volle gewicht van de mast plus de draden en ook eventuele zijwaartse druk van de wind moeten allemaal het hoofd worden geboden. Bij zware hoogspanningsmasten kan de staafdikte voor de randstaven en de diagonalen dan ook indrukwekkend zijn.
Ook loopt een broekstuk naar beneden toe meestal wijder uit dan de toren. De mast verkrijgt een groter grondoppervlak en daardoor staat hij stabieler. Net als de voeten van een staande kapstok (of je eigen voeten) zorgt een breder broekstuk ervoor dat een mast niet zo gauw over zijn evenwicht raakt. Dat is handig bij storm, in de bocht en ook bij calamiteiten zoals deze brand op de Filippijnen: het staal wordt zo heet dat het stroperig wordt en zijn sterkte verliest, maar als de mast geen broekstuk had gehad was hij waarschijnlijk niet netjes ‘ingezakt’ en in zijn eigen draden blijven hangen, maar pardoes op de snelweg gevallen.
Bij de bouw van een broekstuk is er nog geen steun van een eerder gebouwd mastdeel. Het is daardoor ingewikkeld om te beginnen met de bouw ervan, want behalve aan de vier montagepunten op het fundament kan je nog nergens houvast vinden. Het is nodig om tijdelijk met houten balken of een extra kraan iets te verzinnen. Bij grote zware masten is het broekstuk de moeilijkste fase van de bouw. Foto’s door Gerard Nachbar.
Bij een broekstuk komt het gewicht van de hele mast neer op vier smalle poten met eronder behoorlijk wat open ruimte. Er zijn geen latten of kruisen die horizontaal dwars over de grond lopen en in de weg zitten. Dat is handig omdat je de koeien er dan gewoon onder kan laten lopen of er zelfs met machines kan komen. Bij zeer grote broekstukken kan een trekker onder het broekstuk door rijden. Zolang de boerenzoon maar uitkijkt met de zijspiegels van de Poah Ares 640 levert de hoogspanningsmast bijna geen grondverlies op.
De ruimte onder een broekstuk kan fors zijn. Alpaca’s Jut en Jul wonen prima onder dit broekstuk en even verderop kan je de corridor voor de hoogspanningslijn gecombineerd zien met een afwateringskanaal. De mast zelf heeft nergens last van en de ruimte onder de mast kan op die manier nuttig blijven. Beide foto’s door Michel van Giersbergen.
Open zichtlijn
Een derde reden om een broekstuk te prefereren is meer esthetisch en wordt met name door landschapsarchitecten gewaardeerd. Een broekstuk is een ding van al snel zes tot twaalf meter hoog. Dat betekent dat de onderste paar meter van het broekstuk, de hoogte waarop ons menselijk bestaan op de grond zich afspeelt, slechts de dun uitlopende uiteinden van de poten zijn.
De rij hamerkoppen staat voor de horizon, maar blokkeert het zicht daarop nauwelijks. Dankzij het broekstuk kijk je er gewoon onderdoor. De straat buismasten kan dat niet, zij vormen een soort overmaats slalomparcours. Foto’s door Tom Börger.
Sprietjes zijn het, in verhouding tot de dikte van de toren van de hele mast. Je kijkt als het ware gewoon onder de mast door als je op de grond staat. Met name in een vlak landschap heeft dat meerwaarde: de grote mast ‘zweeft’ enigszins boven de grond en lijkt minder ruimte in te nemen in het landschap doordat hij op menselijk leefniveau (twee meter) bijna niet aanwezig is.
Bij windturbines speelt dit probleem ook. Daar probeert bijvoorbeeld fabrikant Enercon dat op te lossen door groene ringen op de onderkant van de toren te schilderen. Bij vakwerkconstructies zijn zulke kunstgrepen niet nodig. Zeker bij een broekstuk kan je bijna onverstoord de horizon zien.
Onder de broekstukken van grote masten door is vrij zicht op de horizon. Gesloten constructies hebben die luxe niet en moeten zich op kunstgrepen verlaten. Linkerfoto door Tom Börger, rechterfoto via Wikipedia (CC BY-SA) – want hoewel we vele duizenden hoogspanningsfoto’s hebben bleken we geen enkele eigen foto van een Enercon windturbine te hebben. Ach, we hebben ook geen vliegtuigfoto’s, dus het is maar net waar je focus ligt.
Volledige of onvolledige broek
Broekstukken zijn altijd vier tetraëders, al zijn er twee smaken: een volledig broekstuk waarbij de tetraëdervormen doorlopen tot boven het gezamenlijk torsieverband en een onvolledige versie waarbij de bovenzijde plat is. Wanneer een volledig broekstuk op de grond staat, steken vier punten vervaarlijk de lucht in als een soort omgekeerd spiegelbeeld van de poten die juist naar beneden wijzen. Een onvolledig broekstuk vormt slechts een soort bijzettafel. Nog steeds is er sprake van vier tetraëdervormen, maar nu zijn ze vlak aan de bovenzijde. Het verbindend torsieverband vormt dan meteen ook de bovenzijde.
Dat lijkt geknoei in de marge, maar esthetisch kan het duidelijk verschil maken in de aanblik van de mast. Een volledige broek ziet er sterker en verzorgder uit en past qua afmetingen ook beter bij de mast, maar het is technisch wel iets ingewikkelder om een volledig broekstuk te bouwen. Een onvolledig broekstuk is vaak kleiner en wat minder uitgesproken dan een volledig broekstuk. Dit soort broekstukken zien er door de bank genomen wat gammeler uit en soms past het formaat niet echt bij de mast die erbovenop staat.
Soms is het niet mogelijk om snel onderscheid te maken tussen een volledig of onvolledig broekstuk, bijvoorbeeld wanneer het broekstuk dezelfde helling in de randstaven heeft als de toren die erbovenop staat. Foto door Ruben Schots.
Het kan dan zijn dat je goed moet kijken naar of de diagonalen in de toren ter hoogte van het torsieverband in het midden van het broekstuk beginnen, of juist in de hoek bij de randstaven. Meestal heeft het niet zoveel zin om in dit geval te zoeken naar de precieze aard van het broekstuk. Er zijn tenslotte geen examens in dit soort dingen.
Een hoogspanningsmast is net een mooie vrouw: de benen kunnen beter aan de lange kant zijn dan aan de korte kant. (Oh. Dat mag je vast niet meer zeggen tegenwoordig.)
Hoe dan ook, een klein broekstukje onder een grote mast ziet er wat ongelukkig uit of soms zelfs ronduit lullig. Een hoog broekstuk met slanke benen die tot relatief hoog in de toren komt ziet er juist elegant en fraai uit. We zouden zowat vergeten hoe hoog een broekstuk zijn kan, want een broekstukhoogte tot een kwart of een derde van de totale masthoogte is niets ongewoons en de hamerkop hierbeneden gaat tot ruim de helft.
Een broekstuk kan je maar beter aan de hoge en grote kant maken dan aan de kleine kant. Het getrippel links doet denken aan hoe hippe jongeren met een laaghangend kruis in hun spijkerbroek wanhopig proberen om de trein te halen en tegelijk cool te blijven. Het tegenovergestelde wekt juist de indruk van elegantie en enig zelfrespect. Foto’s door Ruben Schots en Ot Lesley.
Ongelijke pootlengte in de bergen
Als je een hoogspanningsmast op een berg wil zetten kan het zomaar zijn dat de grond niet vlak te maken is. Soms is dat op te lossen met een flink trekfundament, meestal is het handiger om de hoeveelheid benodigd beton beperkt te houden (scheelt weer helikoptervluchten) door een hoogspanningsmast te ontwerpen met een ongelijke broek.
Een broekstuk staat het verbazend eenvoudig toe om een ongelijke pootlengte te hebben en toch geen sterkte te verliezen. Dat kan twee aan twee, maar je kan zelfs met drie of vier verschillende pootlengtes bij één mast werken. Zo is de mast op een rechte, schuine en zelfs diagonaal afhellende plek te zetten.
Als je geen bergen hebt maak je ze toch zelf? Ongelijke pootlengte bij een broekstuk in het talud van een snelweg. We missen wel de Alpenpieken, maar het idee is gelijk. Foto door Ruben Schots.
Verwurging voorkomen met kappen en tralies
Door de gaffelvormige openingen in de onderzijde van de poten kan een broekstuk gevaarlijk zijn voor vee. Wanneer een koe of paard zijn kop- (sorry, hoofd) erdoorheen steekt om tegen de balken aan te schragen bij jeuk kan het dier vast komen te zitten en zich verwurgen als het uitglijdt. Om dat soort drama’s te voorkomen hebben sommige netbeheerders zoals het PEB Friesland de onderste driehoekige openingen dichtgemaakt met een metalen plaat of een traliewerk. Er zijn ook boeren die er zelf iets voor maakten, wat op hetzelfde neerkomt.
Metalen kappen of tralies voorkomen dat dieren met hun kop klem kunnen raken in de gaffelvormige openingen van het broekstuk. Het PEB in Friesland leverde de masten zelfs standaard met dit soort metalen platen (links) of met tralies (rechts). Het is dus geen versterking of technische noodzaak, maar gewoon een stukje meedenken van de netbeheerder in tijden waarin dat eigenlijk normaler leek te zijn dan vandaag. Foto’s door Ruben Schots en Gerard Nachbar.
Duitse broek
Nee, we doen niet aan lederhosen in hoogspanningsland. Er is een bepaalde constructiewijze van het broekstuk die we met name in Duitsland aantreffen bij typisch Duitse mastontwerpen, waardoor het onder pylon geeks is gaan leven als een Duitse broek. Na het broekstuk volgt er dan nog een extra kruisblok of een stuk slingerverband waarbij de hellingshoek van het broekstuk gehandhaafd blijft. Pas op enige hoogte boven het broekstuk vindt de knik in hellingshoek naar de steilere toren plaats. Qua engineering en bouw is dit wat makkelijker. Nadeel is dat de mast een soort taille ontwikkelt en het zal je niet verbazen dat dit normaal gesproken het zwakste punt van de hele constructie is.
Duitse hoogspanningsmasten hebben relatief vaak een broekstuk dat vrij plat is (zeker geen benen tot de oksels dus) en waar bovenop nog een of meer kruisblokken staan die dezelfde hellingshoek aanhouden. Technisch is het iets makkelijker, maar de mast ontwikkelt daardoor wel een soort ’taille’. Foto door Michel van Giersbergen.
Verder lijkt het een kwestie van smaak te zijn: Duitsland is nu eenmaal andere hoogspanningsmasten gewend dan bijvoorbeeld België, Frankrijk, Denemarken of Nederland. Spitse, smalle vormen met slingerverbanden zijn in Duitsland de norm en daar passen deze broekstukken goed bij.
Helemaal geen broekstuk?
Er zijn ook vakwerkontwerpen waarbij bijna geen of zelfs helemaal geen broekstuk is toegepast. We zien dat bij vakwerkmasten bij tuienmasten, maar ook bij zelfstandig staande ontwerpen van klein tot middelgroot formaat. De redenen om een broekstukloos ontwerp te nemen verschillen per gebied en per netbeheerder. Een mast zonder broekstuk is goedkoper en makkelijker te fabriceren. Nadeel is dat het andere eisen aan het fundament stelt, met name doordat een broekstukloze mast slechts moeilijk op heipalen is te zetten.
Bij hele kleine masten ontbreekt het broekstuk wel eens omdat er amper meerwaarde in zit, maar soms past men er zelfs dan alsnog eentje toe (links). Het omgekeerde komt ook voor: middelgrote masten die het schijnbaar zonder broekstuk moeten stellen. Het bouwt sneller, maar stelt andere eisen aan het fundament. Foto’s links en midden door Ruben Schots, rechts door Hans Nienhuis.
Herkomst van de naam broekstuk
Waar de naam of aanduiding broekstuk vandaan is gekomen is ons bij HoogspanningsNet niet bekend uit formele bronnen. We weten dat het een breed gedragen term is die ook in de civiele techniek en in officieel jargon als zodanig wordt gebruikt, en al heel lang. Er lijken twee mogelijkheden te zijn. Ten eerste is er de voor de hand liggende gelijkenis met vier benen of poten. Maar een broek of broekgebied is ook een oud woord voor een zompige vlakte waarin het lastig funderen is. Door een broekstuk toe te passen wordt het fundament wijder en zal de mast minder snel scheef zakken. Het lijkt ons niet onmogelijk dat beiden een rol kunnen hebben gespeeld in de naamgeving.
