de puzzel van de beweegbare brug – brugtypes

Het ontwerp van een beweegbare brug is een complexe 3D-puzzel. Bij het open en dicht gaan van de brug, moet alles op de juiste manier in elkaar vallen. Daarnaast zijn de kosten aanzienlijk hoger dan bij een vaste brug, dus zijn efficiëntie, degelijkheid en duurzaamheid extra gewenst. Eén van onze experts op het gebied van beweegbare bruggen, Chris Wattel, vertelt in een drieluik(*) hoe het ‘puzzelen’ in zijn werk gaat en welke keuzes daarbij aan bod komen.

deel 1: brugtypes

Beweegbare bruggen zijn er in vele soorten en maten. Ook het bewegingsmechanisme is daarbij telkens net even anders. De bekendste en meest gebruikte brugtypes zijn de ophaalbrug, basculebrug, draaibrug, klapbrug, hefbrug en staartbrug. Op basis van de beschikbare ruimte op de beoogde locatie valt doorgaans een aantal opties al af. Daarna zijn kosten en het gewenste beeld bepalend voor de uiteindelijke keuze van het brugtype.

ophaalbrug

De ophaalbrug is het archetype beweegbare brug. Dit brugtype is nog altijd sterk geliefd bij opdrachtgevers, onder meer door de herkenbare uitstraling. Een ophaalbrug heeft een ophaalconstructie boven het brugdek waarmee het brugdek wordt uitgebalanceerd. Het contragewicht (de balans) en het beweegbare brugdek (het val) houden elkaar in iedere positie in evenwicht. Daardoor kost het openen en sluiten van de brug veel minder kracht en energie.
De ophaalconstructie is goed zichtbaar en bestaat uit een hamei (de verticale toren, ook wel hameistijl of hameitoren genoemd) en een balans (het horizontale deel van de ophaalconstructie). De werking van het ophaalmechanisme is voor iedereen afleesbaar.

de Marknesserbrug in Emmeloord

Wat vormgeving en karakter betreft biedt een ophaalbrug veel mogelijkheden. Zo is er de keuze tussen een enkele of dubbele hamei en gekoppelde of losse balanspriemen. Tot een breedte van 10 tot 15 meter is het interessant om de balanspriemen te koppelen, waardoor de ballast over de volle breedte verdeeld kan worden. Voorbeelden hiervan zijn de Schateilandbrug en de Marknesserbrug. Het voordeel van zo’n koppeling is dat je meer ruimte (breedte) ter beschikking hebt, waardoor de afmetingen van de ballastkist in hoogte en diepte (lengterichting van de weg) kleiner kunnen zijn. Bij brede bruggen is zo’n koppeling minder logisch en passen we losse balanspriemen toe. De ballast wordt in dat geval niet over de hele breedte van de brug geplaatst maar bevindt zich geheel aan het uiteinde van de balanspriemen. De ophaalbrug in de N207 bij Gouda illustreert dit goed.

beweegbare brug in N207, Gouda

Een enkele hamei kan gunstig zijn voor het ruimtegebruik. Wel heeft een enkele hamei consequenties voor de constructie van het val. Dat moet dan namelijk torsie kunnen opvangen, wat de dekconstructie ingewikkelder en forser maakt. Bij een dubbele hamei is het dek constructief simpeler en efficiënter. De Figeebrug in Haarlem en de ophaalbrug in Gorredijk hebben een enkele hamei.

basculebrug

Een basculebrug is relatief neutraal en onopvallend qua vorm. Het is meestal een (wat grotere) verkeersbrug, als fiets-voetbrug kom je dit brugtype veel minder tegen.
Bij een basculebrug wordt er geen ophaalconstructie gebruikt om de brug uit te balanceren, maar is het contragewicht met een balansarm direct aan het brugdek zelf gekoppeld. Als het brugdek omhoog draait, dan draait het contragewicht achter het draaipunt naar beneden. Daarvoor is veel ruimte nodig.

basculebrug Dronrijp

Meestal wordt voor het contragewicht een basculekelder gebouwd, die vaak in het water staat, naast de doorvaart. Zo’n kelder in het water is duur. Liggen de aansluitende wegen toch al redelijk hoog ten opzichte van het water, dan is een kelder boven waterniveau mogelijk, wat minder hoge kosten met zich meebrengt. Een voorbeeld hiervan is de brug Dronrijp, waar bewegingswerk en contragewicht zich boven waterniveau bevinden. Wat de brug in Dronrijp extra bijzonder maakt is dat de bascule niet in een kelder geplaatst is, maar in de vrije ruimte onder het dek tussen de pijlers. Het bewegingswerk en de ballastkist zijn zo voor iedereen zichtbaar.

klapbrug

Wanneer een beweegbare brug gewenst is, maar de ruimte voor een contragewicht beperkt, dan biedt een klapbrug uitkomst. Een klapbrug is een ongebalanceerde brug. Dat wil zeggen dat er voor het omhoog brengen van het val geen contragewicht aanwezig is. Er zal door het aandrijvingsmechanisme dus meer kracht geleverd moeten worden om het val in beweging te krijgen. De aandrijving bij een klapbrug gebeurt over het algemeen met behulp van hydraulische cilinders. Deze cilinders zijn goed in staat grote krachten te leveren.

Willem III brug Assen

Een klapbrug heeft als voordeel dat er geen grote zichtbare constructies zoals een ophaalconstructie of kelder nodig zijn. Mede daardoor zijn de bouwkosten relatief laag.

De Willem III brug in Assen is een goed voorbeeld van een klapbrug. Vanwege het ontbreken van een contragewicht verbruikt de aandrijving van een klapbrug meer energie dan een reguliere ophaalbrug met contragewicht(en). Hoeft de brug toch maar beperkt geopend te worden, dan kan een klapbrug ondanks de relatief hoge energiekosten zeker een passend alternatief zijn.

draaibrug

Een energiezuinig en uitgebalanceerd type beweegbare brug, is de draaibrug. In tegenstelling tot de meeste andere brugtypes draait het brugdek van een draaibrug niet in het verticale maar in het horizontale vlak. Omdat er geen dek omhooggaat, heeft dit type brug geen last van extra windbelasting en kan het bewegingsmechanisme een stuk kleiner zijn.

draaibrug met pyloon, Rijswijk

Een draaibrug vraagt echter wel veel ruimte, want het dek moet kunnen draaien. Ook moet voor een draaibrug het val een geschikte verhouding hebben tussen lengte en breedte. Een kort, breed val kun je niet de doorvaart uit draaien, een lang, smal val wel.

Een draaibrug is een mooi, maar ook wat minder vaak voorkomend type brug. Nadeel is dat er meer geleidewerken nodig zijn om de brug ook in open stand te beschermen, zoals bijvoorbeeld te zien is bij ons aanbiedingsontwerp voor een fietsbrug in Katwijk.

hefbrug en tafelbrug

Op locaties waar een beperkte doorvaarthoogte volstaat, kan een hefbrug interessant zijn. Hierbij gaat het dek in zijn geheel in horizontale stand omhoog, het dek wordt van bovenaf omhooggetrokken.

Een hefbrug is qua kosten meestal duurder dan een ophaalbrug, maar goedkoper dan een basculebrug. Dit brugtype is grotendeels of zelfs helemaal boven water te bouwen en de ballast hoeft ‘slechts’ even zwaar te zijn als het brugdek, waar bij ophaal- en basculebruggen de ballast zeker twee keer zoveel gewicht heeft. Ook de bewegingswerken zijn lichter. Dat komt onder meer doordat er twee of vier bewegingswerken zijn, maar ook doordat het val recht omhooggaat en minder windbelasting krijgt.

rendering van tafelbrug Groningen

Een tafelbrug is een variant van de hefbrug, die vooral interessant is wanneer de voordelen van een hefbrug gewenst zijn maar de torens qua beeld juist ongewenst. De torens laat je dan in de grond of het water zakken en aan het dek maak je vier ‘tafelpoten’ waarmee je het dek van onderaf omhoog kunt duwen. De benodigde kelders voor deze poten maken een tafelbrug relatief duur.

Je ziet aan dit brugtype bijna niet dat het een beweegbare brug is. Bij onze tafelbrug in Groningen was dat wenselijk omdat het beeld anders te onrustig zou worden. De brug ligt naast een ophaalbrug voor het treinverkeer, waarnaast in de toekomst waarschijnlijk nog een tweede ophaalbrug zal komen voor spooruitbreiding.

Van deze twee brugtypes is een hefbrug vaak de markantste. We hebben in Nederland een aantal prachtige historische voorbeelden zoals de Hef in Rotterdam of de hefbruggen in Waddinxveen en Boskoop. Hefbruggen zijn met name interessant voor grote tot zeer grote overspanningen. Denk bijvoorbeeld aan de Botlekbrug in de Europoort of de spoorbrug in Dordrecht. Recentelijk stelden we een hefbrug voor aan de gemeente Best. Ook bij deze brug was er sprake van een grote overspanning, omdat het kanaal vrij moest blijven van steunpunten. Daarbij was er ook weinig inpassingsruimte rond de brug.

staartbrug

De staartbrug is een visueel opvallend type brug, waarbij de ballast vaak relatief groot is. Bij een staartbrug is het contragewicht net als bij een basculebrug direct aan het dek gekoppeld, alleen bevindt het contragewicht zich boven het wegniveau. Hierdoor is geen basculekelder nodig, wat de uitvoeringskosten relatief laag houdt. Het contragewicht is wel prominent aanwezig.

Om te voorkomen dat de ballastkist in het water draait, is het meestal noodzakelijk om het draaipunt te verhogen. Als gevolg hiervan draait het val bij opening spectaculair ver omhoog, wat ongunstig is voor de windbelasting. Het meest extreme voorbeeld van een Nederlandse staartbrug is de Slauerhoffbrug in Leeuwarden.

bijzondere varianten

Sommige beweegbare bruggen vallen strikt genomen niet binnen één categorie, maar zijn een combinatie van verschillende brugtypes. De Kadoelenbrug in Amsterdam houdt bijvoorbeeld het midden tussen een staartbrug en een basculebrug: hij heeft wel de kelder (boven water) en een soort staart, maar niet het kenmerkende verhoogde draaipunt van een staartbrug. De Nieuwe Witterbrug in Assen is een bijzondere ophaalbrug met een verticaal, scharnierend contragewicht.

Kadoelenbrug: staartbrug of basculebrug?

Van elk type bestaat bovendien ook de dubbele uitvoering, met twee vallen. Dit wordt niet vaak toegepast, omdat er een dubbele aandrijving nodig is en de vallen in het midden gekoppeld moeten worden. Voordeel is echter dat er twee kortere vallen zijn in plaats van een grote. Dat kan vooral bij grote overspanningen doorslaggevend zijn.

Tot slot kent de draaibrug nog de variant met twee doorvaarten en het draaipunt in het midden. De Abtswoudsebrug in Delft is daar een voorbeeld van. De ene helft houdt de andere in balans, waardoor geen ballast nodig is.