prof.dr.?r.f.Mortelmansgewoon hoogleraar K U Leuven Water- en antennetoren teMechelenBeschrijving van het ontwerp en uitvoerlnqstechruekTV?D1STRIBUT1EHet ontwerpOm het probleem van de drinkwatervoorziening van destad Mechelenopte lossen werd in 1963,in het industriepark Noord te Walem, een eerste watertoren gebouwd (zie foto 5a).In 1977werdeen tweedetoren geprojecteerd in het industrieparkZuid; hiermeeis dewatervoor-ziening van de stad Mechelen opgelost".Wij beperken ons hier tot de specifieke uitvoeringsproblemen.In de loop van maart 1977 werd door de stad Mechelen aan het Studiebureau ITH opdrachtgegeven tot het ontwerp van een water- en antennetoren. De schrijver van dit artikel werd doorhet studiebureau verzocht als technisch raadgever op te treden, teneinde een ontwerp uit tewerken, de algemene stabiliteitsberekeningen op te stellen en de uitvoering te begeleiden. Deaanbesteding had plaats in september 1977.Detoren werd officieel ingehuldigd op 15septem-ber 1979.De aannemer, fa. Van Hout uit Vosselaar, heeft de toren in een record tempo gebouwd.De toren werd ontworpen voor meerdere doeleinden.1. Het waterreservoir heefteen nuttige inhoud van 2500 mS. Het is zeer uitgestrekt (40 mdiameter)en heefteen relatief kleine hoogte. Daardoorwordt deschommeling vanhetwaterniveau tot eenminimum beperkt evenals de drukvariatie in het leidingnet.Het hoogste waterniveau is voorzien op +50 m boven maaiveld (+0,00).2. Op hetdakvan het reservoi r is plaats voor de paraboolvormige antennes ten behoeve vande RD(Regie voor Telefoon en Telegraaf).3. Op niveau + 110 m is een platform voorzien van 10 m diameter voor de ontvangstantennes vande TV-distributie Mechelen.Deze drie elementen worden gedragen door een centrale schacht van beton. Een mast vanroestvrij staal van 20 m hoogte vormt de bekroning van de toren; deze heeft een louteresthetische functie.0.001Aanzicht van de torenIn hettijdschrift H20 zal op dewaterdistributievan de stad Mechelen nader worden inge-gaan.Cement XXXII (1980) nr. 3De constructie-elementenDe hoofdelementen van de constructie kunnen in het kort aldus worden beschreven.? Paalfundering: 127 palen, elk met een nuttig draagvermogen van 1100 kNo De palen werdengeheid tot ca. 18,50m diepte. Ze zijn gesitueerd in concentrische cirkels:centrum: 1 paal1e cirkel 6 palen2e cirkel 12 palen3e cirkel 18 palen4e cirkel 24 palen5e cirkel 30 palen6e cirkel 36 palen127 palenDe palen van de 6e ring zijn schuin geheid (1:5).? Funderingsmassief: diameter 19,60 m; dikte 1,5 rn aan de rand, lineair oplopend tot 3 m terplaatse van de schacht; dubbel wapeningsnet; schuine staven als supplementaire veiligheid;aanzetdiepte -6,40 m.? Centrale schacht: uitgevoerd in gewapend beton met behulp van een glijbekisting; uitwendigediameter9,35 m ter plaatse van de fundering, lineairafnemend tot 1,7 mop + 120 m; ter plaatsevan de kuip is een verdikking voorzien over een hoogte van 8,81 m om de krachtsoverdracht teverzekeren van het 50 000 kN wegende waterreservoir (inbegrepen de watermassa; de wand-dikte van de schacht onder de kuip is 65 cm, boven de kuip 40 cm.? Kuip: volledig beneden gemaakten nadien opgetrokken tot op het juiste niveau. Dekuip bestaatuit een conusvormige bodemplaat van 30 cm dikte, een en een buitenwand; 16 radialewanden versterken de bodemen fungeren terzelfdertijd als dempers tegen de pulserendewindacties. Het geheel is afgedekt door een conusvormig schaaldak. dat uitsluitend steunt opde buitenwand van de kuip. Alle elementen van de kuip zijn voorgespannen.? Platform op 110 m: bestaat uit drie geprefabriceerde ringen in lichtbeton. Deze ringen werdengemonteerd met behulp van een kraan van 150 m hoogte. De eerste ring werd tijdelijk onder-1090.65STEUNRING VOOR DE KUIP1.50127 PALENraasta." R voor diam elinvan _Ise at tIIII2De gewapend-betonnen schacht, gemaaktmet een glijbekisting3Schema van de glijbekistingsteund; de tweede ring rust op de eerste; de derde op de tweede.De ringen worden via een uitsparing in de schacht verankerd en door een ter plaatse gestortebovenlaag tot een monolytisch geheel verbonden.? Roestvrij stalen mast: ter plaatse gebracht door dezelfde kraan, die de ringen omhoog heeftgehesen. De mast is bevestigd aan de betonnen schacht met 20 bouten 0 40.Een en ander is globaal in figuur 1 weergegeven:4Kraagplaat voor de ophanging van hetreservoirDe figuren in ditartikel werden onswelwillenddoor de aannemer en het Studiebureau terhand gesteld.De uitvoeringVoorde uitvoering werden verschillende interessante technieken toegepast.Wij zullen trachtenhet essenti?le daarbij nader toe te lichten.1. Het centrale draagelement: de schacht (fig. 2)Defundering op palen is, afgezien vanhetgroteaantalpalen, klassiek in ontwerpen uitvoering.De schacht zelf heeft de vorm van een afgeknotte kegel en is opgetrokken met behulp van eenglijbekisting (fig. 3).Een aantal in de wand opgenomen draagstaven dient om het glijsysteem te steunen. Debekisting zelf bestaat uit stalen platen van ca. 1 m hoogte, die overelkaarschuiven naarmate dediametervan de schacht afneemt. Zeworden gedragen dooreen buitenframeen een binnenfra-me. De onderlinge afstand tussen de platen (= wanddikte) is regelbaar via een stang (R2),voorzien van schroefdraad. Door de regelmoer aan te draaien neemt de wanddikte af. Beideframes steunen via een draagprofiel op de draagstaaf.De verticale beweging tijdens het glijden wordt verzekerd door de optrekvijzels. Deze hijsen debokken op aan de draagstaven.De buitenframes kunnen, steunend op de radiale geleiders naar het centrum toe of van hetcentrum weg worden verschoven door aanschroeven van de moeren van de regelstangen R,.Boven op de binnenframes evenals onderaan ter plaatse van de binnen- en van de buitenframesis een werkvloer voorzien. Op de hoofdvloer wordt de wapening gereed gemaakt en debetonspecie over de wand verdeeld. De werkvloeren onderaan worden gebruikt om het betondat tijdens het glijden uit de bekisting te voorschijn komt, te inspecteren en eventueel bij tewerken.Met dit systeem van glijbekisting is het mogelijk een schacht met veranderlijke diameter enwanddikte te realiseren. Vanaf de fundering tot +44,14 m hoogte heeft de wand een constantedikte van 65 cm. Als primeur valt hier te vermelden het weer naar een grotere diameter glijdenvan de buitenbekisting vanaf +44, 14 m tot +51 ,95 m hoogte. Opditniveau werd met betonnerengestopt. Na voldoende verharding van het beton werd de glijbekisting opgetrokken en werdende buitenbekistingsplaten verticaal gesteld en buitenwaarts verschoven (fig. 4).De bodem (AB) van de uitkraging werd bekistmetbetonnenprefab-plaatjes, in Asteunend opdebekisting en in B op het reeds gestort beton van de schacht. In figuur 4 zijn alleen debekistingsplaten van het glijsysteem getekend. Na plaatsing van de wapening werd de kraag-plaat (van 51,95 m tot 52,95 m) gebetonneerd. Tijdens het storten en verharden van de beton-specie heeft de glijbekisting uiteraard niet bewogen.I!plaat vanA,I droogstoof!Cement XXXII (1980) nr. 3 1105Groeiprocesvan de schachtalsfunctie van detijd5aWatertoren te Walem, gebouwd in 1963IsoNadien werd met het oogop de relatief kleine te verwezenlijken diameter op +120 m hoogte deglijbekisting omgebouwd (door het uitnemen van sommige bekistingsplaten en het reducerenvan het aantal bokken). De wanddikte boven 52,95 m bedraagt 40 cm en neemt af tot 20 cmboven het platform op 110 mhoogte.Ter verankering van tussenvloeren en van het platform op +110 m werd tijdens het glijdenvoorzien in de nodige uitsparingen, wachtstaven (BE22) en schroefhulzen. In de grafiek vanfiguur 5 is het groeiproces van de schacht uitgezet als functie van de tijd. Het gemiddeldegroeiritme bedroegca.4 m per dag. In het begin werd enige vertraging opgelopen, tewijten aanmoeilijkheden met de toevoer van betonspecie. Tijdens het betonneren van hettweede deel vande schacht werd de verloren tijd weer ingelopen.120.102. De kuipOnmiddellijk na hetbe?indigen van deschachtwerd, terhoogtevanhetmaaiveld,gestartmetdebouw van de kuip rond de schacht (fig. 6).Het hoofddraagelement van de kuip, de conusvormige bodemplaat, versterkt door 16 radialewanden, isin feite een orthotrope kegelschaal. De ruimtewordtaan debuitenomtrekafgeslotendoor een cirkelvormige wand van 1,16 m hoogte. De 16 radiale wanden zijn aan de schachtverankerd in een zwaar gewapende binnenwand. Deze binnenwand werd beneden tegen deschacht gebetonneerd waarbij als isolatiemateriaal ca. 5 cm dikke platen frigoliet warenaangebracht.In figuur 7 is het volledig voorspanschema (systeem VSL) van de kuip aangegeven:ringvoorspanning dakbalk: 6 kabels 700,6"ringvoorspanning buitenwand: 2 kabels 7 0 0,6"ringvoorspanning bodemplaat: 3 kabels 7 0 0,6"radiale voorspanning per radiale wand: 7 kabels 7 0 0,6"ringvoorspanning bovenkant binnenwand: 16 kabels 13 0 0,6".Het optrekken van de kuip wordt verderop besproken.De wanden zijn uitgevoerd in een gladde bekisting. Bij de bekisting van de bodem werd eencombinatie van gladde platen met ruwe bekistingsplanken toegepast. De 16 radialewanden zijn18 KABE LS(RINGWAND)7 KABELSRACIALEBEWEEGBAREij KABELSjOAKPLAAT!m6Bouw van het reservoir15.327Voorspanschema van het reservoirva ORSPAN NIH GI doorsnede kuip) Ij g. 2.14Cement XXXII (1980) nr. 3 1118Doorsnede over het geprefabriceerdeantenneplatform10.0012+111.259Montage van het antenneplatform3. Het platformHet platform op +110 m werd geprefabriceerd in lichtbeton. Figuur 8 toont een doorsnede vanhet platform. De eerste ring (tegen de schacht) evenals de tweede werden bovendien nog ingewicht gereduceerd door holten, die werden bereikt met behulp van frigolietblokken.Oe tweede ring steunt op de eerste en de derde (de borstwering) steunt op de tweede. Om eengelijkmatige drukverdeling te verkrijgen, werd ter plaatse van de oplegging over de geheleomtrek een doorlopende rubberband aangebracht. De eerste ring, die tijdelijk werd onder-steund, draagt dus de andere.Op de ringen en in de uitsparingen in de schachtwand werd ter plaatse een beton laag gestort,waarmee het geheel monoliet is geworden. Na de verharding van dit beton werd de tijdelijkeondersteuning van de eerste ring weggenomen.De borstwering (derde ring) is uitgevoerd in een gladde bekisting. Voor de onderzijde van deaan de onderzijde van de kuip gevisualiseerd door 16 radiale banden van 60 cm breedte ingladde bekisting. Tussen twee opeenvolgende radiale wanden werden ruwe bekistingsplankengebruikt, loodrecht geplaatst op de bissectrice tussen twee opeenvolgende banden van 60 cm.De gladde platen lagen opde planken, zodat de accentuering isversterktdooreen inkassing van2 cm diep.Alle achterafte betonneren openingen van de kabelverankeringen van de radiale wandenvallenbinnen deze gladde ingekaste banden. Wegens het tijdsverschil in het betonneren van debodem enerzijds en de ankeruitsparingen anderzijds, zijn de plaatsen van deze verankeringenbinnen de gladde banden duidelijk zichtbaar. Het verschil in kleur stoort niet in het geheel vanhet uitzicht op de kuipbodem; het doet zelfs iets speels aan.Na het spannen van de kabels konden de ondersteuningen van de kuip worden weggenomen.Vanafdat ogenblik droeg de kuip nog slechts op de steunring ronde de schacht, aangebracht opdefunderingsplaat (fig. 2).Intussen werden ook de verschillende verdiepingsvloeren in de schacht gebetonneerd, involgorde van boven naar beneden.GEPREFABRICEERD PLATFORM25t? e-b-cDetails van de montage van hetantenneplatform? I= -.120.10? ?+110.602?rin...-Cement XXXII (1980) nr. 3 11211Bevestiging van de roestvrij stalen mast aande betonnen schachttweede en de eerste ring werd de combinatie van radiaal gerichte banden met een gladoppervlak en de segmenten daartussen met een plankenstructuur herhaald. Vanwege deafmeting van het platform was het aantal banden gereduceerd.Met behulpvan een grote kraan met 150 m hoogtebereikwerden de verschillende ringenoverdetop van de schacht gehesen en op de juiste plaats neergelaten. Figuur 9 toont het ter plaatsebrengen van de tweede ring. In de figuur 10 a.b en c is nogmaals verduidelijkt hoe de ring?n inelkaar passen. De eerste ring hing tijdelijk aan 8 staven, verankerd in twee vierkante kaders, diezodanig op elkaar pasten dat de8 hoekpunten op ??n cirkelomtrek lagen metgelijke tussenaf-standen. De moeren waren voorzien van een fijne hoogteregeling. Detwee kaders rustten op hetbeton van de schacht. Na verharding van het terplaatse gestorte beton werden de kaders en destaven verwijderd. Het maximaal gewicht van ??n ring bedroeg ca. 11 ton.OWARSSCHOTTENROESTVRIJ STAAL 4. De roestvrij stalen mastDemast bestaat uit een mantel van roestvrij staal (plaatd ikte mm). Dedoorsnede aan de top is65 cm, aan de basis 170cm.Orn de 5 meterister versti jving een dwarsschotaangebracht. Detopwordt afgedicht door twee deksels (halve cirkeloppervlakte), die scharnierend aan de mantelzijn verbonden. Dooreen centrale uitsparing in de deksels kan een mastjevan 150 mm diameterovereen afstand van 3 muit de mastworden geschoven. Bovenop dit uitschuifbaarmastje iseenbliksemafleider en een rood lichtbaken geplaatst.Er is een speciaal systeem uitgedacht om het Iichtbaken te vervangen. Men klimt via een ladderin de mast tot bij het uitschuifbaar mastje, men ontgrendelt en opentmet een stang de tweeafdichtingsluiken. De verticale geleidingsringen van het kleine mastje zijn via scharnieren metde verticale as verbonden aan de mantel vande schacht. Het isvoldoende het mastje,dat meteentegengewicht in evenwicht wordt gehouden, te ontgrendelen, omlaag te trekken en uit hetcentrum tottegende mantel van de masttedraaien orntotbij het lichtbaken te kunnen klimmen.Wanneer deze opdracht is volbracht, wordt de gehele operatie in omgekeerde volgordehernomen tot de luiken gesloten en vergrendeld zijn.De bevestiging van de roestvrij stalen mast met de betonnen schacht is aangegeven in de figuur11. De krachtsoverdracht van de mantel naar de betonnen schacht wordt verzekerd door 20staven 040 (BE 40), die in het beton zijn verankerd. Om de ankerstaven nauwkeurig te kunnenstellen, alverers te worden ingebetonneerd, werden ze gelast op een roestvrij stalen ring A. Destaven steken door die ring heen en zijn aan de onder-en bovenzijde ervan gelast. Boven de ringzijn de staven van roestvrij staal en voorzien van schroefdraad; onder de ring werd staal BE 40gebruikt. De lasnaad tussen die gedeelten bevindt zich juistonder de ring.De stalen mast is onderaan voorzien van een ring B met 20 gaten die nauwkeurig corresponde-ren met de 20 ankerstaven. Ring B werd aan de mantel gelast en bovendien versterkt door 20dwarsschoten. De laatste zijn zowel aan de ring als aan de mantel gelast.De moeren M1werden zodanig geregeld dat de bovenzijden in een horizontaal vlak liggen. Destalen mast (ca. 8,5ton) werd met de kraan omhoog gehesen en neergelaten totde 20gatenin dering B over de 20 wachtbouten schoven en de ring B rustte op de moeren M1. Onmiddellijkdaarna werden de moeren M2 aangeschroefd en voorzien van contramoeren M3. De ruimtetussen de ringen Aen B werd slechts gedeeltelijk gevuld met beton om later, indien nodig, eenbijkomende regeling van de moeren mogelijk te maken.In figuur 12 isde top van de toren weergegeven. Dedrie ringen van het platform zijn difinitief aande schacht verbonden; de stalen mast isverankerd aan de betonnen schacht.II--_--oroestvr?stalen mast.120.1012Top van de torenII ? ELS13Schacht met hefkabels voor het optrekkenvan het reservoirCement XXXII (1980) nr. 3 113io.oc0.15? PLAATSE_ ____AIVS_l!VERANKERINGSSPIE?N-- - -VIJZEL------ -HOUTEN14Hefmechanisme15Toestand tijdens het heffen van het reservoir16Doorsnede van de afgewerkte torenHet optrekken van de kuipV??r het aanbrengen van het platform op +110 m hoogte en van de stalen mast werden de 8hefkabels voor de kuip op hun plaats gebracht (fig. 13).In de console (+52,95 m) werden 16kabel kanalen uitgespaard,waarvan de aslijnen nauwkeurigovereenkomen met die van de kabel kanalen in de binnenwand van de kuip. Elk hefkabelkanaalis verder gesitueerd in het middenvlak van ??n van de 16 radiale wanden van de kuip.Met de kraan werd elke kabel (bovenaan voorzien van een voorlopige verankering) opgehesen,door de opening in de console neergelaten, ter plaatse van de kuip door het kabelkanaal in dekuipwand geleid en onderaan definitief verankerd en beschermd met een stalen kop, diehermetisch metbouten op de verdeelplaat werd bevestigd (fig. 14).Met8 hefkabelswerd de kuipvervolgens opgetrokken. Op het gewenste niveau aangekomen, dienden voor de definitieveverankering nog 8 gelijkwaardige kabels extra te worden aangebracht, die uiteraard korterwaren dan de hetkabels.Het totaal gewicht van de kuip inclusief de waterinhoud bedraagt ca. 51 000 kNo Elke kabel (3100,6") heeft een breukkracht van ca. 8600 kNo De veiligheidsco?ffici?nt met betrekking tot deaan de console opgehangen kuip bedraagt derhalve:16 x8600510002,7.Om het heffen van de kuip feilloos te laten verlopen, was het nodig de 8 hydraulische vijzelsnauwkeurig op dezelfde kracht te laten werken. Dit geschiedde door middel van een aangepastsysteem van op elkaarafgestemde pompen. Naast een algemene regeling van de hefkrachtbleefeen individuele bediening per vijzel mogelijk om het eventueel scheef optrekken van de kuip tekunnen corrigeren. Figuur 15geeft een beeld van de toestand tijdens het heffen. De overlengtevan de kabels werd over het schaaldak afgeleid.Na het bereiken van de uiteindelijke situering bedraagt de afstand tussen onderkant console enbovenkant binnenwand-kuip 1,65 m (fig. 15-16).Nahet be?indigen van de heffase werden op de console de 8 verankeringen van de bijkomendekabels aangebracht. Tussen de onderkant van de console en de bovenkant van de binnenwandvan de kuip werden rond de 16 in kanalen geplaatste kabels kolommen van 50 x 90 x 165 cmgebetonneerd. Na verharding van deze kolommen werden de kabels zodanig op gelijke krachtgespannen, dat bij volledige belasting (eigen gewicht + water) er na verloop van tijd geennoemenswaardigetrekspanningen in de kolommen overblijven. Bij afwezigheid van water in dekuip zijn de kolommen behoorlijk voorgespannen.Op deze wijze worden de kabels praktisch niet op vermoeiing belast. Na de definitieveverankering werden de verankeringselementen op de console door een stalen kap beschermden werden de kabel kanalen ge?njecteerd. De opening tussen de binnenwand van de kuip en deschacht werd afgedicht doorter plaatse gestort beton, dattevens de kabelverankeringen onderinde binnenwand beschermt.In figuur 16 wordt een doorsnede van de afgewerkte toren getoond.Cement XXXII (1980) nr. 3 114foto's m.u.v. 5a: HTimmerman, Wilrijk 6. Technische uitrustingUitwijden over de technische uitrusting zou ons te ver voeren. Wij vermelden alleen dat in dekelderverdieping de pompen staan opgesteld (3 met elkeen capaciteit van 850 m3/uur).Gelijkvloers staat de ruimte ten dienste van de waterleverancier (Antwerpse Waterwerken). Deeerste, tweede en derde verdieping zijn voorbehouden voor de laag- en hoogspanning, deteledistributieen de Regie voorTeleg raaf en Telefoon. EenIift tot +110 mverzekert eeneffici?ntonderhoud van de antennes.SlotoverwegingenAan deze toren werd met hart en ziel gewerkt. Iedereen heeft zich tot het uiterste ingezet om eriets van te maken: de eenvoudige werkman, die het materiaal uiteindelijk ter plaatse bracht, deuitvoerders, de ingenieurs van de aannemer en van het studiebureau.Van deze toren zijn alle onderdelen bekend; zijn reacties op bepaalde belastingen werdengecontroleerd; hij is eigenlijk geen betonnen constructie zonder meer; voor ons heeft hij bijwijze van spreken de betekenis van een levend iets. Indien het mogelijk zou zijn menselijketermen tot deze levend geworden toren te spreken, zou ik mij aldus tot hem richten:beste toren',Op een stevige fundering hebben wij uwschachtopgetrokken. Navoltooiing-vergeefhetons-zaagtgijerdanuitwendig uit als een lelijke eend; inwendig gaaftgij de indruk van een mislukte schoorsteen.Wij hebben udan een halsboordomgedaan enop uwhoofdeenkroongezet. Toenwashetalsofgijweerkeerdevan de kapper.Aan uwvoeten hebben wij een kuip gemaakten dezeaan uwstoere schouders opgetrokken. Wijhebben ze utoevertrouwd; zij werd als het ware uw echtgenote.Afgewerkt herkende ik u zoals ik mij had ingebeeld dat gij eens zoudt worden.Denksteeds metdank aan allen die aan uwopvoeding hebben meegewerkt. Vergeet ook uw geestelijkevaderniet; wees hem nooit tot schande.Blijf altijd mooi rechtop staan. Draag de lasten steeds centrisch zoals wij hetu geleerd hebben. Zet u schraptegen uwaardsvijand, de verraderlijke, snode windvlagen. Dat het een levensregel weze, hoe hoog gij ookmoogt tronen, de stad Mechelen, de mensen, te dienen in onderdanigheid en eenvoud.literatuur1. Mortelmans, F., 'De Watertoren te Walem', Het ingenieursblad,16sept. 1965.2. Adam, C., Technische problemen in verband met de nieuwe waterbevoorrading van de stadMechelen', Het ingenieursblad, 16sept. 1965.3. DeWandel, N., 'Drinkwaterproblemen van deStad Mechelen', Het ingenieursblad, 16sept. 1965.4. Mortelmans, F., 'De nieuwe Water- en antennetoren te Mechelen', Voordracht gehouden teMechelen d.d. 29-05-1979, voor de Koninklijke Vlaamse Ingenieursvereniging,5. Berlamont, J., en N.Vanderstappen, 'On the effect of baffle walls in a watertowertank underConform voordracht gehouden te Mechelen wind action', 5th international Conference on Wind Engineering, Colorado State Universityop 29-05-1979. USA, 8-14 juli 1979.Cement XXXII (1980) nr. 3