De mechanische eigenschappen van Bamboe
Wat zijn de mechanische eigenschappen van bamboe? Het is waarschijnlijk een van de meest gestelde vragen door architecten, ingenieurs en bouwondernemers die geïnteresseerd zijn om bamboe te gebruiken als bouwmateriaal. De materiaaleigenschappen voor hout, staal, beton en zelfs bamboe halffabricaten zoals vloeren en bamboe plaatmateriaal zijn reeds lange tijd beschikbaar maar voor bamboepalen is dat niet het geval. Waarom?
"De sterkte eigenschappen van bamboe zijn vaak twee tot drie keer beter dan die van conventioneel hout. Wettelijke onzekerheden rond bouwcodes en normeringen bemoeilijken echter het gebruik van bamboepalen als constructief bouwmateriaal in Europa."
Bamboe is een verzamelnaam voor meer dan 1575 verschillende plantensoorten die behoren tot de familie van de grassen (Gramineae). Elk van die bamboesoorten heeft verschillende structurele en mechanische eigenschappen, net zoals dat ook het geval is bij conventionele houtsoorten zoals bijvoorbeeld teak, eik, etc. Bovendien kunnen de mechanische eigenschappen van een enkele bamboesoort ook sterk variëren. Die verschillen zijn toe te schrijven aan de leeftijd van de bamboestam, het vochtgehalte, de groeiomstandigheden (klimaat, hoogte, bodemgesteldheid), en op welk deel van de bamboestam de testen worden uitgevoerd.
Omdat de meest geschikte bamboe soorten voor constructieve doeleinden afkomstig zijn uit tropische landen, is het dikwijls moeilijk om de exacte groeiomstandigheden te kunnen achterhalen en goed testmateriaal te krijgen. Dit heeft als gevolg dat verschillende onderzoeken vaak uiteenlopende resultaten opleveren, waardoor het gedrag van het materiaal in bepaalde situaties nog niet helemaal zeker is.
Waarom zijn
mechanische eigenschappen belangrijk?
In Europa bestaat er nog geen normering (eurocode) voor bamboepalen als constructief bouwmateriaal. Het ontbreken van zo'n bamboe bouwcode maakt het moeilijk voor diegenen die met het materiaal willen gaan bouwen waardoor er dringend behoefte is aan duidelijke regels en normen.
De reeds uitgevoerde testen op bamboe ivm druksterkte, treksterkte en buigsterkte zijn veelbelovend en vertonen meestal veel betere resultaten in vergelijking met conventionele bouwmaterialen. Er zijn echter nog andere factoren die moeten onderzocht worden alvorens er een wettelijke bouwcode kan worden toegekend aan bamboepalen als constructief bouwmateriaal.
Overige
Mechanische eigenschappen
De andere eigenschappen zijn:
- Duurzaamheid
- Brandveiligheid
- Invloed op het milieu
- Gebruiksvriendelijkheid
- Energie-efficiëntie
Vooral op het gebied van brandwerendheid en duurzaamheid is er nog verder onderzoek nodig. Desalniettemin is er de laatste jaren belangrijke vooruitgang geboekt door de invoering van een internationale ISO 22157 standaard.
Bamboe
Treksterkte
Bamboe strips
De maximale treksterkte van bamboe wordt bepaald door het testen van de vezels (bamboe strips) en niet op de volledige bamboestam. Net als bij druksterkte biedt de ISO 22157 norm wel richtlijnen voor de treksterkte evenwijdig aan de vezelrichting, maar niet voor de treksterkte loodrecht op de vezelrichting.
Proefstukken
Om de treksterkte van bamboe te meten worden er per bamboestam drie proefstukken getest die afkomstig zijn uit het onderste, middelste en bovenste deel van de stam. Elke bamboe strip is 100 mm lang, 10 - 20 mm breed, en de dikte is gelijk aan de dikte van de bamboestam.
Knooppunt
Elk proefstuk moet een knoop bevatten, omdat de vezelrichting van het knooppunt tegengesteld is aan de vezelrichting van de stam. Het knooppunt wordt dus beschouwd als het zwakste punt bij belasting op trek (bij het testen van druksterkte is dat andersom). Ook het vochtgehalte van elk van deze proefstukken moet ook worden bepaald, zoals voorgeschreven in de ISO 22157 norm.
Conclusie
De gemiddelde treksterkte van verschillende bamboesoorten bevindt zich grotendeels rond de 160 N/mm2. Dit is driemaal tot viermaal hoger dan de treksterkte van de meeste commerciële houtsoorten.
Bamboe
Buigsterkte
De doorbuiging van een bamboestam heeft een directe invloed op het gedrag van de gebouwde structuur, het is dan ook noodzakelijk om van elk element uit een structuur de doorbuiging te kunnen voorspellen alvorens die gebruikt wordt. De meest gebruikte methode om de doorbuiging van een ligger of kolom te bepalen is de vierpuntsbuigproef. In de ISO 22157 norm wordt deze proef dan ook naar voor geschoven voor de bepaling van de buigsterkte van een bamboestam.
Bamboe
Buigsterkte van Guadua Bamboe
De vierpuntsbuigproef, zoals voorgeschreven in de ISO 22157 norm, werd uitgevoerd aan de universiteit de Los Andes in Colombia. De buigproef werd op dezelfde bamboestammen uitgevoerd als bij de testen ter bepaling van de druksterkte en de schuifsterkte.
Tijdens de vierpuntsbuigproef werden de elasticiteitsmodulus bepaald en uiteraard ook de buigsterkte. De resultaten van die proef zijn weergegeven in de volgende tabel.
De elasticiteitsmodulus van Guadua angustifolia is voor het onderste en middelste deel van de stam het hoogst en dit als de stam een leeftijd heeft van 4 - 5 jaar. Voor het bovenste deel van de stam is dit niet zo, daar wordt de grootste elasticiteitsmodulus bereikt op een leeftijd van 3 - 4 jaar, net zoals bij de bepaling van de elasticiteitsmodulus bij de drukproef.
De buigsterkte van de bamboestam is ook niet voor de drie delen hetzelfde, het bovenste deel van de bamboestam heeft een grotere buigsterkte dan het onderste gedeelte. De buigsterkte neemt toe met de hoogte van de stam. De buigsterkte van Guadua angustifolia is ongeveer 100 N/mm2.
Bamboe
De buigsterkte van verschillende bamboesoorten vergelijken
De buigsterkte van Guadua angustifolia ligt in dezelfde orde als de buigsterkte van andere veel toegepaste bamboe soorten. In de volgende tabel wordt een samenvatting weergegeven van de buigsterkte van enkele andere bamboe soorten. Niet alle resultaten zijn verkregen door de vierpuntsbuigproef, zoals voorgeschreven in de ISO 22157 norm. Deze waarden kunnen dus een kleine afwijking vertonen, maar ze geven wel een idee van de orde van de buigsterkte van verschillende bamboe soorten.
Conclusie
De buigsterkte van de meeste bamboesoorten ligt tussen de 50 en de 150 N/mm2 wat ongeveer tweemaal hoger is dan de meeste conventionele houtsoorten. De afwijkingen bij de testresultaten zijn waarschijnlijk te wijten aan het vochtgehalte van de geteste bamboestammen en aan de verschillende proefmethodes. Zo zal een bamboe stam met een laag vochtgehalte eerder een kleinere buigsterkte hebben dan een bamboe stam met een hoger vochtgehalte.
