De toren is het grootste onderdeel van een hoogspanningsmast. Het is de centrale kolom waaraan de armen of traversen vast zitten en waar de mast een belangrijk deel van zijn uiterlijk aan ontleent.

De meeste mastontwerpen hebben een beetje een figuurvorm van een ranke gestalte met armen naar weerszijden. De toren vormt dan de romp waar alles aan vast zit. Bij delta- en gaffelontwerpen splitst die toren in twee delen en bij bipoles zijn er zelfs twee geheel gescheiden exemplaren. Eigenlijk alleen bij tuienmasten en bepaalde soorten portalen is er geen duidelijke toren, verder hebben alle mastontwerpen er wel eentje. Ook als er sprake lijkt van twee of drie steeds scherpere delen die bovenop elkaar staan, wordt de toren als één deel van het mastlichaam opgevat.

De toren is in de meeste mastontwerpen het grootste onderdeel 

De toren is het grootste deel van de hoogspanningsmast. Hij strekt zich uit tussen het broekstuk en het topstuk, tenminste bij de meeste mastmodellen zoals de masten hier bij Hengelo Weideweg. De toren is ook het deel van de mast waarmee men hem kan laten variëren in eindhoogte. Foto door Michel van Giersbergen

Natuurlijk hangt de vorm van de toren vooral af van het doel en functie van de mast: hoe groot moet hij zijn, hoeveel armen of traversen moeten eraan, hoeveel circuits draagt hij, heeft de mast een gaffelvorm, in wat voor weersomstandigheden staat hij, hoe zijn de wetten en regels van het land voor vrije ruimte… van alles, tot aan de grondprijs aan toe. De toren is ook het onderdeel van de mast waarmee men hem van hoogte kan laten variëren. Op de pagina over mastfuncties wordt een beschrijving gegeven van de S+X: de hoogte waarin het basismodel van een bepaald ontwerp hoogspanningsmast is uitgevoerd. Zie daarvoor de pagina over draag- of steunmasten.

De toren bestaat uit vier zogeheten randstaven (de dikke latten die de hoeklijnen vormen) met daar tussenin zogeheten diagonalen (gekruiste latten) die gezamelijk de torenwand vormen. Technisch gezien kunnen torens in twee grootschalige bouwplannen worden onderverdeeld: de slingerverbanden en de kruisblokken.

Toren met slingerverband

SlingerverbandEen toren met een slingerverband heeft een vrij constante aanblik waarbij alle latten telkens op gelijke afstand in de wanden zitten en een enkelvoudig of dubbel zigzagpatroon vormen. Deze bouwvorm is het meest populair op de wereld. In vrijwel alle kleine mastmaten en in een aanzienlijk deel van de middelgrote maten zien we slingerverbanden terug.

Duitsland is het slingerverbandland bij uitstek. Maar ook in België, Denemarken en oost Europa is deze bouwwijze dominant. Zogeheten enkelvoudige slingerverbanden zien we vooral bij kleine mastjes. Bij deze mastmaten speelt de materiaalsterkte en de bestendigheid tegen een klein beetje drukkracht nog een rol van formaat, zodat de latten worden geacht om naast trekkrachten ook enige drukkrachten te kunnen verdragen. Voor niet elke lat is een backup-exemplaar. Bij kleine mastjes is dat niet direct een probleem, maar in het theoretische geval van een spatting (zoals breuk van een staaf netjes heet) kan de toren zijwaarts wegdraaien en het begeven.

Enkelvoudig slingerverband in een kleine 50 kV-mast Close-up of wat daarvoor moet doorgaan van een enkelvoudig slingerverband

Een enkelvoudig slingerverband vertrouwt op materiaalsterkte in plaats van op engineering. De latten kunnen ook op druk worden belast en dat moeten ze verdragen. Dat is bij kleine mastjes zoals dit 50 kV-exemplaar op de Veluwe niet echt een probleem, maar bij grote masten volstaat dit niet en moet een slingerverband dubbel worden uitgevoerd.

Wanneer de mast groter wordt gaat dit probleem een steeds grotere rol spelen en kan niet meer op materiaalsterkte zelf worden vertrouwd. Nu is er een slimmer bouwplan nodig, dat ervoor zorgt dat iedere lat die op drukkracht wordt belast, op hetzelfde moment een spiegelbeeld heeft die op trek wordt belast. Dat kunnen metalen latten heel goed hebben, zoals we kunnen lezen op de pagina over vakwerkmasten als bouwvorm. Er is dan een dubbel slingerverband nodig.

Enkelvoudig, dubbel en meervoudig slingerverband

Bij hele grote masten kan men dat zelfs nog zwaarder aanpakken zelfs een meervoudig slingerverband worden toegepast, waardoor de zigzagvormen elkaar ook in de hoogte overlappen, iets wat we zien bij sommige Belgische koppelnetmasten.

 Meervoudig slingerverband

Meervoudige slingerverbanden zien we weinig, maar in België zijn er toch voorbeelden van te vinden bij grote masten, zoals hier in het bovenste gedeelte van deze 150 kV crossingsmast. Foto in de Antwerpse haven door Michel van Giersbergen.

Toren met kruisblokken

KruisblokkenDe andere manier om een toren te bouwen is met kruisblokken. Deze methode geeft een heel ander uiterlijk en bespaart gemiddeld gezien materiaal, maar hij is wel ingewikkelder. De grootschalige aanblik is een toren die lijkt op meerdere, op elkaar gestapelde broekstukken.

In de torenwand ontstaan grote openingen in de vorm van een wybertje (een ruitvorm) en de kruisen zelf bevatten weer kortere staafjes waarmee de lange latten worden behoed voor buigen of uitknikken. Deze zogeheten knikverkorters hoeven nooit drukkrachten te verdragen, dus ze kunnen erg dun worden gemaakt. Kruisblokken treffen we vooral aan als de afmeting en zwaarte van de hoogspanningsmast toeneemt zodat een slingerverband te lange overspanningen zou moeten maken. Met een trekstang die door het hart van het kruis loopt en die tot aan de randstaven doorloopt wordt voorkomen dat de toren in zijn geheel naar buiten buigt. Per saldo levert een toren met kruisblokken bij grote masten minder ijzergebruik en minder gewicht op. 

Toren met kruisblokken in een middelgrote mast

Masten met een kruisblokkentoren. Ten opzichte van een slingerverband lijken er veel meer staafjes in te zitten en is de toren een wat drukkere aanblik, maar het materiaalverbruik is desondanks lager. Met name bij grote masten zoals op de rechterfoto wordt dat belangrijk, omdat de latten in een slingerverband anders wel heel dik en zwaar zouden moeten worden. Foto (ietsje teveel clarity) door Michel van Giersbergen.

In Nederland is de bouwwijze met kruisblokken dominant boven slingerverbanden, iets wat we min of meer ook in Engeland zien. In Duitsland wil men er weinig van weten en Duitse masten hebben eigenlijk alleen kruisblokverbanden in de laagste en breedste delen van de torens van zware mastontwerpen. 
In weer andere landen zoals Frankrijk en Italië is het moeilijk om een trend te zien. Daar hangt het meer af van het tijdperk waarin de masten werden gebouwd. Dat laatste zien we ook in Nederland wel terug. De oudste masten waren vaak slingerverbanden. Net voor en vooral in de twee decennia na de oorlog was er een sterke opkomst in kruisblokken. Maar toen de jaren 70 aanbraken werden de mastontwerpen wat fantasielozer en pragmatischer, waardoor een terugkeer van slingerverbanden te zien was.

De diagonaalhoek van kruisblokken is veel steiler dan die van slingerverbanden. Met een kruisblok kan je daardoor veel meer hoogte winnen dan met een slinger. Kruisblokken hoeven ook niet per se symmetrisch te zijn. De eerste generatie Nederlandse koppelnetmasten heeft kruisblokken die in twee torenwanden hoger zitten dan in de andere twee. Bij slingerverbanden is dat redelijk standaard, maar bij kruisblokken juist niet. 

Verspringende kruisblokwanden in een koppelnetmast

Verspringende torenwanden: de kruisen zitten niet op gelijke hoogte. Technisch is het iets sterker dan symmetrische kruisblokken, maar het verschil is slechts klein en esthetisch, visueel en op de tekentafel is de toren een rommeltje. Ook bouwt het lastiger. Foto door Michel van Giersbergen.

Technisch gezien is het uit te leggen: de randstaven hebben hierdoor een nog kortere uitkniklengte omdat ze nog veel meer ondersteuningsmomentjes hebben van latten die ze voor uitknikken behoeden. Maar esthetisch wordt dit niet gewaardeerd door pylon geeks en ook nauwelijks door ingenieurs en architecten. De hele toren wekt een rommelige, drukke indruk en het vereist maatwerk in de staaflengtes op plekken waar knoopplaten nodig zijn, anders komen de diagonalen opeens op de verkeerde plek binnen.

Tafeltjesmethode

Met kruisblokken, of het concept tetraëder waar hij zijn sterkte uit haalt, kan je behoorlijk ver gaan. In de begindagen van grote hoogspanningsmasten ging men ermee tot het gaatje. Deze vroege kruisbloktorens van 50 kV kopppelverbindingen van voor de oorlog zijn in Nederland volledig verdwenen. En dat is jammer, want er zijn foto's bewaard gebleven van achthoekige mastlichamen in de Betuwe die eerder op een stapel tafeltjes lijken dan op een hoogspanningsmast.

Steeds dichtere kruisblokken

Kruisblokken in hun simpelste vorm (links) neigen naar steile slingerverbanden. Alleen de horizontale trekstaven doen ze verschillen. Rechts zien we het andere uiterste, de tafeltjesmethode. Je zou het niet zeggen, maar nog altijd wordt precies hetzelfde krachtenspel en dezelfde natuurkunde gevolgd.

Maar in België is deze op het oog rare methode juist nooit verdwenen. Sterker nog, Elia bouwt nog steeds grote hoogspanningsmasten op deze manier en de nieuwste overkruising van de Schelde, met de hoogste masten van het hele land, heeft torens met enorme kruisblokken volgens deze tafeltjesmethode. Het levert een mast op die je bijna pure kunst zou kunnen noemen. Het absolute minimum aan materiaal, het is bijna uitsluitend lucht, maar toch boet de mast nog steeds amper aan sterkte in. Gustave Eiffel zou hier goedkeurend bij hebben geknikt: dit is een demonstratie van vakwerkconstructies in optima forma.

Tafeltjesmethode in een grote Belgische crossingsmast Tafeltjesverband van onderaf bekeken

Een moderne versie van een toren met tafeltjes – inderdaad, dat is dezelfde mast als waarvan hogerop al eens het bovendeel op de foto staat. Hele grote masten kan je bouwen met dikke buizen of vakwerkkokers als latten, maar de tafeltjesmethode bewijst dat als je het krachtenspel maar perfect beheerst, het ook mogelijk is om onwaarschijnlijk effeciënt te bouwen met zeer dunne staafje. Foto's door Michel van Giersbergen.

Voor dit soort eiffel-hoogtepunten geldt overigens ook dat je goed moet weten wat je doet. De ingenieur moet het krachtenspel in de toren perfect beheersen voor de maximale sterkte. Tafels stapelen is wat dat betreft riskanter dan een slingerverband. Als je een fout maakt kan er dit gebeuren. (In dit filmpje ging het gelukkig om een mast in aanbouw waarbij er gelukkig net niemand aan het werk was, maar het is duidelijk dat er een catastrofale rekenfout is gemaakt als hij tijdens goed weer reeds bezwijkt onder zijn eigen gewicht, zelfs nog zonder de draden.)

De overgang is nooit makkelijk

Slingerverbanden met een dubbele slinger en kruisblokken zonder knikverkorters of treklat door het kruishart zijn technisch gezien vrijwel gelijk. Beide manieren raken dus aan elkaar en hebben enige overlap. Net als met zoveel dingen in hoogspanningsland zijn ook hier de grenzen kneedbaar en enigszins subjectief. 

Beide constructiewijzen komen dan ook met regelmaat voor in dezelfde toren. Je krijgt dan een toren die vanaf het broekstuk eerst een aantal kruisblokken heeft en bij het smaller worden op den duur verder gaat als slingerverband. Dat klinkt logisch, maar esthetisch is het opmerkelijk ingewikkeld om dit tot een goed einde te brengen. Wanneer je de overgang op een onnatuurlijke plek maakt of wanneer je de hellingshoek van de latten niet logisch laat verspringen wekt het direct een ongemakkelijke en lelijke indruk.

Helaas moet het gezegd worden, in België heeft men een redelijk aantal van zulke eh.. pareltjes.

Wat een bende... Hoe je ook je best doet, het blijft moeilijk in de overgang...

Ook pylon geeks vinden niet elke mast mooi. Het gedrocht links is een klassieker in de categorie zo-moet-het-dus-niet. De overgang van kruisblokken naar slingerverband is zeer rommelig. De cilindrische bovenkant en de wespentaille dragen ook niet echt bij aan harmonie. Rechts: ook als je wel je best doet blijft het gewoon erg moeilijk om een soepele overgang te bereiken. Foto's foor Michel van Giersbergen.

Hij mag niet inklappen

Een toren is een vierkante koker. Zodra je die op torsie belast (bijvoorbeeld door aan één traverse harder zijwaarts te trekken) zal hij reageren door de vervormen. De vierkante doorsnede wordt een ruitvorm en uiteindelijk klapt de toren in: de holte in het midden slaat dicht, de kokervorm verdwijnt en wat volgt is een pandemonium van omlaag stortend vakwerk, draden, isolators en vonken, op de koop gevolgd door een flinke stroomstoring. (Op zijn beurt weer gevolgd door een beschaamde persvoorlichter van de netbeheerder en verslaggevers van het lokale sufferdje die bijna in extase raken omdat er eindelijk eens wat heftigers in het dorp gebeurt dan een auto tegen een boom of controle op legionella in de douches van de voetbalkantine.)

Om dat te voorkomen worden er om de zoveel meter hoogte platforms aangebracht die garanderen dat de toren altijd zijn vierkante doorsnede zal houden en niet kan 'wokkelen'. Twee trekstaven kruislings tussen de diagonaal tegenover elkaar liggende randstaven zijn in principe voldoende, maar bij kruisblokkentorens wordt meestal gekozen voor een kruis dat op de vier treklatten middenin een kruisblok vastzit en dat wordt aangevuld met vier kortere latten die de tetraëdervorm afmaken, zie ook bij broekstuk

De toren is niet volledig hol. En deze afbeelding hebben we ook in grootformaat

Een horizontaal kruis tussen de randstaven of zelfs een kruisplatform met vier extra diagonalen in het horizontale vlak voorkomt dat de vierkante doorsnede van de toren kan vervormen. Zo behoudt hij zijn sterkte ook bij torsie. Foto door Hans Nienhuis. (Naar deze afbeelding is meerdere keren specifiek vraag geweest, dus ja, we hebben hem ook in grootformaat.)

Tapsheid: sterker en lichter

De meeste torens zijn licht taps: ze vertonen versmalling naar boven toe. Soms gaat dat vloeiend met één hellingshoek of haast vloeiend, maar een andere keer zitten er duidelijk zichtbare verscherpingen of insnoeringen in. Meestal is de toren convex: steeds scherper. Deze kegelvorm maakt de mast nog sterker en tevens lichter. Verder is het essentieel voor de aanblik: het oog wil ook wel eens wat, en we zijn als mensen nu eenmaal gewend dat objecten versmallen naar boven toe. Bomen, schoorstenen en doen dat tenslotte ook (en overigens altijd om dezelfde technische en zelfs biologische redenen).

Stel je voor hoe een hoogspanningsmast eruit zou zien als men de toren puur cilindrisch zou maken:

Toren volledig cilindrisch

Dus. Als we dit zouden bouwen breekt er gegarandeerd revolutie uit onder de populatie pylon geeks.
Mister Gorbatsjov, tear down that pole

Toch worden dit soort constructies wel degelijk gebouwd, maar dan gedeeltelijk. Torens die eerst taps zijn maar waarvan het bovendeel cilindrisch is past men in België met enig regelmaat toe. In Nederland en Denemarken is het zeldzaam maar soms aanwezig, terwijl men er in Duitsland niets van weten wil. Het wekt dan ook een beetje de indruk van een blokhoofd. Of zo je wil een architect die zich er extra goedkoop vanaf heeft gemaakt.

Toren met een blokhoofd op de Maasvlakte Toren met een cilindrisch bovendeel mislukt niet altijd

Een cilindrisch bovendeel wekt een ongemakkelijke, ietwat bonkige indruk die direct industrieel oogt. Los van verhoogd materiaalgebruik en slechts beperkte winst in sterkte is het een ongemakkelijk gezicht. Hoewel het bij masten met een lichte bouw soms ook kan meevallen, zoals we bij de Belgische mast rechts zien. Foto's door Michel van Giersbergen en Bavo Lens.

Door optisch bedrog lijkt een cilindrische toren naar boven toe breder te worden zodat een topzware indruk ontstaat die als weinig elegant wordt ervaren. Gelukkig zijn masten met een cilindrische toren buiten België relatief zeldzaam. Omdat de kegelvorm sterker is, materiaal bespaart en er beter uitziet neemt men de complexere engineering op de koop toe. 

Gaffels en portalen

Niet elke mast heeft een duidelijke toren. Bij deltamasten en gaffelmasten splist de toren in tweeën en is er letterlijk tot op zekere hoogte nog wel wat van te maken, maar sommige soorten Scandinavische schoorportalen en Oost Europese schoormasten voor zeer hoge spanningen hebben geen vrijstaande toren. Zodra de mast het direct begeeft als een tuikabel wordt gekapt, geldt dat er geen sprake meer is van een echte vrijstaande toren en is er sprake van een tuienmast of een schoorconstructie waarin het krachtenspel heel anders loopt.

Toren van een deltamast splitst in tweeënPortaalmasten bij Geertruidenberg

Een deltamast of kat (links) is gewoon een toren met een afwijkende bovenbouw. Portalen zijn echter een grensgeval: ze blijven wel staan als een van de torens het begeeft, maar vrijstaand zijn ze niet omdat er per definitie twee of meer nodig zijn om een portaal te vormen. Maar classificatie is geen harde wiskunde. Een duidelijke toren, of meer dan eentje, is voldoende om ervan te spreken.