Nieuwe verbinding snijdt hout

,,Huizen bouw je van beton, fabriekshallen en dergelijke van staal. Houten toepassingen zijn weinig specifiek, alleen zout móet je opslaan in een houten hal. Hout is daardoor niet het eerste bouwmateriaal waar een architect aan denkt. Bovendien hebben constructeurs en aannemers relatief weinig ervaring met houten constructies”, vertelt Leijten. In het Nationaal MilieubeleidsPlan ontvouwt de overheid het voornemen om het gebruik van houtconstructies in de bouw met twintig procent te doen toenemen. Omdat ze ook op andere terreinen grote voordelen bieden, is het ondanks de geringe toepassing toch interessant om te proberen de nadelen van houtconstructies op te lossen.

Het grootste probleem vormt de verbinding van twee houten staven. Traditioneel bestaat deze verbinding uit stalen stiften. Bij het aanbrengen van de stiften, maar ook bij het belasten van de verbinding, is het risico groot dat het hout splijt. De sterkte van de houtverbinding is hierdoor maximaal zestig procent ten opzichte van de houtdelen.

Om dit te bereiken worden de houten liggers sterk overgedimensioneerd. Leijten ontwikkelde samen met zeven partners in verschillende Europese landen een verbindingsmethode waarbij de verbinding en het houtdeel even sterk zijn. Hierdoor wordt de benodigde doorsnede van de houten liggers sterk gereduceerd. Zo kan bijvoorbeeld bij portaalconstructies de houtbesparing oplopen tot veertig procent.

Op 10 november hoopt Leijten op deze oplossing te promoveren. Essentieel voor de nieuwe verbinding is het gebruik van verdicht triplex. Dit wordt gemaakt door dunne laagjes fineer op elkaar te leggen en bij honderdvijftig graden Celsius samen te persen. De houtvezels vullen dan de open vaten die de sapstroom in een boom verzorgen helemaal op. Vervolgens wordt het geheel snel afgekoeld tot kamertemperatuur zodat de toestand als het ware bevriest. Het verdichte beukenhout is nu ijzersterk.
Poppetjes

Het triplex, Lignostone genoemd – naar de fabrikant, neemt de krachten op van de verbinding en voorkomt splijten van het hout. De verbinding zelf bestaat ook niet meer uit een aantal stiften, maar slechts uit één ‘stift’ in de vorm van een stalen gasbuis die op een speciale manier wordt aangebracht.

Nadat het Lignostone ter plaatse van de verbinding is gelijmd, wordt er een gat geboord voor de gasbuis. Dat hoeft niet zo nauwkeurig, want er mag speling zitten tussen het gat en de gasbuis. In de holle gaspijp wordt weer een stalen stang geplaatst, waarna aan de uiteinden van de gasbuis twee gegalvaniseerde ringen worden bevestigd. Met een hydraulischevijzel worden de buiseinden vervolgens naar elkaar toe geperst. De buis zal door de stalen stang echter niet imploderen, maar enkel expanderen. De buis ‘giet’ zich op die manier om de ringen en zet die stevig in het hout vast. Na de expansie van de buisdoorsnede kan de stalen stang gewoon verwijderd worden.

De speling tussen gat en de voorgespannen buis is nu niet alleen verdwenen, maar door de expansiekrachten is het hout ook zo verdikt en versterkt dat het veel hogere belastingen aan kan zonder te splijten. In plaats daarvan vervormt de gasbuis. Hierdoor is deze verbinding veel taaier dan de traditionele verbindingsmethode.

,,Vanuit Australië en Nieuw Zeeland is vooral door dit gedrag veel belangstelling naar de vinding. In die gebieden komen nogal wat aardbevingen voor. We hebben de houtverbinding getest op zulke wisselende belastingen en hij blijkt er prima tegen bestand.” Door het expansieproces te herhalen door een tweede gasbuis met een kleinere diameter in de grote gasbuis te stoppen ,,als een soort Russische poppetjes”, neemt de sterkte van de verbinding nog eens toe met tien tot vijftien procent. Tevens verdubbelt de taaiheid.

Ondanks het succes van de vinding in de laboratoria, is er in de praktijk nog weinig mee gebeurd. Leijten: ,,De verbinding hebben we nu al drie jaar. Het probleem is echter dat aannemers en architecten liever de kat uit de boom kijken, dan zelf risico’s te lopen met het toepassen van een geheel nieuwe techniek. Zelfs onze Italiaanse onderzoekspartner, een firma in Bressanone, wacht nog tot de eerste gebouwen hier in Nederland staan.”
Brand

In Gramsbergen, vlakbij Coevorden, bouwde onderzoekspartner De Groot Vroomshoop het eerste gebouw, een zwembad. De vervaardiger van het triplex bewees de prestaties van haar verdichte hout door een brandweerkazerne in Soest neer te zetten.

,,Een toepasselijke functie, want houten constructies zijn veel minder brandgevaarlijk dan staal. Staal gaat bij hoge temperaturen vloeien en bezwijkt, terwijl hout alleen aan de oppervlakte schroeit. De staven blakeren zwart en het ziet er niet leuk uit, maar de constructie blijft wel intact”, verklaart Leijten.

Ook op financieel vlak is de vinding geslaagd. Voor het geld dat wordt bespaard op het houtgebruik, kan de verbinding makkelijk geproduceerd worden. Ook op transportkosten wordt fors bezuinigd. Bij de traditionele verbinding luistert de vervaardiging zeer nauw. Hierdoor moeten vakwerken in de fabriek al helemaal in elkaar worden gezet, om vervolgens intact naar de bouwlokatie te worden vervoerd. Bij de nieuwe methode kan het plaatsen van de stang en het expanderen van de gasbuis op de bouwplaats gebeuren. De vrachtwagen kan volgeladen worden met vakwerkstaven voor tien vakwerken, terwijl bij het vervoer van prefab vakwerken van dezelfde grootte slechts drie exemplaren op de vrachtwagen passen.

Langzaam maar zeker sijpelt de nieuwe techniek door naar de nationale en internationale bouwwereld. Bij een tankstation in Rijswijk worden de vakwerken van hout, en het openluchtmuseumin Drenthe heeft belangstelling voor een constructie van larikshout. In Engeland wordt binnenkort begonnen aan een skihal en ook in Duitsland is een houtconstructie besteld.

,,De belangstelling begint nu te komen, we hebben al in verschillende tijdschriften gestaan. Laatst stond er in het tijdschrift ‘De architect’ een kleine vermelding, over de verbinding die meer mogelijkheden zou bieden in de bouw. Daarop hebben een aantal architectenbureaus gereageerd en van hen moet het nu komen. Voor constructeurs zijn we ook al bezig. In mijn dissertatie staat hoe er met de nieuwe verbinding moet worden gerekend en een student is momenteel bezig met tabellen voor de praktijk. Een constructeur wil immers gewoon een map uit de kast trekken om daarin even de benodigde doorsnede op te zoeken. Alles moet dus gestandaardiseerd zijn. Volgend jaar zal die informatie voor handen zijn voor ontwerpopleidingen, constructeurs en architecten. Ik schat dan in dat de verbinding over twee jaar al gemeengoed is in de houtconstructiewereld.”

,,Huizen bouw je van beton, fabriekshallen en dergelijke van staal. Houten toepassingen zijn weinig specifiek, alleen zout móet je opslaan in een houten hal. Hout is daardoor niet het eerste bouwmateriaal waar een architect aan denkt. Bovendien hebben constructeurs en aannemers relatief weinig ervaring met houten constructies”, vertelt Leijten. In het Nationaal MilieubeleidsPlan ontvouwt de overheid het voornemen om het gebruik van houtconstructies in de bouw met twintig procent te doen toenemen. Omdat ze ook op andere terreinen grote voordelen bieden, is het ondanks de geringe toepassing toch interessant om te proberen de nadelen van houtconstructies op te lossen.

Het grootste probleem vormt de verbinding van twee houten staven. Traditioneel bestaat deze verbinding uit stalen stiften. Bij het aanbrengen van de stiften, maar ook bij het belasten van de verbinding, is het risico groot dat het hout splijt. De sterkte van de houtverbinding is hierdoor maximaal zestig procent ten opzichte van de houtdelen.

Om dit te bereiken worden de houten liggers sterk overgedimensioneerd. Leijten ontwikkelde samen met zeven partners in verschillende Europese landen een verbindingsmethode waarbij de verbinding en het houtdeel even sterk zijn. Hierdoor wordt de benodigde doorsnede van de houten liggers sterk gereduceerd. Zo kan bijvoorbeeld bij portaalconstructies de houtbesparing oplopen tot veertig procent.

Op 10 november hoopt Leijten op deze oplossing te promoveren. Essentieel voor de nieuwe verbinding is het gebruik van verdicht triplex. Dit wordt gemaakt door dunne laagjes fineer op elkaar te leggen en bij honderdvijftig graden Celsius samen te persen. De houtvezels vullen dan de open vaten die de sapstroom in een boom verzorgen helemaal op. Vervolgens wordt het geheel snel afgekoeld tot kamertemperatuur zodat de toestand als het ware bevriest. Het verdichte beukenhout is nu ijzersterk.
Poppetjes

Het triplex, Lignostone genoemd – naar de fabrikant, neemt de krachten op van de verbinding en voorkomt splijten van het hout. De verbinding zelf bestaat ook niet meer uit een aantal stiften, maar slechts uit één ‘stift’ in de vorm van een stalen gasbuis die op een speciale manier wordt aangebracht.

Nadat het Lignostone ter plaatse van de verbinding is gelijmd, wordt er een gat geboord voor de gasbuis. Dat hoeft niet zo nauwkeurig, want er mag speling zitten tussen het gat en de gasbuis. In de holle gaspijp wordt weer een stalen stang geplaatst, waarna aan de uiteinden van de gasbuis twee gegalvaniseerde ringen worden bevestigd. Met een hydraulischevijzel worden de buiseinden vervolgens naar elkaar toe geperst. De buis zal door de stalen stang echter niet imploderen, maar enkel expanderen. De buis ‘giet’ zich op die manier om de ringen en zet die stevig in het hout vast. Na de expansie van de buisdoorsnede kan de stalen stang gewoon verwijderd worden.

De speling tussen gat en de voorgespannen buis is nu niet alleen verdwenen, maar door de expansiekrachten is het hout ook zo verdikt en versterkt dat het veel hogere belastingen aan kan zonder te splijten. In plaats daarvan vervormt de gasbuis. Hierdoor is deze verbinding veel taaier dan de traditionele verbindingsmethode.

,,Vanuit Australië en Nieuw Zeeland is vooral door dit gedrag veel belangstelling naar de vinding. In die gebieden komen nogal wat aardbevingen voor. We hebben de houtverbinding getest op zulke wisselende belastingen en hij blijkt er prima tegen bestand.” Door het expansieproces te herhalen door een tweede gasbuis met een kleinere diameter in de grote gasbuis te stoppen ,,als een soort Russische poppetjes”, neemt de sterkte van de verbinding nog eens toe met tien tot vijftien procent. Tevens verdubbelt de taaiheid.

Ondanks het succes van de vinding in de laboratoria, is er in de praktijk nog weinig mee gebeurd. Leijten: ,,De verbinding hebben we nu al drie jaar. Het probleem is echter dat aannemers en architecten liever de kat uit de boom kijken, dan zelf risico’s te lopen met het toepassen van een geheel nieuwe techniek. Zelfs onze Italiaanse onderzoekspartner, een firma in Bressanone, wacht nog tot de eerste gebouwen hier in Nederland staan.”
Brand

In Gramsbergen, vlakbij Coevorden, bouwde onderzoekspartner De Groot Vroomshoop het eerste gebouw, een zwembad. De vervaardiger van het triplex bewees de prestaties van haar verdichte hout door een brandweerkazerne in Soest neer te zetten.

,,Een toepasselijke functie, want houten constructies zijn veel minder brandgevaarlijk dan staal. Staal gaat bij hoge temperaturen vloeien en bezwijkt, terwijl hout alleen aan de oppervlakte schroeit. De staven blakeren zwart en het ziet er niet leuk uit, maar de constructie blijft wel intact”, verklaart Leijten.

Ook op financieel vlak is de vinding geslaagd. Voor het geld dat wordt bespaard op het houtgebruik, kan de verbinding makkelijk geproduceerd worden. Ook op transportkosten wordt fors bezuinigd. Bij de traditionele verbinding luistert de vervaardiging zeer nauw. Hierdoor moeten vakwerken in de fabriek al helemaal in elkaar worden gezet, om vervolgens intact naar de bouwlokatie te worden vervoerd. Bij de nieuwe methode kan het plaatsen van de stang en het expanderen van de gasbuis op de bouwplaats gebeuren. De vrachtwagen kan volgeladen worden met vakwerkstaven voor tien vakwerken, terwijl bij het vervoer van prefab vakwerken van dezelfde grootte slechts drie exemplaren op de vrachtwagen passen.

Langzaam maar zeker sijpelt de nieuwe techniek door naar de nationale en internationale bouwwereld. Bij een tankstation in Rijswijk worden de vakwerken van hout, en het openluchtmuseumin Drenthe heeft belangstelling voor een constructie van larikshout. In Engeland wordt binnenkort begonnen aan een skihal en ook in Duitsland is een houtconstructie besteld.

,,De belangstelling begint nu te komen, we hebben al in verschillende tijdschriften gestaan. Laatst stond er in het tijdschrift ‘De architect’ een kleine vermelding, over de verbinding die meer mogelijkheden zou bieden in de bouw. Daarop hebben een aantal architectenbureaus gereageerd en van hen moet het nu komen. Voor constructeurs zijn we ook al bezig. In mijn dissertatie staat hoe er met de nieuwe verbinding moet worden gerekend en een student is momenteel bezig met tabellen voor de praktijk. Een constructeur wil immers gewoon een map uit de kast trekken om daarin even de benodigde doorsnede op te zoeken. Alles moet dus gestandaardiseerd zijn. Volgend jaar zal die informatie voor handen zijn voor ontwerpopleidingen, constructeurs en architecten. Ik schat dan in dat de verbinding over twee jaar al gemeengoed is in de houtconstructiewereld.”