DE WATERTOREN
In het
grote geheel van de infrastructuur voor productie en distributie, is een
watertoren, alhoewel hij er een onmisbare rol speelt, slechts een schakel, een
eerder bescheiden schakel nog wel, als men de globale investeringen voor de
installaties beschouwt: tientallen duizenden kilometer transporten
distributieleidingen, zuiveringsstations, pompstations en bovengrondse
reservoirs nemen inderdaad het overgrote deel ervan voor hun rekening.
De leidingen zijn onzichtbaar. De reservoirs
zijn ingegraven onder een met gras begroeid heuveltje, putten en
waterwinningen zijn discreet opgesteld, en zuiverings- en pompstations spreken
niet tot de verbeelding. Stuwdammen zijn wel spectaculaire maar bevinden zich
een eind buiten de bewoonde gebieden.
De watertoren, silhouet op het hoogste punt aan de rand van de gemeente of massa die verloren staat in het stadsbeeld, maakt hoe dan ook deel uit van het leven in het centrum van de gemeente. Alhoewel hij eenvoudig een vergaarbak is, denkt men over hem dikwijls alsof hij de voortbrenger van de watervoorraad is. Vertrouwd en toch een beetje mysterieus, is hij voor iedereen het symbool van de overvloed en de duurzaamheid van de drinkwaterbevoorrading.
De watertoren en het reservoir vervullen, zoals eerder al aangetoond, eenzelfde rol ais sturing en reserve en ais regelaar van de druk in het net. Enkel het ontbreken van enig reliëf in de zone waar het reservoir moet worden gebouwd is er verantwoordelijk voor dat het op een toren dient te worden neergezet.
Structureel is een watertoren bijgevolg een kuip die
op een steun rust. Daarbij komt onder deze steun, nog de fundering die
aanzienlijk is gezien het grote volume van het kunstwerk.
Om de leidingen te beschermen moeten ze worden gelegd
in een gesloten ruimte, vanaf de grond tot aan de kuip. Als het er al niet de
enige ondersteuning van vormt, helpt deze schacht dikwijls om het reservoir te
schragen. De schacht bestaat uit vloeren met regelmatige tussenruimten. De
opgelegde bedekking van 1m grond boven de buitenleidingen houdt in dat deze
laatste bij het binnenkomen in het bouwwerk, een kelder nodig hebben, die
overigens dikwijls ook noodzakelijk is opdat de fundering in de ondergrond de
nodige weerstand zou ontmoeten. Een wenteltrap, soms echter ook gewoonweg een
ladder, geeft toegang tot alle niveaus, vanaf de kelder tot boven de kuip.
De kuip wordt gekenmerkt door haar inhoud, door haar
gemiddeld peil (het peil van het vlak dat het volume in twee gelijke delen
verdeelt en dat het basisniveau is voor de berekening van het net), het peil
van de overloop en het bodempeil. De kuip heeft meestal een dubbele wand, die
tegelijk het water en de structuur zelf tegen de invloed van de
buitentemperatuur isoleert en de nadelige invloeden ervan vermijdt, zowel op
het vlak van het uitzicht, ais van de gedragingen van het kunstwerk en van het
optreden van lekken. De kuip wordt overdekt met een toegankelijk dak dat, bij
recentere uitvoeringen, met een kroonlijst, een borstwering of een leuning
omgeven is, op een hoogte die veilige inspectie en herstelling mogelijk maken.
De kuip wordt doorsneden door een koker waarin de trap een plaats krijgt.
De kuip wordt verlucht met luchtkokers om de lucht
boven het wateroppervlak te kunnen verversen en condensatie te vermijden. De
verluchtingsopeningen zijn voorzien van traliewerk en insectenhorren. De
natuurlijke verlichting is gedempt; de punten met kunstlicht worden gevoed met
zeer lage spanning.
De
waterdichtheid van de betonnen kuipen wordt verkregen door een inwendige
bekleding van cementmortel, zelden door een losse plastic folie. Verf op basis
van epoxyharsen, met kathodische bescherming, bedekt het inwendige oppervlak
van metalen kuipen. Een bliksemafleider ten slotte zorgt voor de bescherming
van het gebouw tegen blikseminslag.
Het hydropneumatisch reservoir, het alternatief voor
het reservoir op toren, is een sferische op de grond geplaatste stalen kuip.
De lucht in de sfeer boven het wateroppervlak wordt met een compressor op
gelijke druk gehouden. Dit kunstwerk heeft dezelfde functie ais een watertoren
met een hoogte die gelijk is aan deze druk, uitgedrukt in meter waterkolom. De
veiligheid vereist echter de opstelling van een elektronengroep om te
vermijden dat deze functie bij onderbrekingen in de elektriciteitslevering
gestoord zou worden.
De binnenleidingen van een watertoren zijn van staal, met vastgeklonken
hechtingen. Hun diameter is dikwijls beperkt vergeleken met deze van de
buitenleidingen die in het kunstwerk uitmonden. Een spaarzaam gebruik en een
zo klein mogelijk gewicht van de te behandelen onderdelen compenseren grotere
ladingsverliezen op enkele tientallen meter leiding. Zij worden met epoxyverf
bekleed, of gemetalliseerd en geschilderd, of nog, warm met plastic
overtrokken.
De aanvoerleiding doorkruist de kuip
tot op het niveau van de overloop en bevoorraadt deze onder de vorm van een
straal in open lucht. Om te vermijden dat het verlies aan vrij koolzuur door
deze beluchting, het water kalkafzettend zou maken, wordt de aanvoerleiding
soms verlengd tot op de bodem van de kuip. Een afsluit- kraan, aangedreven
door een vlotter, elektrisch of hydraulisch bediend, sluit de leiding af
wanneer het peil van de overloop bereikt wordt.
De distributieleiding haalt het water
door een rooster uit een geul op de bodem van de kuip. De diameter van de
distributieleiding is groter dan deze van de aanvoerleiding, omdat rekening
moet worden gehouden met de piekdebieten die zij moet vervoeren.
Op de voedings- en distributieleidingen
is er, na hun aankomst in de kelder, een afsluiter voorzien. Zij zijn ook met
een volumetrische watermeter of een elektromagnetische debietmeter uitgerust,
die de debietcurve registreren. Een speciale bemetering voor kleine debieten,
onder de vorm van oen omloopleiding rond de hoofdwatermeter op de
distributieleiding, levert tijdens de nacht gegevens over waterverliezen in
het net. Een verbinding tussen de twee leidingen laat dank zij een stel
afsluiters toe de distributie te blijven verzekeren terwijl de kuip buiten
dienst wordt gesteld. Anderzijds maakt lozing via de overloop het mogelijk het
wateroppervlak door het water zelf te laten reinigen.
Bij eindbouwwerken komt een enkele aanvoer-distributieleiding in de watertoren aan, waarin het water dan eens in de ene, dan weer in de andere richting stroomt. Deze leiding wordt echter onder de kuip in twee vertakt, om een noodzakelijke verversing van het water mogelijkte maken. De distributie-aftakking bezit een anti-terugslagklep die belet dat de kuip langs de bodem wordt gevoed. Een overloopleiding voert het overstroomdebiet naar het riool of naar een nabijgelegen gracht of waterloop af, ingeval de automatische afsluiter op de toevoerleiding niet zou werken. Onder de kuip komt de leegloopleiding samen met de overloopleiding.
Alle leidingen onder de kuip, dehalve deze van de overloop, worden thermisch geïsoleerd om ze buiten de invloed van de vorst te houden.
Een
detector-registreetoesel dat op het waterpeil van de kuip staat opgesteld, geeft op afstand, bij
eenvoudige oproep, het vullingspeil van de watertoren aan.
De vorm van watertorens is van nature ingewikkeld. De grote
verscheidenheid is het resultaat zowel van de kunst van het bekisten, als van
een grondige theoretische en praktische kennis van de uitvoering van de werken
en het gebruik van materialen. De weerstand en de corrosiebestendigheid maken
van gewapend beton het materiaal bij uitstek voor het bouwen van de moderne watertorens, op voorwaarde dat enkele
regels worden gerespecteerd. Dat was het overigens al van bij het begin van
deze eeuw.
De structuren in gewapend beton in
combinatie met metselwerk treft men aan bij talrijke watertorens. Zij bestaan
in essentie uit een cilindrische of kegelvormige kuip met bolvormige bodem, de
zogenaamde Intzekuip, die ondersteund wordt door een reeks pijlers gedwarsd
door vloeren. De pijlers zijn gefundeerd op funderingszolen, -platen of
-palen. De dakbedekking is een sferische of kegelvormige koepel die door
middel van pijlers op de voornaamste wand van de kuip steunt.
Deze
bodem heeft de vorm van een afgeknotte kegel met een helling van 45° terwijl
de bodemkoepel een aanzet heeft van 30°; de stralen van de cilindrische wand
en deze van de koepel verhouden zich als 7 tot 5. Bij kunstwerken met een
kleinere inhoud, wordt de lntzekuip vervangen d
Cilindrische
kuipen - soms zijn het afgeknotte kegels - hebben een vlakke bodem. Zij worden
gedragen door een buitenste cirkelvormige zuilenrij en komen samen in een
centrale steun, die de schacht vormt waarin de buisleidingen en de trap zijn
ondergebracht. De kolommen van bepaalde bouwwerken zijn radiale membraanwanden
die de ribben van de schacht vormen. De vlakke bodem is soms vervangen door
een uitwendige, afgeknotte kegel en een kegelbodem die aan de lntzekuip doet
denken. De ondersteuning geschiedt in dat geval
door een enkele schacht, geplaatst waar de twee schalen elkaar snijden.
Kogelvormige
kulpen hebben een hoek van 30° tot 60° ten opzichte van de horizontale. Zij
steunen maar op een schacht. De kuipbodem is een kegelvormige schaal. Een
voordeel van dit soort kuip is de geringe verandering van het waterpeil in het
meest gebruikte deel van het volume: het gemiddelde niveau bevindt zich
inderdaad op 1/5 van de theoretische totale hoogte van de kegel, onder het
niveau van de overloop. Driekwart van het totale volume stemt overeen met een
niveaudaling van slechts 2/5. De dakkoepel of -kegel daarentegen heeft een grote
reikwijdte.
Door de
mogelijkheid tot vormen en lassen is staal een ander geschikt materiaal voor de
uitvoering van oppervlakken met enkele of dubbele kromming die men bij
watertorens aantreft. Maar de kwetsbaarheid van staal voor corrosie vereist zeer
bijzondere voorzorgsmaatregelen. Deze bouwwerken hebben een sferische of ellipsoïde
vorm en staan via een afgeknotte kegel in verbinding met een meestal
cilindrische koker, die op zijn beurt bij het grondvlak zelf verbreedt tot een
afgeknotte kegel om aan het geheel voldoende stevigheid te geven bij hoge
windsnelheden.
De kuip wordt thermisch geïsoleerd en bekleed met gevormde aluminiumplaat.
De kuipen van watertorens zijn praktisch volledig gevormd uit relatief dunne wanden met omtwentelingssymmetrie. Deze schalen worden berekend met behulp van de membranentheorie, die zegt dat alle inwendige krachton, uitgeoefend door de waterdruk en door het ei- gen gewicht, alleen maar trekkrachten of drukkrachten zijn in de zin van "meridianen" en "parallellen". Dat is het geval bij de lntzekuipen, de kegelvormige kuipen en de bolvormige kuipen van metalen watertorens. Waar de schalen elkaar snijden, worden grote horizontale krachten uitgeoefend. Ze worden door ringen opgevangen die, volgens het geval, in trek of in druk werken.
De
wande en de gespannen ringen van de betonnen kuipen krijgen een degelijke
bewapening die erop berekend is om voldoende weerstand te bieten, omdat het
beton zelf onmogelijk de drukkrachten kan opvangen. De spanningen in het beton
moeten beperkt worden om scheuren te vermijden. De doorsneden zijn
De zijwand van de cilindrische
vlakbodemkuipen is in het grondvlak verankerd en ondergaat bijgevolg tegelijk
een ringvormige trekkracht en oen buigkracht. De bodem buigt door tussen de
steunen, de zuilen en de schacht, waarop hij het volledige gewicht van het water
overdraagt.
Staal weerstaat even goed aan trek als aan druk. Deze laatste belasting
houdt nochtans het risico in, dat in de membraanwanden waaruit de geheel metalen
watertoren is samengesteld,
zich het gevaarlijke, zogenaamde kipverschijnsel kan voordoen: men zal dus
zorgvuldig moeten bestuderen hoe men de beproeving organiseert en nagaan of
plaatselijke verstevigingen moeten aangebracht worden.
De steunen van de kuip krijgen niet enkel
de verticale last van het dode gewicht van het water te verwerken, doch eveneens
de zijwaartse kracht van de wind, die op haar beurt naar de fundering wordt
overgedragen. De zuilen onder een lntzekuip, de pijlers en de schacht onder de
cilindrische kuip, worden voornamelijk op druk belast. De kolommen moeten wegens
hun grote lengte, op doorbuigen worden gecontroleerd. Zij moeten eventueel
onderling verbonden worden om eraan te weer- staan.
De cilindrische schachten van betonnen
bouwwerken met kegelvormige kuip en van metalen watertorens, krijgen alleen de
verticale druk en deze van de wind te verwerken en worden bijgevolg zowel op
druk als op bui- ging belast. Hun relatieve buigzaamheid brengt mee dat zij op
resonantie dienen te worden gecontroleerd, een trillingsfenomeen dat door
windvlagen wordt veroorzaakt.
De fundering
van een watertoren is steeds belangrijk; zij krijgt inderdaad voortdurend een
druk van duizenden ton te verwerken. Ze is natuurlijk in de eerste plaats
functie van de kwaliteit van de ondergrond. In zeer geschikte grond volstaat een
directe fundering op zool. Onder pijlers past men een ringvormige zool toe en
onder een schacht een gewone zool of een kleine funderingsplaat. Eventueel kan
men overgaan tot het vervangen van de grond door met cement gestabiliseerd zand,
wanneer er zich minder goede grond bevindt tussen de fundering en de dragende
ondergrond. Grond met slechts een middelmatig draagvermogen vereist een
funderingsplaat, een dikke ronde plaat die het gewicht vanuit de steunelementen
gelijkvormig over de grond verdeelt. De grondlagen onder de bodemplaat kunnen
verbeterd worden door grindzuilen aan te leggen. Ten slotte kunnen nog palen uit
gewapend beton geslagen of geboord worden wanneer het terrein op grote diepte
bepaald zwak is. Overigens is deze oplossing dikwijls de meest goedkope en de
beste, wegens de verzakkingen die platen met grote oppervlakte kunnen vertonen.
Door hun relatieve lichtheid kunnen metalen
watertorens op vrijwel alle terreinen volstaan met een funderingsplaat van
beperkte afmetingen.
De fundering in mijnstreken vergt, uit oogpunt van veiligheid, steeds een funderingsplaat uit een stuk, die eventueel op palen kan rusten en berekend wordt aan de hand van bepaalde hypothesen in verband met de bodemverzakking.
In zijn klassieke uitvoering, wordt een watertoren
gebouwd met behulp van een bouwsteiger.
Wegens de hoogte van het bouwwerk, de grootte van de kuip en de grote belasting die erop wordt overgebracht tijdens de werken, dient deze tijdelijke bouwsteiger stevig te zijn en moet hij in de ruimte een aanzienlijk volume innemen. De montage en immobiliteit ervan vertegenwoordigen een essentieel deel van de lasten die op de werf rusten. Anderzijds vormt de bekisting, als traditionele methode toegepast op meer ingewikkelde vormgevingen en onder moeilijke werkomstandigheden, het gros van de kosten voor de ruwbouw.
De inspanningen van de gespecialiseerde
ondernemingen hebben zich dan ook toegespitst op het volledig of gedeeltelijk
weglaten van de bouwsteiger en op het rationeler gebruik van de bekisting. De
klimmende bekisting laat toe, met opeenvolgende verticale delen, de schacht van
de watertoren te bouwen. Ze omvat de noodzakelijke werkloopbruggen en steunt op
de structuur zelf. Dat geldt ook.voor de glijdende bekisting, met dit verschil
dat deze laatste dag en nacht ononderbroken stijgt, vanaf de grond tot bovenaan
de schacht; enkele dagen volstaan om een hoogte van tientallen meter te
bekisten.
Deze methodes
worden het gemakkelijkst toegepast op prismavormige elementen of elementen
waarvan de doorsnede weinig gewijzigd wordt. De tweede methode maakt een
ernstige tijdbesparing mogelijk. Hun voordeel is evenwel beperkt omdat zij in de
meeste gevallen het oprichten van een bouwsteiger voor de kuip niet vermijden.
Dat nadeel kon door de bouwondernemingen, worden opgevangen, hetzij door
gebruikte ma- ken van geprefabriceerde, radiaal geplaatste stutten die de kuip
ondersteunen en die aan de bovenkant van de schacht zijn vastgemaakt, hetzij
door op grondniveau de bekisting samen te stellen rond de reeds gebouwde
schacht, waarna ze met kabels tot op de plaats van bestemming wordt getrokken.
Men heeft
ook reeds kuipen op grondniveau gebouwd, rondom de as van het bouwwerk. Volgens
de ene methode wordt de schacht vooraf in glijdende bekisting gemaakt. De kuip
wordt langs de schacht omhooggehesen met behulp van kabels en vijzels die op de
top van de schacht staan opgesteld. Eens de kuip op haar plaats is, wordt ze op
de schacht vastgemaakt met voor- gespannen elementen. Een andere methode toont
hoe de geribde kolommen van de schacht gebouwd worden met zorgvuldig
geprefabriceerde betonblokken die met epoxy aan elkaar gekleefd worden, terwijl
de kuip omhooggeduwd wordt met opeenvolgende stijgingen van
een twintigtal centimeter. Dit gebeurt met behulp van vijzels die steun vinden
op het reeds voltooide deel van de kolommen. Bij zowel de ene ais de andere
methode is het omhoog brengen van een kuip met een ge- wicht van meer dan
duizend ton, het werk van gespecialiseerde ondernemingen.
De bolvormige kuip van de metalen watertorens wordt volledig op de grond samengesteld. De schacht echter wordt op de fundering gebouwd; de kuip, die een vijftigtal ton kan wegen, wordt gehesen en op haar plaats gebracht met behulp van krachtige kranen.