Combinatie van brug en gebouw Een verbinding over de Scheveningse havenmond

T.J.C. van Beukering 4065662

Combinatie van brug en gebouw Een verbinding over de Scheveningse havenmond

Afstudeerrapport: Architectural Engineering Student: Ing. T.J.C. van Beukering Studentnummer: 4065662 E-mail adres: [email protected] Mobile: +31 (0)6 25 11 38 06

Begeleiders: Ir. J.F. Engels Ir. T. Homans Prof.ir. R. Nijsse

Datum: 18 juni 2012 Afdeling: Architectuur

Technische Universiteit Delft Faculteit Bouwkunde Delft

Voorwoord

Met een fascinatie voor bruggen ben ik tijdens het afstuderen geïnteresseerd geraakt in het combineren van een brug met een gebouw, wat een uniek concept voor een bouwwerk in Nederland zal zijn. Dit rapport is geschreven in het kader van de ontwerpstudio Architectural Engineering als onderdeel van het afstuderen aan de Technische Universiteit Delft. Bij het afstuderen wordt een technisch rapport verwacht waarin de student zijn technische fascinatie onderzoekt welke een basis zal vormen voor het ontwerp waar de komende maanden aan gewerkt zal worden.

Tal van typen bruggen bieden de mogelijkheid beide landhoofden van de Scheveningse haven met elkaar te verbinden, hoewel slechts enkele van deze typologieën bruggen geschikt zijn voor de huisvesting van programma. Gedurende het onderzoek op locatie ontwikkelde het concept zich tot beweegbare bruggen, wat zal leiden tot een gebouw welke een verbinding vormt en ook nog eens kan openen en sluiten. Er is geïnventariseerd naar verscheidene bruggen, waarvan uiteindelijk slechts één de oplossing zal bieden tot het vraagstuk te Scheveningen én uitstekend te combineren is met programma.

Het gebouw zal uniek zijn voor Scheveningen, aansluiten op de nieuwe boulevard van architect Manuel de Solà-Morales en een impuls aan het havengebied geven. Inspiratie voor deze fascinatie is gehaald uit soortgelijke combinaties uit zowel recente concepten als bouwwerken uit voorgaande eeuwen.

Graag zou ik Jan Engels, Rob Nijsse en Tjalling Homans willen bedanken voor de begeleiding tijdens het afstuderen.

Inhoudsopgave

1 Inleiding ...... 1

1.1 Probleemomschrijving ...... 1

1.2 Doelstelling ...... 1

1.3 Fascinatie ...... 1

1.4 Sturende vraagstelling ...... 3

1.5 Locatie Scheveningen ...... 3

2 Urbanisme ...... 5

2.1 Masterplan Scheveningen-Haven ...... 5

2.2 Hotelaccommodaties ...... 7

2.3 Regionale fietsroute ...... 7

2.4 Stedenbouwkundige kaart ...... 7

2.5 Locatie gebonden randvoorwaarden ...... 11

2.6 Functionele uitgangspunten ...... 13

2.7 Ontwerpopgave op stedenbouwkundige schaal ...... 15

3 Engineering ...... 19

3.1 Overzicht beweegbare bruggen ...... 19

3.1.1 Afzinkbare brug ...... 21

3.1.2 Basculebrug ...... 21

3.1.3 Demontabele brug ...... 22

3.1.4 Draaibrug ...... 22

3.1.5 Hefbrug ...... 23

3.1.6 Kantelbrug ...... 24

3.1.7 Kering ...... 24

3.1.8 Pontonbrug ...... 25

3.1.9 Rolbrug ...... 25

3.1.10 Tafelbrug ...... 26

3.1.11 Vlotbrug ...... 26

3.1.12 Zweefbrug ...... 27

3.2 Matrix ...... 27

3.2.1 Criteria ...... 28

3.2.2 Toelichting gekozen variante ...... 28

3.3 Technische analyse van de drie relevante varianten ...... 31

3.3.1 Hefbrug ...... 31

3.3.2 Pontonbrug ...... 37

3.3.3 Zweefbrug ...... 41

3.4 Selectie ...... 43

3.5 Drijvende brug over de havenmond ...... 46

3.5.2 Wet van Archimedes ...... 46

3.5.2 Eb en vloed ...... 47

3.5.3 Stabiliteit ...... 50

3.5.4 Belastingklasse ...... 51

3.5.5 Bouwvolgorde ...... 51

3.6 Case studies ...... 53

3.6.1 Yumenai brug ...... 53

3.6.2 Nordhordland brug ...... 55

3.7 Engineering voorstel voor de ontwerpopgave ...... 57

3.8 Tool box ter ondersteuning van de ontwerpopgave ...... 61

Bronvermelding...... 65

______Boven, afbeelding 1.1: the joust of the watermen between the Pont Notre-Dame and the Pont au Change, oil on canvas, Paris Musée Carnavalet (Nicolas and Jean-Bapiste Raguenet, 1756). Onder, afbeelding 1.2: de Ponte Vecchio in Florence, Italië (online afbeelding: auteur onbekend, gedownload 12 april 2012 via http://fotocompetitie.upc.nl/original/481542/ponte_vecchio/ponte_vecchio_brug_bridge_florence_firenze_italy_italie.jpg).

1 Inleiding

Dit onderzoek focust zich op beweegbare bruggen en overspanningen. De aangewezen locatie voor het ontwerpproject van de Architectural Engineering studio Lab 8 is het havengebied van Scheveningen in Den Haag. In dit onderzoek komen de technische aspecten die betrekking hebben op de fascinatie aan de orde en worden onderzocht. Aan de hand van onderzoek en bevindingen wordt vervolgens ontworpen op een nader te bepalen terrein binnen het aangewezen gebied.

1.1 Probleemomschrijving

Momenteel scheidt de uitmonding van de haven van Scheveningen het Noorder- van het Zuiderstrand. De plannen voor de nieuwe boulevard door de Spaanse architect Manuel de Solà-Morales naderen voltooiing. Deze boulevard begint ter hoogte van de pier en loopt via de kust zuidwaarts richting de haven, waar deze route ten einden komt. In het verleden zijn reeds plannen gemaakt voor het ontwerpen van een verbinding die de boulevard van zou verbinden met het zuidelijke deel van Scheveningen. Er zijn ideeën geopperd van bruggen tot tunnels en zelfs een kabelbaan. Merendeel van deze plannen zijn van de baan geveegd doordat deze buiten het budget vielen, of de scheepvaart te veel zou belemmeren. Dus een concreet plan dat op deze locatie een verbinding in werking moet stellen is nog niet gevormd. Dit onderzoek is gericht op het zoeken naar een geschikte methode om met dit vraagstuk om te gaan. Deze verbinding zal tot stand worden gebracht via het dak van een gebouw: een combinatie tussen een brug en een gebouw.

1.2 Doelstelling

Het doel van dit onderzoek is meer kennis te verwerven over beweegbare bruggen en de technische aspecten. Uiteindelijk zal dit rapport leidend zijn voor de randvoorwaarden, uitgangspunten en technische basis vormen voor het ontwerp. Dit zal in eerste instantie geschieden door de randvoorwaarden van de locatie vast te leggen. Verscheidende typologieën brugverbindingen worden geanalyseerd en onderzocht. Typen bruggen die geschikt geacht worden bevonden voor huisvesting van programma, worden nader bestudeerd om zo de meest relevante optie voor deze locatie te selecteren. De techniek van één van deze varianten zal verder bestudeerd worden om toe te passen in een eigen ontwerp, welke een combinatie zal zijn tussen een brug en een gebouw.

1.3 Fascinatie

Op de linker pagina zijn een aantal referentie weergegeven welke mij tot inspiratie dienden. Het schilderij dat boven op de linker pagina is weergegeven betreft een situatie enkele eeuwen geleden in Parijs, deze brug was volgebouwd met woningen, maar werd later weer afgebroken, afbeelding 1.1. Een ander zeer bekend relevant voorbeeld van een brug welke programma huisvest en nog wel bestaat is de Ponte Vecchio in Florence, te zien op afbeelding 1.2.

1

______Boven, afbeelding 1.3: concept van BIG voor een gratis brug voor Kopenhagen (Ingels, 2009). Linksonder, afbeelding 1.4: ontwerp van 3XN voor de een gebouw over de haven van Kopenhagen (online afbeelding: Mørk, A., gedownload 12 april 2012 via http://www.3xn.dk/en/#/home/projects/projects_year/76918_2_taarne_marmormolen). Rechtsonder, afbeelding 1.5: winnende ontwerp van Steven Holl (online afbeelding: Holl Architects, gedownload 12 april 2012 via http://www.stevenholl.com/media/files/407/copehagengateway_whor.jpg) 2

Recente ontwerpen van 3XN Studio en Steven Holl inspireerde mij tot het vormen van deze fascinatie. Deze gebouwen zijn onderdeel van een Deense prijsvraag voor het ontwerpen van een verbinding over de haven van Copenhagen, ‘The LM Project’, links te zien op afbeelding 1.4 en 1.5. Het ontwerp van BIG links boven in afbeelding 1.3 is ontworpen als een romaans viaduct gevuld met programma en gigantische bogen die in hoogte variëren gebaseerd op de hoogte van verschillende schepen. In het midden zal deze brug 60 m hoog zijn, zodat zelfs cruiseschepen kunnen passeren. 1 Het ontwerp van 3XN verbindt beide oevers die gescheiden zijn door water en vormt een poort naar de stad. Deze brug vormt de enige verbinding tussen beiden gebieden. De poort zal een nieuw icoon voor niet alleen de haven, maar geheel Kopenhagen worden.2 Steven Holl, wie deze prijsvraag won in 2008, heeft twee torens ontworpen waartussen een loopbrug beiden gebieden verbindt. Vanaf de begane grond kunnen door midden van roltrappen de eerste terrassen bereikt worden, waarna men zich met een lift verticaal tot hoogte van de tuibruggen laat brengen.3

1.4 Sturende vraagstelling

Hoe kan de combinatie van zowel architectuur, programma en constructie deze verbinding tot stand brengen?

1.5 Locatie Scheveningen

Voor de locatie van het project is het havengebied van Scheveningen aangewezen. De uitmonding van de haven lijkt bij uitstek geschikt om de fascinatie van de combinatie tussen een brug en een gebouw te onderzoeken. De uitmonding van de haven zorgt op dit moment voor een scheiding tussen het noordelijke en zuidelijke gedeelte van Scheveningen, waarbij om de gehele haven heen moet worden gelopen wanneer men naar de andere kant wil. Door aan deze boulevard een verbinding door te zetten wordt het zuidelijke deel van Scheveningen toegankelijker. In het masterplan wordt al gesproken over het voortzetten van de boulevard en de gemeente wil hier tevens ook de fietsroute over de uitmonding van de haven leggen. Eerdere voorstellen voor een brug zijn verworpen wegens de kosten of belemmeringen voor de scheepvaart. Bij dit ontwerp zal uiteindelijk meer rekening worden gehouden door een gebouw te ontwerpen waarbij het dak fungeert als verbinding tussen beide oevers. Nu de gemeente ook druk bezig is met de ontwikkeling van het Norfolk terrein, wordt een verbinding hier in de toekomst op prijs gesteld. Het Norfolk terrein ligt sinds de opheffing van de Norfolk Line in november 2006 braak. Momenteel doet de gemeente studies om de Randstadrail door te trekken naar het Norfolk terrein en wil men daar parkeervoorzieningen realiseren. Dit gebied wordt in de tussentijd gebruikt voor evenementen, maar zal in de nabije toekomst bebouwd worden met onder meer kantoren en woningen. De haven van Scheveningen was van oorsprong een vissershaven, deze industrie is de laatste jaren sterk afgenomen en slechts enkele vissersschepen zijn nog actief. Deze liggen in de Eerste Haven. De haven begint dit karakter langzamerhand te verliezen en de Tweede Haven wordt nu gebruikt als jachthaven. Rondom de haven beginnen horeca en woningen bepalend te worden voor het omgevingsbeeld. Het Norfolk terrein zal komen te bestaan uit een mengsel tussen wonen, werken en ontspanning. Een brug die dit gebied in ontwikkeling met de rest van Scheveningen gaat verbinden zal de toegang tot deze omgeving versterken.

1 Ingels, 2009, p. 299. 2 Online bron, toegang 23 maart 2012 (http://www.3xn.dk/en/#/home/projects/projects_year/76918_2_taarne_marmormolen). 3 Online bron, toegang 23 maart 2012 (http://www.stevenholl.com/project-detail.php?id=106).

3

______Boven, afbeelding 2.1: hoogbouw en verdichtingen (masterplan Scheveningen-kust, 2009). Midden, afbeelding 2.2: infrastructuur en bereikbaarheid (masterplan Scheveningen-kust, 2009). Onder, afbeelding 2.3: economie en bedrijvigheid (masterplan Scheveningen-kust, 2009).

4

2 Urbanisme

De gemeente Den Haag wil 800 woningen op het Norfolk terrein realiseren. Het Havenkwartier zal vernieuwd worden door middel van herbouw dat 500 tot 600 woningen gaat opleveren. De woningen zullen variëren van eengezinswoningen en studio’s tot ruime appartementen en stadsvilla’s. 30 % zal bestaan uit sociale woningbouw, 20 tot 30 % middel dure woningen en 40 tot 50 % dure woningen. De komende jaren zal het zuidelijke deel van Scheveningen-Haven zich ontwikkelen tot een gemengd gebied met werken, wonen en tal van andere voorzieningen voor bezoekers en sporters.4

2.1 Masterplan Scheveningen-Haven

In het masterplan wordt de toekomstvisie van de Scheveningse haven als volgt beschreven: “Scheveningen-Haven met omliggend gebied zal uitgroeien tot een centrum stedelijk woonmilieu. Op het Norfolkterrein komen circa 800 nieuwbouwwoningen. In Havenkwartier-Noord (Kompasbuurt en Lindoduin) staat vernieuwing door herstructurering centraal. In totaal gaat het om sloop en herbouw van circa 500 tot 600 woningen. Ook Scheveningen-Bad krijgt een versterking van het (centrum)stedelijke woonmilieu, met nieuwbouw van circa 200 woningen aan de Harstenhoekweg en 40 tot 60 woningen op de tramkeerlus bij het Zwarte Pad. In Dorp is er sprake van incidentele en kleinschalige vernieuwing. Verder is in het dichtbebouwde Dorp het vergroten van de recreatieve mogelijkheden en kwaliteit van het verblijfsgroen (lijn 11-zone en Badhuiskade/Havenkade) aan weerszijden van groot belang”.5 Het gebied rond de haven zal in korte termijn geherstructureerd worden, ook staat de economische activering van het havengebied centraal. Zo wil de gemeente het toeristisch programma van de haven versterken met leisure, museale attracties, wellness en hotels. De ondernemerskracht voor de visserij dient versterkt te worden met behoud, versterking en betere toeristische benutting van de visserij. Op deze locatie vraagt de gemeente een nieuwe impuls door toevoeging van nieuwe toeristische attracties. Zij vragen met name om leisure, (live) entertainment en hotels.6

Het totale vastgestelde programma voor Scheveningen-Haven is als volgt:

- 23.500 m² hotel; - 5.000 m² voor een kleinschalig vergadercentrum; - 18.000 m² voor museale attracties; - 23.000 m² voor herstructurering visserijgebouwen; - 6.200 m² voor wellness; - 14.000 m² voor kantoor; - 39.400 m² voor vrijetijdsbesteding: 25.000 m² algemeen, 7.200 m² met de visserij als thema en 7.200 m² met het strand als thema; - 6.200 m² voor overig commercieel vastgoed.7

4 Masterplan Scheveningen-kust, 2009, p. 67. 5 Ibidem, p. 14. 6 Ibidem, p. 17. 7 Ibidem, p. 20.

5

______Boven, afbeelding 2.4: regionale fietsroute (masterplan Scheveningen-kust, 2009). Onder, afbeelding 2.5: fietsnetwerk en knooppunten (masterplan Scheveningen-kust, 2009). 6

2.2 Hotelaccommodaties

Wat in de voorgaande lijst van programma voor de Scheveningse haven opvalt is de grote hoeveelheid gevraagde hotelruimte, bovendien wordt betreffende de hotelvraag het volgende vermeld in het masterplan: “Het accent voor vrijetijdsbesteding ligt op korte vakanties, stedelijk uitgaan en uitbreiding van voorzieningen bij elk weertype. Hierbij is een breder aanbod van hotelaccommodaties wenselijk. Door volwaardige vergader- en congresfaciliteiten aan te bieden, maakt de zakelijke markt hier ook gebruik van. Dit leidt direct tot seizoenspreiding. Uitgangspunt voor de accommodaties in Scheveningen-Kust is het verbreden van het aanbod van (bijzondere) hotels, gericht op de verschillende doelgroepen. De ingezette beleidslijnen richten zich onder andere op het aantrekken van een extra internationaal vijfsterrenhotel, budgetaccommodaties en special interest hotels (bijvoorbeeld onderwijs gerelateerde hotelvoorzieningen, designaanbod en hotelkamers te water). Voor nieuwe hotels wordt nadrukkelijk gekeken naar gebieden in opkomst, waaronder Scheveningen-Haven. In Scheveningen-Bad zijn er marktmogelijkheden voor 400 hotelkamers met uitbreiding naar 600, deels door invulling aan de hand van marktwerking”.8 Het ontwerpen van een hotel voor deze locatie lijkt een uiterst geschikte opdracht in relatie met de technische fascinatie die zich aan en op het water zal bevinden. De gemeente wil kleinschalige hotels opwaarderen tot design- en boetiekhotels, bestaande hotelaanbod uitbreiden met wellness, een nieuw grootschalig ketenhotel gekoppeld met leisure, congres en theater, een vakantieappartementen- complex, een uniek hotelconcept met hoogwaardige uitstraling op de Pier met een beperkt aantal luxe hotelkamers en suites, en een uniek pand met een top vijfsterrenhotel in combinatie met congres mogelijkheden.9

2.3 Regionale fietsroute

De opgave voor het ontwerpen van een brug over de uitmonding van de haven is al aan de orde bij de gemeente Den Haag. “De lang gekoesterde wens voor een fietsroute langs de kust tussen Bad en Haven wordt gerealiseerd. Deze route loopt van de Westduinen, over de havenmond, langs de vernieuwde Boulevard, door Bad naar het Zwarte Pad en de Oostduinen/Meijendel. Zo wordt de huidige landelijke fietsroute tussen Den Helder en Sluis geheel langs de kust doorgetrokken. Daarnaast zijn andere recreatieve routes door Scheveningen mogelijk, zoals de parkenroute door de Scheveningse Bosjes en een route die de fietser de allure van het bebouwde deel van Scheveningen laat zien”.10

2.4 Stedenbouwkundige kaart

De stedenbouwkundige kaart is op de volgende pagina weergegeven.

8 Masterplan Scheveningen-kust, 2009, p. 24. 9 Ibidem. 10 Ibidem, p. 38.

7

8

______Afbeelding 2.5: stedenbouwkundige kaart van de projectlocatie, schaal 1:2500.

9

10

2.5 Locatie gebonden randvoorwaarden

De randvoorwaarden dienen eerst gespecificeerd te worden voor naar een mogelijke oplossing gezocht kan worden. Deze zijn hieronder toegelicht en veelal gerelateerd aan de te realiseren overbruggen bij de havenmond van de haven van Scheveningen en betreffen de onder andere fysieke uitdagingen, zoals de overspanning, hoogte voor de doorvaart van de schepen, hellingshoek voor voorbijgangers, uitstraling en het programma.

Overspanning

De uitdaging van dit concept focust zich grotendeels op de benodigde constructie voor deze overspanning. Het breedste deel van de uitmonding van de haven is 280 meter breed. Daar waar de gemeente Haaglanden de boulevard wil doortrekken is de benodigde overspanning 75 meter.

Toegankelijkheid

De verbinding tussen beide kades van de haven zal publiekelijk toegankelijk zijn voor fietsers en voetgangers. Dit betekent dat de rekening gehouden dient te worden met een hellingshoek die het voor beide partijen comfortabel maakt deze brug te passeren, waarbij de hoogte van grote invloed zal zijn op de aanloop en hellingshoek van deze verbinding.

Programma

In alle opzichten dienen in het programma de functies functioneel te blijven. Het programma zal bestaan uit één van de volgens het masterplan benodigde functies. De keuze zal hierbij gaan naar een hotel, museum, gezondheidscentrum, watersport gerelateerde functies of woningen, uit latere analyses zal volgen welke functie geschikt is voor deze locatie. Het programma kan zich huisvesten in de restruimte die deze constructie oplevert tussen het maaiveld en het dak, welke de verbinding vormt tussen net noorden en zuiden van de Scheveningse haven.

Afmetingen van de schepen

De minimum hoogte van de verbinding is afhankelijk van de hoogte van de schepen die de havenuitmonding passeren. Schepen die de haven dagelijks in- en uitvaren hebben een hoogte tot maximaal 30 meter. Incidenteel zal een groot zeilschip de haven van Scheveningen bezoeken. In mei verwacht de havenmeester bijvoorbeeld een groot zeiljacht met masten die tot een hoogte van 57 meter boven het waterpeil rijken. Nu kan gekozen worden schepen met hoogtes als deze uit te sluiten, hoewel ook naar de uitdaging gezocht kan worden en schepen tot 60 meter hoogte toelaten. Bij noodweer kan het noodzakelijk zijn dat een schip op zee bescherming zoekt, en dan is Scheveningen Haven één van de weinige uitvalbasissen. Dit zal resulteren in een verbinding tussen beide landhoofden die open en dicht gaat, of tijdelijk kan verdwijnen. Voor alle typen beweegbare bruggen geldt dat de snelheid waarmee deze te openen is afhankelijk is van de te verplaatsen massa. Hoe groter de brug, des te meer tijd nodig zal zijn voor het openen en sluiten. Men is erbij gebaad de onderzijde van de brug zo hoog mogelijk te ontwerpen. Elke extra centimeter dat de brug hoger is

11 ontworpen betekend meer doorvaarthoogte, wat resulteert in het minder openen en sluiten van de brug. De schepen op de linker pagina zijn onderverdeeld in drie categorieën:

- zeilschepen met een aanzienlijke masthoogte tot 60 m die de haven incidenteel zullen betreden; - grote beroepsvaart van de kustwacht en visserij, welke een hoogte tot 30 m boven het waterpeil hebben; - kleine beroepsvaart en recreatievaart, zoals kleine vissersboten, motor- en zeilboten, voor deze kan een maatgevende masthoogte van 20 m genomen worden.

De maatgevende breedte van het breedste schip dat de haven dagelijks in- en uitvaart is 17,5 m. Dit betreft het schip SCH 24 AFRIKA. In de scheepvaart geldt dat de breedte van de doorvaart bij een enkelstrooksprofiel twee maal de breedte van het maatgevende schip dient te zijn. Een qua hoogte geldt dat de brug moet voldoen aan de maximale hoogte van het maatgevende schip. “In uitzonderlijke gevallen kan in korte vaarwegvakken, dat wil zeggen niet langer dan 2 km, met een lage verkeersintensiteit van de maatgevende schepen, dat wil zeggen minder dan 5000 schepen per jaar, een profiel worden toegepast, waarbij twee maatgevende schepen elkaar niet kunnen ontmoeten. In dit enkelstrooksprofiel (ten onrechte ook wel éénrichtingsprofiel genoemd) kan het maatgevende schip slechts veilig varen met een beperkte snelheid”.11

Kosten

Hoewel kosten geen rol spelen tijdens het ontwerpproces van deze afstudeerstudio zal hier toch naar enige logica gezocht worden naar een oplossing die reëel is. In het verleden zijn al plannen voor bruggen ter plaatsen van de haven geschrapt door de hoge investeringskosten. Door te zoeken naar een gebouw waarbij het dak fungeert als verbinding tussen het Noorder- en Zuiderstrand zal de brug voor een kleine meerprijs aan de stad gegeven worden.

Constructie

Voor de constructie kan zowel naar extraverte als introverte oplossingen gezocht worden, enerzijds kan aan iconische architectuur gedacht worden en anderzijds aan een bescheiden glooiing in het landschap. Dit is grotendeels afhankelijk van de gekozen oplossing.

11 Richtlijnen Vaarwegen, 2011, p. 31.

12

2.6 Functionele uitgangspunten

Fietsers en voetgangers

Het passerende verkeer zoals fietsers en voetgangers verlangen een minimum aan hindernissen bij het oversteken van de brug. Hierbij dient rekening gehouden te worden met een comfortabele hellingshoek. Aangezien het open en dichtgaan van de brug en het kijken naar passerende schepen spectaculair kan zijn, zal een korte wachttijd niet als een bezwaar ervaren worden.

Scheepvaart

De scheepvaart dient in geen enkel opzicht belemmert te worden, zij hebben de oudste rechten en stellen een korte wachttijd op prijs. De doorvaarthoogte van de brug dient in gesloten stand zo hoog mogelijk ontworpen te worden, zodat zoveel mogelijk schepen probleemloos kunnen passeren. Het waterschap meent dat het waterdoorstroomprofiel nooit mag worden veranderd.

Beheerder

De beheerder van het bouwwerk geeft voorkeur aan zo min mogelijk onderhoud. Dubbele bascule-, draaibruggen, et cetera vergen tweemaal zoveel onderhoud dan enkelvoudig uitgevoerde bruggen. Bovendien is de midden aansluiting bij een dubbele brug altijd lastig en dient het bewegingsmechanisme twee maal te worden uitgevoerd en te worden onderhouden. Tevens vindt de betalende instantie een zo laag mogelijk kostprijs belangrijk. Dit geldt zowel voor de bouw- als gebruikskosten.

13

14

2.7 Ontwerpopgave op stedenbouwkundige schaal

De nieuwe boulevard van architect Manuel de Solà-Morales bijna klaar, momenteel begint deze bij de pier en loopt parallel aan de kust richting de haven, waar op dit moment nog niets gebeurd en bezoekers geen aanleiding geeft zich richting dat gebied te begeven, anders dan het ervaren van de nieuwe boulevard zelf.

Juist hier zou een tegenhanger van de pier kunnen worden ontworpen, een icoon welke mensen motiveert de gehele boulevard af te lopen. Er zal iets moeten gebeuren aan het einde van de boulevard wat spectaculair genoeg is om heen te trekken. Toeristen zullen moeten worden geactiveerd om deze route af te leggen.

Aan de overzijde van de havenmond staan toekomstige ontwikkelingen gepland op het oude terrein van Norfolk. Kantoren, woningen, hotels, cultuurcentra, zullen hier gerealiseerd worden, ook staat een cruiseterminal op de agenda ten zuiden van Scheveningen-Haven, juist daar waar men in de toekomst heen wil is geen verbinding!

15

Op deze locatie wil ik een gebouw gaan ontwerpen, welke gelijker tijd functioneert als verbinding. De langverwachte brug zal op nationaal niveau een continue fietsroute van Den Helder tot Hoek van Holland parallel aan de kust werkelijkheid maken. Deze verbinding zal de circulatie rondom het havengebied versterken, waarmee ik dit gebied een extra impuls en een toeristische boost wil geven.

Tal van activiteiten zijn in en rondom de haven aanwezig. Restaurants, musea, de beleving van de dagelijkse gebeurtenissen in de haven is al een aanschouwing op zich. Middels een verbinding ten hoogte van de havenmond ter verlenging van de pier zal een route ontstaan die mensen rond de haven leidt en uiteindelijke weer aansluit op de boulevard, zoals op onderstaand plan.

16

Bussen en trams sluiten momenteel aan op de tweede haven, in de nabije toekomst wil de gemeente Den Haag tram 11, dan wel de Randstad Rail doortrekken tot het zuidelijk havenhoofd, waarbij de tram lus direct zal aansluiten op de nieuwe ontwikkelingen van het Norfolk terrein.

Echter betreft deze verbinding een complex vraagstuk, waarbij engineering de uitkomst zal bieden. Fietsers, voetgangers en schepen zullen elkaar kruisen, en dat alles zal geschieden door middel van een gebouw over de havenmond.

17

18

3 Engineering

Om tot een mogelijk oplossing van het vraagstuk te geraken zal allereerst een inventaris van relevante typologieën van verbindingen opgezet worden. Om een wel overwogen keuze te maken voor het uiteindelijke overbruggingsprincipe van het gebouw is er allereerst gebruik gemaakt van een matrix met een aantal belangrijke criteria om de meest gunstige opties te selecteren. Enkele typen bruggen zullen als onrealistisch beschouwd worden voor huisvesting van programma, andere principes overlappen elkaar in methode van bewegen. Deze zijn voorafgaand al in de matrix weggelaten. Een selectie van de top drie meest gunstige typologieën zal nader bestudeerd en geanalyseerd worden, waarna de keuze zal vallen op één principe waar dieper op wordt ingegaan. Onderstaand diagram vat de fascinatie en technische uitdaging kort samen. De drie doelgroepen waar rekeningen mee gehouden dient te worden zijn de bewoners van de brug, brugverkeer en de scheepvaart. Brugverkeer is op haar beurt in te delen in fietsers en voetgangers, evenals de scheepvaart welke gesplitst kan worden in beroeps- en recreatievaart.

3.1 Overzicht beweegbare bruggen

Beweegbare bruggen kennen zes bewegingsmogelijkheden, hier links weergegeven in een assenkruis. Dit assenkruis zal bij alle bruggen gebruikt worden om de beweging van het brugprincipe weer te geven. De x-as is in dit geval de zelfde richting als de rijrichting over de brug, met de y-as die hier loodrecht op staat. De z-as begeeft zich in verticale richting. “Iedere beweging van een voorwerp – is opgebouwd uit maximaal zes bewegingsrichtingen: drie verplaatsingen – vaak translaties genoemd – en drie rotaties, respectievelijk langs en om deze assen”.12

De mogelijkheid om een brug te ontwerpen met een aantal combinaties van deze bewegingen is mogelijk, maar sterk af te raden. Iedere combinatie zal de beweging ingewikkelder maken. De richting waarin een brug beweegt komt vaak overeen met het type van de brug. Deze paragraaf zal de twaalf categorieën bruggen kort en bondig behandelen om een duidelijk overzicht te krijgen van de

12 De Jong, 1995, p. 33.

19 beschikbare mogelijkheden. Aan de hand van het assenkruis zal weergegeven worden welke beweging het type brug maakt. Onderstaand de twaalf categorieën bruggen die aan bod zullen komen:

- afzinkbare brug; - basculebrug; - demontabele brug; - draaibrug; - hefbrug; - kantelbrug; - kering; - pontonbrug; - rolbrug; - tafelbrug; - vlotbrug; - zweefbrug.

20

3.1.1 Afzinkbare brug

Een afzinkbare brug beweegt langs de verticale z-as en zakt het water in wanneer een wil passeren. Van dit type bestaan slechts twee voorbeelden in de praktijk. Bij dit type brug is de doorvaarthoogte niet van toepassing, maar de doorvaartdiepte waar rekening mee gehouden dient te worden.

3.1.2 Basculebrug

De basculebrug is een beweegbare brug met een contragewicht dat het overspannende dek in evenwicht houdt. Dit is één van de meest voorkomende bruggen, omdat deze zeer weinig energie kost om te openen en snel kunnen reageren. Het contragewicht is veelal onder het wegdek ontworpen. Een basculebrug opent en sluit zich door te draaien rondom het scharnierpunt van de y-as. De brug is omme nabij in evenwicht. Het contragewicht is veelal aanwezig in de kelder van de brug, waar ook de aandrijving plaatsvind. De basculekelder bevindt zich onder het wegdek en is vaak nauwelijks zichtbaar, hoewel ook basculebruggen met het contragewicht boven het wegdek bestaan welke de naam staartbrug dragen. Een basculebrug opent en sluit zich aan de hand van een rondsel. Deze bevindt zich aan de staart van het contragewicht in de vorm van een tandwiel. Het tandwiel loopt over een cirkelvormige tandheuvel. De toepassing van basculebruggen is beperkt tot circa 50 m, bij grotere overspanningen tot 90 m kan een dubbele basculebrug ontworpen worden.

21

3.1.3 Demontabele brug

Een demontabele brug is in principe een statische brug, alleen kan deze wanneer incidenteel een groot schip dient te passeren tijdelijk gedemonteerd worden. Een demontabele brug kan als tijdelijke brug dienen, die bijvoorbeeld later een definitieve bestemming kan krijgen. Over het algemeen zijn deze bruggen gemakkelijk te demonteren. Een voorbeeld hiervan is de Jan Schaeferbrug te Amsterdam. Deze brug bevat twee demontabele brugdelen, tijdens Sail kunnen deze tijdelijk verwijderd worden. Deze brugdelen wegen omme nabij de 200 ton. Door middel van een ponton worden deze delen weggevaren en tijdelijk opgeslagen op deze ponton. Wanneer Sail afgelopen is worden de delen weer teruggeplaatst.13

3.1.4 Draaibrug

Bij een draaibrug draait het dek in een horizontaal vlak om de z-as, de spil. Grotere draaibruggen is rond de spil een rolring aangebracht met rollen. Deze zijn mede verantwoordelijk voor de ondersteuning van de draaibrug. Beide delen aan weerszijden van de draai-as worden armen genoemd. In gesloten toestand worden de armen aan beide zijden ondersteund. Er zijn gelijkarmige en ongelijkarmige draaibruggen uitgevoerd. Bij de gelijkarmige draaibruggen zijn weerszijden in evenwicht ten opzichte van de draai-as. In de meeste gevallen is sprake van twee doorvaartopeningen, waarbij de as zich ten midden van de vaarweg bevindt. Bij ongelijkarmige draaibruggen is sprake van één doorvaart opening en wordt aan de korte arm ballast aangebracht om evenwicht te behouden.14 Voor 1800 werd de draaibrug erg veel gebruikt in Nederland, veelal in hout uitgevoerd met enkele ijzeren delen, zoals bijvoorbeeld de spil. In 1842 werd de eerste ijzeren draaibrug gerealiseerd. Voordelen van de draaibrug zijn de grote doorvaartbreedte aan beide zijden, wat tevens efficiënt is vanwege het feit dat aan weerszijden schepen kunnen passeren. Een nadeel van de draaibrug is echter wel dat deze vroegtijdig geopend dient te worden wanneer schepen in aantocht zijn.15

13 Online bron, toegang op 26 juni 2012 (http://www.mammoetmaritime.com/default.aspx?tabid=1768&listitemid=211&language=en-us). 14 Oosterhoff, 1999, p. 108. 15 Ibidem, p. 112-113.

22

3.1.5 Hefbrug

Bij de hefbrug beweegt het brugdek in verticale richting via translatie langs de z-as. Het val wordt verticaal gehesen om doorvaart mogelijk te maken, welke in horizontale stand zal blijven. Wanneer het val sluit wordt deze weer op de opleggingen gelegd. Heftorens aan beide zijden brengen het van op hoogte, waar kabelwielen zich in de top bevinden. Deze kabels zijn enerzijds aan de hoekpunten van het val bevestigd waarbij de andere zijde verbonden is met het contragewicht. Het gewicht van de contragewichten is gezamenlijk bijna gelijk aan het gewicht van het val. Met minimale kracht kan de beweging in stand gezet worden. De beweging wordt in gang gezet via een mechanisme dat zich dan wel op het val als in een machinekamer bij één van de torens kan bevinden. Het grootste voordeel van de hefbrug is dat de doorvaartwijdte vrijwel ‘onbeperkt’ is, alle schepen kunnen qua breedte passeren. De constructie van het val is in principe gelijk aan dat van een statische brug, een grote overspanning is mogelijk. De hefbrug heeft echter wel een beperkte doorvaarthoogte.16

16 Oosterhoff, 1999, p. 153.

23

3.1.6 Kantelbrug

De kantelbrug roteert rondom de x-as. Van dit type zijn twee bruggen gebouwd, namelijk de Gateshead Millennium Bridge en de Scheepsdalebrug in Brugge. De Scheepsdalebrug roteert alleen niet geheel rondom een vaste as. De rotatie van dit type brug zal huisvesting van programma hoogstwaarschijnlijk onmogelijk maken.

3.1.7 Kering

Bij de kering kan gedacht worden aan de Maeslantkering, welke uit twee gigantische ‘deuren’ bestaat. In principe zijn die twee grote pontons die drijvend naar hun plaats worden geleidt. Wanneer zij in positie zijn gebracht kunnen de pontons vollopen met water, zodat deze twee deuren een barrière vormen in de waterwegen. Als men deze deuren wilt openen wordt het water weer uit de pontons gepompt en kunnen deze verplaatst worden.

24

3.1.8 Pontonbrug

Een pontonbrug werkt in principe hetzelfde als een schipbrug. Dit type blijft aan de hand van meerdere pontons op het water drijven. De pontonbrug wordt gebruikt voor tijdelijke noodoplossingen, omdat de scheepvaart hier ernstige hinder van ondervind, daarentegen is het echter wel een snelle en goedkope methode om een verbinden tussen beide oevers tot stand te brengen. In principe is het voor de scheepvaart niet mogelijk om onder een pontonbrug door te varen, tenzij een gedeelte van de brug wegdrijft om ruimte te maken voor het passerende schip. Een pontonbrug is een drijvend platform, waar vaak boten als drijvend object werden gebruikt. De meest bekende toepassing van de pontonbrug is de militaire toepassing.

3.1.9 Rolbrug

Bij de rolbrug beweegt het dek zich in translatie langs de horizontale x-as. De helft van dit type brug bevindt zich op de kade, terwijl de andere helft boven het water hangt. Wanneer een schip wilt passeren zal het gedeelte van de brug wat boven het water hangt de kade opgetrokken worden. Het is bij deze beweegbare brug belangrijk dat het zwaartepunt zich boven de kade bevind, wat tot gevolg heeft dat een groot gedeelte van de brug ruimte op het land in beslag neemt.

25

3.1.10 Tafelbrug

Het brugdek van de tafelbrug beweegt via translatie langs de verticale z-as. Dit dek wordt door hydraulische zuigers onder de brug omhoog geduwd. Dit principe werkt tegenovergesteld ten opzichten van de hefbrug.

3.1.11 Vlotbrug

De vlotbrug is een drijvende beweegbare brug, welke door horizontale translatie opent en sluit. Vanaf de wal kan via een op- en afrit het vlot bereikt worden. Wanneer dit type brug zich opent zal het vlot onder deze op- en afrit getrokken worden. Ook is het eventueel mogelijk om de vlotten door middel van scharnieren naast de op- en afrit te geleiden, zodat deze langs de oever komen te liggen. Eventueel kunnen delen ook opzij worden gedraaid. Als vlot wordt soms gebruik gemaakt van een ponton, in dat geval is sprake van een pontonvlotbrug. Nederland telt slechts 5 vlotbruggen. Nadelen van de vlotbrug betreffen het feit dat deze vaak lager gelegen zijn dan de weg, traag zijn, en het op- en afrijden zorgt voor problemen, ook zijn de bruggen vrij smal.

26

3.1.12 Zweefbrug

De zweefbrug is een statische constructie waarbij het brugdek, een soort gondel, zich tussen beide oevers beweegt. Het grote portaal overspant de rivier waarbij het verkeer door middel van deze gondel verplaatst wordt. Een voordeel van deze brug is dat de scheepvaart minimaal belemmerd wordt, het verkeer dient echter wel enkele minuten te wachten voordat zij het water kunnen oversteken.

3.2 Matrix

Om tot een selectie te komen van een drietal brugprincipes die nader bestudeert kunnen worden is een matrix opgesteld. Deze matrix bevat twee essentiële vraagstukken, namelijk of het realistisch is dit type brug te combineren met een gebouw, waarbij gelet wordt op de beweging die de brug maakt, en of de brug een directe belemmering vormt voor de dagelijkse scheepvaart, aangegeven met een ‘v of een ‘x’. Wanneer hier spraken van is zal dit type uit worden gesloten van de score. De criteriapunten komen in de volgende paragraaf aan bod.

27

3.2.1 Criteria

De volgende criteria zijn opgesteld om tot een compacte selectie brug typologieën te komen welke geschikt achten te zijn voor de combinatie tussen een brug en een gebouw: - aanwezigheid in het landschap, kijkend naar de hoogte ten gevolgen van de constructie; - vormvrijheid; - vrijheid in materiaal keuze; - energie, hoe scoort de brug ten opzichte van de andere bruggen op dit gebied; - doorgang schepen tot 20 m hoog (recreatievaart); - doorgang schepen tot 60 m hoog (beroepsvaart en incidenteel een groot zeiljacht); - doorgang schepen hoger dan 60 m.

Het is gewenst een brug te ontwerpen met zo min mogelijk impact op de context, waarbij veel vormvrijheid en vrijheid in materiaalkeuze een pre is voor het ontwerpen. Bovendien dient de brug naar verwachtingen geen grote hoeveelheden energie te verbruiken bij het openen en sluiten. De meest belangrijke factor is de doorgang van de schepen. Hierin wordt onderscheid gemaakt tussen beroeps- goed ‘+’ en ,’ـ +‘ redelijk ,’ـ‘ matig ,’ـ ـ‘ en recreatievaart. Elk aspect wordt beoordeeld op slecht uitstekend ‘+ +’, welke voor de totale scoren bij elkaar geteld worden.

Tabel 3.1: matrix verschillende brug typologieën.

3.2.2 Toelichting gekozen variante

Zoals af te lezen is, een tweetal bruggen vormen een belemmering voor de huisvesting van programma. Dit zijn de bascule- en kantelbrug. Deze bruggen roteren om de x- of de y-as, wat inhoudt dat het vloerveld in open toestand haaks op het horizontale vlak komt te staan, dit is niet gunstig wanneer deze ruimten zijn ingericht of bewoont. Vier andere typen bruggen die niet tot hun recht zullen komen op de aangewezen locatie, hoewel wel geschikt voor programma, maar vormen een te grote of permanente belemmering voor de vaarweg. Bijvoorbeeld de afzinkbare brug, deze blokkeert de havenmond ten alle tijden tenzij deze open gaat en

28 zinkt. Het voordeel is echter wel dat deze brug geen restricties qua hoogte kent, maar een waterdicht programma dat onderwater verdwijnt lijkt niet een gewenste en reële uitkomst te bieden voor dit vraagstuk. De draaibrug is veelal symmetrisch ontworpen en heeft zijn draaipunt ten midden van de constructie, deze zal gebouwd moeten worden in het midden van de havenmond, wat tot gevolg heeft dat de breedte van de vaarweg in het geding komt, en daardoor een belemmering vormt voor de schepen en niet past op deze locatie. Een andere oplossing voor de verbinding biedt de kering, deze zal de havenmond compleet afsluiten en zelfs voor de kleinere schepen en recreatievaart open en dicht moeten gaat, wat veel energie kost en vooral de kleinere scheepvaart zal belemmeren. De tafelbrug voldoet simpelweg niet aan de gevraagde hoogte die gesteld wordt voor de doorgang van de grotere schepen.

Zes relevante principes blijven over, namelijk de:

- demontabele brug (-3); - hefbrug (4); - pontonbrug (4); - rolbrug (3); - vlotbrug (3); - zweefbrug (4).

Het demonteren van de demontabele brug lijkt een hoogstwaarschijnlijk energie- en tijdrovende opgave. Dit zal eerder leiden tot een permanent bouwwerk waar een deel uit weggehaald kan worden. Bovendien wordt de demontabele brug gedemonteerd en weggevoerd op pontons, dus waarom zal deze dan niet direct als pontonbrug worden ontworpen? De hefbrug beweegt in verticale richting, het hef zou gevuld kunnen worden met functies en de verbinding vormen tussen beide oevers. Twee hoge torens aan weerszijden zullen het hef dragen, welke echter wel, ook voor de recreatievaart, zal moeten openen. De zweefbrug is de minst bekende variant van de hierboven beschreven bruggen. De scheepvaart heeft ten alle tijden vrije doorgang. Fietsers en voetgangers steken het water over via een gondel die zich in horizontale richting beweegt, deze variant scoort mede hierdoor ook goed in de matrix. De rol- en vlotbrug komen ook zeer gunstig uit de matrix. Beiden bewegen over dezelfde as, de x-as. Het verschil zit hem in het drijven van de vlotbrug tegenover het rijden van de rolbrug. Nu er een enorme hoeveelheid water aanwezig is op de locatie zal de voorkeur uitgaan naar de vlotbrug die hier gebruik van kan maken. De vlotbrug berust op een oud principe waarvan slechts nog enkele in Nederland actief zijn. Deze bruggen zijn alleen op kleine schaal uitgevoerd. Grotere vlotbruggen behoren al snel tot de categorie pontonbruggen. De bruggen drijven op pontons en bewegen zich naar de oever wanneer de brug zich opent. Op grotere schaal zijn pontonbruggen een variant hierop. Pontonbruggen berusten op hetzelfde principe, alleen het openen geschiedt door het uit laten drijven van één van de brugdelen. Van de zes relevante principes is daarom gekozen tot het nader onderzoeken van de hef-, ponton-, en zweefbrug.

29

______Boven, afbeelding 3.1: model van de hefbrug (De Jong, 1995). Onder, afbeelding 3.2: geeft het v-t diagram van de hefbrug weer (De Jong, 1995). 30

3.3 Technische analyse van de drie relevante varianten

In deze paragraaf zullen van elk van drie geselecteerde varianten die relevant geacht worden als oplossing voor het vraagstuk worden behandeld. Dit betreft het principe van de hefbrug, , pontonbrug en de zweefbrug.

3.3.1 Hefbrug

Bij hefbruggen bestaat de beweging uit een verticale verplaatsing van het brugdek over de z-as. Het dek wordt in evenwicht gehouden door contragewichten. De beweging vindt plaats aan de hand van kabels die motorisch worden aangedreven. “Het statisch evenwicht wordt verstoord, waardoor het val in beweging komt”.17 Eerst wordt de rem gelost, waarbij geldt dat de snelheid v nul is aan het begin. Het val wordt versneld tot de gewenste snelheid is bereikt en een constante snelheid wordt behaald, waarna tot slot de kracht op de kabel verminderd en het val uiteindelijk tot stilstand komt. Wanneer het val en het contragewicht precies in evenwicht zijn, dan is er geen arbeid nodig om de brug te bewegen. Hier komt echter bij kijken dat wrijving en wind ook nog in rekening moeten worden gebracht. Door een contragewicht aan de achterzijde van het balans, wordt het val in evenwicht gehouden. Bij hefbruggen wordt dit contragewicht bijvoorbeeld in de torens opgenomen, hoewel bijvoorbeeld voor draaibruggen geldt dat wanneer deze asymmetrisch zijn ontworpen het zwaartepunt altijd ten hoogte van het draaipunt dient te zitten. De kortere arm kan dan gecompenseerd worden met extra ballast om evenwicht te behouden.18

Het val is vrijwel in evenwicht met de contragewichten, en meestal uitgevoerd als stalen vakwerk. Wanneer het val en het contragewicht precies in evenwicht zijn, dan is er geen arbeid nodig om de brug te bewegen. Hier komt echter bij kijken dat wrijving en wind ook nog in rekening moeten worden gebracht. Door een contragewicht aan de achterzijde van het balans, wordt het val in evenwicht gehouden. Bij hefbruggen wordt dit contragewicht bijvoorbeeld in de torens opgenomen. Het mechanisme kan op drie plaatsen ontworpen worden; op de landhoofden, bovenaan in de heftorens, of op het val zelf. Het mechanisme wordt veelal door een elektromotor worden aangedreven.

Op de hefportalen van de hefbrug zijn kabelwielen aangebracht welke de kabels geleiden. De huidige staalkabelconstructie is al zo een 100 jaar oud. Staalkabels die na 1920 zijn toegepast bestonden veelal uit zes strengen met één hennepkern, de draden van deze kabels hebben een theoretische breeksterkte van 120 tot 200 kg/mm2, waarbij de sterkte in de praktijk slechts 90 % blijkt te zijn. Bij grote kabellengten dient rekening gehouden te worden met rek van de kabels, deze verlenging bedraagt 0,25 % tot 1 % van de kabellengte.19 Evenwichtskabels zorgen voor de verbinding van de contragewichten met het val, aan de linkerzijde zijn de evenaars van de hefbrug over de Koningshaven van Rotterdam te zien (afb. 4.5). Deze brug is tevens relevant als voorbeeld project voor het hefbrug principe zoals deze toegepast zou kunnen worden in het project.

17 De Jong, 1995, p. 64. 18 Ibidem, p. 64-69. 19 Oosterhoff, 1999, p. 321-322.

31

______Linksboven, afbeelding 3.3: bewegingsmechanisme (De Jong, 1995). Rechtsboven, afbeelding 3.4: rechthoudmechanisme (De Jong, 1995). Onder, afbeelding 3.5: foto van De Hef, spoorhefbrug over de Koningshaven te Rotterdam (online afbeelding: fotograaf onbekend, 2012, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/hef2.jpg). 32

De spoorhefbrug over de Koningshaven te Rotterdam

Deze hefbrug is ontworpen door ir. P. Joosting en gebouwd tussen 1925 en 1927. Toentertijd is deze brug gebouwd ter vervanging van de spoordraaibrug die hier stond. Nadat de spoortunnel in 1993 voltooid was heeft deze brug zijn functie verloren. De stalen heftorens zijn 60 m hoog en het val heeft een lengte van 52 m. De hefhoogte bedraagt 45 m.20

De kabels zijn uitgevoerd met een breeksterkte van 160 kg/mm2. Het val van de hefbrug hangt aan 48 stalen kabels, elk van deze kabels heeft een diameter van 40 mm. Per hoekpunt van het val lopen twaalf van deze kabels die over in totaal acht evenwichtswielen met een diameter van 3600 mm lopen, welke in de hoekpunten van de heftorens aangebracht zijn. Deze evenwichtskabels zijn verbonden aan de contragewichten, dit zorgt ervoor dat het val en de contragewichten in evenwicht zijn. Voor de beweging die het val maakt zijn bewegingskabels aangebracht. De spoorhefbrug te Rotterdam bevat vier hijskabels met een diameter van 26 mm die vanaf de twee kabeltrommels op de zuid toren via kabelwielen op het val richting de noordelijke toren lopen. Om de horizontale staat van het val tijdens de beweging te garanderen zijn rechthoudkabels gebruikt. Deze kabels lopen van de top van de noord toren, over het val, naar de voet van de zuid toren en vice versa. Deze kabels veranderen dus niet van lengte.

De geleiding van het val tussen de heftorens geschiedt door middel van twee haaks op elkaar staande geleide rollen die voorzien zijn van kogellagers. “De hoofdmotor is een gelijkstroommotor, met afzonderlijke bekrachtiging, van 200 pk (147 kW) en een maximum toerental van 400 omwentelingen per minuut, die via een tandwielkast en een transmissie twee rondsels aandrijft”.21 Deze motor maakt het mogelijk om het val met een snelheid van 0,9 m/s te laten bewegen, wat bij de hefhoogte van deze brug een totale tijd, inclusief vertraging, van circa één minuut oplevert. Wanneer de maximale hefhoogte bereikt is heeft deze spoorhefbrug een maximale doorvaarthoogte van 50 m.

De dominante heftorens zijn bepalend voor het aanzicht van dit type brug. Uit de vorm is de beweging van de brug af te lezen. Er kan gekozen worden tussen zowel twee als vier heftorens. Wanneer men van vier heftorens spreekt heeft men ook een viertal contragewichten nodig waarvan elk van deze gelijk dient te lopen. Het voordeel van de hefbrug is dat een doorvaart wijdte tot 100 m geen probleem is,

Rechtsboven, afbeelding 3.6: de evenaars van de hefbrug over de Koningshaven te Rotterdam (Wieberdink, H.R.C., datum onbekend).

20 Online bron, toegang op 14 maart 2012 (http://rijksmonumenten.nl/monument/513922/ijzeren+hefbrug++de+hef/rotterdam). 21 Oosterhoff, 1999, p. 331.

33 echter is de doorvaarthoogte wel gekoppeld aan de hoogte van de torens. Door zetting van de grond kan het gebeuren dat één van de heftorens scheef komt te staan, hoewel een zekere uitwijking toelaatbaar is, zal het niet zo mogen zijn dat het val vastloopt tijdens het openen van de brug. Met zijn hoogte is de hefbrug zeer aanwezig in het landschap, ook dient bij een zekere hefhoogte rekening gehouden te worden met de zijwaartse windbelasting op het val.

______Afbeelding 3.7: machinekamer van de hefbrug over de Koningshaven (De Eerens, 1928). 34

______Afbeelding 3.8: kabelloop en geleidingen in de heftoren van de hefbrug over de Koningshaven (Hotopp, 1913). 35

______Boven, afbeelding 3.9: schema van de schipbrug over de IJssel te Doesburg (De Jong, 1995). Onder, afbeelding 3.10: het kabelsysteem van het uitdrijfvlak van de schipbrug te Doesburg na elektrificatie (De Jong, 1995). 36

3.3.2 Pontonbrug

De pontonbrug die grotendeels volgens dezelfde principes als de schipbrug werkt, valt onder de drijvende bruggen en is een semi-beweegbare brug. Aan het begin van de twintigste eeuw is het laatste houten schip vervangen door een stalen ponton. Het tijdperk van de schipbruggen in Nederland kwam ten einde rond 1938. Het voordeel van drijvende bruggen is het feit dat zij gemakkelijk in de wisseling van getijden van de zee meegaan. Een pontonbrug is opgebouwd uit meerdere drijvende pontons waartussen het dek van de brug overspant. De pontons dienen aan beide zijden verankert te worden om het mee stromen met de getijden of wind tegen te gaan. Aangezien het waterpeil enkele malen per dag veranderd dient de verbinding met het vaste land qua hoogte flexibel te zijn.22 Pontons worden gezien als drijvende lichamen en gedragen zich als verende steunpunten. Des te zwaarder een ponton belast wordt, hoe verder de ponton wordt ondergedompeld. De toenemende belasting per kilogram staat gelijk aan de verplaatsing van één liter water. Wanneer een ponton volledig onderwater gedompeld is, heeft men de maximale belasting bereikt.23

Pontons waren meestal vastgelegd aan geleidingswerken, welke de pontons op hun plaats houden, bijvoorbeeld dukdalven. Pontons kunnen zicht dan verticaal bewegen zonder in horizontale richting af te drijven, om te gaan met de getijden.

Het openen en sluiten geschiedde door het uitdrijfvlak, wat dus het beweegbare brugdeel was, via lange ankerkettingen mee te laten drijven met de stroming. Door middel van een roer werd het uitdrijfvlak schuin op de stroming gezet. De doorvaart was vrij en schepen konden passeren. Als vervolgens de brug weer gesloten diende te worden werd het uitdrijfvlak voor de opening gemaneuvreerd en met behulp van handlieren, tegen de stroming in, weer gesloten. Met opkomst van stoommachines, later verbrandings- en elektromotoren, werd dit gemechaniseerd.24

Afbeelding 3.11: doorbuiging van een schipbrug met en zonder doorgaande balkenlaag (De Jong, 1995)

22 De Jong, 1995, p. 81-84. 23 Ibidem, p. 71. 24 Ibidem, p. 85.

37

______Boven, afbeelding 3.12: het openen van de pontjesbrug in Willemstad, Curaçao (online afbeelding: Wollstadt, R., gedownload 16 mei 2012 via http://farm4.staticflickr.com/3285/3148981396_f53edd68e3_o.jpg). Linksonder, afbeelding 3.13: de schipbrug te Arnhem in gesloten toestand (online afbeelding: auteur onbekend, gedownload 17 mei 2012 via http://i182.photobucket.com/albums/x213/wowi_photos/schipbrug01.jpg). Linksonder, afbeelding 3.14: de schipbrug te Arnhem in open toestand (online afbeelding: auteur onbekend, gedownload 17 mei 2012 via http://i182.photobucket.com/albums/x213/wowi_photos/schipbrug02.jpg).

38

In Nederland bestonden permanente drijvende bruggen zoals de ponton brug tot de jaren 30. Bekende ponton-, dan wel schipbruggen, waren die van Arnhem, Deventer, Doesburg en Vianen. Het openen geschiedde door een uitvaarbaar gedeelte, of soms met een ander type te openen brug aan de kade. In de winterperiode werden de pontonbruggen veelal aan de kant gehaald wegens ijsvorming. Momenteel is de meest bekende pontonbrug de Emmabrug te Curaçao, deze wordt in zijn geheel geopend wanneer schepen dienen te passeren en is aangedreven door middel van een schroef aan de kopse zijde.

39

40

3.3.3 Zweefbrug

De zweefbrug bestaat uit een portaal met twee torens waarbij een gondel zich van de ene naar de andere oever beweegt, hangend aan kabels. Deze gondel bevindt zich op maaiveldhoogte en beslaat reeds een klein onderdeel van het geheel. Over de bovenregel van het portaal rijdt een stelsel met wielen, welke aangedreven wordt door elektromotoren. Een doorvaartwijdte tot 150 m is geen enkel probleem en de hoogte is afhankelijk van de hoogte van het portaal. Het voordeel dat de zweefbrug met zich meebrengt is dat de vaartroute nooit voor de scheepvaart geblokkeerd wordt. Fietsers en voetgangers dienen wel enkele minuten te wachten voor zij het water kunnen oversteken.

Charles Smith was de eerste die de zweefbrug heeft ontworpen, maar de Fransman François Arnodin was de eerste die dit idee realiseerde, de Puente Vizcaya in La Portugalete, Spanje. De vier torens van de Vizcaya brug zijn 61 m hoog, waarbij de overspanning 160 m bedraagt op een hoogte van 45 m boven het waterpeil. De gehele constructie bestaat uit ijzer, om de stabiliteit van de torens te waarborgen zijn deze aan de hand van acht ijzeren kabels, vier aan elke zijden, bevestigd. De gondel die aan de zweefbrug hangt is bevestigd aan 70 stalen kabels, welke vastzitten aan het wielstel. De overspannende constructie van 160 m hangt tussen beide torens in en wordt grotendeels gedragen door de kabels van de tuiconstructie.

Aan een wielstel met 36 wielen zijn de kabels waar de gondel aan bevestigd is verbonden. Deze is 25 m lang en beweegt zich over een rails van de ene naar de andere zijde van de rivier. Oorspronkelijk werd deze beweging mogelijk gemaakt aan de hand van kabels. Oorspronkelijk werd gebruik gemaakt van trekkabels die op een stoommachine waren aangesloten die zich in één van de torens bevond. Tegenwoordig wordt het mechanisme aangedreven door twaalf elektromotoren. Het brugwachtershuis bevindt zich op de begane grond ten behoeve van de veiligheid en het overzicht.25 Een andere zweefbrug is gebouwd te Middlesbrough in het verenigd Koninkrijk, welke de jongste zweefbrug is, daterend uit 1911.

“De bloeiperiode van deze bruggen duurde slechts 18 jaar. Wind en mist maken de circa twee minuten durende oversteek riskant maken. Bij een windsnelheid van 70 km/u of meer wordt de exploitatie gestaakt. Bij

Rechtsboven, afbeelding 3.17: gondel van de Puente Vizcaya, Spanje (Van der Velden, M.C., 2007). Rechtsonder, afbeelding 3.18: aandrijving van de zweefbrug (online afbeelding: Williams, G., gedownload 3 maart 2012 via http://farm2.staticflickr.com/1087/1249845945_7c45850285_b.jpg).

25 Online bron, toegang op 21 april 2012 (http://www.puente-colgante.com/en/principal.html).

41 mist gaat het scheepvaartverkeer door. De brugwachter is verantwoordelijk voor een veilige overtocht. Men vraagt zich af of de zweefbrug wel tot de beweegbare bruggen hoort, het is een randgeval”.26 Over het IJ te Amsterdam is in 1919 ook een ontwerp gemaakt voor een zweefbrug met een overspanning van 270 m. Deze is echter nooit uitgevoerd.27

Afbeelding 3.19: de Widnes and Runcorn zweefbrug (online afbeelding: auteur onbekend, gedownload 4 maart 2012 via http://dita2indesign.sourceforge.net/dita_gutenberg_samples/dita_encyclopaedia_britannica/html/entries/images/bridges_34.png )

26 De Jong, 1995, p. 36. 27 Oosterhoff, 1999, p. 24.

42

3.4 Selectie

Bij de zweefbrug kan gedacht worden aan een portaal met twee torens die programma huisvesten, tussen deze torens verbindt de gondel, waar bijvoorbeeld een restaurant op ontworpen kan worden, beide kades. Dit principe biedt de mogelijkheden om de verbinding tot stand te brengen met zo min mogelijk belemmeringen voor de scheepvaart. Fietsers en voetgangers zullen de gondel op maaiveldniveau betreden en zal de overtocht naar de andere kade een spectaculaire beleving zijn. Passagiers zullen wel enkele minuten moeten wachten tot zij de oversteek kunnen maken. Een cruciaal nadeel berust echter wel op het feit dat wij het hier over een locatie aan de kust hebben. Harde windstoten zullen de gondel tot schommelen brengen. De hoogte van het portaal, welke afhankelijk is van het maatgevende schip, is bepalend voor de lengte van de kabels. Aangezien het maatgevende zeilschip een masthoogte van 60 m heeft, resulteert dit in kabels van een aanzienlijke lengte. Geconcludeerd kan worden dat dit in combinatie met de aanwezige wind in de kuststreek geen verstandige oplossing biedt.

In de hefbrug kunnen de torens ruimte bieden aan de huisvesting van programma. Het hef zelf vormt de verbinding op maaiveldniveau. In gesloten toestand blokkeert de hefbrug echter wel de scheepvaart, wat tot gevolg heeft dat de brug ook zal moeten openen voor elke zeilboot (recreatievaart). Daarentegen biedt het uitzicht vanaf het hef, wanneer deze gehesen is tot zijn maximale hoogte gigantisch mooi uitzicht. De hoogte van het maatgevende schip van 60 m zal net als bij de zweefbrug ook van toepassing zijn bij dit brug principe.

43

De vraag is echter of deze oplossing gewenst is met betrekking tot de omgeving, want de skyline van Scheveningen-Haven bestaat merendeel uit wooncomplexen van maximaal een stuk of zeven lagen. De vuurtoren rechts in het onderstaande profiel is 50 m hoog. Een bouwwerk waarbij een minimale doorvaarthoogte van 60 m vereist is, wat geldt voor zowel de hef- als zweefbrug, zal qua aanzicht zo op de locatie landen:

Eén van de andere onderzochte verbindingstypes die zich qua hoogte beter aansluit op de omgeving, is de pontonbrug. De drijvende oplossing zal zich op een meer bescheiden manier in de context inpassen dan de hef- en zweefbrug. Deze zal op een zodanige hoogte ontworpen moeten worden dat alle recreatieve vaart probleemloos kan passeren. Voor grotere schepen bestaat de mogelijkheid om de brug of een deel hiervan weg te laten drijven. Bij het drijven komen wel een aantal technische uitdagingen kijken. Eb en vloed zal continue aanwezig zijn, evenals het schommelen dat door de golven gecreëerd van schepen en de zee. Leidingen zullen flexibel moeten zijn en de aanbrug dient te kunnen scharnieren. Desalniettemin is de pontonbrug uitstekend te combineren met programma, waarbij de beleving van het water centraal staat. Ook is in het masterplan terug te lezen dat Scheveningen-Haven interesse heeft in een luxe hotel op het water. Deze functie in een beweegbare brug zal een unieke ervaring zijn voor toeristen. Incidenteel zal deze brug dan kunnen openen en sluiten wanneer de grotere schepen willen passeren.

44

Bij de hefbrug ontstaan aan weerszijden hoteltorens, in het hef zelf tijdelijke functies of verkeersruimten. Het hef mag niet bezet zijn gedurende de verplaatsing. De pontonbrug fungeert als drijvend lichaam, deze zal afdrijven wanneer een schip passeerd. Tijdens deze beweging is bezetting toegestaan. De zweefbrug bestaat uit een statisch portaal, waarbij de ‘zwevende’ gondel slechts een klein deel van het programma zal kunnen bevatten, ook bij dit principe gelden strenge eisen, sinds de beweging geschiedt in de zin van een ‘voertuig’. De pontonbrug blijkt vooralsnog voor de huisvesting van programma de meest geschikte keuze ten behoeve van dit vraagstuk. Dit type brug zal het komende hoofdstuk dan ook verder behandeld worden.

45

3.5 Drijvende brug over de havenmond

Bij de techniek van het drijven komt veel kijken. Een drijvend object dient onzinkbaar te zijn, golfslag te weerstaan en de scheefstand en stabiliteit te waarborgen. Een betonnen holle ponton kan tot zinken komen wanneer sprake is van golfinslag, om het ontwerp hier tegen te behoeden zal het drijflichaam gecompartimenteerd dienen te worden. Hiermee wordt voorkomen dat het drijvende object niet in één keer volloopt met water. Om de pontonbrug te beschermen tegen hoge golven, welke aan de kust met enige regelmaat voorkomen dient rekening gehouden te worden met de hoogte van de ponton in het ontwerp. Bovendien spelen aan de kust ook nog een hogere rol van eb en vloed mee, betekenend dat het drijflichaam verticaal zal bewegen.

3.5.1 Drijfsystemen

Beton met polystyreen

Funderingsplaten bestaan uit beton en EPS, het voordeel is het relatief lichte gewicht, hoewel dit nadelig kan zijn voor de stabiliteit. Bij dit principe kan het drijvende lichaam zelf niet gebruikt worden als ruimte. Een voordeel van dit drijfsysteem is echter wel dat deze ter plaatse gemonteerd kan worden.

Massief betonnen bak

Bestaat uit een zware, stabiele constructie. Eventueel zou de betonnen bak gevuld kunnen worden met programma. Echter dient men wel rekening te houden met de productie en transportatie van grote massieve betonnen bakken.

Stalen drijvers

Stalen drijvers zijn lichter dan de betonnen bak, maar vergen wel meer onderhoud. Ook bij dit systeem kan de ruimte in de drijvers ingevuld worden met programma.

3.5.2 Wet van Archimedes

Om er zeker van te zijn dat drijvende elementen niet ongewenst bewegen of roteren, moeten deze zowel statisch als dynamisch stabiel zijn. De stabiliteit van het drijvende element hangt van de krachten, momenten en vorm. De verticale krachten zijn in evenwicht wanneer de opwaartse kracht gelijk is aan het totale gewicht. Hiervoor geldt de wet van Archimedes. De massa van het water dat verplaatst dient te worden is dan gelijk aan de massa van het drijvende object. Dit evenwicht is behaald wanneer het object blijft drijven of op de bodem rust. Wanneer het gewicht de opwaartse kracht overschrijdt zal het object zinken.28 De wet van Archimedes luidt: de opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt is even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas. Dit betekent dat de Archimedes kracht gelijk is aan de verplaatste hoeveelheid vloeistof, in dit geval zeewater.

28 Vrijling, 2011, p. 226.

46

∗∗

Elke ponton kan maximaal dat gewicht dragen, welke deze in massa verplaatst. Bij de berekening hiervan dient ook de bak van de ponton zelf meegerekend te worden, evenals de veranderlijke belasting op de brug. Wanneer één ponton tot zinken komt ondervinden de andere pontons hier hoogstwaarschijnlijk ook hinder van en zullen meerdere pontons ten onder gaan. Water kan 10 kN per m3 dragen. De haven van Scheveningen heeft een diepte van 7 m. Onderstaand een aantal vuistwaarden die wij aantreffen bij de Scheveningse haven:

- ρ = 1024 kg/m3; - γ = 10 kN/m3; - h = -7 m.

Het drijfsysteem voor de ponton (onderbouw) zal hoogstwaarschijnlijk in beton uitgevoerd worden. Hiervoor geldt een vuistwaarde van:

- γ = 5 kN/m3.

Voor de bovenbouw kunnen verschillende systemen toegepast worden:

- betonnen constructie: γ = 3 kN/m3; - stalen constructie: γ = 2 kN/m3; - houten constructie: γ = 1½ kN/m3.

Aan de hand van deze kengetallen kunnen ontwerpbeslissingen zoals de hoogte van het gebouw en de grootte van de ponton bepaald worden. De hoogte reduceren en voor het ontwerp een licht constructie materiaal kiezen voor de bovenbouw van de ponton.

Stel de pontons worden ontworpen op een diepte van 6 m, dan kan aan de hand van vuistregels bepaal worden in welke mate deze belast kunnen worden.

∗∗ 1024 ∗ 9,81 ∗ 6 ∗ 1 ∗ 1 60272 60

Aangenomen dat deze betonnen ponton 5 kN/m3 weegt maal een hoogte van 6 m, komt globaal neer op een resterend drijfvermogen van 30 kN/m3 voor de verdieping bouw. In staal kan men dan tot 15 m hoog opbouwen. Nu zal de bovenbouw een kleiner oppervlak beslaan dan het drijvende lichaam, de gewenste hoogte tot 20 m hoog is hoogstwaarschijnlijk reëel. Echter zal het gewicht van de brug nog wel in rekening moeten worden gebracht evenals de consequenties betreffende de variabele belasting.

3.5.2 Eb en vloed

De waterstanden variëren van hoog- tot laagwater. Normaal Amsterdams Peil is 0, bij hoogwater bedraagt de hoogte +1,07 m NAP en zal zakken tot -0,70 m NAP bij laag water. Alle hoogtewaarden ten opzichte van het NAP is nul voor de Scheveningse haven kunnen in de onderstaande tabel worden afgelezen.

47 situatie hoogwater (m) laagwater (m) normaal +1,07 -0,70 springtij +1,26 -0,72 doodtij +0,84 -0,64

Tabel 3.3: getijden Scheveningse haven.

Het minimale waterpeil in de haven is dus -0,72 m tijdens springtij, hiermee dient gerekend te worden tijdens het ontwerpen. Overigens komt tijdens springtij ook het maximale verschil tussen de waterstanden voor. Het hoogteverschil van 2 m zal opgevangen moeten worden door bijvoorbeeld aanlegbruggen. Eventueel ontworpen geleidenpalen dienen ook aan deze wisseling te voldoen. Als de havenmond een diepte van -7 m NAP heeft, zal dit nog maar -6,28 m bedragen ten opzichte van het waterpeil tijdens laagwater gedurende de springtij periode.

Kabelaring

Eb en vloed hebben ook invloed op de aansluiting van nutsvoorzieningen aan het vaste land. Flexibele kabels en leidingen zullen de uitkomst bieden, deze flexibele aansluitingen kunnen het getijde verschil opvangen. “Kabels en leidingen die woningen met de wal verbinden hebben dan een overlengte, waardoor deze de optredende peilfluctuaties kunnen opvangen. Voor water en elektra is dit relatief eenvoudig. In het geval van de aansluiting van die riolering is dit iets complexer. De toepassing van een ‘grinder’ die het afvalwater vermaalt voor het de buis in gaat”.29

Geleidingspalen

Om de ponton op zijn plaats te houden dient gebruik gemaakt te worden van geleidings-werken. Een geleidingspaal, ook wel meerpaal genoemd, wordt aangebracht in de grond onder het wateroppervlak. Een meerpaal is een zware in het water staande constructie waar men pontons aan kan bevestigen. Van oudsher werden meerpalen veelal in hout uitgevoerd, tegenwoordig bestaan deze uit één of meerdere stalen buizen. Er zijn minimaal twee dukdalven nodig aan weerszijden om de rotatie van de ponton tegen te gaan. Geleidingspalen kunnen ook oplossing bieden tot scheefstand en schommelingen. Bij verandering in het waterpeil kan het drijvende object in verticale richting meebewegen, hoewel deze horizontaal vast ligt. Deze geleidingspalen worden ontworpen op de verwachte peilverschillen. Geleidingspalen kunnen beeldbepalend zijn in gebieden met grote getijverschillen.30 Op de foto rechts zijn deze bijvoorbeeld duidelijk aanwezig in de haven van Hamburg.

Afbeelding 3.20: geleidingspalen die het afdrijven van de pontons in HafenCity voorkomen, Hamburg (eigen archief, 2010).

29 Nillesen, 2011, p. 115. 30 Nillesen, 2011, p. 116.

48

Bereikbaarheid

De getijdenverschillen hebben ook impact op de bereikbaarheid van het ponton. Het hoogteverschil dat overbrugt dient te worden is bijna 2 m, daarbij komt kijken dat de helling maximaal 1 op 20 mag bedragen volgens Bouwbesluit. Een bijzondere voorziening die hiervoor uitkomst biedt is de aanlegbrug. Dit principe bestaat pas sinds 1900, toen in Zeeland begonnen werd aan de eerste aanleginrichting. Hier werd toentertijd gebruik gemaakt van drijvende lichamen die vanaf de kade bereikbaar waren met aanlegbruggen.31 “De pontons hadden niet alleen een verticale beweging maar er waren ook horizontale verplaatsingen in de breedterichting van de pontons omdat deze met uithouders aan de wal waren bevestigd. Ook was er enige beweging in de lengte richting. Deze verplaatsingen werden gecompenseerd door de aanlegbruggen op wielen te zetten waarbij deze zo waren geplaatst dat de brugeinden ook konden draaien”.32 De wielen zouden zich kunnen bewegen over een rails op het dek. Om de pontons in positie te houden werden deze aan dukdalven bevestigd. Tussen deze geleidingswerken kunnen de pontons zich verticaal bewegen. In het verleden werd de lengte van de aanlegbrug bepaald door een helling die men toelaatbaar achtte.33 De onderstaande afbeelding geeft weer hoe de beweging van de aanlegbrug in zijn werk gaat. De oplegging waar de aanlegbrug is verbonden met het pontondek dient dan wel scharnieren als rollend te geschieden. Verdraaiing of verdraaiing en rolling over één as is mogelijk. Wegens krimp en zet is altijd al één oplegging vast (of scharnierend) en de oplegging aan de andere zijde rollend.34

Boven, afbeelding 3.21: de aanlegbrug in de haven bij de Willempolder aan de Zijpe, circa 1900 (Anoniem, 1900). Onder, afbeelding 3.22: aanlegbrug verbindt de kade met het drijvende platform in HafenCity, Hamburg (eigen archief, 2010).

31 Oosterhoff, 2001, p. 181. 32 Ibidem. 33 Ibidem, p. 182. 34 Van den Berg, 2006, p. 50.

49

3.5.3 Stabiliteit

Stabiliteit geeft aan wat de mate van een drijvend lichaam is om deze weer in originele stand terug te krijgen. Niet alleen het drijven zelf is van belang voor een ponton, maar ook de stabiliteit van het element wanneer deze te water ligt. Golven, wind, en veranderingen is belasting kunnen instabiliteit veroorzaken. Daarom dient de ponton zodanig ontworpen te worden dat deze ten alle tijden weer terug roteert naar zijn originele positie.35 Ten opzichte van een statisch bouwwerk ondervindt een drijvend lichaam meer gevolgen van wind belasting.36

De drie punten die van belang zijn voor de stabiliteit van het drijflichaam zijn B, G en M.

B is het middelpunt van het drijfvermogen, welke zich bij een standaard ponton meestal tussen de onderzijde van het element en het wateroppervlak bevindt. Wanneer de ponton licht kantelt zal punt B verplaatsen, zoals rechts te zien is. G is het zwaartepunt van het element, wanneer de ponton gevuld wordt met bijvoorbeeld zand zal dit verschil in massa meegerekend moeten worden. G is tevens ook het rotatiepunt. M is het metacenter, welke voor kleine rotaties als gefixeerd punt kan worden gezien. Voor kleine zeewaardige objecten is een meta centrische hoogte van minimaal 0,46 m vereist, grotere zeewaardige schepen hebben.37 Het berekenen van M kan aan de hand van pagina 80-81 in de reader

Hydraulic Structures; Caissons. In theorie is het element stabiel wanneer hm groter is dan 0, hoewel

0,50 m wordt aangeraden. Wanneer hm minder dan 0,50 m bedraagt zijn aanvullende maatregelen nodig, hierbij kan gedacht worden aan:

- verbreden van het element, wat vaak automatisch ook tot gevolg heeft dat vloerelementen zwaarder worden om aan de sterkte te blijven voldoen; - vloerelementen zwaarder dimensioneren, zwaartepunt komt lager te liggen; - belasting toevoegen onder het zwaartepunt, dit zou ook bijvoorbeeld zand kunnen zijn; - pontons met elkaar linken, of extra drijvende stabiliteitselementen toevoegen.38

Afbeelding 3.23: stabiliteit van drijvende elementen (Voorendt, 2009).

35 Voorendt, 2009, p. 79. 36 Kawamura; Maruyama, 2000, p. 34. 37 Voorendt, 2009, p. 79. 38 Ibidem, p. 80-81.

50

Water als ballast is ten zeerste af te raden, tenzij de watertanks uit kleine partities bestaan. Wanneer een grote hoeveelheid water als ballast een ruimte in de ponton binnenstroomt, zal deze direct instabiel worden. Zand en gravel bieden betere uitkomst.

3.5.4 Belastingklasse

De belastingklasse deelt de brug in op de hoeveelheid die de brug dient te dragen. “Bij fiets- en voetgangersbruggen wordt de toegestane belasting direct uitgedrukt in de waarde van de toegestane veranderlijke belasting per vierkante meter, bijvoorbeeld 5 kN/m2”.39 Verkeersbruggen worden ingedeeld in verkeersklassen, deze zijn in het algemeen onderverdeeld in VK300, VK450 en VK600. Bij verkeersklassen wordt gerekend met aslasten, deze zijn in de onderstaande tabel per 3 assen bepaald. klasse kN/m2 aslast (kN) verkeer

5 kN/m2 5 - fiets- en voetverkeer VK300 - 100 auto- en licht vrachtverkeer VK450 - 150 auto- en vrachtverkeer VK600 - 200 zwaar vrachtverkeer

Tabel 3.3: indeling belastingklassen.

3.5.5 Bouwvolgorde

De pontons zelf worden geprefabriceerd in een dok welke aan de vereiste afmetingen zal moeten voldoen. Ook aan de bovenbouw kan begonnen worden wanneer de ponton in het dok ligt, het skelet zal voorafgaand al opgebouwd zijn. Het is tevens ook verstandig de afbouw te starten wanneer de ponton nog op het droge ligt, bouwmaterialen op het drijvende lichaam plaatsen wordt geen succes wanneer deze zou schommelen door golfslag en de wisselende getijden van de zee. De afwerking is eventueel wel mogelijk wanneer het bouwwerk ter plaatse ligt, hoewel bepaalde uitvoerende factoren zoals waterpasstellen en dergelijke nog wel lastig kunnen zijn. De pontons worden geprefabriceerd en

Links, afbeelding 3.24: belastingsituatie verkeersbruggen (Van den Berg, 2006). Rechts, afbeelding 3.25: belastingsituatie fiets- en voetgangersbruggen (Van den Berg, 2006).

39 Van den Berg, 2006, p. 49.

51 vervolgens vervoerd naar de locatie. Hierbij is het van belang dat de pontons individueel stabiel zijn tijdens de verplaatsing.40

3.5.6 Bescherming tegen invaren

Om het drijvende lichaam te beschermen tegen aanvaringen zullen enkele maatregelen moeten worden getroffen. Zo kan de ponton gecompartimenteerd uitgevoerd worden, of kunnen remmingswerken aangebracht worden, zoals op de foto aan de linkerhand. Deze remmingswerken zullen het schip door het doorvaartprofiel geleiden en aanvaring met de kade of ponton voorkomen.

Afbeelding 3.26: remmingswerken ter bescherming van de brug (eigen archief, 2012).

40 Nillesen, 2011, p. 116.

52

3.6 Case studies

3.6.1 Yumenai brug

Tussen de eilanden Maishima en Yumeshima is de Yumenai brug ontworpen, welke beide eilanden met elkaar in verbinding stelt. De brug overspant één van de enige twee vaarroutes die toegang bieden tot de grotere voorzieningen in de haven van Osaka.

Mocht onverwachts iets gebeuren met de andere vaarroute, dient de vaarweg die de Yumenai brug overspant deze capaciteit over te nemen, en zal moeten dienen als internationale vaarroute, waar zelfs enorme drijvende objecten moeten passeren. Dit resulteerde in het besluit tot een beweegbare brug. De Yumenai brug is ontworpen als drijvende draaibrug. De brug bestaat uit een grote boog, drijvend op twee grote pontons met afmetingen van 58 bij 58 bij 8 m. in gesloten toestand is de vaarbreedte 135 m, wanneer deze incidenteel moet openen wordt de brug door middel van sleepboten weggetrokken, de vaargeul heeft dan een breedte van 200 m en vrije hoogte zodat objecten van elk formaat kunnen passeren.41 Gekozen voor deze drijvende oplossing is de lage frequentie dat de brug open zal moeten gaan. Naar verwachtingen zal de brug zelden verplaatst worden. De brug is berekend op de extremen van eb en vloed, en rekening is gehouden met stormen die golven tot 1,4 m produceren.42 De pontons zijn gecompartimenteerd uitgevoerd en zijn ontworpen met een extra buitenschil voor de veiligheid, mocht een aanvaring met een schip voorkomen. De constructie van de brug zelf is op minimaal 6 m vanaf de buitenschil gepositioneerd.43

Rechtsboven, afbeelding 3.27: foto’s van de Yumenai brug te Osaka, Japan (Kawamura; Maruyama, 2000). Onder, afbeelding 3.28: technische tekeningen van de Yumenai brug (Kawamura; Maruyama, 2000).

41 Kawamura; Maruyama, 2000, p. 28-29. 42 Ibidem, p. 31. 43 Ibidem, p. 37.

53

In de technische tekeningen op de afbeelding links is te zien dat de draai-as van de brug zich aan de ‘reaction wall’ van de Maishima zijde bevindt, aangeduid met ‘pivot’, wat rotatiepunt betekent. De brug is aan beide oevers verbonden met ‘transitional girder bridges’, deze aanlegbruggen bewegen mee met de getijden van de oceaan.

De brug is in zijn geheel in het dok gefabriceerd. Begonnen is met beide pontons, waarna het brugdek (tijdelijk onderstempeld) en vervolgens de boog zijn gebouwd. Het dok liet men vollopen en de drijvende brug werd eruit getrokken. Op locatie waren de voorziening aan de landhoofden al aangebracht en kon de brug aan de hand van een achttal sleepboten op zijn plaats gelegd worden.44

Afbeelding 3.29: opbouw van de Yumenai brug (Kawamura; Maruyama, 2000).

44 Kawamura; Maruyama, 2000, p. 38-42.

54

3.6.2 Nordhordland brug

De Nordhordland brug is een pontonbrug over de Salhusfjorden welke gecombineerd is met een tuibrug. Met een lengte van 1,6 km verbindt deze brug Klauvaneset en Flatøy. Het ponton gedeelte van de brug bedraagt 1,2 km, waarbij de tuibrug 368 m overspant en de pyloon 99 m hoog is. De brug die in beton is uitgevoerd heeft een doorvaarthoogte van 32 m.45 Hoewel dit geen beweegbare brug is, is het drijven en de verbinding met de tuibrug zeer interessant. De tuibrug voorziet het geheel van de juiste hoogte om schepen te voorzien van voldoende doorvaarthoogte. Het fjord, met een diepte van 500 m biedt geen mogelijkheden om een brug te funderen, juist daarom is de drijvende oplossing bij deze case zo geschikt.

Het drijvende deel bestaat uit tien betonnen pontons, waarbij de overspannende constructie van ponton tot ponton in staal is uitgevoerd. Wegens de diepte van het fjord zijn deze niet verankerd (diepte van 500 m). De drijvende brug is slechts alleen aan de uiteinden van de brug bevestigd. Deformatie die veroorzaakt wordt door de getijden wordt opgevangen door flexibele plaatverbindingen en kabels die de pontons op trek onder spanning verbinden. Tussen de pontons, die een hoogte van 8 m hebben, bedragen de overspanningen 113 m. de diepgang van de drijvende elementen varieert tussen de 4,3 en 5,6 m. De pontons zijn zodanig ontworpen dat elk van deze uit negen compartimenten bestaat, uit veiligheid zijn deze zodanig over gedimensioneerd dat twee compartimenten vol kunnen lopen zonder gevolgen van dien. De pontons hebben een lengte van 42 m en zijn 20,5 m breed. Voor de materialiering van deze elementen is gebruik gemaakt van licht gewicht beton, LC 55. 132 sensoren houden de brug continue in de gaten, deze letten op corrosie, bewegingen en invloeden van het weer.46

Boven, afbeelding 3.30: Nordhordland brug (online afbeelding: Årseth, A., gedownload 22 juni 2012 via http://ww1.hdnux.com/photos/11/53/11/2536020/9/628x471.jpg). Midden, afbeelding 3.31: plattegrond van de Nordhordland brug (Norwegian Public Roads Administration, 1994).

45 Norwegian Public Roads Administration, 1994. 46 Ibidem.

55

______Boven, afbeelding 3.32: Nordhordland brug in uitvoering (online afbeelding: Norwegian Public Roads Administration, gedownload 22 juni 2012 via http://ww4.hdnux.com/photos/11/53/10/2535999/4/628x471.jpg). Onder, afbeelding 3.33: doorsnede van de Nordhordland brug (Norwegian Public Roads Administration, 1994). 56

3.7 Engineering voorstel voor de ontwerpopgave

Ten midden van de vaargeul komt de ponton gelegen. Nader architectonisch onderzoek zal uitwijzen of deze symmetrisch, dan wel asymmetrisch geplaatst zal worden. Het belangrijkste uitgangspunt hierbij is dat de scheepvaart zo min mogelijk verhinderd dient te worden. Wanneer het drijvende lichaam zich centrisch bevindt zal aan weerszijden respectievelijk 25 m vrij blijven, wanneer de ponton assymetrisch wordt ontworpen kan een vaarwijdte van 2 * Bmaatgevendeschip gerealiseerd worden (2 * 17,5 komt neer op 35 m), zodat de in de haven aanwezige schepen ten alle tijden vrije doorgang hebben ten aanzien van de breedte.

Programma zal zich huisvesten op zowel de landhoofden als de ponton, zoals op onderstaand figuur is weergegeven. De bebouwing zal niet veel hoger dan +20 m NAP bevatten, wat neerkomt op 6 a 7 bouwlagen.

Het dak zal de uiteindelijke verbinding tussen noord en zuid Scheveningen verwezenlijken, beweegbare bruggen zullen hier de connectie actualiseren. De recreatievaart, welke voornamelijk uit zeilboten bestaat, heeft een maximale masthoogte van 20 m. De categorie schepen passeren de havenmond enkele malen per uur.

In een idealiter situatie zullen de kleinere beweegbare bruggen enkel voor de beroepsvaart te openen, en kan alle recreatievaart onder de brug die zich op 20 m hoogte bevindt doorvaren.

57

Een brug op deze hoogte roept echt wel vragen op rondom de fietsroute. Hoe komen de fietsers op het dak? De kade heeft weliswaar al een hoogte van +7 NAP, dus vanaf het maaiveld dienen fietsers circa 13 m te stijgen in plaats van de volledige 20 m, maar dit vraag vooralsnog om een hellingbaan van zo een 150 meter lang. Kleine, lichte beweegbare bruggen ontwerpen op maaiveldniveau lijkt het meest comfortabele en functionele uitgangspunt, hoewel dit anderzijds het concept van ‘het dak als verbinding’ ontkracht. Voor fietsers biedt dit voor nu de oplossing.

Deze ‘kleinere’ fietsbruggen zullen, net als het dak, uitgevoerd worden als basculebrug. Deze reageert snel, verbruikt relatief weinig energie, en staat een onbeperkte doorvaarthoogte toe. Gedurende de verdere ontwerpfase zal in de toekomst nog gezocht worden naar een richting waarbij écht het dak fungeert als verbinding, zodat alle recreatievaart, welke in veelvoud passeert niet zal leiden tot het continue openen van de brug.

58

In het conceptuele ontwerp zal slechts één brug hoeven openen wanneer recreatievaart passeert, de brug ter hoogte van het dak bevindt zich op minimaal +20 m NAP.

59

Zodra één van de grote schepen van de kustwacht of visserij passeert is een doorvaartwijdte van minimaal 35 m vereist. Deze schepen passeren enkele malen per dag. In de symmetrische variant van het conceptontwerp is de doorvaartwijdte 25 m. Het drijvende gedeelte van de pontonbrug zal wijken, zodat een breedte van 45 tot 50 m ontstaat. Nu is momenteel nog een studie gaande naar een asymmetrische variant op dit ontwerp waarbij de maatgevende schepen die Scheveningen als thuishaven hebben altijd voldoende doorvaartwijdte hebben bij het passeren van de brug, en slechts incidenteel wanneer een groter schip de haven betreedt zal het drijvende object verplaatsen.

60

3.8 Tool box ter ondersteuning van de ontwerpopgave

Een minimale hoogte van +20 m NAP is benodigd om boven de recreatievaart uit te komen. Qua diepte zal 6 meter de maximale diepgang zijn van de ponton, en om overbodige belemmering van de scheepvaart te voorkomen zal de breedte worden ingekaderd tot 30 m, des te smaller des te gunstiger. Binnen dit frame zal de stabiliteit gewaarborgd moeten worden, welke in een latere fase berekend gaat worden. Naast breedte kan ook extra massa de stabiliteit of scheefstand tegengaan, mits de diepgang minder dan 6 m blijft.

Eventueel kan zelfs nog stabiliteit uit de geleidenpalen gehaald worden, welke aanwezig dienen te zijn om ongewenste horizontale verplaatsing te voorkomen. Langs deze geleidenpalen zal het drijvende element echter wel aangedreven via translatie over de x-as kunnen bewegen, zoals op onderstaand diagram.

61

Ten behoeve van de veiligheid tegen aanvaringen met schepen zijn er drie mogelijkheden om de ponton te beschermen. De eerste mogelijkheid bestaat uit remmingswerken die aan de kopse zijden van de ponton geplaatst zijn, deze zullen een stuurloos schip remmen, dan wel de juiste richting op geleiden. Deze remmingswerken verplaatsen helaas niet op het moment dat de ponton wel zijn positie richting de kade inneemt. De treede oplossing bestaat uit compartimenten. Bij een aanvaring mogen enkele vollopen zonder verdere gevaarlijke gevolgen voor de bovenbouw. Echter is deze ruimte nu niet meer in te delen voor functies. De derde oplossing is deels bij de Yumenai brug toegepast, een buffer van 3 m remt het schip voldoende om de binnenste waterdichte bak niet te beschadigen.

62

Het getijdenverschil van 2 m heeft gevolgen voor de verbinding met het vaste land. De helling mag maximaal 1:20 bedragen. Flexibele knooppunten bieden hiervoor de oplossing. Een voorbeeld kan genomen worden aan de aanlegbrug. Deze zal wel de mogelijheid moeten hebben tot openen en sluiten.

Een basculebrug die roteer om de y-as zal met de aanlegbrug gecombineerd worden. In gesloten toestand zal het mechanisme in zijn ‘vrij’ staan, zodat de basculebrug met de getijden mee kan bewegen.

63

64

Bronvermelding

De Jong, H.; Muyden, N. (1995) 2000 jaar beweegbare bruggen; internationale gids van bekende en onbekende brugtypen en bewegingswerken (Rijswijk) Uitgeverij Elmar B.V.

Ingels, B. (2009) Yes Is More; An Archicomic on Architectural Evolution (Keulen) Evergreen

Kawamura, Y.; Maruyama, T. (2000) Construction of a Floating Swing Bridge; Yumenai Bridge, Osaka Its Technol (vol. 39) p. 28-43

Murray, P.; Stevens, M.A.; Cadman, D. (1996) Living Bridges; The Inhabited Bridge, Past, Present and Future (New York) Prestel

Oosterhoff, J; Coelman, B.H.; Wagt, W.A. de (1999) Bruggen in Nederland 1800-1940; beweegbare bruggen (Utrecht) Uitgeverij Matrijs

Nillesen, A.L.; Singelenberg, J. (2011) Waterwonen in Nederland; architectuur en stedenbouw op het water (Rotterdam) NAi Uitgevers

Van den Berg, C.; Nijenhuis, G.; Snaterse, H. (2006) Overbruggen; ontwerp en vormgeving van bruggen (Amsterdam) BIS Uitgevers

Ververs, M.J. (2000) Kruising; de geschiedenis van pont en brug (Zaltbommel) Europese Bibliotheek

Voorendt, M.Z.; Molenaar, W.F.; Bezuyen, K.G. (2009) Hydraulic Structures; Caissons (Delft) Technische Universiteit Delft

Vrijling, J.K. (2011) Manual for Hydraulic Structures (Delft) Technische Universiteit Delft

Dienst Stedelijke Ontwikkeling (2009) Masterplan Scheveningen-kust (Den Haag) Gemeente Den Haag

Dienst Verkeer en Scheepvaart (2011) Richtlijnen Vaarwegen 2011; RVW 2011 (Delft) Rijkswaterstaat

Norwegian Public Roads Administration (1994) The Nordhord Bridge; Europe’s Longest Floating Bridge Crosses the Salhus Fjord (Hordaland) Statens Vergesen

65