Skrytý potenciál vývrtky aneb samotvárné CLT

Dana Jakoubková | Úterý, 12. listopad 2024 |

Kosmická loď, vývrtka, nebo rozhledna? Konstrukce každopádně na první pohled průkopnická. Zblízka jasná a o to překvapivější – vyrobená z CLT. Osobitý výraz této věže je provokativním důkazem skrytých možností designu v přirozeně obnovitelné, regionálně vyráběné a nákladově efektivní dřevěné architektuře. Dopracovat se k ní lze díky vědeckému výzkumu, materiálově výpočetnímu návrhu a digitální výrobě.

Deformační chování dřeva při změnách vlhkosti je vědě i praxi známo. Výrobci lodí a nábytku ohýbají dřevo již mnoho staletí, aby splnili hydrodynamické a ergonomické požadavky. Pro konstrukce budov jsou však tyto techniky poměrně neobvyklé.

Zatímco uznávané průmyslové procesy tvarování se většinou stále spoléhají na značné mechanické síly, v posledních pěti letech bylo třeba design a konstrukci přehodnotit, neboť se ukázalo, že bobtnání a smršťování dřeva lze přesně předpovědět díky samotvarovacímu procesu, kdy vysychání umožňuje ohýbání dřevěných panelů do předem stanoveného tvaru bez jakékoli mechanické síly a na stále větších rozměrech.

Změna paradigmatu a předvídatelnost

Podle studie publikované v časopise Science Advances představuje velkoplošné autonomní tvarování zásadní změnu paradigmatu v konstrukcích ze dřeva. Vědci ze švýcarského Federálního technologického institutu (ETH) a Laboratoře pro aplikačně orientovanou vědu o materiálech a technologiích (Empa) ve spolupráci s kolegy z Ústavu pro výpočetní projektování a výstavbu (ICD) a Ústavu stavebních konstrukcí a designu univerzity ve Stuttgartu v něm představili proces, který má potenciál nahradit neefektivní způsoby tvarování dřeva.

Místo složitých a energeticky náročných mechanických tvarovacích procesů, které vyžadují průmyslové stroje a spoustu energie, se materiál deformuje sám od sebe jen díky přirozené regulaci obsahu vlhkosti. V dřevěných konstrukcích změny vlhkosti obvykle způsobují problémy s praskáním a deformací, proto musí být pečlivě kontrolovány.

Naproti tomu v procesu samotvarování je materiál „uspořádán" tak, aby tuto silnou, přirozeně se vyskytující deformaci využil k aktivaci plánovaného chování. Stejným způsobem, jakým lze stroje naprogramovat k provádění různých pohybů, lze dřevo jako materiál naprogramovat tak, aby se při vysychání autonomně zakřivilo do předem určeného tvaru.

Deformace žádoucí

„Když vlhké dřevo vysychá, smršťuje se silněji kolmo k vláknu než podél něj," vysvětluje Markus Rüggeberg, který studii vedl. „Takové pokřivení je obvykle nežádoucí, my jsme ale využili této vlastnosti při slepení dvou vrstev CLT panelu, který je základem metody samotvarování. Důležitá je orientace vláken. Když se změní obsah vlhkosti ve dřevě, jedna vrstva nabobtná nebo se smrští, zatímco druhá zůstane tuhá. Jelikož jsou však obě vrstvy pevně spojeny, dřevo se ohýbá. A podle toho, pod jakým úhlem na sobě vlákna dřeva leží, dochází k různému ohybu. V závislosti na tloušťce vrstev, směru vláken a obsahu vlhkosti ve dřevě můžeme použít počítačový model k výpočtu přesné deformace stavebního dílu během vysychání čili můžeme předvídat, jak silně se takové velké dřevěné prvky pod vlivem vlhkosti ohnou. Tento proces jsme nazvali ‚programování dřeva'."

Jakmile dvouvrstvý panel dosáhne svého cílového tvaru, lze jej slepit dohromady s podobně zakřivenými panely v procesu zvaném laminace. Tím je možné získat požadované tloušťky materiálu a lze tak produkovat širokou škálu tvarů a poloměrů zakřivení. Současně takto vyrobený dřevěný díl zůstává tvarově stálý i při kolísavé vlhkosti.

Dřevo = nejlepší volba pro organické tvary

Digitální modelové simulace vyvinuté společností ICD ve spolupráci se švýcarskou technickou univerzitou ETH Zurich dokážou předpovědět konečné tvary s tolerancí několika milimetrů v souladu s konvenčními technikami tvarování dřeva a jsou schopny předpovědět geometrii do bodu, kdy se tato technika stane průmyslově použitelnou.

Je již prokázáno, že instalované panely mají srovnatelný konstrukční výkon s průmyslově zakřivenými CLT. Koncept programování dřeva tak otevírá pro CLT nové architektonické možnosti a vědci na svou metodu podali patentovou přihlášku.

Kromě toho nabízí samotvaré CLT potenciál vytvářet sofistikovanější a experimentálnější struktury. Při stavbě zakřivených součástí se zvýšeným konstrukčním výkonem je tendence používat v konstrukci méně udržitelné materiály, jako je beton, kov nebo plast, které jsou lépe tvarovatelné. Ale zařazení dřeva do této kategorie má obrovský potenciál učinit návrhy ekonomičtějšími a materiálově efektivnějšími. Kromě toho existují příležitosti k vytvoření zcela nových dřevěných forem, například dutých dřevěných sloupů.

Zatímco technická omezení procesu by mohla být vyřešena relativně snadno, největší výzvu pro široké použití představují očekávání průmyslu týkající se práce s „mokrým" dřevem. Samotvaré CLT ale každopádně představuje technologický pokrok v oblasti dřevěných stavebních materiálů, umožňující architektům a inženýrům vytvářet inovativní a udržitelná konstrukční řešení s minimalizovanými náklady na čas, práci i materiál.

Autor článku Dana Jakoubková

Publicistka s náklonností ke smysluplným činům a věcem. Obdivuje brilantně provázané duchovní gangsterky, ale neodvrhne ani lyrické, tajemné, lakonické a současně vtipné příběhy s tématem originální syntézy křehkosti úmrtnosti.

Nejnovější články autora

Hodnocení uživatelů: 0 / 0
Líbil se Vám článek?00