Architektur für die Tropen

สถาปัตยกรรมเกี่ยวกับเขตร้อน

Bambus als Material

ไผ่

2. Werkstoffkundliches - วัสดุศาสตร์


Kompiliert von Alois Payer

mailto:payer@payer.de 


Zitierweise | cite as:

Payer, Alois <1944 - >:  Bambus als Material. -- 2. Werkstoffkundliches -- (Architektur für die Tropen). -- Fassung vom 2010-01-10. -- URL: http://www.payer.de/tropenarchitektur/troparch032.htm    

Erstmals veröffentlicht: 2009-10-14

Überarbeitungen: 2010-01-10 [Verbesserungen]

©opyright: Creative Commons Licence (by, no commercial use) (für Zitate und Abbildungen gelten die dort jeweils genannten Bedingungen)

Dieser Text ist Teil der Abteilungen Architektur und Entwicklungsländerstudien von Tüpfli's Global Village Library


น้ำชา gewidmet


Motto - motto - ภาษิต

 

Arquitectura cultivable

Grow your own house

 


0. Übersicht - contents - สารบัญ



Diese Kompilation will nur Denkanstöße geben. Für den baumeisterlichen Umgang mit Bambus muss die angegebene Literatur sowie die Erfahrung von Fachleuten herangezogen werden.


Abkürzungen


Dunkelberg, 1978

Dunkelberg, Klaus <1938 - 1978>: Bambus als Baustoff = Bamboo as a building material. -- Zugl. München, Univ., Diss. 1978. -- In: Bambus = Bamboo. -- 5. unveränd. Aufl. (d. Aufl. von 1985). -- Stuttgart : Krämer,  2005. -- 432 S. : Ill. . ; 21 x 27 cm. -- (Mitteilungen des Instituts für Leichte Flächentragwerke (IL), Universität Stuttgart ; Nr. 31). -- ISBN 3-7828-2031-2.


1. Einleitung - introduction - อารัมภบท


Bambus ist ein Naturwerkstoff und darum nicht normiert. Die Unterschiede zwischen den Arten und den Individuen sind groß. Darum sind alle exakten Angaben im Folgenden nur Anhaltspunkte. Bei jeder Anwendung sind die verwendeten Bambusse - wenigstens auf Sicht - einzeln auf ihre Tauglichkeit zu prüfen.


Abb.: Bambusladen, Hanoi, Vietnam (Việt Nam)
[Bildquelle: oliverlaumann. -- http://www.flickr.com/photos/oliverlaumann/219951656/ . -- Zugriff am 2009-09-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

Werkstoffkundliches = materials science = วัสดุศาสตร์
"Das Bambusrohr ist ein Musterbeispiel für pflanzliche Leichtbauweise. In der äußersten verkieselten Rindenschicht laufen axialparallel hocheslastische Fasern (L = 0,6 bis 3,96 mm; B = 0,007 bis 0,036 mm, Raitt 1929) mit einer Zugfestigkeit bis zu 40 kp/mm² (Stöckel).

Zum Vergleich: Holzfasern ca. 5 kp/mm², St 37 Baustahl 37 kp/mm² (Knuchel) und Glasfäden bis zu 700 kp/mm² (Brenner)"

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 67]

Die Eigenschaften eines toten Bambus sind u.a. abhängig von:

Die Eigenschaften eines Bambus-Bauteils sind weiter abhängig von u.a.

Für die Verarbeitung wichtige Eigenschaften des Bambus (in unserem Fall: der Bambusstängel) sind:

Ausführlich zur Werkstoffkunde von Bambus:

Janssen, Julius Joseph <1935 - >: Bamboo in building structures. -- Eindhoven, Technische Hogeschool, Diss. 1981. -- 235 S. : Ill. -- Online: http://alexandria.tue.nl/ extra3/proefschrift/ PRF3B/8104676.pdf . -- Zugriff am 2009-09-22


Abb.: Aufgeschnittener Bambus mit Nodium,  Buglas Bamboo Institute, Duamguete, Philippinen
[Bildquelle: suvajack. -- http://www.flickr.com/photos/suvajack/1618558608/ . -- Zugriff am 2009-09-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)] 

Bambus ist ein hartes Gras und  kein Holzwerkstoff:

Anteil von SiO2 (Siliziumdioxid) in den verschiedenen Rohrwandzonen von Bambus:

  SiO2
Wandinnenzone 1,51%
Wandaußenzone 3,18%
Nodium, Diapghragma 4,66%

[Vorlage der Tabelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 90, Nach Moore]


Abb.: Unglaublich schnelles Wachstum: so viel wächst ein Riesenbambus in 16 Tagen, Kew Gardens bei London
[Bildquelle: KitLKat. -- http://www.flickr.com/photos/kitlogan/3338792812/. -- Zugriff am 2009-10-08. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

Bambus hat als Vorteile u.a.:


Abb.: Das Baumaterial Bambus kann in Dörfern und Privatgärten angebaut werden: Ernst Haeckel <1834 - 1919>: Dorfstraße auf Java (links Bambus-Gebüsch)

Bambus hat aber auch Nachteile gegenüber Holz und anderen Baumaterialien:


Abb.: Bambusstängel sind praktisch nicht normierbar, Kings Road, Hong Kong, China (中国)
[Bildquelle: threecee. -- http://www.flickr.com/photos/tracy_collins/2415518863/. -- Zugriff am 2009-10-08. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


2. Höhe, Durchmesser und Wanddicke - height,  diameter, thickness - ส่วนสูง, เส้นผ่านศูนย์กลาง, กวามหนา


Species Höhe
m
Durchmesser
cm
Wandstärke
cm
Bambusa bambos (L.) Voss 2 10,8 1,5
4 10,5 1,0
6 10,2 0,8
8 9,2 0,7
Gigantochloa apus (Schult. & Schult. f.) Kurz 2 6,8 0,9
  4 6,6 0,7
  6 6,9 0,5
Gigantochloa atter (Hassk.) Kurz 2 8,3 1,0
  4 7,6 0,7
  6 6,5 0,5
Gigantochloa nigrociliata (Büse) Kurz 2 7,0 0,9
  4 6,5 0,6
  6 6,0 0,6
  8 5,0 0,5

[Vorlage der Tabelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 57. -- Dort nach Hildebrand, 1954]

Mit zunehmender Höhe wird also nicht nur der Durchmesser geringer, sondern auch die Wandstärke der Bambusröhre. Kurze Bambusrohre zeigen einen stärkeren konischen (sich verjüngenden) Verlauf als lange. Deshalb werden langstielige Stängel als Baumaterial bevorzugt.


3. Rohdichte und Gewicht - density in raw state and weight  - ความหนาแน่นและน้ำหนัก


Rohdichte von Bambusstängeln ist ihre Dichte im Naturzustand, d.h. mit allen Porenräumen. Sie ist das Verhältnis der Masse eines Bambusstängels zu seinem Volumen. Ihre Einheit ist kg.m-3. Ihr Formelzeichen ist ρR. [ρ = Rho]

Rohdichte = Masse : Volumen = ρR  = m : V

Gewicht = Masse x Schwerebeschleunigung = G = m x g 

"Für Festigkeitsberechnungen genügt es, das Eigengewicht von Bambus als Lastannahme mit g = 25 kp/m² [= 245 N/m²] zu rechnen."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 84]


4. Festigkeit - strength - ความต้านทาน



Abb.: Arten von Materialbelastung
[Bildquelle: Andrews, Ewart S.: The strength of materials; a text-book for engineers and architects. -- London, 1915. -- S. 2]

Durchschnittliche Materialkennwerte von Bambus Guadua angustifolia :
 
  kN/cm²
E-Modul 2.000
Zug 15,0
Druck Knicklänge = 3,22 m
2,09 m
0,37 m
2,7
3,9
5,6
Biegung
(bei fehlenden Schwindrissen)
10,0
Schub 0,9
 
d = 12 cm ; d i = 9 cm
 
A = 50 cm2
W = 100 cm3
I = 700 cm4

Quelle der Tabelle: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23

Die Festigkeit von Bambusstängeln hängt vom Feuchtigkeitsgehalt ab: je feuchter Bambus ist, desto weniger fest ist er. Je feuchter er ist, umso leichter lässt er sich darum schneiden, sägen, bohren, spalten.

Festigkeitsminderung von Bambusstängeln in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt:

Spaltfestigkeit 7-23%
Biegefestigkeit 10-30%
Scherfestigkeit 24-52%
Druckfestigkeit 18-53%

[Vorlage der Tabelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 75 (nach Suzuki, 1954)]

Jules J. A. Janssen gibt Beispiele, wie man Festigkeitswerte zur Tragwerksberechnung verwenden kann:

Er geht von folgenden Festigkeitswerten aus:
  Druckfestigkeit
(ohne auszuknicken)
Biegesfestigkeit Scherfestigkeit
Trockener Bambus (12% Feuchtigkeit) 0.013 N/mm² 0.020 N/mm² 0.003 N/mm²
Feuchter oder grüner Bambus 0.011 N/mm² 0.015 N/mm² -

Um die Dichte ρ (Rho) des verwendeten Bambus zu bestimmen, schlägt Janssen folgendes Vorgehen vor:

  1. Schneide aus dem Internodium des Bambus im rechten Winkel einen Hohlzylinder

  2. Messe folgende Größen genau:

    1. Höhe H im Millimeter

    2. den äußeren Durchmesser D in Millimetern; zweimal an den beiden Enden (viermal insgesamt) und berechne das arithmetische Mittel

    3. die Wanddicke w in 0.1 mm (mittels eines Mikrometers); an beiden Enden je viermal (insgesamt achtmal) und berechne das arithmetische Mittel

  3. Bestimme das Gewicht G in Gramm mit einer genauen Waage

Für das durchgerechnete Beispiel geht Janssen von folgenden Messungen aus:


Abb.: Bambusprobe-Zylinder

Daraus errechnet sich das Volumen V:

V = H x (D-w)wπ = 292 x (82 - 6.45) x 6.45 = 447000mm³

Dichte ρ (Rho) = Masse : Volumen = 272g : 447000mm³ = 608 kg/m³

Die höchste zulässige dauernde Biegebeanspruchung ist Biegefestigkeit x Dichte = 0.020 x 608 = 12.2 N/mm

Das weitere siehe bei Janssen, Julius Joseph Antonius <1935 - >: Building with bamboo : a handbook / Jules J.A. Janssen. -- 2nd ed. -- Warwickshire : Intermediate Technology Publications, ©1995. -- 65 S. : Ill. ; 25 cm. -- ISBN 1-85339-203-0. S. 14f. Dort auch die Berechnung für eine Fußgängerbrücke.

Es gelten die Berechnungsverfahren der Festigkeitslehre.

"Festigkeit, der Widerstand, den feste Körper der Zerstörung (Trennung oder Verschiebung ihrer Teile) durch äußere Kräfte (Belastungen) entgegensetzen (tropfbar flüssige und gasförmige Körper besitzen keine Festigkeit). Unter der Einwirkung äußerer Kräfte erleidet ein Körper stets Formänderungen, die vorübergehend oder bleibend sein können. Die (durch kleinere Kräfte erzeugten) vorübergehenden Formänderungen sind den wirkenden Kräften proportional; sie verschwinden wieder, sobald die Kräfte zu wirken aufhören, und der Körper nimmt vermöge der Elastizität (s.d.) des Materials seine ursprüngliche Form wieder an. Bei allmählicher und genügender Vergrößerung der Kräfte wird die Elastizitätsgrenze erreicht, nach deren Überschreitung die Formänderungen (z. B. Dehnung und gleichzeitige Kontraktion bei Zugbeanspruchung) bleibend werden, bis schließlich durch weitere Steigerung der äußern Kräfte bis zur Bruchgrenze die Zerstörung des Materials erfolgt. Durch die hierzu gerade erforderliche Belastung (Bruchbelastung) wird die Grenze der Festigkeit des Körpers bestimmt. Von großem Einfluss auf die Festigkeit ist die Wärme, besonders hohe Temperaturen (Glühhitze), bei denen das Material, z. B. Schmiedeeisen, erweicht und seine Festigkeit dann größtenteils verliert. Dieser Wärmeeinfluss macht sich z. B. geltend bei Dampfkesseln (Erglühen der Kesselbleche bei Wassermangel), Gebäuden (Einsturz nicht ummantelter Eisenkonstruktionen bei Feuersbrünsten) etc. Den durch die äußern Kräfte in einem Körper hervorgebrachten Formänderungen wirken nun innere Kräfte als Widerstände entgegen, die den äußern Belastungskräften das Gleichgewicht halten. Diese Widerstände sind abhängig von der Art und Weise, in der die äußern Kräfte auf den Körper einwirken, und es lassen sich nach der Art der Beanspruchung folgende Fälle unterscheiden:
  1. Zugfestigkeit (absolute Festigkeit), Widerstand gegen Zerreißen, z. B. bei am obern Ende befestigten Drähten, Seilen, Ketten durch unten angehängte Lasten.
  2. Druckfestigkeit, Widerstand gegen Zerdrücken (Zerquetschen); Beispiele: Unterlagsquader oder Platten für belastete Träger, Unterstützungsquader für Säulen, Steine in einer Mauer, auf die das Gewicht des darüber befindlichen Mauerwerkes drückt.
  3. Biegungsfestigkeit (relative Festigkeit), Widerstand gegen Zerbrechung durch Kräfte, die senkrecht zur Längsachse (Stabachse) gerichtet sind; tritt z. B. auf bei einem einseitig eingespannten oder an den Enden unterstützten belasteten Balken.
  4. Schub-, Scher-, Gleitungsfestigkeit, der Widerstand gegen das Abscheren (Abschieben) in einem Querschnitt, in dessen Ebene die angreifende Kraft wirkt; z. B. werden die Niete bei Blechverbindungen auf Abscherung beansprucht.
  5. Zerknickungs- oder Strebfestigkeit, der Widerstand gegen seitliche Ausbiegung bei Körpern, deren Querschnitt klein im Vergleich zu ihrer Länge ist, und die in Richtung ihrer Längsachse Druckkräften ausgesetzt sind, wie dies z. B. bei Stützen und Säulen in Gebäuden, bei den gedrückten Gliedern der Fachwerksträger, bei den Kolben- und Schubstangen der Dampfmaschinen etc. der Fall ist.
  6. Drehungs- oder Torsionsfestigkeit, der Widerstand gegen Verdrehung eines (meist stabförmigen) Körpers um seine geometrische Achse, hervorgerufen durch entgegengesetzt gerichtete Kräftepaare, z. B. bei zylindrischen Wellen.
  7. Zusammengesetzte Festigkeit Verschiedene Widerstände treten hierbei zugleich auf, z. B. wird der Balken eines versteiften Trägers gleichzeitig auf Biegung und auf Druck beansprucht, eine Welle gleichzeitig auf Biegung und auf Verdrehung.

Den bei Einwirkung äußerer Kräfte auftretenden, auf die Flächeneinheit wirkenden innern Widerstand bezeichnet man als Spannung. Je nach der Größe nennt man:

  • Tragfestigkeit diejenige Spannung, die der Elastizitätsgrenze entspricht,
  • Bruchfestigkeit diejenige Spannung, bei der eine Zerstörung des Materials eintritt.

Bei den Festigkeitsberechnungen spielt außerdem noch der Elastizitätsmodul des Materials eine höchst wichtige Rolle, für den vielfach folgende Erklärung gegeben wird: Elastizitätsmodul ist diejenige in der Achsenrichtung wirkende Spannung, bei der ein Stab um seine eigne Länge ausgedehnt oder zusammengedrückt würde, vorausgesetzt, dass die Elastizitätsgrenze dabei nicht überschritten würde, und dass das Material eine solche Formänderung überhaupt zuließe. Diese Voraussetzung trifft allerdings in Wirklichkeit bei den meisten Stoffen nicht zu (nur bei Gummi), daher ist obige Erklärung nicht ganz einwandfrei, indessen leicht fasslich. (Genauere streng wissenschaftliche Erklärung des Elastizitätsmoduls s. unten 1) u. 2), Zug-, bez. Druckfestigkeit.)

Statische Konstruktionen (Gebäude, Brücken, Schiffe, Dampfkessel, Maschinen etc.) müssen die nötige Festigkeit besitzen, d. h. ihre Teile müssen den auf sie wirkenden äußern Kräften (Belastungen, Stöße, Wasser- und Dampfdruck) dauernd Widerstand leisten können. Es muss also in allen solchen Fällen die Beanspruchung des Materials nicht nur weit unter der Bruchfestigkeit, sondern auch noch unterhalb der Tragfestigkeit bleiben (die Elastizitätsgrenze darf also nicht erreicht werden), da bei Eintritt bleibender Formänderungen ein Körper seine ursprüngliche Beschaffenheit nicht mehr besitzt, vielmehr schon als teilweise zerstört angesehen werden kann. Diejenige Spannung, die bei Bauausführungen auf die Dauer und mit Sicherheit dem Material zugemutet werden kann, nennt man die zulässige Spannung oder zulässige Inanspruchnahme. Das Verhältnis derselben zu der Bruchfestigkeit heißt der Sicherheitsgrad, der bei den Baukonstruktionen zu etwa 1/4 bis 1/6 für Eisen, zu 1/8 bis 1/10 für Holz und Stein angenommen wird.

Über die zulässige Materialbeanspruchung bei Maschinenkonstruktionen sind eingehende Festigkeitsversuche angestellt von Wöhler, Spangenberg, K. v. Bach u. a. Die Wöhlerschen Versuche ergaben folgende Tatsachen: Der Bruch des Eisens lässt sich bei wiederholter Beanspruchung durch eine weit geringere Kraftwirkung erreichen, als bei einmaliger Beanspruchung möglich ist. Die Tragfähigkeit nimmt also ab, wenn die Belastung keine ruhende, sondern eine oft wechselnde ist. Die Abnahme der Tragfähigkeit ist um so größer, je größer der Unterschied der obern und untern Spannungsgrenze ist. Selbst bei sehr oft wiederholter Belastung wird das Eisen nicht zerstört, wenn die Beanspruchung auf ein gewisses Maß beschränkt bleibt. Für die Größe der zulässigen Inanspruchnahme sind also die Belastungsfälle zugrunde zu legen:

  1. Die Belastung ist eine ruhende, unveränderliche.
  2. Die Belastung wechselt beliebig oft zwischen den Grenzen Null und einem größten Wert (z. B. bei wiederholter Ausdehnung, bez. Zusammendrückung, wiederholter Biegung, wiederholter Drehung nach einer Richtung hin). Für die zulässige Inanspruchnahme sind hier nur zwei Drittel der für ruhende Belastung gültigen Werte zu setzen.
  3. Die Belastung wechselt beliebig oft zwischen einem größten positiven und einem in absoluter Beziehung gleichgroßen negativen Wert (z. B. bei wiederholter Biegung und wiederholter Drehung nach entgegengesetzten Richtungen, sowie bei wiederholter Ausdehnung und darauffolgender Zusammendrückung). Bei diesem Belastungsfall darf für die zulässige Inanspruchnahme nur ein Drittel der für ruhende Belastung gültigen Werte eingesetzt werden.

In solchen Fällen, wo die Absicht vorliegt, die Form von Körpern dauernd zu verändern, wie beim Prägen, Schmieden, Walzen, Drahtziehen, muss die von den betreffenden Maschinen auszuübende Kraft über der Elastizitätsgrenze liegen, ohne jedoch die Bruchbelastung zu erreichen. Andre Arten von Maschinen haben geradezu den Zweck, die Festigkeit von Körpern zu überwinden, von diesen Körpern einzelne Teile abzutrennen oder sie ganz zu zerkleinern; das sind die verschiedenen Werkzeugmaschinen (Hobel-, Stoß-, Drehbänke, Bohr- und Fräsmaschinen) und die Zerkleinerungsmaschinen (Steinbrecher, Pochwerke). Hier muss die Belastung der Körper, d. h. die zerstörende Kraft der Maschinen, größer sein als die Bruchbelastung der Körper."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]


4.1. Zugfestigkeit - tensile strength



Abb.: Zugkraft
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]

Zugfestigkeit ist unterschiedlich:

Zugfestigkeit = Kraft : Fläche = N.mm-2 (kN.cm-2)

Zugfestigkeitswerte (in Faserrichtung) von Bambusrohren und -stäben

Zugfestigkeit
in kN/cm²

aus d= 80 aus d= 30

Äußere Faserschicht

min 30,68
max 32,73
min 35,74
max 38,43

Innere Faserschicht

min 14,84
max 16,33
min 13,53
max 19,47

Ganze Wanddicke

min 16,27
max 21,51
min 23,25
max 27,58

Bambusrohrabschnitt

Nodienhaltig 22,77
Nodienlos 29,11
"Die Bambusaußenhaut ist wesentlich zugfester als die Innenhaut, und schlanke Rohre sind dickeren Rohren in Relation zur Querschnittsfläche überlegen. Mit diesen Ergebnissen wird auch die größere Biegefestigkeit von dünnen Rohren gegenüber dicken erklärt; bei dicken Rohren ist der Flächenmäßige Anteil der zugfesteren Außenhautfasern am Gesamtquerschnitt geringer. Bambusmaterial aus dem oberen Halmdrittel besitzt eine um ca. 12% geringere Zugfestigkeit als Material aus der Halmbasis. Nodienstellen wirken sich bei Zugbeanspruchung festigkeitsmindernd aus."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 87]

Zugfestigkeit (in Faserrichtung) von einigen organischen Materialien im Vergleich

Art kN/cm²
Nadelhölzer 5-15
Laubholz 2-26
Seide 35
Bambus 12-40
Irischer Flachs 60-110

Quelle der beiden Tabellen: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23

"1) u. 2) Die Zugfestigkeit (absolute Festigkeit) und die Druckfestigkeit. Ein Körper wird auf Zug beansprucht, wenn er der Wirkung zweier entgegengesetzt nach außen gerichteter Kräfte ausgesetzt ist, z. B. in der Art, dass ein prismatischer Stab A (Fig. 1) oben festgehalten und unten durch ein Gewicht belastet ist. Beanspruchung auf Druck findet statt, wenn die beiden entgegengesetzten Kräfte von den Enden des Körpers nach der Mitte zu gerichtet sind; z. B. ein prismatischer Block B (Fig. 2) liegt auf einer Unterlage und hat ein Gewicht zu tragen.

 


Fig. 1. Zug-, Fig. 2. Druckfestigkeit.

Hat der durch eine Kraft P auf Zug beanspruchte Stab einen Querschnitt von F cm², so kann derselbe angesehen werden als bestehend aus F einzelnen Stäben von je 1 cm². Ist nun k die zulässige Spannung des Materials, so kann jeder Einzelstab mit k, der ganze Stab vom Querschnitt F daher mit kF kg belastet werden, also: P = kF. Hier kann man eine der drei Größen berechnen, sobald die andern beiden gegeben, bez. bekannt sind. Wenn z. B. die Belastung P gegeben ist, die ein Stab zu tragen hat, außerdem die zulässige Spannung k des Materials bekannt ist (vgl. Tabelle I u. II, S. 468), so findet man für den erforderlichen Querschnitt: F = P:k. Durch die Zugbelastung erfährt der Stab eine Verlängerung λ, die sich erfahrungsgemäß über die ganze Stablänge l verteilt, und zugleich eine Querzusammenziehung (Kontraktion). Die Erfahrung lehrt ferner, dass innerhalb der Elastizitätsgrenze die Verlängerung in demselben Verhältnis zu- oder abnimmt als die Belastung selbst, so dass z. B. bei ein und demselben Stabe 2 P die doppelte Verlängerung, 1/3 P nur den dritten Teil der Verlängerung erzeugen würde als P. Die Verlängerung ist danach proportional der Stablänge und der Belastung. Das Verhältnis der Verlängerung zu der ursprünglichen Stablänge bezeichnet man als Dehnung und drückt dieselbe entweder als Bruch mit dem Zähler 1 oder in Prozenten der ursprünglichen Länge aus (also z. B. die Dehnung beträgt 1/25 oder 4 Proz.). Die Dehnung ε wird hervorgebracht durch die Spannung k, und man nennt das Verhältnis:

den Dehnungskoeffizient, den umgekehrten (reziproken) Wert aber den Elastizitätsmodul E. Danach ist E = Pl/ oder λ = Pl/FE. Z. B. erfährt eine schmiedeeiserne Stange von l = 200 cm Länge und F = 4 cm² Querschnitt, die durch P = 4000 kg belastet ist (bei E = 2,000,000), eine Verlängerung: λ = 4000.200/4.2000000 = 0,1 cm.

Ganz ähnliche Verhältnisse finden bei der Druckbelastung statt. Die Druckkraft P erzeugt in einem Körper die Druckspannung k und die Verkürzung (negative Verlängerung) λ. Wenn jedoch der Körper bei einer bestimmten Druckbelastung im Verhältnis zu den Querdimensionen eine zu große Länge hat, so würde die Berechnung auf einfachen Druck nicht genügen, weil der Körper seitlich ausbiegen würde. Dann muss die Zerknickungsfestigkeit (s. unter 5) berücksichtigt werden.

Durch Ausglühen oder Anlassen wird die absolute Festigkeit der meisten Metalle vermindert. Seile von derselben Dicke sind im allgemeinen um so fester, je seiner die Drähte, die Hanf- oder die Flachsfäden, aus denen sie gefertigt, u. je weniger sie zusammengedreht sind. Durch das Zusammendrehen geraten die Drähte und Fäden schon in einen gespannten Zustand, der ihre Festigkeit beeinträchtigt. Auch durch das Teeren und Nasswerden werden die Taue und Stricke und durch das Rosten der Drahtseile wird die Festigkeit dieser Körper vermindert."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v. Festigkeit]


4.2. Druckfestigkeit - compressive strength - การอัด



Abb.: Druckkraft
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]

Druckfestigkeit ist unterschiedlich:

Druckfestigkeit = Kraft : Fläche = N.mm-2 (kN.cm-2)
 
Druckfestigkeit von Bambusrohren und -stäben:
 

Druckfestigkeit
in kN/cm²

Rohr

d= 60   d= 32

Stab

 
Parallel zur Faser 6,36    8,63 6,21
Senkrecht zur Faser 5,25-9,30
"Rohrabschnitte mit Nodien haben gegenüber Abschnitten ohne Nodien nur ca. 8% höhere Festigkeitswerte bei Druck parallel zur Faser. Bei Druck senkrecht zur Faser [eigentlich Biegefestigkeit] bringen Nodien eine Festigkeitssteigerung bis zu 45% gegenüber nodienlosen Rohrabschnitten."

Quelle der Tabelle: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23


4.3. Biegefestigkeit - flexural strength - ความยืดหยุ่น



Abb.: Biegekräfte
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]


Abb.: Biegung
[Bildquelle: Wiedemann-Ebert, 1897]

Da die Bambusstängel Rohre sind, sind sie besonders biegefest.

Biegefestigkeitswerte von Bambusrohren und -stäben

Biegefestigkeit kN/cm² [?]
mm d= 100 d= 80 d= 70
min 1.519 1.890 1.650
"Atrops untersuchte für Baustoffe übliche Bambusmaterialien: Rohrdurchmesser 70-100 mm, Wanddicken 6-12 mm bei Stützweiten von 3,60 m. Die elastischen Durchbiegungen waren min=1/25,9; max=1/16,1; Mittel 1:20,1 der Stützweite. Dort, wo in der Konstruktion eine Durchbiegung unvermeidbar und störend ist, könnten die frisch geschlagenen Bambusrohre erst einer Vorbiegung (Überhöhung) unterzogen werden, die sich später unter der Nutzlast wieder ausgleicht."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 88]

Quelle der Tabelle: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23

Julius Joseph Jansen zeigt in seiner Dissertation (1981) sehr anschaulich die Qualitäten von Bambus bei Druck senkrecht zur Faser:


Fig. 1.5. The bridge has been calculated on 750 N plus dead weight.

Efficiency of materials in the bridge of fig. 1.5.:

material stress
N/mm²
cross-
section
mm
deflection
mm
mass of
bridge
kg
Concrete
(reinforced)
10

40x100

9 32
Steel 160
30x30
31 13
Wood 10
35x100
15 6
Bamboo 10
100/80
7,5 5

Quelle von Abb. und Tabelle:  Janssen, Julius Joseph <1935 - >: Bamboo in building structures. -- Eindhoven, Technische Hogeschool, Diss. 1981. -- 235 S. : Ill. -- S. 15f. -- Online: http://alexandria.tue.nl/ extra3/proefschrift/ PRF3B/8104676.pdf . -- Zugriff am 2009-09-22

"3) Die Biegungsfestigkeit (relative Festigkeit) kommt zur Geltung, wenn ein Körper der Wirkung von entgegengesetzt gerichteten Parallelkräften ausgesetzt ist. Dieser Fall liegt z. B. vor bei allen belasteten Balken (Fig. 3 u. 4). Der an seinem einen Ende fest eingespannte Balken (Fig. 30) wird durch die am andern Ende angehängte Last P gebogen. Dabei werden zwei benachbarte (vor der Biegung parallele) Querschnittsebenen in eine gegeneinander geneigte Lage gebracht.

 


Fig. 3a. Fig. 3b. Biegungsfestigkeit.

Die obern Materialfasern des Balkens werden durch die Biegung verlängert, die untern verkürzt. Zwischen beiden muss sich daher eine (mittlere) Faserschicht N N befinden, die weder verlängert noch verkürzt, sondern nur gebogen wird. Diese heißt die neutrale Faserschicht. Die Verlängerungen, bez. Verkürzungen und folglich auch die diesen proportionalen Spannungen aller übrigen Fasern nehmen von der neutralen ab nach außen hin zu.


Fig. 4. Biegungsfestigkeit.

Jede dieser Spannungen bildet mit dem Abstand der zugehörigen Faser von der neutralen Schicht ein kleines Moment, und die Summe aller dieser Momentchen muss gleich dem Kraftmoment M sein, d. h. gleich dem Produkt der Kraft P und des Abstandes x derselben von der betreffenden Balkenstelle. Die Spannungen der einzelnen Fasern verhalten sich nun wie ihre Abstände von der neutralen Faserschicht, also nach Fig. 3b s:k = y:e oder s = ky/e. Das Momentchen der Spannung einer Faser vom Querschnitt f ist daher = fky/ey = k/efy2 und die Summe derselben = k/e∑fy2. Den Ausdruck ∑fy2, d. h. Summe aller Flächenteilchen multipliziert mit dem Quadrat ihrer Abstände von der neutralen Faser, nennt man das Trägheitsmoment J. Danach ist: M = k/eJ = kJ/e. Der Bruch J/e, d. h. Trägheitsmoment, dividiert durch den Abstand der am weitesten von der neutralen entfernten Faser, heißt das Widerstandsmoment W. Die Trägheits- und Widerstandsmomente sind abhängig von der Form und Größe der Querschnitte, die Werte derselben findet man in jedem Ingenieur-Hand- oder Taschenbuch. Für ein Rechteck von der Höhe h und der Breite b ist in Bezug auf die der Seite b parallele Schwerpunktsachse (neutrale Achse): J = bh3:12 und W = bh2:6. Mit Benutzung der obigen Bezeichnung lautet die allgemeine Biegungsgleichung: M = kW oder Kraftmoment = k x Widerstandsmoment. Die Spannung k, die größte von allen im Querschnitt vorkommenden, darf für Festigkeitsberechnungen die für das Material zulässige Grenze nicht überschreiten und zwar in keinem einzigen der Balkenquerschnitte. Man muss daher die gefährlichen Querschnitte aufsuchen, und das sind diejenigen, für welche die Kraftmomente am größten sind (also für Fig. 3a der Querschnitt dicht an der Einspannungsstelle); die für diese genügend befundenen Abmessungen reichen auch für die andern Querschnitte aus.

Ist der Balken prismatisch, d. h. von überall gleichem Querschnitt, so wird das Material nur in den äußersten Fasern der gefährlichen Querschnitte voll ausgenutzt, an allen übrigen Stellen des Balkens bleibt die Spannung unterhalb der zulässigen Grenze. Wird dagegen der Balken nicht prismatisch ausgeführt, sondern werden alle Querschnitte desselben so berechnet, dass die in ihnen auftretenden Maximalspannungen gleich sind, so bekommt man einen Träger von gleichem Biegungswiderstand. Bei diesem verhalten sich die Kraftmomente wie die Widerstandsmomente. Ist die Zug- und Druckfestigkeit ein und desselben Materials, z. B. des Holzes, des Gusseisens etc., verschieden, so muss die Tragfähigkeit eines Balkens mittels des kleinern jener beiden Werte berechnet werden. Die Tragfähigkeit eines Balkens vom rechteckigen Querschnitt ist seiner Breite (Abmessung f zur Kraftrichtung) und dem Quadrat seiner Höhe (Abmessung zu Kraftrichtung) direkt, seiner Länge indirekt proportional, wird also dargestellt durch die Formel: P = mbh2:l, in der m einen vom Material und von dem Belastungsfall abhängigen Zahlenwert bedeutet. In Betreff des Belastungsfalles, also der Art, wie der Balken befestigt, bez. ausgelagert ist, und wie die Last einwirkt, gelten bei gleicher Balkenlänge und gleichem Balkenquerschnitt folgende Sätze: Ist der Balken an einem Ende horizontal fest eingespannt, am andern freien Ende durch eine Einzelkraft belastet (Fig. 30), so ist die Tragkraft = 1. Ist die Last über den ganzen Balken gleichmäßig verteilt, so ist die Tragkraft = 2. Sind beide Enden unterstützt und hängt die Last in der Mitte (Fig. 4), so ist die Tragkraft = 4. Sind beide Enden unterstützt und ist die Last gleichmäßig über die ganze Balkenlänge verteilt, so ist die Tragkraft = 8. Dieselbe Tragkraft hat der an beiden Enden eingemauerte Balken, wenn die Last in der Mitte hängt; ist sie aber in diesem Falle gleichmäßig verteilt, so ist die Tragkraft = 12, d. h. dieser letztere Balken würde eine Gesamtlast = 12 P tragen, während der in Fig. 30 skizzierte Balken nur P tragen kann. In Betreff der Größe des Querschnittes bei sonst gleichen Verhältnissen gilt der Satz: Die Tragvermögen zweier Balken von gleicher Länge, aber von verschieden großen quadratischen oder runden Querschnitten verhalten sich zueinander wie die Huben der Seiten oder der Durchmesser dieser Querschnitte. Ein Balken von quadratischem Querschnitt trägt mehr, wenn er auf eine Seite, als wenn er auf eine Kante gestellt wird, bei rechteckigem Querschnitt mehr, wenn er auf die schmale, als wenn er auf die breite Seite gelegt wird, und zwar trägt er, wenn die eine Seite doppelt so breit ist wie die andre, eine doppelt so große Last, wenn man ihn auf die schmale, als wenn man ihn auf die breite Seite legt. Soll ein hölzerner Balken von rechteckigem Querschnitt und größtmöglicher Tragfähigkeit aus einem runden Baumstamm gezimmert werden, so muss das Verhältnis seiner Breite zu seiner Höhe wie 5:7 sein. Für die Tragfähigkeit schmiedeeiserner Träger ist ein I-förmiger, für diejenige gusseiserner Balken ist ein T-förmiger Querschnitt günstig. Die Gestalt des Querschnittes bei gleicher Größe desselben ist ebenfalls von Einfluss, und zwar ist die Tragkraft eines Balkens mit quadratischem Querschnitt geringer als die eines solchen mit rechteckigem Querschnitt, wenn letzterer Balken auf seiner schmalen Seite ruht. Ein hohler Balken trägt bei gleichem Querschnitt mehr als ein voller."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v. Festigkeit]


4.4. Scherfestigkeit - shear strength - การแตกแยก



Abb.: Scherkräfte
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]

Scherfestigkeit ist der Widerstand, den ein Körper einer Verschiebung zweier aneinander liegender Flächen entgegensetzt.

Scherfestigkeit von Bambusrohren und -stäben

Scherfestigkeit kN/cm²

Stab

min 1,69 max 2,31 Mittel 1,98

Rohr

min 1,47 max 2,22 Mittel 1,67

"Vor allem für die Gestaltung der Bambusrohrverbindungen ist die Berücksichtigung des Scherwiderstandes wichtig. Die Angaben unter ‚Stab' betreffen Probekörper als Rohrwandstreifen zweischnittig, unter ‚Rohr' betreffen ganze Rohrabschnitte vierschnittig. Der Einfluss des Scherflächenabstandes ist unbedeutend, aber die Scherfestigkeit nimmt bei wachsender Scherflächenlänge ab. Bei 10 mm Wandstärke ist die Scherfestigkeit etwa 11% geringer als bei 6 mm Wandstärke; bedingt durch die Verteilung der hochfesten Faseranteile pro Querschnittsfläche, vgl. Druck, Zug, Biegung. Die Tabellenwerte stammen von Internodienmaterial. Die Werte für Nodienmaterial liegen um ca. 50% höher."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 88]

Quelle der Tabelle: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23


Abb.: Prinzip der Scherung
[Bildquelle: C.lingg / Wikipedia. -- Public domain]

"4) Die Schubfestigkeit oder der Widerstand gegen Abscheren hat den Kräften entgegenzuwirken, welche die gegenseitige Verschiebung der Teile eines Körpers zu bewirken streben, z. B. in der Weise, dass auf den vorspringenden Teil eines fest eingespannten Körpers C (Fig. 5) ein andrer scherblattartiger Körper eine Kraft P ausübt.

 


Fig. 5. Schubfestigkeit.

Bei genügender Kraftwirkung findet ein Abschieben oder Abscheren des Körpers C längs des über der Kante C liegenden Querschnittes statt. Ebenso kommt die Schubfestigkeit in Frage bei dem Stanzen oder Durchpunzen von Blechen behufs Herstellung der Nietlöcher. Die vor dem Abscheren entstehenden Spannungen liegen jetzt in der Richtung des Trennungsquerschnittes, während sie bei der Zug- und Druckfestigkeit senkrecht dazu standen. Die Beziehungen zwischen Belastung, Spannung und Querschnitt sind bei der Schubfestigkeit genau dieselben wie bei der Zug- und Druckfestigkeit. Die zulässige Schubspannung ist bei homogenem (nicht spaltbarem) Material etwa 4/5 der zulässigen Zug- und Druckspannung anzunehmen, wenn man von diesen den kleinern Wert einführt (bei Holz in der Spaltrichtung nur 1/6 k bis 1/8 k). Die Schubkräfte treten in jedem auf Biegung in Anspruch genommenen Balken auf, indem sie die Fasern desselben sowohl parallel als rechtwinklig zu seiner neutralen Achse übereinander zu verschieben suchen. Die horizontalen Schubkräfte sind den vertikalen direkt proportional, erreichen in den äußersten Fasern der gefährlichen Querschnitte (also an den Stellen, wo Mmax entsteht) ihr Minimum und in der neutralen Horizontalschicht an den Stellen, wo M = O ist (also beim Träger auf zwei Stützen über den Auflagern), ihr Maximum. Die vertikalen Schubkräfte eines beliebigen Vertikalschnittes ergeben sich aus der Differenz des lotrecht nach oben gerichteten Auflagerdruckes und des lotrecht nach unten wirkenden Gewichts, bez. der Belastung des zwischen dem Auflager und jenem Schnitt gelegenen Trägerstückes."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v. Festigkeit]


4.5. Knickfestigkeit - buckling stiffness



Abb.: Knickkräfte
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]

Mir sind keine Daten zur Knickfestigkeit von Bambusstängeln bekannt.


Abb.: Die vier Eulerschen Fälle von Knicken
[Bildquelle: Grahams Child / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

"5) Die Zerknickungs- oder Strebefestigkeit kommt in Betracht bei längern stabförmigen Körpern, die ein gewisses Verhältnis ihrer Länge zu ihrer kleinsten Querschnittsabmessung überschreiten und bei hinreichender Belastung seitlich ausbiegen würden. Die Ausbiegung ist verschieden, je nachdem der belastete Stab 1) an einem Ende festgehalten, am andern frei (Fig. 6a) oder 2) an beiden Enden drehbar befestigt (Fig. 6b) oder 3) an beiden Enden festgehalten ist (Fig. 6 c). Bei gleichen Längen, Querschnitten und Stoffen verhalten sich die möglichen Belastungen dieser Stäbe wie 1/4:1:4. Meistens liegt der Fall Fig. 6b vor. Für diesen ist die Tragkraft: P = 1/n π²/l². Hierin bezeichnet 1/n den Sicherheitsgrad, den man bei Schmiedeeisen = 1/5, bei Gusseisen = 1/7,5, bei Holz und Stein = 1/12,5 annehmen kann. Die Länge l ist in Zentimetern einzusetzen, der Elastizitätsmodul E ist aus der Tabelle (S. 469) zu entnehmen. Gewöhnlich ist P und l gegeben, während der Querschnitt des Stabes (Säule, Pleuelstange, Kolbenstange, Druckstrebe bei Fachwerksträgern etc.) gesucht wird.

 


Fig. 6a. 6b. 6c. Zerknickungsfestigkeit.

 

Durch Auflösung der obigen Gleichung für J erhält man dann (π2 = ~ 10 gesetzt) für Schmiedeeisen, Gusseisen, Holz und Stein: J = 1/2Pl²/E, bez. = 3/4Pl²/E, bez. = 5/4Pl²/E. J ist das erforderliche Trägheitsmoment der Querschnittsfläche. Bei quadratischem Querschnitt mit der Seitenlänge a ist J = a4:12, bei rundem massiven Querschnitt mit dem Durchmesser D ist J = D4π:64, bei rundem hohlen Querschnitt (D äußerer, d innerer Durchmesser) ist J = (D4 – d4)π:64. Im letztern Fall ist d anzunehmen und D danach zu berechnen, z. B. für eine gusseiserne runde Hohlsäule sei P = 30,000 kg, l = 400 cm. Es wird dann: J = 3.30000.4002/4.1000000 = 3600 und bei d = 16 cm: D = ∜64J/π + d4 = ∜64.3600/3,14 + 164 = 19,4cm. Die Wandstärke der Säule wird: d = 1/2 (19,4 – 16) = 1,7 cm. Außer der Berechnung auf Zerknicken ist immer noch eine Berechnung auf Druck vorzunehmen, um festzustellen, ob die Druckspannung die zulässige Grenze nicht überschreitet, z. B. ist der Querschnitt der obigen Säule: F = (19,42 – 162)π:4 = 94,5 cm², folglich: k = P:F = 30000:94,5 = 317 kg/cm²."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v. Festigkeit]


4.6. Torsionsfestigkeit - torsion strength - การบิด



Abb.: Torsionskräfte
[Bildquelle: Lauenstein, 1901]

Mir sind keine Daten zur Torsionsfestigkeit von Bambus bekannt.
 


Abb.: Messung der Torsion an einem Draht
[Bildquelle: Wiedemann / Ebert, 1897]

"Die Torsionsfestigkeit oder der Widerstand gegen Verdrehen kommt namentlich bei Maschinenteilen, z. B. zylindrischen Wellen, in Betracht.


Fig. 7. Torsionsfestigkeit.

Fig. 7 veranschaulicht die Beanspruchung auf Torsion. Ein runder Stab A ist an seinem einen Ende festgehalten, am andern freien Ende wirkt das verdrehende Kraftmoment PR. Dadurch kommt die vorher gerade, der geometrischen Stabachse parallele, äußere Faser a b in die Lage a b' und der Radius c b der Endfläche in die Lage c b'. Der Winkel b c b', d. h. der Winkel, der die Verdrehung der äußersten Fasern misst, heißt der Torsionswinkel φ. Bei der Verdrehung werden die einzelnen Querschnittsflächen des Stabes gegeneinander verschoben, die hierbei auftretenden Spannungen sind daher Schubspannungen. "

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v. Festigkeit]


4.7. Spaltfestigkeit - splitting strength - การผ่า



Abb.: Spaltkräfte
[Bildvorlage: kt.ries. -- http://www.flickr.com/photos/kt_ries/3576752259/in/set-72157620542287125/. -- Zugriff am 2009-10-06. -- Creative Commons Lizenz (Namensnnenung, keine kommerzielle Nutzung)]

Spaltfestigkeit ist der Widerstand des Bambus gegen das Zertrennen seines Gefüges beim Eindringen eines Keils in Faserrichtung. Die Bambusrohrwand ist in Faserrichtung (längs) im Bereich der Internodien fast unbegrenzt spaltbar. Die Nodien (Verstärkungsknoten) dagegen erhöhen die Spaltfestigkeit. Quer zur Faserrichtung ist Bambus nicht spaltbar.

Spalten in Faserrichtung hat inbezug auf Festigkeit gegenüber Sägen den Vorteil, dass wenige oder keine Fasern zerstört sind, was größere Festigkeit und besseren Widerstand gegen Eindringen von Wasser bedeutet.


4.8. Haltevermögen von Verbindungsmitteln (Nägel, Schrauben)


Dieses Haltevermögen ist der Ausziehwiderstand von Schrauben und Nägeln, d.h. die Kraft, die zum Herausziehen eines Nagesls oder einer Schraube aus dem Bambus unter definierten Bedingungen erforderlich ist.

Mir sind keine diesbezüglichen Werte für Bambus bekannt.


5. Härte und Widerstand gegen Abrieb - hardness and resistance against abrasion - ความแข็ง


Die Außenschicht von Bambusstängeln hat ca. 4% Kieselsäuregehalt ([SiOx(OH)4-2x]n). Deshalb ist sie sehr widerstandsfähig.


Abb.: Härteprüfung nach Brinell
[Bildquelle: Nerdture / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

"In der Technik bedeutet Härte den Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines andern entgegensetzt. Demgemäß bestimmt man in der Regel die Größe der Härte (Härtemaß) durch den Druck, der ein bestimmt geformtes Werkzeug bis zu einer bestimmten Tiefe in das Material einpresst."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]

"Die Abriebfestigkeit bezeichnet die Widerstandsfähigkeit von festen Oberflächen gegenüber mechanischer Beanspruchung, insbesondere Reibung. Sie wird von den Oberflächeneigenschaften der beteiligten Stoffe, hauptsächlich der Rauigkeit und Härte, bestimmt.

In der Industrie wird die Abriebfestigkeit durch Methoden wie Schleifen oder Sandstrahlen bestimmt. Die Prüfung kann entweder entsprechend nach DIN- bzw. EN-Normen vorgeschrieben oder Teil einer Qualitätskontrolle sein."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Abriebfestigkeit. -- Zugriff am 2009-10-06


6. Plastizität, Elastizität und Biegsamkeit - plasticity, elasticity, and flexibility


6.1. Plastizität - plasticity


Bambusstängel sind durch Formung während des Wachstums, Kalt- oder Warmbiegen bleibend verformbar:

Kalt-Biegen Bambus lässt sich durch seine hohe Elastizität gut Biegen. Bei größeren Durchmessern und Wandstärken muss das Bambusrohr direkt nach dem Ernten vorgebogen trocknen. Zwängt man den Bambusspross beim wachsen durch eine Kastenförmige Schalung, so erhält man eine quadratische Deformierung des Querschnittes. Konvex gewachsene Bambusrohre werden nach dem Ernten aussortieren und direkt für entsprechend gebogene Bauteile verwendet.
Warm-Biegen Erhitzt man ein Bambuswerkstück mit einem Brenner oder über einer Feuerglut auf 150 °C , so ist es plastisch verformbar. Kühlt das Werkstück ab, behält es seine neue Form.

Quelle der Tabelle: http://bambus.rwth-aachen.de/de/index.html. -- Zugriff am 2009-09-23 (Autor dort nicht genannt).

"Plastizität (franz.), Formbarkeit, Bildsamkeit; insbes. die Eigenschaft fester Körper, unter dem Einfluss äußerer Kräfte bleibende Deformationen (Änderungen der Gestalt oder Struktur) anzunehmen. Bei kleinen Kräften ist die Deformation eine elastische, sie geht beim Nachlassen der Kräfte wieder vollständig zurück und ist durch den Elastizitätskoeffizienten (Dehnungskoeffizient) oder Elastizitätsmodul (Dehnungsmodul) bestimmt (s. ð Elastizität). Erst beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze (Dehnungsgrenze) geht sie nicht mehr vollkommen zurück, und diese bleibende (permanente) Deformation (Dehnung) wächst mit der Zeitdauer der Kraftwirkung, hat also nicht wie die temporäre (elastische) einen nur durch Material und Kraft bestimmten Wert. Es findet dabei ein Gleiten der Molekülschichten übereinander statt, und die Elastizitätsgrenze ist deshalb bestimmt durch diejenige Schubkraft (Schubmodul), bei der dauernde Schiebung (Scherung), Drillung etc. eintritt. Nach oben bildet die Grenze der Plastizität die Kohäsion oder Festigkeit, d. h. die Kraft, die einen Riss erzeugt."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]


6.2. Elastizität - elasticity - ลกษณะยืดหยุ่น



Abb.: Test der Biegeelastizität
[Bildquelle: Wiedemann-Ebert, 1897]

Elastizitätsmodul von Bambusrohren bei Druckbeanspruchung

ED Elastizitätsmodul-Druck kN/cm²
mm d= 100 d= 80 d= 70
min 1.519 1.890 1.650

Elastizitätsmodul von Bambusrohren und -stäben bei Zugbeanspruchung

EZ Elastizitätsmodul-Zug kN/cm²
mm d= 90 d= 80 - Stab
min 1.700 1.790 1.400 1.700
max 2.200 2.410 3.160 1.800

Elastizitätsmodul von Bambusrohren bei Biegebeanspruchung

EB Elastizitätsmodul-Biegung kN/cm²
mm aus d= 100 aus d= 70 aus d= 30
Stabaußenfaser zugseitig 1.690 2.270 3.250
Stabinnenfaser zugseitig 1.360 1.890 -
Bambusrohre 1.700-2.200 -
"Schlanke Bambusrohre oder Stäbe davon aus der Rohrwand haben dicken Materialien gegenüber höhere Festigkeitswerte in Relation zur Querschnittsfläche. Die Häufung der hochfesten Faserstränge in der Wandaußenzone wirken bei der Elastizität ebenso festigend wie bei Zug-, Scher- und Biegebeanspruchungen. Wie bei Massivholz reduziert sich auch der Elastizitätsmodul von Bambus mit wachsender Beanspruchung (5-10%). Für Berechnungen von Konstruktionen kann ein E-Modul von 2.000 kN/cm² eingesetzt werden."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 87]

Quelle der Tabellen: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23

"Elastizität (neulateinisch., abzuleiten v. griechisch. ἐλαύνειν (elaúnein), »antreiben, in Bewegung setzen«; Schnellkraft, Federkraft) ist das Bestreben der festen Körper, nach erlittener Änderung ihrer Gestalt (Deformation) die ursprüngliche Form wieder anzunehmen. Im einfachsten Fall (Scherung, Schiebung) sucht die deformierende Kraft einen Teil des Körpers von dem andern abzuscheren (z. B. in einer Drahtschere), ist aber nur so groß, dass beim Nachlassen die eingetretene Verschiebung der beiden Teile wieder vollkommen rückgängig wird.

 

Die hierbei als Widerstand sich geltend machende Elastizität nennt man Schub- oder Verschiebungselastizität. Sucht man z. B. bei einem Würfel aus Kautschuk od. Gallerte die obere Fläche gegen die untere zu verschieben (parallel einer Kante), bis sie um das Stück α (s. ð Figur) vorragt, d.h. das eine Paar Seitenflächen sich um den Winkel δ gedreht hat, dann ist, wenn h den Abstand der untern und obern Fläche bedeutet und q deren Inhalt, die Größe der erforderlichen Kraft K = F.q.α/h kg, wenn F den sogen. Schub- oder Gleitmodul (auch Torsions- oder zweiter Elastizitätsmodul, Gestalt- oder Deformationsmodul, Tangentialdruckkapazität) bezeichnet. Da der Winkel δ im Bogenmaß annähernd = α/h, so kann auch geschrieben werden K/q = F.δ, d.h. die Schubkraft für 1 mm² ist der Schubmodul, wenn δ = 1mm/mm. Wird eine Röhre aus einer weniger als Kautschuk dehnbaren Substanz tordiert, und denkt man sich die Röhre durch senkrechte u. durch die Achse gehende Ebenen in kleine Würfelchen zerteilt, so erleidet bei der Torsion jedes Würfelchen eine Schiebung wie angegeben, und der Widerstand gegen die Verdrillung wird gleich der Summe aller Einzelkräfte. Man kann sich auch den Hohlraum der Röhre durch andre Röhren ausgefüllt denken, d.h. die Substanz in Form eines zylindrischen Stabes oder Drahtes benutzen. Wird z. B. ein Draht von l mm Länge und r mm Querschnittradius an einem Ende eingeklemmt, am andern gedreht durch eine Kraft von p kg, die am Hebelarm a mm wirkt, so wird er um b° gedrillt nach der Gleichung b = 1/F.(2l.a.p.57,3)/(π.r4). Der Torsionsmodul F beträgt in kg/mm für Kupfer 3600–4600, Messing 3600, Gussstahl 7458, Silber 2600–3800. Auf der Anwendung dieses Gesetzes beruht z. B. die Drehwage.

Man nennt die Verschiebungselastizität auch Gestaltelastizität, weil sich im allgemeinen die äußere Gestalt des Körpers ändert, die Elastizität bei der Drillung Drehungs- oder Torsionselastizität. Bei dieser ist von einer Gestaltänderung wenig zu bemerken, noch weniger, wenn etwa im Innern einer ausgedehnten gallertartigen Masse zwei hinter- oder nebeneinander befindliche gleichgroße runde Scheiben sich durch eine zwischen ihnen wirkende Kraft gegeneinander verdrehen. Es ändert sich wohl die innere Struktur, nicht aber die äußere Gestalt der Masse. Die Volumelastizität macht sich geltend bei Änderung des Volumens durch allseitig gleichen Druck oder Zug. Sie kommt auch den flüssigen und gasförmigen Körpern zu, wird aber zweckmäßiger nicht Elastizität, sondern, wie es auch häufig geschieht, Kompressibilität genannt. Das Verhältnis der Volumabnahme w zu dem ursprünglichen Volumen v heißt Kompression oder räumliche Kontraktion; es ist dem Druck p proportional, also w/v = P/C. Die Konstante C heißt Kompressionsmodul, Modul der Volumelastizität Kontraktionsmodul oder Normaldruckkapazität, der reziproke Wert Koeffizient der kubischen Kompressibilität. Das Millionenfache des letztern beträgt, wenn p in Atmosphären gemessen wird, für Glas 1,6–2,9, Messing 1,07, Stahl 0,68, Steinsalz 4,2.

Die am häufigsten zu beobachtenden elastischen Wirkungen sind Kombinationen von Verschiebungs- und Volumelastizität, so z. B. die einfache Dehnung eines Drahtes. Wird ein Silberdraht von 1 m Länge und 1 mm² Querschnitt an einem Ende aufgehängt und am untern Ende mit einem Gewicht von 1 kg beschwert, so verlängert er sich um 0,14 nun; das doppelte Gewicht bringt die doppelte, das dreifache Gewicht eine dreimal so große Verlängerung hervor etc., die Verlängerung nimmt in demselben Verhältnis zu wie die ziehende Kraft. Ein Draht von 2 m ergibt schon bei Belastung mit 1 kg eine Verlängerung von 0,28 mm; da nämlich jedes Meter sich um 0,14 mm ausdehnt, so muss die gesamte Verlängerung jetzt doppelt so groß ausfallen wie vorhin, oder die Verlängerung ist der Länge des Drahtes proportional. Dies trifft aber nicht bei allen Körpern zu, z. B. nicht beim Gusseisen, und findet im übrigen nur innerhalb einer gewissen Grenze (Proportionalitätsgrenze) statt. Ein Silberdraht von 1 m Länge und 2 mm² Querschnitt wird durch 1 kg nur um 0,07 mm verlängert; der Draht von 2 mm² Querschnitt kann nämlich wie eine Vereinigung zweier Drähte von je 1 mm² Querschnitt angesehen werden; die ziehende Kraft verteilt sich alsdann zu gleichen Hälften gleichsam auf zwei Drähte, deren jeder nun bei 1 mm² Querschnitt nur von 1/2 kg gezogen wird und sich daher nur um die Hälfte von 0,14 mm, d.h. um 0,07 mm, verlängert. Die durch die nämliche Kraft hervorgebrachte Verlängerung steht zum Querschnitt im umgekehrten Verhältnis. Nach obigen Gesetzen ist das elastische Verhalten eines Körpers innerhalb der Proportionalitätsgrenze gegenüber einer ziehenden Kraft vollständig bekannt, sobald man weiß, um welchen Bruchteil seiner Länge ein Draht oder Stab von 1 mm² Querschnitt durch eine Zugkraft von 1 kg verlängert wird; man nennt diesen Bruchteil Elastizitätskoeffizient (auch Dehnungskoeffizient); der Elastizitätskoeffizient des Silbers ist demnach 0,00014 oder genauer 1/7300. Er ist für: Gold 1/8000, Platin 1/17000, Kupfer 1/12000, Eisen 1/21000, Stahl 1/19000, Messing 1/9000, Neusilber 1/12000, Glas 1/7917, Eis 1/670, Sandstein 1/630, Tannenholz (axial) 1/1113. Unter Elastizitätsmodulus (auch Dehnungsmodul oder erster Modul genannt) versteht man den umgekehrten Wert des Elastizitätskoeffizienten; derjenige des Silbers ist z. B. 7300. Der Elastizitätsmodulus gibt an, wieviel Kilogramm nötig wären, um einen Stab der betreffenden Substanz von 1 mm² Querschnitt auf seine doppelte Länge auszudehnen, ganz abgesehen davon, ob sich der Körper auch wirklich, ohne zu reißen und innerhalb der Proportionalitätsgrenze, so weit ausdehnen lässt. Ein Körper, der im wissenschaftlichen Sinn große Elastizität (Steifigkeit) besitzt, d.h. großen Elastizitätsmodul, ist nicht ein Körper von großer Elastizität im gewöhnlichen Sprachgebrauch, sondern gerade umgekehrt. Man spricht deshalb von populärer Elastizität, die um so größer ist, je kleiner der Elastizitätsmodul ist. So gilt als sehr elastischer Körper der Kautschuk, dessen Elastizitätsmodul für kleine Belastungen nur 0,07–0,1 beträgt, für große 300–350.

Lässt man auf einen Stab in der Richtung seiner Länge einen Druck wirken, so wird er genau um ebensoviel verkürzt, wie er durch eine Zugkraft von derselben Größe verlängert wird ( Druckelastizität). Meist besteht die Formänderung in einer Biegung der angewendeten elastischen Metallstreifen oder Drähte. Durch genügende Querschnittsverminderung können auch steife Körper sehr biegsam werden. Das äußerst spröde Glas z. B. lässt sich bei hoher Temperatur zu sehr seinen Fäden ausziehen, deren Biegsamkeit derjenigen von Gespinstfasern ähnlich ist.

Dass die Dehnung eines Stabes mit einer Volumänderung verbunden ist, zeigen genaue Messungen der Querschnittsänderungen. Verkürzt sich bei Dehnung eines Stabes von der Länge l um λ der Querschnittdurchmesser d um δ, so besteht die Gleichung δ/d : λ/l = μ. μ heißt Elastizitätszahl oder Querkontraktion. Sie steht mit den beiden Elastizitätsmoduln E (der Dehnung) und F (der Torsion) in der Beziehung μ = 1/2.E/F-1. Die Werte von μ liegen z. B. für Glas zwischen 1/5 und 1/3, für Kautschuk 0,4–0,5, Messing 0,22–0,42, Stahl 0,25–0,33 etc. Für μ = 0,5 wäre die Volumänderung = 0, wären die Moleküle Kugeln, so müsste nach der Molekulartheorie μ = 0,25 sein. Da dies nicht der Fall ist, schließt man, dass die Moleküle nicht kugelförmig sind. Denkt man sich um einen Punkt im Innern eines elastischen Körpers eine kleine Kugel beschrieben, so geht diese während der Deformation in ein Ellipsoid (Dilatationsellipsoid) über. Die Dehnungen (Dilatationen) in der Richtung seiner Achsen heißen Hauptdilatationen. Zieht man durch den Punkt irgend ein kleines ebenes Flächenelement, so steht der auf dasselbe wirkende Druck oder Zug (gewöhnlich als negativer Druck bezeichnet) gewöhnlich schief zu dem Flächenelement; es existieren aber stets drei auseinander senkrechte Flächenelemente, die senkrechte Drucke erfahren. Diese Drucke heißen Hauptdrucke und ihre Richtungen Hauptdruckachsen. Sie bilden die Achsen des sogen. Druckellipsoids, dessen Radien die Größe der Drucke nach den übrigen Richtungen darstellen. Zerschneidet man den Körper in Gedanken in Prismen, deren Kanten durch die Hauptdrucke gebildet werden, so haben diese Prismen nirgendwo das Bestreben, aneinander zu gleiten; längs ihrer Berührungsflächen findet nirgendwo eine Scherung statt. Wären nur positive Drucke vorhanden, so könnte man diese Zerschneidung, unbeschadet des Zusammenhanges, ausführen oder den Körper aus solchen Stäbchen zusammensetzen. Die Struktur der Knochen z. B. entspricht dem Verlauf dieser Hauptdrucklinien.

Bei Kristallen ist der Elastizitätsmodul im allgemeinen nach verschiedenen Richtungen verschieden. Auch bei Holz und andern Körpern mit unregelmäßiger innerer Struktur (anisotrope, heterotrope, äolotrope Körper) zeigen sich Verschiedenheiten der Elastizität mit der Richtung, weshalb man aus den elastischen Eigenschaften Schlüsse auf die molekulare Struktur der Kristalle ziehen kann. Für Tannenholz z. B. ist der Elastizitätsmodul axial = 1113, radial 95, tangential 34; für Buche sind dieselben Werte: 980, 270, 159; für Eiche: 921, 189, 130.

Wächst die deformierende Kraft über die Proportionalitätsgrenze hinaus, so wird schließlich die Elastizitätsgrenze (Grenzzwang, Dehnungsgrenze, Fließ-, Streckgrenze) erreicht, die dadurch bestimmt ist, dass nach Aufhören der Kraft auch nach sehr langer Zeit (s. ð Elastische Nachwirkung) der Körper nicht wieder seine ursprüngliche Gestalt, bez. Struktur, annimmt. Unterhalb der Elastizitätsgrenze ist die Elastizität eine vollkommene, darüber eine unvollkommene. Bei Silber z. B. wird mit einer Belastung von etwa 10 kg auf 1 mm² die Elastizitätsgrenze erreicht. Stärker darf der Draht nicht angestrengt werden, wenn keine merkliche Verlängerung zurückbleiben soll. Da sich sehr kleine Dehnungen nicht mehr genau feststellen lassen, wird in der Technik gewöhnlich eine Dehnung von 0,5 mm auf 1 m als äußerste noch zu berücksichtigende betrachtet. Dies ist um so mehr zulässig, als durch Belastung über die Elastizitätsgrenze diese im allgemeinen erhöht wird. Davon macht man z. B. zur Herstellung von messingenen Federn mit Vorteil Gebrauch, indem man den dazu bestimmten Draht durch ein Zieheisen zieht oder, falls sie aus Blech hergestellt werden, dasselbe stark überhämmert. Durch dieses Verhalten der Körper wird eine genaue Bestimmung der Elastizitätsgrenze sehr erschwert. Sie wird meist zu hoch genommen, so dass kleinere Gewichte, wenn sie nur lange genug einwirken, doch noch bleibende Deformationen hervorbringen. Man hat sogar bezweifelt, ob es überhaupt vollkommen elastische Körper gibt, und sucht dies durch Versuche, die sich über Jahrhunderte erstrecken (säkulare Versuche), zu entscheiden. Die Untersuchungen über fließende und flüssige Kristalle stellen aber die Existenz einer Elastizitätsgrenze außer Zweifel. – Die mechanische Arbeit, die zur Erzeugung einer elastischen Deformation nötig ist, die Deformationsarbeit, ist in dem Körper gewissermaßen aufgespeichert als Energie elastischer Spannung (s. ð Energie). Ihre Kenntnis ist erforderlich zur Berechnung der Spannungen eines im Gleichgewicht befindlichen elastischen Systems, z. B. der Drucke, welche die vier Füße eines Tisches auf den Boden ausüben. Bei einem dreifüßigen Tisch sind sie einfach nach dem Hebelgesetz zu finden, bei einem vierfüßigen ist aber zu berücksichtigen, dass sich der Tisch elastisch deformiert, da ohne weiteres nur drei Füße aufstehen, und zwar so, dass die Summe der Deformationsarbeiten ein Minimum wird."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.] 


6.3. Biegsamkeit - flexibility



Abb.: Biegsamkeit von Bambusstängeln: Galería de bambú,Hato Piñero, Estado Cojedes, Llanos de Venezuela
[Bildquelle: barloventomagico. -- http://www.flickr.com/photos/barloventomagico/3879290481/. -- Zugriff am 2009-10-06. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

"Biegsamkeit, allgemeine Eigenschaft fester Körper, vermöge der die ursprüngliche Richtung, in der die einzelnen Teile miteinander verbunden sind, abgeändert werden kann, ohne den Zusammenhang ihrer Teile dadurch aufzuheben. Elastisch-biegsame Körper nehmen nach der Biegung ihre frühere Lage und Gestalt wieder an."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.] 


7. Bruchverhalten - breaking - แตก


Klaus Dunkelberg  fasst die 1978 bekannten Kenntnisse zum Bruchverhalten zusammen:

"Das Bruchverhalten des herkömmlichen Bauholzes unterscheidet sich vom Bruchverhalten des Bambus. Hier erfolgt beim Reißen einzelner Fasern kein spontaner Bruch durch das ganze Material (Rohr). Die auftretenden Risse werden sofort in Faserrichtung abgelenkt und beeinträchtigen damit weniger die Festigkeitsgefährdete Stelle. Der Energiezufluss ist durch Zerstreuung verzögert. Die entstehenden Längsrisse werden an ihrer Ausbreitung über die gesamte Rohrlänge durch die Verstärkungsknoten (Nodien, Diaphragmen) gehindert. Besonders die Druck-, Scher- und Spaltfestigkeit wird durch das Knotenmaterial erhöht.

Derartige Symptome werden als Steigerungsfaktoren der Bruchzähigkeit bezeichnet. In der Forschung bei modernen Verbundwerkstoffen versucht man auch weniger die Rissebildung zu unterbinden, als vielmehr einer Risseausbreitung durch geeigneten Materialaufbau entgegenzuwirken. Nach Cooper wird die Brucharbeit vom Verhältnis der Faserfestigkeit zur zur Matrixfestigkeit sowie der Bindefestigkeit zwischen Fasern und Matrix maßgebend beeinflusst. Dabei muss eine Verbesserung der Bruchzähigkeit meistens mit einer Verminderung der Festigkeit quer zu den Fasern erkauft werden (Totalspaltung, unbegrenzte Längsspaltbarkeit von Internodien).

Schlagbruchverhalten von Bambusrohr

Die zum Durchschlagen eines Bambusrohres verbrauchte Arbeit A:f (mkp/cm²) bleibt nahezu gleich, ob der Schlag den Knoten oder den Schaft trifft (Baumann). Die Brucherscheinung selbst ist jedoch ganz verschieden. Beim Schlag auf den Knoten zerspringt das Rohr in axiale Streifen; Bruch infolge Überwindung der Festigkeit in Faserquerrichtung. Beim Schlag auf das Internodium erfolgt das eigentliche Abbrechen; Bruch infolge Überwindung der Zugfestigkeit der Faserlängsrichtung. Die Werte der Bruchschlagarbeit (D=30 mm; d=4 mm) liegen bei 2,65 mkp/cm². Da es sich hier um einen Rohrkörper handelt, wird damit mehr die Gestaltfestigkeit benannt und kann deshalb mit dem Wert von Fichte (0,5 mkp/cm²) nicht direkt verglichen werden. "

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 88]


8. Belastbarkeitstests -  load-bearing capacity tests


Christoph Tönges stellt einige der wichtigsten bis 2001 durchgeführten Tests so zusammen:

"Belastbarkeitstest von guadua angustifolia am Technologischen Institut in Costa Rica
erarbeitet in Zusammenarbeit mit Prof. Janssen vom Eindhoven Technology Institut, 1989

Spezifisches Gewicht 0,82
relative Feuchte 10%
Beanspruchung auf Durchbiegung, MOR 14,48 kN/cm²
Elastizitätsmodul, MOE 1.760 kN/cm²

[...]

Belastbarkeitstest von guadua angustifolia an der Universität Valle, Cali mit CIBAM in Palmira, Kolumbien
durchgeführt unter der Leitung von Architekt Oskar Hidalgo Lopez, damals auch an der Universidad National Bogota, sowie Ing. Jose Villar und Ing. Patricia Imery.

Die Vorgehensweise orientiert sich an der Veröffentlichung von Motoi Otta: 'Studies on the properties of Bamboo Stem'.

Testergebnisse

kN/cm² min max Durchschnitt
Elastizitätsmodul
65 Proben
1.350 2.770 2.150
Längsdruck, parallel
76 Proben
ohne Knoten: 2,26
mit Knoten: 2,62
7,05
6,36
3,93
Zugbelastung, parallel
163 Proben
ohne Knoten: ????
mit Knoten: 12,17
32,13
20,68
19,19
Spaltbarkeit
27 Proben
0,45 1,44 0,93
  • Zu diesen Versuchen wurden 13 Exemplare zwischen 9 und 13 cm Durchmesser und 17 bis 23 Metern Länge ausgesucht, gewachsen auf etwa 1000 m NN und einem mittleren Wanddurchmesser unten von 22 und auf halber Höhe von etwa 10 mm. Das Alter der Stangen war zwischen 9 Monaten und 7 Jahren, was im wesentlichen den großen Unterschied der Daten erklärt. Aus jeder Stange wurde die Probe aus vier festgelegten Höhen genommen.
     

  • Am Schnitt eines solchen Zylinders unterscheidet man eine dunkle äußere Zone mit dichtgedrängten Fasern von etwa 30% und eine weiße, innere, porige Zone von 70%. Die äußere Zone ergab eine Zugfestigkeit von 20,52 kN/cm², die innere dagegen nur 7,06 kN/cm².
     

  • Im Knotenbereich ist die Faseraufteilung dagegen durchwachsen und ergibt einen Mittelwert von 11,75 kN/cm². Dieser Knoten, oder Ring hat auch eine höhere Spaltbarkeit, aber:
     

  • Möglicherweise wegen der geringen Höhe der Proben in den Druckversuchen - die Zylinder hatten 10-fache Länge des Durchmessers - konnte nicht bestätigt werden, dass der Knoten die Festigkeit erhöht.
     

  • Gegen alle Erwartungen und früherer 'Forschungen' nahm die relative Druckfestigkeit mit der Höhe über Grund geringfügig zu, die Basalproben waren am kleinsten.
     

  • In den meisten Fällen nahm die Druckfestigkeit mit dem Alter zu. Auf Druck hielten Einjährige 2,61 kN/cm² und 6-jährige 7,05 kN/cm² aus. Auf Zug gab es aber Verwunderung bei einem Einjährigen mit 32,06 kN/cm². Die Zugfestigkeit nahm bei 5-6 Jährigen deutlich ab.
     

  • Veränderungen der Dimensionen bei der Befeuchtung über den Fasersättigungspunkt, zum Beispiel beim Kontakt mit frischem Mörtel, führen insbesondere bei weichen, jungen Fasern zu reichlich Wasseraufnahme. Älterer Bambus dagegen variiert erheblich weniger. Die Dimensionen des Zylinders variierten maximal 5% und der Wanddurchmesser bis zu 13%, bei 24-stündiger Befeuchtung jedoch nur 2,5% im Zylinder und 5% in der Wand.
     

  • Simón Vélez persönlicher Erfahrung nach ist aber nur eine Haarfuge zu sehen und der Schwund ist unwesentlich für die Festigkeit der Injektion. Die Gegenwirkung von Rohrumfang und Wanddurchmesser könnten die Ursache sein, außerdem übernehmen ohnehin nur die Internodien den Druck des Mörtelzylinders Zusätzliche Bemerkungen
     

  • Die Prüfergebnisse von Costa Rica werden von den Kolumbianischen übertroffen, CIBAM in Zusammenarbeit mit der Universidad del Valle, Cali (1000 m über NN) hat ein Elastizitätsmodul von 2.130 kN/cm² erarbeitet, andere Proben in Medellin (1800 m) und der Kaffeeregion 1400-1700 m NN weisen noch höhere Werte auf.
     

  • Außer der Meereshöhe hat das Alter der Stangen einen großen Einfluss auf die Verkieselung der Gefäße und führt zu erheblicher Zunahme der Druckfestigkeit.
     

  • Die Lage der an den Baustellen verwendeten Bambussektion im Bezug auf die Gesamthöhe einer Guaduastange, hat großen Einfluss auf Wandstärke und Rissfreiheit, ebenso die Bodenbeschaffenheit und die Feuchtigkeit des Bodens.
     

  • Die Hohlkörper des frisch gefällten Bambus stehen manchmal voller Wasser. Für Baumaßnahmen müssen die Stangen daher erst langsam getrocknet werden und dann je nach Krümmung, Durchmesser, Gewicht und Klangprobe ausgesucht werden.
     

  • Konstruktiver Holz- und Bambusschutz ist eine Jahrhundert-Garantie für dieses Material, es gibt in Manizales über hundert Jahre alte Bauwerke mit unbeschädigtem Guadua. Die jahrelange Erfahrung der Handwerker und der Architekten, ganz besonders Simón Vélez garantieren die Ausführung unter Berücksichtigung all dieser Konditionen.

ZERI-Pavillon zur EXPO 2000, Simón Vélez

Die wesentlichen tragenden Materialien für den Pavillon sind Bambus (Guadua angustifolia), Holz (aliso), Baustahl, Betonstahl und Beton. Die Baustoffe Stahl und Beton sind geregelte Baustoffe. Für die übrigen Materialien fehlen gesicherte Kenntnisse.
An der FMPA [Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart]  Stuttgart wurden deshalb Versuche zur Ermittlung folgender Kennwerte durchgeführt:

  • mechanische Kennwerte für den Bambus (Guadua angustifolia)
  • mechanische Kennwerte für das Holz aliso (Alnus acuminata Kunth)
     
Tragfähigkeit der Verbindungen der Bambusrohre über Mörtel und Stahl  

An der FMPA Stuttgart wurden ganze Bambusrohre geprüft und im Mittel mechanische Kennwerte ermittelt.

Die Bambusrohre zeigen bei Druckbeanspruchung ein gutmütiges Tragverhalten. Es erfolgt kein schlagartiges Ausknicken oder Ausbeulen der Wandung.

Bei den Biegeprüfungen waren Schubbrüche die häufigste Versagensart. Diese wurden begünstigt durch extreme Trocknungsrisse parallel zur Stabachse.

Im Bereich hoher Schubbeanspruchung wurden daher die Internodien der Bambusstäbe mit Beton ausgegossen. Im Falle eines Schubversagens verbleibt im ungünstigsten Fall immer eine Resttragfähigkeit von zwei Querschnittshälften.
Bei fehlenden Schwindrissen wurden Biegetragfähigkeiten von ca. 9,5 kN/cm² erreicht.


Ermittelte mechanische Kennwerte Guadua und "Vergleichswerte" (Rechenwerte zur Bemessung!)
 
Materialkennwerte in kN/cm² Guadua   Vollholz Nadelholz S10
(DIN 4074 T 1)
Baustahl St 37
(DIN 18800/Eurocode)
E-Modul, (Druck || Faser) 1.840 1.000 21.000
E-Modul, (Biegung) 1.780 30
E-Modul, (Zug || Faser) 2.070 1.000
βD (Druck || Faser),
Lambda (λ) = 10
5,6 0,85 21,8
βD (Druck || Faser),
Lambda (λ) = 56
3,9
βD (Druck || Faser),
Lambda (λ) = 86
2,7
βB (Biegung) 7,4 1,0 21,8
βT (Schub) 0,43 0,09 12,6
βZ (Zug || Faser)
(indirekt ermittelt aus den Biegeversuchen)
>=9,5 0,7 21,8

[Quelle: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23]


9. "Arbeiten" des Bambusstängels (hygroskopische Eigenschaften) - contracting and expanding (hygroscopic properties)


Bambus "arbeitet" ähnlich wie Bauholz, d.h. er dehnt sich bis zum Fasersättigungspunkt in Länge, Breite und Dicke proportional zu Wasseraufnahme; mit Wasserabnahme schwindet er und erreicht im lufttrockenen Zustand seine ursprünglichen Abmessungen wieder.

Formänderung von Bambus bei Wasseraufnahme bis zum Fasersättigungspunkt:

Längenänderung bis 0,2%
Breitenänderung 4,4 - 6,6%
Dickenänderung 3,8 - 8%

[Vorlage der Tabelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 75]

"Arbeiten des Holzes, Ausdehnung und Zusammenziehung, Werfen, Reißen etc. infolge der Aufnahme oder Abgabe von Feuchtigkeit aus der Luft."

[Quelle: Meyers großes Konversations-Lexikon. -- DVD-ROM-Ausg. Faksimile und Volltext der 6. Aufl. 1905-1909. -- Berlin : Directmedia Publ. --2003. -- 1 DVD-ROM. -- (Digitale Bibliothek ; 100). -- ISBN 3-89853-200-3. -- s.v.]


10. Brandverhalten - inflammability - การเก๊ดอันตรายจากไฟ



Abb.: Brennender Bambus, Chiang Rai Provinz (จังหวัดเชียงราย), Thailand (ประเทศไทย)
[Bildquelle: Stunyard. -- http://www.flickr.com/photos/stunners/416536429/. -- Zugriff am 2009-09-28. -- Creative Commons Lizenz (namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Beim Brennverhalten ist zu unterscheiden

Entflammbarkeit von Bambus im Vergleich mit Fichte (Picea ). Wärmezufuhr an der Schnittstelle von 16 cm langen Stäben von Bambusa textilis (Querschnitt 25 mm²):

Material Sekunden bis zum Entflammen
Fichte Stabende 20
  Stabmitte 19
Bambusa textilis Stabende (Nodien) Rohraußenseite 29
    Rohrinnenseite 15
  Stabmitte (Internodien) Rohraußenseite 61
    Rohrinnenseite 32

[Vorlage der Tabelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 76]

Nach dem Entflammen brennt Bambus ungleichmäßig weiter. Nodienmaterial brennt ca. zweieinhalbfach länger als Internodienmaterial. Im Vergleich zu Fichte glüht Material aus Bambusa textilis bis zu 30% länger nach.

Diese Versuche sind aber wenig aussagekräftig für das Brennverhalten von Bambus als Bauteil, denn:

"Das Brennverhalten von Bambus als Bauteil ändert sich durch Gefügebelastung und -reaktionen ständig. Die Rohre spalten sich auf - teils durch Wärmespannungen durch Materialverlust an den Brandstellen bedingte Risse - und knicken."

[Quelle: Dunkelberg, 1978. -- S. 80] 

Brandgefahr ist vielleicht das größte Problem bei der Verwendung von Bambus als Baumaterial. Jules J. A. Janssen zitiert (ohne Quellenangabe) folgenden Text von C.H. Duff aus Shanghai, 1940:

"Bamboo and matting structures have a very bad fire record. Although the solid material of the wall of the bamboo, when subjected to heat, does not appear to ignite any more readily than timber, the combination of bamboo and matting has proved to be hazardous. A fire, once started, spreads rapidly up the sides of the shed and soon destroys the joint lashings, causing an early collapse of the structure. Subsequent bursting of the closed cavities between the nodes of the bamboo poles, due to steam pressure, speeds up the rate of combustion and causes burning embers to travel some considerable distance. One of the worst fire tragedies occurred many years ago in Canton when a typical South China mat-shed theatre seating over 2000 people caught fire during a performance, resulting in the death of 1600 persons. In 1917, a long narrow three-storey bamboo and matting structure, which was built as a temporary additional grandstand on the Hong Kong Race Course to accommodate 2000 people, caught fire and collapsed with a consequent death toll of about 500 persons. It should be pointed out, however, that in both of these cases, the means of egress were hopelessly inadequate. The ordinary single-storey mat-shed can be quickly vacated at almost any point through the flimsy matting wall."

[Quelle des dort nicht nachgewiesenen Zitats: Janssen, Julius Joseph Antonius <1935 - >: Building with bamboo : a handbook / Jules J.A. Janssen. -- 2nd ed. -- Warwickshire : Intermediate Technology Publications, ©1995. -- 65 S. : Ill. ; 25 cm. -- ISBN 1-85339-203-0.  -- S. 19.]

Man kann Bambusmatten feuerresistenter machen, indem man sie auf beiden Seiten bepflastert. Sonstige konstruktive Vorbeugemaßnahmen sind:

Ob Imprägnierung des Bambus mit bestimmten Chemikalien den Feuerwiderstand (fire-resistance) heraufsetzt, ist umstritten.


11. Verhalten bei Erdbeben oder Zyklonen - behaviour in an earthquake or a cyclone - แผ่นดินไหว หรือ ไซโคลน


Julius Joseph Janssen stellt in seiner Dissertation (1981) zum Verhalten von Bambuskonstruktionen bei Erdbeben und Zyklonen fest:

"The behaviour of bamboo in an earthquake or a cyclone, which in fact is a dynamic overloading. It's behaviour in overloading can be seen in Fig.1.7., where Gaussian curves are plotted for stresses in concrete, steel and wood plus bamboo, in such a way that the 'stress in use' is the same value in each plot. In case of an earthquake or cyclone, the stress increases, and from this figure it can be seen that steel will fail before concrete does. Fig.1.7. is statical only; in fact it should be enlarged with the dynamic aspects, i.e. the surface under the stress-strain-diagram.


Fig.1.7. Gaussian curves of stresses

When all the steel has failed, and 80 percent of the concrete, only 10 percent of the wood and bamboo has failed, and the remaining 90% is still present.

However, sometimes earthquakes and cyclones are followed by fire, due to stoves falling on the floor, and this destroys wood and bamboo as well.

An advantage of bamboo, not taken into account in the previous text, is the absorption of energy in the joints. In the static loading on the trusses it (in par.5.8.1)  will be found that 85% of the deformation is due to the joints and only 15% to the elasticity of the material."

[Quelle von Abb. und Tabelle: Janssen, Julius Joseph <1935 - >: Bamboo in building structures. -- Eindhoven, Technische Hogeschool, Diss. 1981. -- 235 S. : Ill. -- S. 16f. -- Online: http://alexandria.tue.nl/ extra3/proefschrift/ PRF3B/8104676.pdf . -- Zugriff am 2009-09-22 ]


12. Verhalten zu anderen Werkstoffen (z.B. Beton, Klebstoffe) - reaction with other materials (e.g. concrete, adhesives) - คอนกรีตเสริมไผ่ ; กาวใจ


Wegen des hohen Siliziumgehalts der äußersten Schicht, kann diese mit üblichen Klebstoffen nicht verleimt werden. Die inneren Schichten und die Innenseite von Bambus ist aber verleimbar. Deshalb können z.B. Holzverbindungen in Bambusstängel eingeklebt werden; auch Laminate sind aus Bambus verleimbar.

Bambus wird statt Stahl als billige Armierung für Beton verwendet. Doch sind im Gegensatz zu Stahl die Eigenschaften von Bambus und Beton so unterschiedlich, dass bei Bambusarmierung "the structural design is basically wrong" (Jules J. A. Janssen,1995. -- S. 49). Janssen nennt zwei Hauptgründe, die gegen Bambus als Betonarmierung sprechen:

"The bond between bamboo and concrete

In the case of steel reinforcement, this problem does not exist. The dimensions of steel reinforcement rods can be considered to be constant, but concrete shrinks. This shrinkage causes a kind of pre-stressing to the concrete around the steel bars and, as a result, a bond between the steel and the concrete.

In the case of bamboo, however, the bamboo will normally shrink more than the concrete and no bond will result. The shrinkage of bamboo is caused by drying. When fresh concrete is poured, its water will moisten the bamboo; then, during the next month, the concrete will harden and lose water so that the bamboo will again dry out. This drying process can result in a shrinkage of the bamboo exceeding four times that of the concrete. Clearly, this drying process will completely break any bond between the bamboo and the concrete.

[...]

Durability

The life of bamboo in concrete is rather uncertain. Concrete is very alkaline (the pH is 13), and this is too high for bamboo; more precisely, alkalinity destroys the pectin which sticks its cellulose fibres together biologically. Consequently, after a year or so, split bamboo changes into a mass of loose cellulose fibres because cohesion is lost. Dr H. Gram discovered this after tests at Stockholm University. Fibre-cement in which there were composite bamboo fibres of about 1mm diameter, as opposed to split bamboo with a cross-section of around 4 x 10mm, were tested."

[Quelle: Janssen, Julius Joseph Antonius <1935 - >: Building with bamboo : a handbook / Jules J.A. Janssen. -- 2nd ed. -- Warwickshire : Intermediate Technology Publications, ©1995. -- 65 S. : Ill. ; 25 cm. -- ISBN 1-85339-203-0. -- S. 50f.]


13. Verwitterung und Schädlingsbefall - weathering and pests


Siehe:

Mohanan, C.: Diseases of bamboos in Asia : an illustrated guide. -- Beijing [u.a] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr10/. -- Zugriff am 2009-09-25


Abb.: Einbandtitel

Wang, Haojie ; R.V.Varma, R.V ; Xu, Tiansen: Insect pests of bamboos in Asia : an illustrated manual. -- Beijing [u.a.] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr13/. -- Zugriff am 2009-09-23

 


Abb.: Verwittertes Bambushaus
[Bildquelle: miss_lamau. --  http://www.flickr.com/photos/miss_lamau/656559042/. -- Zugriff am 2009-09-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Verwitterung ist eine Folge der Beanspruchung des Bambus durch


Abb.: Verwitterte Bambuswand,  Buglas Bamboo Institute, Duamguete, Philippinen
[Bildquelle: suvajack. -- http://www.flickr.com/photos/suvajack/1618560418/  -- Zugriff am 2009-09-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

Bambusrohre sind anfällig gegenüber

  • Wasser und Feuchtigkeit

  • Bakterien

  • Pilze

  • Insekten
    • Käfer

    • Termiten
  • Ratten

Wasser und Schädlinge können die Struktur so beschädigen, dass die Bambusteile unbrauchbar werden und man sie ersetzen muss.

Allein in Indien hat man ca. 185 Species von Pilzen (Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes) festgestellt, die Bambus befallen. In Indien gibt es mehr als 100 Insektenarten, die die verschiedenen Bambusse befallen. In Seewasser werden Bambusse von Meeresorganismen innerhalb 180 Tagen bis 2 Jahre zerstört.

[Angaben über Indien und Meeresorganismen aus: Artikel Bamboos. -- In: The wealth of India : a dictionary of Indian raw materials & industrial products / Publications & Information Directorate, Council of Scientific & Industrial Research. - New Delhi. -- Vol. 2 (revised). -- ©1988. -- S. 19f. ]


13.1. Wasser und Feuchtigkeit - water and humidity - น้ำและความชื้น


Wasser und Feuchtigkeit beeinflussen sowohl den biologischen Zerfall aus auch den Schädlingsbefall. Folgende Daten geben eine Vorstellung von der Bedeutung von Wasser und Feuchtigkeit für die schnelle Zerstörung von Bambus:

Lebensdauer eines unbehandelten Bambusstängels:

In Berührung mit Erde und ungeschützt gegen Witterung 1 - 3 Jahre
Unter einem Dach 4 - 6 Jahre
Unter einem Dach und in nicht sehr feuchtem Klima 10 - 15 Jahre

Quelle der Angaben: Janssen, Julius Joseph Antonius <1935 - >: Building with bamboo : a handbook / Jules J.A. Janssen. -- 2nd ed. -- Warwickshire : Intermediate Technology Publications, ©1995. -- 65 S. : Ill. ; 25 cm. -- ISBN 1-85339-203-0.  -- S. 7.


13.2. Bakterien - bacteria - แบคทีเรีย


"Bacterial degradation of culms also occurs, but it is a slow process unlike that caused by fungi. Many bacteria may attack cellulose, while some may attack the lignified cell wall."

[Quelle: Mohanan, C.: Diseases of bamboos in Asia : an illustrated guide. -- Beijing [u.a] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr10/default1.htm . -- Zugriff am 2009-09-25]


13.3. Pilze - fungi - เห็ดรา



Abb.: Pilzbefall an lebendem Bambus, Java, Indonesien

[Bildquelle: humanitarianbamboo.org. -- http://picasaweb.google.com/humanitarianbamboo/BambooClumpsNearTembi#533405074306 . -- Zugriff am 2009-09-29. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Fungi causing decay of bamboo culms are grouped as
  • white rot [Weißfäule],
  • brown rot [Braunfäule] and
  • soft rot [Moderfäule].

White rot and soft rot cause more serious damage than brown rot. In white rot, both lignin and cellulose are attacked. White rot of culms is characterized by a bleached appearance caused by the utilization or modification of chromogenic material in the culm. In brown rot, cellulose and its associated pentosans are attacked, while lignin remains unaffected. The lignin-rich residue of the decay imparts a brown colour to the decayed culms. In soft rot, cellulose is removed like in brown rot, but the mechanism of action on the cell wall is different. The fungi causing soft rot, like those causing staining, belong to Ascomycetes and Fungi Imperfecti, although the species involved and their action mechanism are different. "

[Quelle: Mohanan, C.: Diseases of bamboos in Asia : an illustrated guide. -- Beijing [u.a] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr10/default1.htm . -- Zugriff am 2009-09-25]

Wichtige Pilze, die gefällte Bambushalme befallen sind:

Gespaltener Bambus ist Pilzanfälliger als ganze Halme.

[Angaben über die Pilzspecies nach: Mohanan, C.: Diseases of bamboos in Asia : an illustrated guide. -- Beijing [u.a] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr10/decaymain.htm. -- Zugriff am 2009-09-25] 


Abb.: Schizophyllum commune Fr. - Gemeiner Spaltblättling
[Bildquelle: Hagen Graebner / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)] 


13.4. Käfer - beetles - ด้วง



Abb.: Dinoderus minutus Fabr.; Größe ca. 3mm
[Bildquelle: http://www.ento.csiro.au/aicn/system/c_515.htm . -- Public domain]


Abb.: Bambus, zerfressen vom Bambusbohrer (Dinoderus minutus) Fabr.
[Bildquelle: Stebbing, Edward Percy <1870 - >: Indian forest insects of economic importance. -- London : Eyre & Spottiswoode, 1914.  -- XVI, 648 S. : Ill. -- 26 cm. -- Pl. VI. -- Online: http://www.archive.org/details/indianforestinse00stebuoft. -- Zugriff am 2009-10-11] 

In Asien fressen Käfer besonders folgender Familien gefällte Bambushalme:


Abb.: Bambusbohrer (Dinoderus minutus) Fabr.
[Bildquelle: Stebbing, Edward Percy <1870 - >: Indian forest insects of economic importance. -- London : Eyre & Spottiswoode, 1914.  -- XVI, 648 S. : Ill. -- 26 cm. -- Pl. XI. -- Online: http://www.archive.org/details/indianforestinse00stebuoft. -- Zugriff am 2009-10-11] 


Abb.: Lyctus brunneus Stephens, Größe höchstens 8 mm
[Bildquelle: Sarefo / Wikipedia. -- GNU FDLicense]


13.5. Termiten - termites - ปลวก



Abb.: Bambus mit Termitenbefall
[Bildquelle: rupesh nanaiah. -- http://www.flickr.com/photos/14906526@N03/2115556350/. -- Zugriff am 2009-09-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

In Asien schädigen besonders folgende Termitenarten gefällte Bambushalme:


13.6. Ratten - rats - หนู



Abb.: Rattus rattus L. - Hausratte - black rat
[Bildquelle: Vermin Inc. -- http://www.flickr.com/photos/vermininc/2303896197/. -- Zugriff am 2009-09-28. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Gegen Ratten sind vorbeugend vor allem konstruktive Maßnahmen zu ergreifen. Die beste Vorsorge gegen Ratten ist es, keine geschützte, ruhige Verstecke zu schaffen. So muss man z.B. vermeiden, durch bis zum Boden durchgezogene Wände Verstecke für Rattennester zu schaffen. Auch unzugängliche Hohlräume in oder über der Decke sind beliebte Rattenverstecke.


14. Vorbeugender Schutz von Bambus - preventive measures - การป้องกัน



Abb.: Test mit Versiegelung von Bambus,  Buglas Bamboo Institute, Duamguete, Philippinen
[Bildquelle: suvajack. -- http://www.flickr.com/photos/suvajack/1618561154/ . -- Zugriff am 2009-09-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

"Sealant testing - Plain vs. Diamond Coat.

Currently these coatings are toxic. There is a definite need for focused local research into natural sealants. The abundance of local diverse agriculture undoubtedly holds many natural solutions to this major human and environmental issue. Currently many non-toxic paints, glues and coatings are becoming available and further developed in North America. These products are need to strengthen the sustainability aspects of this highly environmentally friendly industry. "


14.1. Konstruktive Maßnahmen - constructive measures



Abb.: Konstruktiver Schutz durch großen Dachüberhang, Pindaya, Shan-Staat (ရှမ်းပြည်နယ), Myanmar (မြန်မာပြည)
[Bildquelle: Andurinha. -- http://www.flickr.com/photos/andurinha/3134023778/. -- Zugriff am 2009-10-05. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]
 

Besonders wichtig für den Schutz von Bambusbauten gegen Verwitterung und Schädlingsbefall ist der Feuchtigkeitsschutz durch entsprechende Konstruktion, besonders durch großen Dachüberstand.


14.2. Vorbeugender Schutz ohne Chemikalien - without chemicals - ปราศจากสารเคมี


Über die Wirksamkeit dieser Methoden liegen wenige zuverlässige Angaben vor.

Als solche Schutzmaßnahmen an den Bambushalmen nennt in Anschluss an Dunkelberg, 1978. (S. 94)  ein  anonymes Referat an der RWTH Aachen von 2001 folgende:

Wahl der Erntezeit  Der Befall von Schädlingen reduziert sich in der trockenen und kühleren Jahreszeit aufgrund der Inaktivität der Tiere.
[Curing Der Stängel verbleibt nach der Ernte noch einige Tage mit seinen Blättern am Standort. Die Blätter assimilieren weiter und verringern so den Stärkegehalt des Halms. Soll gegen Käferbefall helfen.]
Räuchern     Wird der Bambus längere Zeit über einem Feuer geräuchert so wird die Rinde für Schädlinge ungenießbar. Zum Räuchern benutzt man auch den eigenen Harz.
Erhitzen     Erhitzt man das Bambusrohr kurzfristig auf 150°C , so ändert sich die Struktur der äußeren Rohwand gering, wodurch eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Schädlingen erreicht wird.

Nachteil: Die Stangen können beim Erhitzen aufplatzen.

Wässern  Beim häufig verwendetem Wässern werden die frischen Stangen 4-12 Wochen in stehendem oder fließendem Wasser gelagert. Stärke, Zucker und andere Stoffe werden dabei hinausgeschwemmt.
Kochen 15 - 60 Minuten kochen ist eine weitere Methode um die  Nährstoffe Zucker und Stärke aus dem Bambus zu holen.

Quelle der Tabelle: http://bambus.rwth-aachen.de/de/index.html. -- Zugriff am 2009-09-23 (dort kein Autor angegeben). Fehler in der Tabelle wurden stillschweigend verbessert.


14.3. Vorbeugender Schutz mit Chemikalien - with chemicals - กับสารเคมี


Hierher gehören traditionell Anstriche z.B. mit

Behandlung des Bambus vor der Bearbeitung mit Chemikalien ist üblich in China, Japan und Indien.

C. Mohanan nennt folgende Chemikalien mit denen Bambus vorbeugend behandelt wird:

  1. "Coal tar creosote [Mischung aus Guajacol, Kresol und Kresolen, die durch die Destillation von Kohlenteer gewonnen wird] and fuel oil (50:50) by weight. In high termite-infested areas, it is preferable to add 1% dieldrin. Coal tar creosote should meet the relevant standard specification for preservation purposes (Anonymous 1961);
     
  2. Copper-chrome-arsenic composition containing copper sulphate [CuSO4], sodium [Na2Cr2O7] or potassium dichromate [K2Cr2O7] and arsenic pentoxide [As2O5] in the proportion of 3:4:1 (Anonymous 198lb);
     
  3. Borated-copper-chrome-arsenic (SBOR) composition conforming to the composition (patent pending) prescribed by the Forest Research Institute, Dehra Dun, India;
     
  4. Acid-copper-chrome composition containing copper sulphate [CuSO4] 50 parts, sodium dichromate [Na2Cr2O7] 47.5 parts, chromic acid [H2CrO4] 1.68 parts (equivalent to 2.5 parts of sodium dichromate) (Anonymous 1981a);
     
  5. Copper-chrome-boron composition containing boric acid [B(OH)3], copper sulphate [CuSO4] and sodium [Na2Cr2O7] or potassium dichromate [K2Cr2O7] in the proportion of 1.5:3:4 (Anonymous 198lc);
     

  6. Ammoniacal copper-arsenite composition containing copper-sulphate [CuSO4], arsenic trioxide [As2O3] dissolved in ammonia [NH3] (Dev et al. 1991);
     

  7. Boric acid  [B(OH)3] : borax [(Na2[B4O5(OH)4] · 8 H2O) ] in 1:1.54 proportion;
     

  8. Copper naphthenate/abietate {[(CH2)nCOO]2Cu} and zinc naphthenate/abietate {[(CH2)nCOO]2Zn} containing 0.5% copper [Cu] or 1% zinc [Zn];
     

  9. Sodium pentachlorophenate [C6HCl5NaO+], boric acid [B(OH)3] and borax [(Na2[B4O5(OH)4] · 8 H2O) ] in 5:1:1 proportion (2.5% solution) for prophylactic treatment;
     

  10. Copper-chrome-arsenic composition, containing copper sulphate [CuSO4], sodium [Na2Cr2O7] or potassium dichromate [K2Cr2O7], and sodium pentachlorophenate [C6HCl5NaO+] in 2:O.5 proportion (2.5% solution) for prophylactic treatment; and
     

  11. DP (2, 5-chloro-3-bromophenol) 0.l% solution for prophylactic treatment (Ma 1990)."

[Quelle: Mohanan, C.: Diseases of bamboos in Asia : an illustrated guide. -- Beijing [u.a] : International Network for Bamboo and Rattan, 1998. -- 200 S. : Ill.  ; 25 cm. -- ISBN: 8186247238. -- Online: http://www.inbar.int/publication/txt/tr10/default1.htm . -- Zugriff am 2009-09-25]


Abb.: Borax
[Bildquelle: Ondřej Mangl / Wikipedia. -- Public domain]


Abb.: Boraxbad, um Bambus resistenter gegen Pilzbefall zu machen,  Buglas Bamboo Institute, Duamguete, Philippinen

"Borax bath anyone? This vertical acidic bath process helps preserve the bamboo by making it resistant to fungi. We are still researching its application and environmental impact. This process only needs to be used on bamboo harvested during the wetter months. during a certain time of year all harvested bamboo is naturally fungi resistant. With an larger and more abundant bamboo plantations resources it would be possible to entirely eliminate this processing stage and facility. all the more reason the world need more bamboo plantations. "
[Bildquelle: suvajack. -- http://www.flickr.com/photos/suvajack/1617655229/ . -- Zugriff am 2009-09-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

Will man auch auf der Innenseite der Bambusstengel einen Schutz anbringen, so muss man entweder die Internodien von außen durchbohren oder die Nodien durchstoßen.


15. Vergleich von Bambus mit Bauholz - comparision of bamboo with construction timber



Abb.: Zerborstenes Bambusrohr

[Bildquelle: humanitarianbamboo.org. -- http://picasaweb.google.com/humanitarianbamboo/DonYangRefugeeCamp29409#  . -- Zugriff am 2009-09-28. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]
 


Abb.: Zum Vergleich: Bruch verschiedener Holzarten bei Biegebelastung
[Bildquelle: Maurer, 1917]

Vergleich von Bambus mit verschiedener Holzarten:

 

Rohdichte
Lufttrocken, r15, in g/ccm

Brinellhärte
bei 10% Holzfeuchte

Bambus 0,7 4,0
Olivenholz 0,84 4,6
Rotbuche 0,84 4,6
Esche 0,68-0,76 3,2
Eiche 0,65-0,76 3,4
Birke 0,65-0,73 2,7
Walnuß 0,64-0,68 2,8
Ahorn 0,61-0,66 2,6
Ulme 0,60-0,68 2,7
Kastanie 0,56-0,68 1,9
Kirsche 0,56-0,68 1,9
Kiefer 0,51-0,55 1,9
Eukalyptus 0,50-1,10 3,4

 

Mechanisch-technologische Eigenschaften von Bambus im Vergleich zu anderen Holzarten in kN/cm²:
 
  E-Modul Druckfestigkeit Zugfestigkeit Biegefestigkeit Scherfestigkeit
Bambus 2.000 6,20-9,30 14,84-38,43 7,63-27,60 1,98
Hickory 1.670 5,20 15,50 11,90 1,10
Birke, gemeine 1.650 4,30 13,70 12,50 1,20
Hainbuche 1.620 6,60 13,50 1,30 0,85
Rotbuche 1.600 6,30 13,50 12,50 1,50
Lärche, europ. 1.380 4,70 10,70 9,90 0,90
Mahagoni, amerik. 1.350 5,00 - 9,90 1,04
Esche, gemeine 1.340 4,40 16,50 1,20 1,28
Eiche 1.300 6,50 9,00 10,00 1,10
Teak 1.300 6,80 11,90 10,50 0,90
Walnuß, europ. 1.250 7,20 10,00 14,70 0,70
Kiefer, gemeine 1.200 5,50 10,40 10,00 1,00
Erle 1.170 5,50 9,40 8,50 0,45
Ahorn 1.130 5,30 10,00 11,70 0,90
Tanne 1.100 4,70 8,40 7,30 0,50
Fichte 1.100 5,00 9,00 7,80 0,67
Pappel 8,80 3,50 7,70 6,50 0,65
Birkenbaum 790 4,60 21,70 8,34 -
Linde 740 4,40 8,50 1,06 0,45
Okumé 300 3,40 2,50 8,20 -
Balsa 260 0,80 7,50 1,60 0,20

Quelle der beiden Tabellen: Christoph Tönges. -- http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/referat.html. -- Zugriff am 2009-09-23

Zum Vergleich auch die Daten für das im Bauwesen Asiens sehr bewährte Teakholz (Tectona grandis L.f.)

Rohdichte g/cm² 0,69
mittlere Bruchfestigkeit in N/mm²  
  Zug βD longitudinal

Druck βZ longitudinal

Biegung βB

115
58
100

Quelle der Angaben zu Teakholz: Baustoffkenntnis / begr. 1957 von Wilhelm Scholz. Fortgef. von Harald Knoblauch. Hrsg. von Wolfram Hiese. Unter Mitarb. von Heinrich Bruckner ... -- 16., neubearb. und erw. Aufl. -- Köln : Werner, 2007. -- XXXVI, 958 S. : Ill. ; 25 cm. -- ISBN 978-3-8041-5227-4. -- S. 773 (nach DIN 68 364 (11.79)]

In einem Referat an der THRW Aachen aus dem Jahr 2001 vergleicht der nicht genannte Autor die Vor- Und Nachteile von Bambus gegenüber normalem Bauholz:

Vor- und Nachteile von Bambus gegenüber normalem Bauholz 
Vorteil Nachteil
Schnelles Wachstum, leichte Verfügbarkeit Behandlung mit Schutzmitteln weniger gut
Leichte Handhabung des Baumaterials beim Fällen, Transport, Lagerung, Eigengewicht, Form, Oberfläche Werkzeugverschleiß viel schneller als bei Holz
Leichtes und sauberes Ablängen und Spalten Nicht einsetzbar für massive Schwerkonstruktionen (Rammpfähle, Spundwände)
Benutzung von einfachen Werkzeugen möglich Bambus wird häufig als "gewöhnliches" Bauholz stigmatisiert.
Einfaches Fügen zu flächigen und räumlichen Gefügen (Fachwerk, Flechtwand)  
Keine Arbeits-, Zeit- oder Kostenintensive Verarbeitungsschritte notwendig  
Wenig Abfälle bei der Verarbeitung  
Blätter können als Viehfutter oder Dacheindeckung benutzt werden,  
Geringe Materialkosten, hohe Leistungsfähigkeit ( Ökonom. Leichtbau)   
Entflamm- und Brennbarkeit geringer als bei Bauholz  
Erdbebensicheres Bauen durch hohe Elastizität und geringes Eigengewicht.  
Möglichkeit zu schnellen Wiederaufforstungs- und Erosionsschutzmaßnahmen, Hohe Bindungsfähigkeit von CO2 während des Wachstums.  

Quelle der Tabelle: http://bambus.rwth-aachen.de/de/index.html . -- Zugriff am 2009-09-23 (dort Autor nicht genannt)


Zu: 3. Verarbeitung.