Hoe hout buigen

Van zijn beginpunt als boom tot zijn productvorm als balk of meubelstuk, hout dat in de architectuur en het interieurontwerp wordt gebruikt, doorloopt verschillende stadia en processen. Hout is een hernieuwbare grondstof en een populair traditioneel bouwmateriaal, maar wordt ook vaak genoemd als een veelbelovend bouwmateriaal van de toekomst, een materiaal dat geschikt is voor de nieuwe eisen van duurzaamheid. Maar in tegenstelling tot beton, waarvan de mallen zelfs de meest complexe krommingen kunnen maken, gebruikt houten architectuur meestal rechte balken en panelen. In dit artikel zullen we enkele technieken behandelen die het mogelijk maken om gebogen stukken hout te maken op verschillende schalen, waarvan sommige handgemaakt zijn en andere het proces op grotere schaal efficiënter en intelligenter proberen te maken.

Net zoals een boom zwaait in een sterke wind, heeft hout zijn eigen elasticiteit, en kan het tot op zekere hoogte worden gebogen voordat het gedeeltelijk of geheel terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat wanneer de kracht ophoudt. Deze elasticiteit hangt rechtstreeks af van de houtsoort en de afmetingen van het te buigen stuk. Hoewel het beeldhouwen van hout om de gewenste rondingen te verkrijgen altijd een optie zal zijn, brengt deze methode grote hoeveelheden afval voort en vereist zij zeer ervaren arbeidskrachten. Scheepsbouwers en meubelmakers gebruiken al vele jaren gebogen hout om zich aan te passen aan hydrodynamische en ergonomische vereisten. In gebouwen zijn deze technieken echter niet zo gebruikelijk. Hoewel het beeldhouwen van het hout om de gewenste vorm te bereiken altijd een optie is, levert deze methode veel afval op en vereist zij ervaren arbeidskrachten. Andere oplossingen creëren de illusie van organische volumes met rechte componenten, wat vaak interessante resultaten oplevert. Maar nu hout steeds meer als primair bouwmateriaal wordt gebruikt, zijn sommige architecten op zoek gegaan naar rechtstreeks organische vormen voor houten constructies, waarvan reeds verschillende voorbeelden zijn gemaakt met gelijmd gelamineerd hout. Als architecten is het belangrijk om het creatieproces van deze stukken te begrijpen om er beter omheen te kunnen ontwerpen. De belangrijkste methoden om hout te buigen zijn:

Steam Bending

De Duitse timmerman Michael Thonet pionierde met een van de eerste methoden om hout op industriële schaal te buigen, en zijn stoelen, die gemaakt zijn met organische vormen, zijn vandaag de dag nog steeds erg populair. Bij deze produktiewijze worden de houtvezels niet gesneden, waardoor de integriteit van het stuk behouden blijft. De methode bestaat erin het hout te verhitten zodat het kneedbaarder wordt. Een constructie, een stoomcabine genaamd, wordt gewoonlijk gebouwd om het hout onder te dompelen in een omgeving met hoge temperatuur, stoom en vochtigheid. Wanneer het 99°C bereikt, verliest de lignine (een complex organisch polymeer dat cellulosevezels samenhoudt en de plantencelwand stevigheid geeft) zijn weerstand, waardoor het hout zonder noemenswaardige weerstand kan worden gebogen. Nadat het uit de “oven” is gehaald, moet het stuk onmiddellijk naar een mal worden gebracht en met nietjes worden vastgezet. Wanneer het hout afkoelt en droogt, blijft het stuk in de vorm van de mal.

Gelijmd gelamineerd hout

Voor architectuur en grotere stukken hout is het gebruik van gelijmd gelamineerd hout de meest gebruikelijke methode. Het wordt echter ook veel gebruikt voor meubelstukken of zelfs voor de vervaardiging van skateboards, als voorbeeld. Gelijmd gelamineerd hout, of Glulam, is een constructiemateriaal dat wordt vervaardigd door afzonderlijke segmenten hout die met industriële kleefstoffen zijn gelijmd (meestal melamine of polyurethaanharslijm), samen te voegen. De resulterende delen zijn zeer duurzaam en bestand tegen vocht, en kunnen grote spleten overbruggen en unieke vormen aannemen. Bij deze methode is geen warmte of stoom nodig. Als de stukken worden gelijmd volgens een mal met de gewenste kromming (rekening houdend met de beperkingen van het materiaal en de gebruikte houtsoort), zal het eindresultaat een gebogen stuk zijn.

Kerf Cut

De Kerf Cut methode wordt op zijn beurt het meest gebruikt voor de vervaardiging van eenvoudig timmerwerk. Het is mogelijk ook de eenvoudigste manier om een stuk hout te buigen, zonder dat machines of grote mallen nodig zijn. Het mag echter nooit worden overwogen voor structurele onderdelen. Deze beperking ontstaat doordat de kerfzaagsnede het hout structureel verzwakt, door aan één kant op afstand van elkaar zaagsneden te maken om het stuk te kunnen buigen. Door kracht uit te oefenen, is het mogelijk het stuk te buigen, dat dan meestal door een houten plaat wordt bedekt.

Naast deze meer traditionele methoden zijn er ook enkele innovaties in houtbuigtechnieken. Wanneer hout droogt, kan het op natuurlijke wijze kromtrekken en buigen door de invloed van de houtvezels in het gesneden stuk. Onderzoekers van ETH Zürich, Empa en de Universiteit van Stuttgart hebben van deze – meestal ongewenste – eigenschap gebruik gemaakt om een nieuwe techniek te ontwikkelen waarbij een gecontroleerd droogproces wordt toegepast dat de houten panelen in een vooraf bepaalde vorm doet buigen zonder gebruik te maken van krachtmechanica.

Dit zelfmodelleringsproces is gebaseerd op de natuurlijke zwelling en krimp van het hout die wordt veroorzaakt door het vochtgehalte van het materiaal. Wanneer het vochtige hout droogt, krimpt het sterker loodrecht op de vezel dan erlangs. De onderzoekers maakten gebruik van deze eigenschap door twee lagen hout zodanig aan elkaar te lijmen dat de nerfrichting tegenovergesteld was. Dit tweelagige paneel vormde de basis van de nieuwe methode. Een op deze manier geproduceerd houten onderdeel blijft dimensionaal stabiel, zelfs bij een zwevende luchtvochtigheid. In de video hieronder wordt deze methode nader toegelicht:

Met het aangemoedigde en meer wijdverbreide gebruik van hout als bouwmateriaal, is ook het onderzoek en het experimenteren toegenomen. Meesters als Zumthor en Alvar Aalto staan erom bekend dat zij de mogelijkheden van hout als bouwmateriaal tot het uiterste hebben gedreven. Maar inzicht in de beperkingen en mogelijkheden van de materialen waarmee we werken is een uitgangspunt voor elke vorm van innovatie. De mogelijkheden van het gebruik van hout en organische vormen zijn talrijk en bij het ontwerpen is het essentieel om de complexiteit te begrijpen en nieuwe oplossingen te zoeken.