De bouwsector staat momenteel voor de uitdaging om in de toekomst minder grondstoffen te gebruiken en dus over te schakelen op duurzame ontwikkeling. Dit vergt nieuwe manieren van denken in de architectuur met betrekking tot het gebruik van hernieuwbare grondstoffen. In een gezamenlijk project hebben Duitse onderzoekers van de universiteiten van Freiburg en Stuttgart een lichtgewicht paviljoen ontworpen dat is gemaakt van door een robot gevlochten vlasvezels. Met dit paviljoen in de botanische tuin van de universiteit van Freiburg presenteert het team een voorbeeld voor een duurzaam alternatief voor conventionele bouwmethoden.
In tegenstelling tot glas- of koolstofvezels en ook tal van andere natuurlijke vezels, zijn vlasvezels regionaal beschikbaar en groeien zij in jaarlijkse oogstcycli. Zij zijn 100 procent hernieuwbaar, biologisch afbreekbaar en bieden daarom een uitstekende basis voor de ontwikkeling van grondstofbesparende alternatieven in de bouwsector.
Zij hebben het potentieel, vooral in combinatie met efficiënte lichtgewichtconstructies, om de ecologische voetafdruk van gebouwen aanzienlijk te verkleinen. Om deze redenen zijn de dragende elementen van het zogenaamde “livMatS-paviljoen” (Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems) gemaakt van vlasvezels.
Cactussen
Bij de ontwikkeling van het paviljoen hebben de onderzoekers zich laten leiden door de natuur. De saguaro cactus (Carnegia gigantea) en de cactusvijg (Opuntia sp.) dienden als inspiratie voor de netvormige rangschikking van de natuurlijke vezels en de kernloze wikkeling van de onderdelen van het bionische paviljoen. Beide cactussen worden gekenmerkt door hun bijzondere houtstructuur. De saguaro cactus heeft een cilindrisch skelet dat hol van binnen is en daardoor bijzonder licht. Het bestaat uit een netachtige houtstructuur, die het skelet bovendien een bijzondere stabiliteit geeft.
“Deze structuur ontstaat doordat de afzonderlijke elementen aan elkaar groeien,” legt Prof. Dr. Thomas Speck, directeur van de Botanische Tuin aan de Universiteit van Freiburg, uit. “In het weefsel van de afgeplatte zijscheuten van de cactusvijg lopen ook vernette houtvezelbundels, die in lagen zijn gerangschikt en met elkaar zijn verbonden. Hierdoor onderscheidt het weefsel van de cactusvijg zich ook door zijn bijzonder grote veerkracht.”
Wikkelen
De onderzoekers hebben deze netwerkstructuren van de biologische modellen geabstraheerd en in het livMatS-paviljoen geïmplementeerd door het “kernloos wikkelen” van de natuurlijke vezels. Door deze abstractie – planten kennen geen wikkel- of vlechtprocessen – konden de onderzoekers de mechanische eigenschappen van de vernette vezelstructuren overbrengen op de lichtgewicht draagelementen van het livMatS paviljoen.
“Vezelcomposieten hebben een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding,” legt Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers van de Universiteit van Stuttgart uit. “Deze eigenschap biedt een uitstekende basis voor de ontwikkeling van innovatieve, materiaal-efficiënte lichtgewicht constructies.” Terwijl het onderzoek zich tot nu toe concentreerde op synthetisch geproduceerde vezelcomposieten zoals glas- en koolstofvezels, breidt het “livMatS Paviljoen” het materiaalsysteem uit met het gebruik van natuurlijke vezels.
Nieuwe uitdagingen
“Met betrekking tot computergebaseerd ontwerpen, de werkprocessen van gerobotiseerde productie en machinebesturing, stelden de natuurlijke vezels en hun biologische variabiliteit ons onderzoekers voor nieuwe uitdagingen,” zegt Prof. Achim Menges van het Instituut voor Computer-Based Design en Constructie (ICD) aan de Universiteit van Stuttgart.
Dit komt doordat de procédés oorspronkelijk waren ontwikkeld voor synthetische, homogene materialen en nu moesten worden overgebracht op de materiaaleigenschappen van vlasvezels. De aanpassing van het integratieve computermodel maakte het mogelijk deze heterogene materiaaleigenschappen in het ontwerp en de planning van de afzonderlijke onderdelen en de totale constructie op te nemen.
Ook interessant: Binnen een dag een nieuwe woning door het bouwen met modules
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
