“Restauratieprojecten zijn altijd bijzonder, en dat is zeker zo voor de restauratie van een schachtbok op de be-MINE site in Beringen,” aldus Alexander Willems. “be-MINE is de naam van het herbestemmingsproject voor de voormalige steenkoolmijn van Beringen die in 1989 werd gesloten. In het kader van dat project werd al een groot deel van de site ontwikkeld tot een ‘belevingssite’. Zo doet een oude mijnterril dienst als avonturenberg, en werd het ventilatiegebouw in de voormalige elektriciteitscentrale omgebouwd tot een klimhal.
Onze opdracht draaide om twee vragen
Op de be-MINE site zijn twee schachtbokken aanwezig. Zo een schachtbok is de structuur die boven een mijnschacht werd gebouwd, en werd gebruikt voor het vervoer van mijnwerkers, materiaal en steenkool. Hij bestaat typisch uit twee elementen: de draagstructuur en de liftschacht.
De draagstructuur van schachtbok I naast de voormalige elektriciteitscentrale is een vrijstaand portiek met twee paar schuine schachtbokpoten en daar bovenop een schachtbokcabine. De schachtbokpoten dragen niet enkel het gewicht van de kabelwielen die geïnstalleerd zijn in de cabine, maar staan ook in voor het opnemen van de horizontale component van de trekkracht in de kabels.
Voor aanvang van de restauratie bevond zich tussen de schachtbokpoten de liftschacht, een stalen frame dat de mijnschacht als het ware doortrekt boven de grond en dat voorziet in de geleiding van de liftkooi, de nodige veiligheidsmechanismen en de onderhoudstrappen. Hoewel dat frame bovenaan was aangesloten op de draagstructuur, had de liftschacht vermoedelijk geen dragende functie.
Aanzicht van schachtbok I op be-MINE site in Beringen, voor aanvang van de restauratie (© Koplamp Architecten)
In het kader van deze restauratie werden ons volgende vragen voorgelegd:
- Wat is de bijdrage van de liftschacht tot de algehele stabiliteit van de schachtbok? Kan die liftschacht worden verwijderd zonder die stabiliteit in gevaar te brengen? En hoe zit dat precies tijdens de uitvoering van de restauratiewerken?
- Is het in die omstandigheden ook mogelijk een buitenklimmuur te installeren op een van de schachtbokpoten, als uitbreiding van de bestaande klimhal in de aangrenzende elektriciteitscentrale?
Blijft de schachtbok overeind na afbraak van de liftschacht?
Om te evalueren of de draagstructuur van schachtbok I overeind blijft na afbraak van de liftschacht hebben we een 3D rekenmodel gebouwd met de Diamonds rekensoftware. Naast de permanente lasten (waaronder het gewicht van de kabelwielen en de stalen vloer van de schachtbokcabine) speelt vooral de windbelasting op deze vrijstaande structuur een belangrijke rol. De grote krachten die de schachtbokpoten dienden te weerstaan toen de mijnschacht nog operationeel was, zijn uiteraard niet langer aanwezig. Derhalve leek het aannemelijk dat de liftschacht zonder problemen kon worden afgebroken, maar uiteraard diende dat te worden bevestigd door de berekeningen met Diamonds.
Diamonds rekenmodel van de draagstructuur van schachtbok I op be-MINE site in Beringen
De gerestaureerde schachtbok I op be-MINE site in Beringen
Die berekeningen leverden voor alle stalen profielen van de draagstructuur de nodige resultaten voor alle normcontroles op het vlak van weerstand en stabiliteit. Bijzonder om te vermelden is dat nagenoeg alle profielen in het rekenmodel werden gedefinieerd als samengestelde UPN-profielen (voor de hoofdstijlen en voor de primaire liggers en diagonalen) of samengestelde hoekstalen (voor de secundaire liggers en diagonalen).
Uit de berekeningen bleek dat de schachtbok zonder liftschacht inderdaad voldoet aan alle vereiste normcontroles. De hoofdstijlen en de secundaire stijlen van de schachtbokpoten worden het zwaarst belast, en vertonen een benuttingsgraad van 90%.
Weerstandscontrole van de stalen profielen van de draagstructuur van schachtbok I, uitgevoerd met Diamonds
Stabiliteitscontrole van de stalen profielen van de draagstructuur van schachtbok I, uitgevoerd met Diamonds
Anderzijds moest natuurlijk ook de nodige aandacht worden besteed aan de horizontale vervorming van de schachtbok onder inwerking van de windbelasting. De maximale uitwijking bovenaan de draagstructuur (op een hoogte van 56 meter boven het maaiveld) valt absoluut nog binnen de toelaatbare waarden die door de norm worden opgelegd. Maar wat het rekenmodel echt interessant maakt, is de visualisatie van de vervormingen. Daaruit blijkt immers dat de horizontale uitwijking zich vooral concentreert in het relatief soepele bovendeel van de schachtbokcabine. Dat toont duidelijk aan dat deze uitwijking het best verminderd kan worden door de hoeken bovenaan met diagonale profielen te verstijven.
Horizontale vervorming van de draagstructuur van schachtbok I onder inwerking van de maximale windbelasting, berekend met Diamonds
Hoe plannen we best de restauratiewerken?
In aanvulling op het nazicht van de standzekerheid van de vrijstaande schachtbok, hebben we Diamonds ook gebruikt om de voortgang van het restauratieproces te valideren. Tijdens die restauratie werd omheen de draagstructuur een stelling gebouwd, die op haar beurt werd afgesteund op de schachtbok. Lokaal werd de stelling tijdelijk voorzien van een dekzeil op die plaatsen waar de restauratiewerken plaatsvonden. De bijhorende windbelasting moest uiteraard op een veilige manier door de vrijstaande schachtbok kunnen worden opgenomen.
Om dat te valideren hebben we in samenspraak met de aannemer van de restauratiewerken een reeks berekeningen uitgevoerd met Diamonds. De bedoeling van die berekeningen was de effecten van de windbelasting te begroten in functie van het geplande verloop van de restauratiewerken. Op die manier werd Diamonds ingezet ter ondersteuning van de werkplanning, zodat op geen enkel moment de extra windbelasting op de dekzeilen een risico inhield voor de stabiliteit van de schachtbok.
Is het mogelijk een buitenklimmuur te installeren op een van de schachtbokpoten?
In een laatste fase werd een reeks berekeningen uitgevoerd om de algehele stabiliteit van de vrijstaande schachtbok te onderzoeken onder inwerking van de extra windbelasting bij de installatie van een buitenklimmuur op een van de schachtbokpoten. Heel in het bijzonder voorzag het ontwerp in een bekleding van de zuidwestelijke schachtbokpoot met ongeveer 400 m2 weerbestendige klimpanelen.
Visualisatie van de buitenklimmuur op de zuidwestelijke poot van schachtbok I in Beringen (© Alpamayo)
Diamonds rekenmodel van de draagstructuur van schachtbok I in Beringen, en van de zuidwestelijke poot die wordt bekleed met weerbestendige klimpanelen
De aanwezigheid van weerbestendige klimpanelen over een relatief grote hoogte leidt uiteraard tot extra windlasten. Rekening houdend met de bevindingen van eerdere berekeningen voor de vrijstaande schachtbok viel echter te verwachten dat dit geen wezenlijke invloed heeft op de standzekerheid van de draagstructuur.
De berekeningen met het 3D Diamonds rekenmodel bevestigden dat voluit. Wij ervaren de gebruiksvriendelijkheid van Diamonds echt als een natuurlijke aanvulling op onze eigen praktijkgerichte aanpak. Uiteindelijk gebruiken we al bijna een kwarteeuw de rekensoftware van BuildSoft. Zegt dat niet alles?”
