Fundatie en Fabrieksschoorstenen: verschil tussen pagina's

Uit wiki
(Verschil tussen pagina's)
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
imported>Bert Lems
 
imported>Jan Pieter Rottine
 
Regel 1: Regel 1:
In bewerking maart 2019
=='''De fabrieksschoorsteen'''==
=='''De fundatie van het [[Ir. D.F. Woudagemaal]]'''==
Weg en waterbouwkundige constructies zijn in Nederland vrijwel ondenkbaar zonder een deugdelijke funderingsconstructie. Dit uiterst belangrijke constructieonderdeel is altijd gedoemd onder het maaiveld te verdwijnen en daarmee aan het oog onttrokken. De bijzondere fundatie van het Woudagemaal, een combinatie van houten en gewapend betonnen heipalen, wijkt daar niet van af. In dit college wordt nader ingegaan op deze voor die tijd bijzondere en geslaagde combinatie die we niet kunnen zien maar wel kunnen reconstrueren.
=== Fundatie techniek ===
Om te voorkomen dat civieltechnische en bouwkundige constructies verzakken kantelen of opdrijven worden deze op de een of andere manier verankerd met de bodem.
[[Bestand:Fundatie_toren_van_Pisa.png|224x300px|link=]]
De constructie die deze onhebbelijkheden moet tegengaan heet een fundering. Er is een aantal manieren om een bouwwerk te funderen te weten op staal of met behulp van palen. Het op staal funderen is alleen weggelegd voor licht belaste constructies op plaatsen met een draagkrachtige grondsoort bijvoorbeeld op de Veluwe.  De constructie wordt dan rechtstreeks, meestal met een verbrede voet, op de draagkrachtige grond geplaatst. Bij een paalfundering worden palen naar een voldoende draagkrachtige grondlaag geheid en maakt men met behulp van tussenconstructies een fundament op de koppen van de palen.
=== Fundatie ===
De civiel technische constructies van de machinehal en het ketelhuis van het Woudagemaal zijn gefundeerd op een aaneengesloten gewapende betonnen plaat. De fundatieplaat in het ketelhuis is onderbroken en bestrijkt alleen het vlak waar de stoomketels staan opgesteld. De muren van dit gebouw hebben een op zichzelf staande fundatie dat bestaat uit stroken. Verder staat het ketelhuis los opgesteld van de machinehal dat wil zeggen: de fundaties van deze gebouwen zijn niet met elkaar verbonden. Ook de grote schoorsteen heeft een op zichzelf staand fundament.[[Bestand:Fundatie_helikoter_view_gemaal.png|800x464px|link=]]
Helikopter view ir D.F. Woudagemaal met infocentrum


De fundatieplaten en -stroken rusten op een combinatie van ruim 2350 houten en betonnen heipalen. De houten palen, 2125 stuks, worden vanwege het ontbreken van een verankering met de fundatieplaat alleen op druk belast. De 241 in gewapend beton uitgevoerde palen zijn wel verankerd met de fundatieplaat en kunnen daardoor zowel op trek als druk worden belast.
De '''historische fabrieksschoorstenen''' vormen een bijzondere groep binnen de industriële erfgoederen. Door hun '''hoogte''' vormen ze vaak '''markante elementen''' '''in het landschap of het stadsbeeld'''. De herwaardering van de schoorsteen als '''monument van voormalige bedrijvigheid''' heeft ondertussen grote vormen aangenomen. Groeiende erkenning heeft geleid tot aanwijzingen als rijksmonument.
Trekpalen worden toegepast om het opdrijven van een bouwwerk te voorkomen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de “kleef” van de desbetreffende palen. Bij sommige paalconstructies wordt de belasting geheel ontleend aan de kleef van de omringende grond. Trekpalen, mits tot op een voldoende harde (zandlaag) geheid, kunnen overigens ook drukkrachten opnemen. Drukpalen worden altijd op “stuit”  geheid en kunnen alleen maar drukkrachten opnemen.
Vanwege het aanmerkelijk grotere gewicht, wrijvingsoppervlak en vorm zijn betonnen heipalen beter geschikt voor het opnemen van trekkrachten dan houten. De omtrek van de betonnen paal is in tegenstelling tot de min of meer kegelvormige houten paal van boven tot onder even groot. Als je dan ook aan de lange omgekeerde kegel trekt, voorstellende de houten paal, komt deze los van zijn omgeving en verliest haar kleefkracht.
De onderbouw van de machinehal en in iets mindere mate ook die van het ketelhuis is te vergelijken met een caisson. Als je het water eruit haalt gaat de enorme betonnen bak drijven. Dit is de reden dat onder de vloeren, daar waar geen zware machine fundaties aanwezig zijn, trekpalen zijn geplaats. Onder normale omstandigheden hoeven deze palen geen trekkrachten op te nemen. Echter bij het droogzetten van de onderbouw, dan wel delen daarvan, wordt de trekfunctie wel degelijk aangesproken. Tijdens de restauratiewerkzaamheden van de onderwater constructies (2013/2014) zijn desondanks de vloeren geballast met zware betonblokken. Dit om er zeker van te zijn dat de vloeren niet zouden opbarsten.
=== Grondonderzoek ===
Heien is een zeer oude techniek waarbij we kunnen denken aan paalwoningen, maar ook aan oude brugconstructies van kort na onze jaartelling. Heel lang was alleen het aantal palen van belang en hadden onze verre voorouders weinig aandacht voor de opbouw van de grond waarin de palen werden aangebracht. Toch werd er, aanmerkelijk later overigens, iets aan gedaan. In een rekening uit 1524 van het Kasteel Schoonhoven van een timmerman lezen we “omme te helpen boren den grondt van den fondamenten, dear men den eersten beer van der voirschreven castele setten zoude ende te weten wat gronde dat men dair vinde zoude”. Pas in de eerste helft van de 19e eeuw werd in Amsterdam serieus grondonderzoek gedaan. Er is toen op zeven plaatsen geboord en de bodemopbouw vastgesteld. Men dacht toen genoeg te weten over de situatie in Amsterdam. In 1890 stelde ir Kepler bij de afbraak van een aantal woningen een flink aantal gebreken vast. Eén ervan was het weggrotten van de paalkoppen ten gevolge van het verlagen van de grondwaterstand, een aspect dat tot op de dag van vandaag op gezette tijden het nieuws haalt. Het hoeft geen betoog dat de introductie van betonnen heipalen aan het begin van de 20 eeuw in dit opzicht perspectief bood.
Voor het bepalen van de laag in de grond waarop de heipalen kunnen worden gezet, is een sondering nodig. Met een sondering wordt tegenwoordig naast de draagkracht, waar en hoe diep de dragende grondlaag zit ook de kleef bepaald. Meestal is dit een stevig zandpakket maar ook een andere draagkrachtige bodemsoort kan voldoen.
Voor het bepalen van de meest draagkrachtige laag wordt een staaf met kegelvormige punt met een tophoek van 60 ◦ de grond ingedrukt, een methode die in de jaren vijftig van de vorige eeuw ontwikkeld is. De weerstand die hierbij wordt gemeten, uitgedrukt in MPa (mega Pascal) is een maat voor de mechanische weerstand danwel de draagkracht van de grond op die diepte. Deze metingen vinden plaats op een aantal punten van het te realiseren bouwwerk en worden in een grafiek (sondeerstaat) weergegeven. Met behulp van de vergaarde gegevens berekent de constructeur de lengte en het aantal heipalen dat moet worden toegepast.
[[Bestand:Voorbeeld.png]]
Sonderingsgrafiek (voorbeeld)
Deze techniek was tijdens de bouw van het gemaal aan de Teroelsterkolk, zoals het gemaal in de ontwerpfase heette, nog niet beschikbaar. Een gebruikelijke maar kostbare methode in die tijd om een voldoende draagkrachtige laag vast te stellen was een of meerdere proefpalen te slaan in de reeds ontgraven bouwput. De stuit geheide palen werden dan enige tijd met een zwaargewicht belast waarbij het eventuele nazakken werd vastgesteld. Was dit te veel dan moest men een dieperliggende draagkrachtige laag opzoeken en langere heipalen toepassen. Afgemeten aan de lengte van de toegepaste heipalen moet de draagkrachtige laag bij het Woudagemaal in de buurt van de NAP – 10,00 m liggen.
=== Bouwwijze===
Ter plaatse van de bouwput lag een laagveen ter dikte van 2,5 meter die geheel verwijderd is. Onder en aan beide zijden naast de fundering van het gemaal zijn 5 waterdichte damwanden of zogenoemde kwelschermen geplaatst. Deze schermen, die dwars op de kwelrichting staan, moeten voorkomen dat de bodem onder het gemaal wegspoelt en het gemaal onder- of achterloops raakt. Kwelschermen zijn te doen gebruikelijk met de onderkant in een voldoende vaste laag geslagen terwijl de bovenkant in de fundatievloer is opgenomen.
De onderbouw van het gemaal is grotendeels in gewapend beton uitgevoerd. Hierbij moet vermeld worden dat gewapend beton in het begin van de 20e eeuw een nieuw soort bouwmateriaal was, waar men, constructief gezien, nog maar op beperkte schaal ervaring mee had opgedaan. Dit is terug te vinden in de bijzondere keuze van de paalfundering: een mengeling van oude en vertrouwde houten heipalen met die van gewapend beton.
[[Bestand:Voorbeeld.png]]
Stoomheistelling (Locomobiel) (voorbeeld)
Op de afbeelding van de bouwput staan twee stoomheistellingen afgebeeld. Dit waren heistellingen waarmee het heiblok door middel van een door een stoommachine aangedreven lier naar boven werd getrokken. Voor het stoomtijdperk gebeurde dit op handkracht. Met behulp van een winch en dezelfde stoommachine werd de heistelling opgericht, verkast en de heipaal opgetrokken en in positie gebracht.
[[Bestand:Voorbeeld.png]]
Bouwput na het heien van de palen
Op de foto van de bouwput na het heien zien we de houten en betonnen palen. De koppen van de palen van de machinehal zijn gesneld wat betekent dat de houten palen op lengte zijn afgezaagd en bij de betonnen palen de wapening is blootgehakt. Het wapeningsstaal wordt daarna geplooid (gebogen) en met de wapening van de vloer vervlochten.
Op de achtergrond van de foto uit de bouwperiode zien we ook het fundament van de schoorsteen verrijzen en dat bij het ketelhuis een aantal houten heipalen te lang zijn cq de draagkrachtige laag hoger ligt dan waar rekening mee is gehouden.
Kennelijk zijn de aanmerkelijk zwaardere betonnen palen (ruim 2.500 kg t.o.v. 115 kg) verheid met dezelfde stellingen dan waarmee ook de houten palen in de bodem zijn geslagen.
=== Kalenderen===
Voor de controle op de juiste inheidiepte wordt tijdens de laatste fase van het heien de paal gekalenderd. De opzichter van het werk geeft dan bij elke klap van het blok met een krijtstreep op de geleiders van de stelling de positie van de kop van de paal weer. Als de krijt streepjes voldoende dicht bij elkaar komen te staan dan is de vereiste stuit bereikt en mag er gestopt worden. Als dat nog niet het geval is, kan er gewerkt worden met een zogenoemde oplanger: een kort stuk paal met muts die om de kop van de reeds ingeheide paal past. 
=== Betonnen heipalen===
Hieronder is een afbeelding uit het boek ”Het ir. D.F. Woudagemaal. Een levend werelderfgoed op stoom” van de toegepaste betonnen heipalen weergegeven. Het zijn achtkantige palen die in het werk gestort zijn. De tekening geeft de verwerkte toestand van de palen weer, dus na het snellen van de koppen en het verwerken van het betonijzer in de fundatie plaat.
 
Wapeningstekening van betonnen heipaal
Op de originele afbeelding staat aangegeven dat er vloei-ijzer gebruik moest worden. Begin 20e eeuw was dat een kwaliteitsaanduiding waarmee werd aangeduid dat het ijzer voldoende taai en sterk moest zijn en had te maken met het koolstofgehalte van het ijzer. Men gebruikte ook en niet zelden voor hetzelfde product de term vloei-staal. De kwaliteiten van de ijzer en staalproducten waren nog niet genormaliseerd wat het rekenen aan constructies dubbel zo moeilijk maakte.
Een betonnen heipaal staat aan een verzameling van krachten bloot die er niet om liegen. Het begint al bij het transport, in dit geval naar de heistelling. De lange paal wordt dan vanwege zijn eigen gewicht op doorbuigen belast en kan eenvoudig breken. Wat te denken van het heien zelf. Verder wordt er op de paal gedrukt en kan er in ons specifieke geval ook nog aan getrokken worden. Het moet voor de ontwerper danwel degene die daar leiding aan gaf een kleine stap in het duister zijn geweest en mogelijk een reden om voor een deel terug te vallen op de oude en vertrouwde fundatie techniek met houten palen.
Dat ir. Wouda en zijn mannen goed werk hebben geleverd mag duidelijk zijn. Het gemaal staat als een huis en vertoont na ruim 100 jaar geen constructieve gebreken die te herleiden zijn naar de fundaties.


'''NB'''
==='''Historische ontwikkeling'''===
Beton als bouwmateriaal kennen we al uit de tijd van de Romeinen. In navolging van vakliteratuur wordt in dit artikel bewust gesproken over gewapend beton. Beton, vergelijkbaar met gietijzer, kan uitsluitend drukkrachten opnemen. Aan de constructie wordt bij gewapend beton materialen toegevoegd die de trekkrachten kunnen opnemen. Meestal is dat staal in de vorm van staven. Ook zijn er voorbeelden van het toevoegen van sterke vezels, bamboe of (roestvast) staalwol.
Door het in gebruik nemen van stoommachines worden er '''in de negentiende eeuw veel fabrieksschoorstenen''' gebouwd. In elke bedrijfstak waar behoefte is aan kracht of energie zijn schoorstenen nodig, zoals bij '''steenfabrieken, wasserijen en zuivelfabrieken'''. Naast stoombedrijven zijn er ook schoorstenen gebouwd bij '''gemalen''' en ketelhuizen van '''tuinbouwbedrijven, kloosters, zorginstellingen en openbare nutsbedrijven, zwembaden en scholen'''.
 
In '''1775''' wordt er in Nederland het '''eerste stoomgemaal in gebruik''' genomen. Tussen 1820 en 1850 worden de '''schoorstenen steeds hoger''', maar de traditionele bouwmethoden blijven gelijk.
 
[[Bestand:Schoorsteen_15_v2.jpg|200x275px|link=]]
 
Er ontstaan bovendien nieuwe bedrijfstakken, zoals '''gas- en elektriciteitsbedrijven'''.
In de '''berekening van de maatvoering en de noodzakelijke hoogte, diameter en trek is het verwarmende oppervlak van de ketel(s)''' een belangrijk gegeven. Bovendien speelt de '''soort ketel, de hitte en de chemische samenstelling van de rookgassen''' een rol.
 
In het '''begin van de twintigste eeuw''' ontstaan er door de grote aantallen te bouwen schoorstenen al spoedig '''standaardmodellen''' voor de kleinere schoorstenen tot ongeveer twintig meter hoogte. Ze zijn vaak aan '''de diverse uitvoeringen van de kop''' te herkennen.
Vaak leveren de steenfabrieken series van speciaal gebogen stenen, waarmee deze standaardkoppen kunnen worden gerealiseerd.
 
'''Tot de tweede wereldoorlog blijft de vormgeving traditioneel'''. Daarna ontstaan er fabrieksschoorstenen van nieuw toegepaste materialen zoals beton en staal.
Door de afname van het gebruik van stoommachines worden er '''na 1970 vrijwel geen nieuwe schoorstenen meer''' gebouwd. De nog bestaande schoorstenen zijn zodoende evenzovele '''monumenten''' geworden.
 
In Nederland zijn in totaal '''ooit''' ongeveer '''10.000 schoorstenen''' gebouwd.
==='''Bouw'''===
In Nederland worden '''voor 1880 veel schoorstenen door buitenlandse bedrijven''' gebouwd, met name de hogere van boven de veertig meter.
Vanaf 1880 ontstaan er '''gespecialiseerde schoorsteenbouwbedrijven''', die langzaam de markt veroveren, nadat ze ervaring hebben opgedaan met de lagere schoorstenen.
 
De '''oudste fabrieksschoorstenen worden van de zelfde stenen gebouwd als de bijbehorende gebouwen'''. In Friesland gebeurde dat van zogenoemde “Friese mop”, vaak in “kops verband” in de schoorsteen verwerkt. Dat kan, omdat de af te voeren rookgassen dan nog geen hoge temperaturen bereiken.
 
Met de komst van grotere stoomketels, grotere vuurhaarden en daarbij horende '''hogere schoorstenen''' neemt de '''behoefte aan grotere, eenvoudig te verwerken stenen''' toe.
De Duitse uitvinding van de '''strengpers voor de steenfabricage''' maakt het vanaf 1855 mogelijk '''de stenen in een bepaalde vorm te persen''' met bijbehorende industriële productie.
Hierdoor was het mogelijk voor de schoorsteenbouw gebruik te gaan maken van zogenoemde '''vormsteen of radiaalsteen'''. Dit zijn '''stenen in de vorm van een taartpunt''', waarmee gemakkelijk de ronde hogere schoorstenen kunnen worden gebouwd. Bovendien heeft deze steensoort een '''hogere hittebestendigheid'''. De '''vorm van de radiaal- of façonstenen moet veranderen naarmate de hoogte van de schoorsteen toeneemt'''.
 
[[Bestand:Schoorsteen_3.jpg|382x274px|link=]]
De firma '''Canoy-Herfkens uit Tegelen''' wordt in 1880 opgericht als steenfabriek met daarbij een '''schoorsteenbouwafdeling'''. Een andere Nederlandse schoorsteenbouwer was de firma '''De Ridder''', die na 1900 een eigen steenfabriek kreeg in Oegstgeest. Bovendien was er nog '''een twintigtal kleinere schoorsteenbouwbedrijven die bouwen met de stenen van Canoy-Herfkens of De Ridder'''.
 
[[Bestand:Schoorsteen_4.jpg|172x282px|link=]]
 
De''' radiaalsteen''' zorgt ook voor '''een omwenteling''' in de methode van schoorsteenbouw. Zij zijn veel groter dan de waalstenen of andere soorten en daarom '''kan er ook veel sneller mee worden gebouwd'''. De nieuwe werkwijze bestaat uit het feit dat men de schoorstenen steeds vaker '''van binnenuit''' gaat '''opmetselen''' en daarom '''geen buitenwerkse steiger meer''' hoeft te gebruiken.
 
==='''Klimijzers en trekbanden'''===
Om inspecties zowel inwendig als uitwendig mogelijk te maken, worden er ijzeren '''klimijzers''' in de schoorstenen gemetseld.
<br>Voor de stevigheid, vooral bij hogere temperaturen, worden nieuwe schoorstenen een enkele keer meteen '''ingebonden met metalen trekbanden'''. '''Meestal''' worden trekbanden echter '''pas na vele jaren van gebruik''' aangebracht.
 
==='''Vormgeving'''===
In de jaren '''tussen 1775 en 1820''' worden er vooral '''vierkante schoorstenen''' gebouwd, zonder enige versterking van de voet of sokkel.
<br>'''Na 1820''' worden er ook '''vierkante voeten met ronde schachten''' gebouwd. De '''oudste''' van dit model '''met nog zeer hoge vierkante voeten''', soms '''tot de helft van de pijphoogte'''.
<br>'''Bij de latere ronde schoorstenen''' is er '''minder aanhechting van roet''' en dus wordt '''na de eeuwwisseling de ronde voet regel en de vierkante een uitzondering'''.
 
De '''vroegste schoorstenen hebben nog geen uitkragende kop''', zoals later steeds meer wordt toegepast. '''Uitkraging''' heeft '''als voordeel een versteviging van de schoorsteen''' en '''minder last van de temperatuurverschillen''' tussen de rookgassen en de buitenlucht.
Vaak kan '''de bouwer van de schoorsteen''' worden '''herkend aan de vorm van de uitkraging'''.
 
[[Bestand:Schoorsteen_9.jpg|111x139px|link=]]
 
Naast de uitkraging van de kop kan de schoorsteen '''ook worden versierd met contrasterende kleuren''' van stenen, soms ook wordt op deze wijze '''de bedrijfsnaam aangebracht''', eventueel ook met verspringend metselwerk.
 
Een schoorsteen kan '''schade''' oplopen '''door vochtproblemen en vorstinvloeden, kromtrekken door opname van water, vergipsing van de mortel door inwerking van de chemische samenstelling van de rookgassen'''. Hierbij is de hardheid van de stenen een belangrijke factor: de '''hardere Canoy-stenen''' bieden meer weerstand tegen deze invloeden dan de De Ridder-stenen.
 
==='''Klimijzers en trekbanden'''===
De staat van de ijzeren klimijzers is van belang. Als die '''door roest''' gaan '''uitzetten''' kan er schade ontstaan aan het metselwerk, vaak aan de binnenkant van de schoorsteen. Het gebruik van '''trekbanden van roestvast staal''' is beter dan gegalvaniseerd of geschilderd ijzer.
 
==='''Bliksembeveiliging'''===
Voor elke schoorsteen betekent '''blikseminslag een groot risico'''. Bij de bouw van de schoorsteen van het '''[[ir. D.F. Woudagemaal]]''' '''vond blikseminslag plaats''' die een totale verwoesting van de nieuwe schoorsteen betekent. De schoorsteen moet opnieuw worden gebouwd. Bliksembeveiliging is voor een fabrieksschoorsteen dus een absolute voorwaarde.
 
foto
 
'''(voor de informatie van deze tekst is gebruik gemaakt van de brochure Cultuurhistorie 10 – 2008 Rijksdienst voor archeologie, cultuurlandschap en monumenten)'''
 
==='''Functie van de schoorsteen'''===
 
De schoorsteen van de stookinrichting van een stoombedrijf heeft een '''tweeledig doel'''.
In de eerste plaats is dat '''het aanzuigen van de nodige luchthoeveelheid''' en '''ten tweede gaat het om het verwijderen van de verbrandingsproducten''' op een dergelijke hoogte, dat er voor de omwonenden geen gevaar en last ontstaat.
Daarvoor wordt vaak in de hinderwetvergunning '''een minimum hoogte vastgesteld''', die zeker ook '''afhangt van de aard van het ketelsysteem en de grootte van het verwarmend oppervlak'''.
 
De '''werking van de schoorsteen''' berust op '''het verschil in het soortelijk gewicht van de hete rookgassen en de omringende lucht van de atmosfeer'''.
De hete gaskolom in de schoorsteen ontwikkelt een '''opstijgende kracht''', die zo weinig mogelijk gehinderd wordt door de toestromende lucht onder het rooster (bij vaste brandstoffen) of in de brander (bij oliestook).
 
De '''doorstroomsnelheid''' is '''afhankelijk van de weerstand in de rookkanalen en de schoorsteen''', die weer bepaald wordt door de '''doorsnede''' en de '''hoogte'''.
<br>Uiteraard speelt '''ook de temperatuur van de gassen''' een belangrijke rol.
 
Als de kwaliteit van het ontwerp en de daaropvolgende bouw in orde is, heeft de schoorsteen '''weinig onderhoud''' nodig. Eventueel onderhoud hoeft slechts met lange tussenliggende periodes  plaats  te vinden.
De '''doorsnede van de schoorsteen is vaak in overeenstemming met de doorsnede van het laatste rookkanaal of de som van de rookkanalen'''. Deze rookkanalen en de schoorsteen  hebben '''een ronde vorm''', omdat door een bepaalde omtrek het grootste oppervlak wordt ingesloten. De ronde wanden zijn daarbij een weerstand bepalende factor.
 
Het '''kanaal aan de bovenkant''' van de schoorsteen moet '''in principe niet nauwer''' worden gemaakt '''dan aan de onderzijde''', het is zelfs beter om het aan de bovenzijde wijder te maken.  
Voor een goede trek moet '''de schoorsteenmiddellijn inwendig geheel, of nagenoeg geheel constant''' blijven. Daarom zou de schoorsteen beneden wel een zeer grote wanddikte moeten krijgen.
 
Om onnodige dikte van de steenmassa van de schoorsteenwanden te voorkomen, maakt men '''de wanddikte op bepaalde hoogte verspringend''', zodat de wanddikte '''niet dikker wordt dan voor de stabiliteit van de schoorsteen noodzakelijk''' is.
 
Zo krijgt men echter inwendig een pijp die beneden veel groter is dan boven. Om de constante binnenwerkse middellijn te realiseren , brengt men '''inwendig nog een losstaande, dunne pijp''' aan, de zogenoemde '''schutwand''', die '''binnenwerks ongeveer dezelfde middellijn heeft als de schoorsteen inwendig van boven'''.
De schutwand heeft bovendien als '''voordeel''', dat '''de buitenwand beschermd''' wordt tegen de hoge temperatuur van de doorstromende gassen.
 
[[Bestand:Schoorsteen_11_k.jpg|318×455px|link=]]
 
Omdat steen een slecht warmtegeleidende stof is, bestaat er een '''risico''' van scheuren in de dikke stenen wand. Er kunnen ook scheuren in de wand ontstaan door onjuiste constructie, verzakking (onvoldoende sterkte van het fundament), metselen onder onjuiste weersomstandigheden (vorst), etc.
Schoorsteenbouw vereist dus vakmanschap en bijbehorende ervaring.
 
In de laatste bouwperiode van fabrieksschoorstenen metselt men de schoorsteen '''van binnenuit''' op.  Hiervoor gebruikt men de '''passende radiale vormstenen, strengpersstenen met gaten'''. De gaten worden gedeeltelijk met specie gevuld, zodat er een sterke onderlinge verbinding tussen de steenlagen ontstaat.
 
Voor de schoorstenen worden alleen '''de beste, goed doorbakken stenen''', de zogenoemde klinkers,  gebruikt. Zo worden dus '''nauwkeurig geselecteerd''' voordat ze op het werk worden aangevoerd.
 
Wanneer er '''meerdere metselaars''' gelijktijdig aan dezelfde schoorsteen werken, laat men ze '''voortdurend van plaats wisselen'''. Als de ene metselaar individueel wat meer specie gebruikt dan de andere en zou hij daarvoor ook dunnere stenen gebruiken ter compensatie, dan treedt er toch een nog een kromtrekken van de schoorsteen op als die zich “zet” tijdens de uitharding!
 
Omdat men van binnenuit metselt, gebruikt men later '''geen steigers meer aan de buitenzijde''', die onnodig duur zijn gebleken.
<br>De metselaars staan daarbij op een planken vloer, waarvan de dragers in uitgespaarde holten in de binnenzijde geplaatst zijn en die van tijd tot tijd worden verhoogd, waarna de lagere holten passend met stenen worden opgevuld. Voor de metselaars wordt het materiaal via de buitenzijde omhoog gehesen. Daarvoor gebruikt men een bok, die ook steeds omhoog gebracht kan worden.
 
afbeelding
 
Als bij een stookinstallatie de rookgassen een aantal malen langs de verwarmde oppervlakken worden geleid zullen de '''rookgassen al binnen het ketelsysteem sterk afkoelen'''. Als de rookgasweerstand in de rookkanalen verder redelijk groot is (ruwe oppervlakken), '''neemt de doorstroomsnelheid af''' en kan men '''onvoldoende trek''' verkrijgen.
 
In zulke gevallen gaat men over tot '''kunstmatige trek'''.  Hiervoor kan men '''in de rookgasweg een ventilator''' plaatsen. Door het uitschakelen van de ventilator of door gebruik te maken van '''een regelbare klep in het rookkanaal''' kan men gemakkelijk overschakelen naar natuurlijke trek. Door tussenvormen heeft men '''een groot regelbereik'''.
 
Bij het stoken van de ketel kan men ook gebruik maken van '''geforceerde luchttoevoer onder de verbrandingsroosters''''. Ook hier maakt men dan gebruik van''' ventilatoren''', waarbij bovendien weer regelmogelijkheden zijn door tussenstappen. Het beheer van deze mogelijkheden behoort tot het vakmanschap van de stokers.
Dit systeem wordt ook toegepast bij de zes eerste Piedboeuf-ketels van het <strong>[[ir. D.F. Woudagemaal]]</strong>.
 
'''(Voor de teksten is gebruik gemaakt van:
De Gids voor Machinisten, door E.F. Scholl, Leiden 1903
Stoom, uitgave der vereniging Krachtwerktuigen, Groningen 1942)'''

Versie van 3 feb 2012 10:29

De fabrieksschoorsteen

De historische fabrieksschoorstenen vormen een bijzondere groep binnen de industriële erfgoederen. Door hun hoogte vormen ze vaak markante elementen in het landschap of het stadsbeeld. De herwaardering van de schoorsteen als monument van voormalige bedrijvigheid heeft ondertussen grote vormen aangenomen. Groeiende erkenning heeft geleid tot aanwijzingen als rijksmonument.

Historische ontwikkeling

Door het in gebruik nemen van stoommachines worden er in de negentiende eeuw veel fabrieksschoorstenen gebouwd. In elke bedrijfstak waar behoefte is aan kracht of energie zijn schoorstenen nodig, zoals bij steenfabrieken, wasserijen en zuivelfabrieken. Naast stoombedrijven zijn er ook schoorstenen gebouwd bij gemalen en ketelhuizen van tuinbouwbedrijven, kloosters, zorginstellingen en openbare nutsbedrijven, zwembaden en scholen.

In 1775 wordt er in Nederland het eerste stoomgemaal in gebruik genomen. Tussen 1820 en 1850 worden de schoorstenen steeds hoger, maar de traditionele bouwmethoden blijven gelijk.

Schoorsteen 15 v2.jpg

Er ontstaan bovendien nieuwe bedrijfstakken, zoals gas- en elektriciteitsbedrijven. In de berekening van de maatvoering en de noodzakelijke hoogte, diameter en trek is het verwarmende oppervlak van de ketel(s) een belangrijk gegeven. Bovendien speelt de soort ketel, de hitte en de chemische samenstelling van de rookgassen een rol.

In het begin van de twintigste eeuw ontstaan er door de grote aantallen te bouwen schoorstenen al spoedig standaardmodellen voor de kleinere schoorstenen tot ongeveer twintig meter hoogte. Ze zijn vaak aan de diverse uitvoeringen van de kop te herkennen. Vaak leveren de steenfabrieken series van speciaal gebogen stenen, waarmee deze standaardkoppen kunnen worden gerealiseerd.

Tot de tweede wereldoorlog blijft de vormgeving traditioneel. Daarna ontstaan er fabrieksschoorstenen van nieuw toegepaste materialen zoals beton en staal. Door de afname van het gebruik van stoommachines worden er na 1970 vrijwel geen nieuwe schoorstenen meer gebouwd. De nog bestaande schoorstenen zijn zodoende evenzovele monumenten geworden.

In Nederland zijn in totaal ooit ongeveer 10.000 schoorstenen gebouwd.

Bouw

In Nederland worden voor 1880 veel schoorstenen door buitenlandse bedrijven gebouwd, met name de hogere van boven de veertig meter. Vanaf 1880 ontstaan er gespecialiseerde schoorsteenbouwbedrijven, die langzaam de markt veroveren, nadat ze ervaring hebben opgedaan met de lagere schoorstenen.

De oudste fabrieksschoorstenen worden van de zelfde stenen gebouwd als de bijbehorende gebouwen. In Friesland gebeurde dat van zogenoemde “Friese mop”, vaak in “kops verband” in de schoorsteen verwerkt. Dat kan, omdat de af te voeren rookgassen dan nog geen hoge temperaturen bereiken.

Met de komst van grotere stoomketels, grotere vuurhaarden en daarbij horende hogere schoorstenen neemt de behoefte aan grotere, eenvoudig te verwerken stenen toe. De Duitse uitvinding van de strengpers voor de steenfabricage maakt het vanaf 1855 mogelijk de stenen in een bepaalde vorm te persen met bijbehorende industriële productie. Hierdoor was het mogelijk voor de schoorsteenbouw gebruik te gaan maken van zogenoemde vormsteen of radiaalsteen. Dit zijn stenen in de vorm van een taartpunt, waarmee gemakkelijk de ronde hogere schoorstenen kunnen worden gebouwd. Bovendien heeft deze steensoort een hogere hittebestendigheid. De vorm van de radiaal- of façonstenen moet veranderen naarmate de hoogte van de schoorsteen toeneemt.

Schoorsteen 3.jpg

De firma Canoy-Herfkens uit Tegelen wordt in 1880 opgericht als steenfabriek met daarbij een schoorsteenbouwafdeling. Een andere Nederlandse schoorsteenbouwer was de firma De Ridder, die na 1900 een eigen steenfabriek kreeg in Oegstgeest. Bovendien was er nog een twintigtal kleinere schoorsteenbouwbedrijven die bouwen met de stenen van Canoy-Herfkens of De Ridder.

Schoorsteen 4.jpg

De radiaalsteen zorgt ook voor een omwenteling in de methode van schoorsteenbouw. Zij zijn veel groter dan de waalstenen of andere soorten en daarom kan er ook veel sneller mee worden gebouwd. De nieuwe werkwijze bestaat uit het feit dat men de schoorstenen steeds vaker van binnenuit gaat opmetselen en daarom geen buitenwerkse steiger meer hoeft te gebruiken.

Klimijzers en trekbanden

Om inspecties zowel inwendig als uitwendig mogelijk te maken, worden er ijzeren klimijzers in de schoorstenen gemetseld.
Voor de stevigheid, vooral bij hogere temperaturen, worden nieuwe schoorstenen een enkele keer meteen ingebonden met metalen trekbanden. Meestal worden trekbanden echter pas na vele jaren van gebruik aangebracht.

Vormgeving

In de jaren tussen 1775 en 1820 worden er vooral vierkante schoorstenen gebouwd, zonder enige versterking van de voet of sokkel.
Na 1820 worden er ook vierkante voeten met ronde schachten gebouwd. De oudste van dit model met nog zeer hoge vierkante voeten, soms tot de helft van de pijphoogte.
Bij de latere ronde schoorstenen is er minder aanhechting van roet en dus wordt na de eeuwwisseling de ronde voet regel en de vierkante een uitzondering.

De vroegste schoorstenen hebben nog geen uitkragende kop, zoals later steeds meer wordt toegepast. Uitkraging heeft als voordeel een versteviging van de schoorsteen en minder last van de temperatuurverschillen tussen de rookgassen en de buitenlucht. Vaak kan de bouwer van de schoorsteen worden herkend aan de vorm van de uitkraging.

Schoorsteen 9.jpg

Naast de uitkraging van de kop kan de schoorsteen ook worden versierd met contrasterende kleuren van stenen, soms ook wordt op deze wijze de bedrijfsnaam aangebracht, eventueel ook met verspringend metselwerk.

Een schoorsteen kan schade oplopen door vochtproblemen en vorstinvloeden, kromtrekken door opname van water, vergipsing van de mortel door inwerking van de chemische samenstelling van de rookgassen. Hierbij is de hardheid van de stenen een belangrijke factor: de hardere Canoy-stenen bieden meer weerstand tegen deze invloeden dan de De Ridder-stenen.

Klimijzers en trekbanden

De staat van de ijzeren klimijzers is van belang. Als die door roest gaan uitzetten kan er schade ontstaan aan het metselwerk, vaak aan de binnenkant van de schoorsteen. Het gebruik van trekbanden van roestvast staal is beter dan gegalvaniseerd of geschilderd ijzer.

Bliksembeveiliging

Voor elke schoorsteen betekent blikseminslag een groot risico. Bij de bouw van de schoorsteen van het ir. D.F. Woudagemaal vond blikseminslag plaats die een totale verwoesting van de nieuwe schoorsteen betekent. De schoorsteen moet opnieuw worden gebouwd. Bliksembeveiliging is voor een fabrieksschoorsteen dus een absolute voorwaarde.

foto

(voor de informatie van deze tekst is gebruik gemaakt van de brochure Cultuurhistorie 10 – 2008 Rijksdienst voor archeologie, cultuurlandschap en monumenten)

Functie van de schoorsteen

De schoorsteen van de stookinrichting van een stoombedrijf heeft een tweeledig doel. In de eerste plaats is dat het aanzuigen van de nodige luchthoeveelheid en ten tweede gaat het om het verwijderen van de verbrandingsproducten op een dergelijke hoogte, dat er voor de omwonenden geen gevaar en last ontstaat. Daarvoor wordt vaak in de hinderwetvergunning een minimum hoogte vastgesteld, die zeker ook afhangt van de aard van het ketelsysteem en de grootte van het verwarmend oppervlak.

De werking van de schoorsteen berust op het verschil in het soortelijk gewicht van de hete rookgassen en de omringende lucht van de atmosfeer. De hete gaskolom in de schoorsteen ontwikkelt een opstijgende kracht, die zo weinig mogelijk gehinderd wordt door de toestromende lucht onder het rooster (bij vaste brandstoffen) of in de brander (bij oliestook).

De doorstroomsnelheid is afhankelijk van de weerstand in de rookkanalen en de schoorsteen, die weer bepaald wordt door de doorsnede en de hoogte.
Uiteraard speelt ook de temperatuur van de gassen een belangrijke rol.

Als de kwaliteit van het ontwerp en de daaropvolgende bouw in orde is, heeft de schoorsteen weinig onderhoud nodig. Eventueel onderhoud hoeft slechts met lange tussenliggende periodes plaats te vinden. De doorsnede van de schoorsteen is vaak in overeenstemming met de doorsnede van het laatste rookkanaal of de som van de rookkanalen. Deze rookkanalen en de schoorsteen hebben een ronde vorm, omdat door een bepaalde omtrek het grootste oppervlak wordt ingesloten. De ronde wanden zijn daarbij een weerstand bepalende factor.

Het kanaal aan de bovenkant van de schoorsteen moet in principe niet nauwer worden gemaakt dan aan de onderzijde, het is zelfs beter om het aan de bovenzijde wijder te maken. Voor een goede trek moet de schoorsteenmiddellijn inwendig geheel, of nagenoeg geheel constant blijven. Daarom zou de schoorsteen beneden wel een zeer grote wanddikte moeten krijgen.

Om onnodige dikte van de steenmassa van de schoorsteenwanden te voorkomen, maakt men de wanddikte op bepaalde hoogte verspringend, zodat de wanddikte niet dikker wordt dan voor de stabiliteit van de schoorsteen noodzakelijk is.

Zo krijgt men echter inwendig een pijp die beneden veel groter is dan boven. Om de constante binnenwerkse middellijn te realiseren , brengt men inwendig nog een losstaande, dunne pijp aan, de zogenoemde schutwand, die binnenwerks ongeveer dezelfde middellijn heeft als de schoorsteen inwendig van boven. De schutwand heeft bovendien als voordeel, dat de buitenwand beschermd wordt tegen de hoge temperatuur van de doorstromende gassen.

318×455px

Omdat steen een slecht warmtegeleidende stof is, bestaat er een risico van scheuren in de dikke stenen wand. Er kunnen ook scheuren in de wand ontstaan door onjuiste constructie, verzakking (onvoldoende sterkte van het fundament), metselen onder onjuiste weersomstandigheden (vorst), etc. Schoorsteenbouw vereist dus vakmanschap en bijbehorende ervaring.

In de laatste bouwperiode van fabrieksschoorstenen metselt men de schoorsteen van binnenuit op. Hiervoor gebruikt men de passende radiale vormstenen, strengpersstenen met gaten. De gaten worden gedeeltelijk met specie gevuld, zodat er een sterke onderlinge verbinding tussen de steenlagen ontstaat.

Voor de schoorstenen worden alleen de beste, goed doorbakken stenen, de zogenoemde klinkers, gebruikt. Zo worden dus nauwkeurig geselecteerd voordat ze op het werk worden aangevoerd.

Wanneer er meerdere metselaars gelijktijdig aan dezelfde schoorsteen werken, laat men ze voortdurend van plaats wisselen. Als de ene metselaar individueel wat meer specie gebruikt dan de andere en zou hij daarvoor ook dunnere stenen gebruiken ter compensatie, dan treedt er toch een nog een kromtrekken van de schoorsteen op als die zich “zet” tijdens de uitharding!

Omdat men van binnenuit metselt, gebruikt men later geen steigers meer aan de buitenzijde, die onnodig duur zijn gebleken.
De metselaars staan daarbij op een planken vloer, waarvan de dragers in uitgespaarde holten in de binnenzijde geplaatst zijn en die van tijd tot tijd worden verhoogd, waarna de lagere holten passend met stenen worden opgevuld. Voor de metselaars wordt het materiaal via de buitenzijde omhoog gehesen. Daarvoor gebruikt men een bok, die ook steeds omhoog gebracht kan worden.

afbeelding

Als bij een stookinstallatie de rookgassen een aantal malen langs de verwarmde oppervlakken worden geleid zullen de rookgassen al binnen het ketelsysteem sterk afkoelen. Als de rookgasweerstand in de rookkanalen verder redelijk groot is (ruwe oppervlakken), neemt de doorstroomsnelheid af en kan men onvoldoende trek verkrijgen.

In zulke gevallen gaat men over tot kunstmatige trek. Hiervoor kan men in de rookgasweg een ventilator plaatsen. Door het uitschakelen van de ventilator of door gebruik te maken van een regelbare klep in het rookkanaal kan men gemakkelijk overschakelen naar natuurlijke trek. Door tussenvormen heeft men een groot regelbereik.

Bij het stoken van de ketel kan men ook gebruik maken van geforceerde luchttoevoer onder de verbrandingsroosters'. Ook hier maakt men dan gebruik van ventilatoren, waarbij bovendien weer regelmogelijkheden zijn door tussenstappen. Het beheer van deze mogelijkheden behoort tot het vakmanschap van de stokers. Dit systeem wordt ook toegepast bij de zes eerste Piedboeuf-ketels van het ir. D.F. Woudagemaal.

(Voor de teksten is gebruik gemaakt van: De Gids voor Machinisten, door E.F. Scholl, Leiden 1903 Stoom, uitgave der vereniging Krachtwerktuigen, Groningen 1942)