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 configuratie 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 en die het fundament minder op trek- en momentkrachten belast.

Volledig broekstukSterkte door vier tetraëders

Wie goed kijkt naar een broekstuk ziet dat het in feite vier tetraëdervormen zijn die tegen elkaar aan staan, waartussenin een horizontaal, liggend kruis is gespannen om te voorkomen dat de vier tetraëders ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Een tetraëder is op zijn beurt een samenstelsel 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. 

Broekstuk, hier nog zonder bovenbouw

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 trekstangen) voorkomt dat het hele ding kan wegdraaien of vervormen. In feite lijkt een broekstuk sterk op een kruisblok, maar er zijn meer diagonalen en versterkingen aanwezig. Foto's door Gerard Nachbar.

Ook loopt een broekstuk naar beneden toe wijder uit dan de toren. De mast verkrijgt daardoor een groter grondoppervlak en daardoor staat hij veel stabieler. Net als de voeten van een staande kapstok (of je eigen voeten!) zorgt een broekstuk ervoor dat een mast niet zo gauw over zijn evenwicht raakt. Dat is handig bij storm, in de bocht en zelfs 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 een stuk 'ingezakt' en in zijn eigen draden blijven hangen, maar botweg omgevallen en op de snelweg gesmakt. 

Broekstuk bouwen Broekstuk bouwen

Bij de bouw van een broekstuk heb je weinig steun. Het is daardoor betrekkelijk ingewikkeld om te beginnen met de bouw ervan, want behalve de vier poten op het fundament kan je nergens houvast vinden. Het is dan nodig om tijdelijk met houten balken of een extra kraan iets te verzinnen. Bij grote zware masten is dat de moeilijkste fase van de hele bouw. Foto's door Gerard Nachbar.

Bij een broekstuk komt de gehele 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, of er zelfs met machines kan komen. Bij zeer grote broekstukken kan zelfs een trekker of een hele maïshakselaar onder het broekstuk door rijden. Zolang de boerenzoon maar uitkijkt met de zijspiegels van de Claas Ares 640 levert de hoogspanningsmast bijna geen grondverlies op.

Alpaca's onder het broekstuk Waadbroek

De ruimte onder een mast met een broekstuk is niet 'verloren'. Soms gaat men er erg creatief mee om. De twee 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 nergels 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 van aard 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.

Buismasten kunnen hun voet niet verstoppen

Broekstukken om onderdoor te kunnen kijken

Deze 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 in verhouding tot de dikte van de toren van de hele mast. Je kijkt als het ware gewoon onder de mast door als je aan de grond staat. Met name in een vlak landschap heeft dat meerwaarde: de grote mast 'zweeft' enigszins los van 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. Maar bij vakwerkconstructies zijn zulke kunstgrepen niet nodig. Zeker bij een broekstuk kan je bijna onverstoord de horizon zien.

Broekstuk om onderdoor te kijken Gesloten voet van een windturbine van Enercon

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 – want hoewel we vele duizenden hoogspanningsfoto's hebben, bleken we geen enkele eigen foto van een Enercon windurbine te hebben.

Volledige of onvolledige broek

Volledig broekstukOnvolledig broekstukBroekstukken zijn altijd vier tetraëders. Maar er zijn in hoofdzaak twee smaken: een volledig broekstuk, waarbij de tetraëdervormen doorlopen tot boven het gezamenlijk kruis 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 kruis vormt meteen ook de bovenzijde.

Dat lijkt geknoei in de marge, maar esthetisch kan het een flink 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.

Onvolledig broekstuk

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.

Broekstuk met gelijke helling in de randstavenBroekstuk recht maar twijfelaarRecht broekstuk onvolledig

Het kan dan zijn dat je goed moet kijken naar of de diagonalen in de toren ter hoogte van het kruisplatform in het midden van het broekstuk beginnen, of juist in de hoek bij de randstaven. Maar 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 dame. De benen kunnen beter aan de lange kant zijn dan aan de korte kant. 

Een klein broekstukje onder een grote mast ziet er altijd wat ongelukkig uit (of soms zelfs ronduit lachwekkend!), maar een hoog broekstuk met slanke benen die tot relatief hoog in de toren komt (of soms zelfs letterlijk tot aan zijn oksels) ziet er eleganter en fraaier uit.

Klein en laag broekstukje Hoog en rank broekstuk

Een broekstuk kan je maar beter aan de hoge of 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 te rennen om de trein te halen. 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 zijn dat de grond niet vlak is. Soms is dat op te lossen met een flink trekfundament, maar meestal is het handiger om de hoeveelheid benodigd beton een beetje beperkt te houden (scheelt extra helikoptervluchten) en om 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.

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 zichzelf verwurgen als het uitglijdt. Dat kan niet de bedoeling zijn. Sommige netbeheerders zoals het PEB Friesland maakten de onderste driehoekige openingen daarom dicht met een metalen plaat of een traliewerk om dit te voorkomen. Er zijn ook boeren die er gewoon zelf iets voor maakten. 

Metalen kappen in het broekstuk voorkomen verwurging Metalen tralies tegen verwurging

Metalen kappen of tralies voorkomen dat dieren met hun kop klem kunnen raken in de gaffelvormige onderste openingen van het broekstuk. Dergelijke drama's wil niemand. Het PEB in Friesland leverde de masten zelfs standaard af 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. Foto's door Ruben Schots en Gerard Nachbar.

Duitse broek

Nee, we doen niet aan lederhosen in hoogspanningsland. Maar er is een bepaalde constructiewijze van het broekstuk die we met name in Duitsland aantreffen bij typisch Duitse mastontwerpen. Na het broekstuk volgt 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 het 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 broekstukken bij Diele

Duitse hoogspanningsmasten hebben relatief vaak een broekstuk dat vrij plat is (zeker geen benen tot de oksels) en waarbovenop 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 ook vooral 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.

Geen broekstuk?

Er zijn ook vakwerkontwerpen waarbij bijna geen of helemaal geen broekstuk lijkt te zijn toegepast. We zien dat bij vakwerkmasten bij tuienmasten, maar ook bij zelfstandig staande ontwerpen van doorgaans 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

Broekstukje bij een oude 50 kV-mast Geen broekstuk bij 220 kV-mast Voet van een broekstukloze mast

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). Maar natuurlijk komt het omgekeerde ook voor: middelgrote en mastmaten 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 precies vandaan is gekomen is ons hier bij HoogspanningsNet niet bekend uit formele bronnen. We weten wel dat het een breed gedragen term is die ook in de civiele techniek en in officieel jargon als zodanig wordt gebruikt. 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. 

Je kan er ook een fiets in hangen...

Je kan een broekstuk natuurlijk ook als fietsenrek gebruiken. We vermoeden een studentengrap (de mast in kwestie staat vlakbij Groningen-stad), maar het kan ook zijn dat een pylon geek hier next level is gegaan om zijn fiets tegen diefstal te beschermen tijdens het opeten van zijn meegenomen bammetjes kaas en zijn fanta… Foto door Michel van Giersbergen (deze dag met een auto).