Mechanické vlastnosti bambusu

Jaké jsou mechanické vlastnosti bambusu? Je to pravděpodobně jedna z nejčastějších otázek architektů, inženýrů a stavebních dodavatelů, kteří se zajímají o použití bambusu jako stavebního materiálu. Materiálové vlastnosti dřeva, oceli, betonu a dokonce i bambusových polotovarů, jako jsou podlahy a materiál bambusových desek, jsou k dispozici již dlouho, ale u bambusových tyčí tomu tak není. Proč?
"Pevnostní vlastnosti bambusu jsou často dvakrát až třikrát lepší než u běžného dřeva. Právní nejistota kolem stavebních předpisů a norem však komplikuje používání bambusových tyčí jako konstrukčního stavebního materiálu v Evropě."

Bambus je souhrnný název pro více než 1575 různých rostlinných druhů, které patří do čeledi trávovitých (Gramineae). Každý z těchto druhů bambusu má jiné strukturální a mechanické vlastnosti, stejně jako je tomu u běžných dřevin, jako je teak, dub atd. Kromě toho se mechanické vlastnosti jednoho druhu bambusu mohou také velmi lišit. Tyto rozdíly lze přičíst stáří bambusového stonku, obsahu vlhkosti, pěstebním podmínkám (klima, nadmořská výška, půdní podmínky) a na které části bambusového stonku se testy provádějí.

Protože nejvhodnější druhy bambusu pro stavební účely pocházejí z tropických zemí, je často obtížné určit přesné podmínky pěstování a získat dobrý testovací materiál. V důsledku toho různé studie často přinášejí různé výsledky, což znamená, že chování materiálu v určitých situacích není ještě zcela jisté.

Proč být

důležité mechanické vlastnosti?

V Evropě dosud neexistuje norma (Eurokód) pro bambusové tyče jako konstrukční stavební materiál. Absence takového bambusového stavebního řádu ztěžuje těm, kteří chtějí stavět s materiálem, což znamená, že je naléhavě zapotřebí jasných pravidel a norem.

Již provedené testy na bambusu týkající se pevnosti v tlaku, pevnosti v tahu a pevnosti v ohybu jsou slibné a obvykle vykazují mnohem lepší výsledky ve srovnání s konvenčními stavebními materiály. Existují však další faktory, které je třeba prozkoumat, než bude možné bambusovým tyčím jako konstrukčnímu stavebnímu materiálu přiřadit zákonný stavební zákon.

Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO)

Mezinárodní organizace pro normalizaci, zkráceně ISO, vypracovala v roce 2004 vlastní normu pro stanovení mechanických vlastností bambusu. Norma ISO 22157 jako důležité vlastnosti zmiňuje nejen průhyb, tlak, tah a smyk, ale relevantním parametrem je také obsah vlhkosti.

V tomto článku uvádíme některé výsledky testů z různých zdrojů az různých druhů bambusu. Je důležité poznamenat, že ne všechna testování byla provedena podle normy ISO 22157, ale poskytuje dobrý obecný obrázek. Testy byly provedeny v Kolumbii podle normy ISO 22157 pro druh bambusu Guadua angustifolia, známější jako nejsilnější bambus na světě. Výsledky si můžete přečíst o něco dále.

Další informace naleznete v tabulkách s informacemi o testech. Tyto tabulky najdete v PDF, které doprovází tento blog.

Bambus

Pevnost v tahu

Bambusové proužky

Maximální pevnost v tahu bambusu se zjišťuje testováním vláken (bambusových proužků) a ne na celém bambusovém stonku. Stejně jako u pevnosti v tlaku poskytuje norma ISO 22157 pokyny pro pevnost v tahu rovnoběžně se směrem vlákna, ale ne pro pevnost v tahu kolmo ke směru vlákna.

Testovací kusy

Pro měření pevnosti bambusu v tahu se testují tři zkušební kusy na bambusový stonek, pocházející ze spodní, střední a horní části stonku. Každý bambusový pás je 100 mm dlouhý, 10 - 20 mm široký a tloušťka se rovná tloušťce bambusového stonku.

Uzel

Každý vzorek musí obsahovat uzel, protože směr vlákna uzlu je opačný než směr vlákna kmene. Spoj je tedy považován za nejslabší místo při tahovém zatížení (při zkoušení pevnosti v tlaku je tomu naopak). Musí být také stanoven obsah vlhkosti každého z těchto zkušebních kusů, jak je předepsáno v normě ISO 22157.

Závěr

Průměrná pevnost v tahu různých druhů bambusu je převážně kolem 160 N/mm2. To je třikrát až čtyřikrát vyšší než pevnost v tahu většiny komerčních druhů dřeva.

Bambus

Pevnost v ohybu

Průhyb bambusového stonku má přímý vliv na chování stavěné konstrukce, proto je nutné u každého prvku konstrukce před použitím předvídat průhyb. Nejčastěji používanou metodou pro stanovení průhybu nosníku nebo sloupu je čtyřbodová zkouška ohybem. V normě ISO 22157 je proto tento test navržen pro stanovení pevnosti bambusového kmene v ohybu.

Bambus

Pevnost v ohybu Guadua Bamboo

Čtyřbodový ohybový test, jak předepisuje norma ISO 22157, byl proveden na University of Los Andes v Kolumbii . Zkouška ohybem byla provedena na stejných bambusových kmenech jako zkoušky ke stanovení pevnosti v tlaku a pevnosti ve smyku.

Při čtyřbodové ohybové zkoušce se zjišťoval modul pružnosti a samozřejmě pevnost v ohybu. Výsledky tohoto testu jsou uvedeny v následující tabulce.

Modul pružnosti Guadua angustifolia je nejvyšší pro spodní a střední část kmene, když je kmen starý 4 - 5 let. Jinak tomu není u horní části trupu, kde je největšího modulu pružnosti dosaženo ve věku 3 - 4 let, stejně jako při stanovení modulu pružnosti v tlakovém testu.

Pevnost v ohybu bambusového stonku také není u tří částí stejná, horní část bambusového stonku má větší pevnost v ohybu než spodní část. Pevnost v ohybu roste s výškou kmene. Pevnost v ohybu Guadua angustifolia je přibližně 100 N/mm2.

Bambus

Smykové napětí

Pro vývoj spojovacích systémů je důležité maximální smykové napětí, které kmen bambusu vydrží. I zde norma ISO 22157 poskytuje pokyny pro smykové napětí rovnoběžné se směrem vlákna, ale ne pro smykové napětí kolmé ke směru vlákna.

Stejně jako u předchozích testů se na každý bambusový stonek testují tři zkušební kusy, které pocházejí ze spodní, střední a horní části stonku. Rozdíl oproti zkušebním tělesům při tlakové zkoušce je v tom, že při této zkoušce musí polovina zkušebních těles obsahovat tlačítko.

Před zahájením testu se zkušební kus důkladně změří. Výška zkušebního kusu a tloušťka kmene se měří ve čtyřech zónách, kde dojde ke střihu. To je důležité, protože bambusový stonek nemusí mít všude stejnou tloušťku a zkušební kus nemusí být úplně rovný.