Alle bouwmaterialen kun je wel op de één of andere manier met elkaar verbinden. Maar er is maar één bouwmateriaal dat al groeiend met een ander stuk bouwmateriaal verbonden kan raken. En dat is hout. Aan de TU Delft wordt onderzoek gedaan naar deze vergroeiingen. Toepassing hiervan in de bouw lijkt nog ver weg, maar voor vertical forests ligt het dichterbij: met elkaar vergroeide bomen als constructief element.
Een hete dag eind juni 2020. In de Botanische Tuin, niet ver van de gebouwen van de Faculteit Civiele Techniek van de TU Delft staat Tessa Lievestro geconcentreerd te overleggen met Dennis de Goederen van Pius Floris Boomverzorging. De kwestie is waar precies de 1800 euro kostende meetapparaatjes van Pius Floris met spijkers op de stam van een lindeboom bevestigd moeten worden.
Zo’n tien jaar geleden heeft de onderzoeksgroep Biobased Structures and Materials van de Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen hier een ‘zelf-groeiende constructie’ geplant, in nauwe samenwerking met de Botanische Tuin van de TU. Jonge lindebomen zijn met rubber banden kruislings aan elkaar verbonden. Nu zijn de banden weg en zijn de bomen op meerdere plekken met elkaar vergroeid.
CT-scans om vergroeiing te begrijpen
‘Door te bewegen in de wind schuren de basten van de bomen open en komt het onderliggende hout steeds meer met elkaar in contact. Op een gegeven moment gaan ze zelfs jaarringen met elkaar delen,’ weet De Goederen. ‘Het blijven genetisch verschillende organismen, maar ze delen steeds meer functies.’
Docent-onderzoeker Wolfgang Gard, begeleider van Tessa Lievestro aan de faculteit van Civiele Techniek, is van opleiding bioloog en onderzoekt en onderwijst de moleculaire en chemische eigenschappen van hout. ‘We weten nog steeds niet goed wat er in zo’n verbinding van twee bomen gebeurt. Kortgeleden hebben we een aantal CT-scans uitgevoerd, de resultaten zijn we nog aan het analyseren. We zijn vooral erg benieuwd wat er met de vezels van het hout gebeurt. Hoe sterk zijn dit soort organische verbindingen. Kun je er iets mee in constructies?
Vertical forest voor biodiversiteit
Die vraag heeft Lievestro zich ook gesteld. Ze werkt voor haar afstudeerstage bij Arcadis. Dat adviesbureau is betrokken bij de bouw van Wonderwoods, twee woontorens (geheel van beton en staal, pijnpuntje voor Het Houtblad) die vlakbij Utrecht CS gerealiseerd worden en die worden voorzien van een ‘vertical forest’. Gard: ‘Een vertical forest, ooit als eerste in 2014 gerealiseerd door Stefano Boeri in Milaan, moet je zien als een gevel waar op balkons en uitkragingen bomen en allerlei andere begroeiing geplant wordt. Zo breng je een heleboel organisch levend materiaal de stad in zonder dat het veel oppervlakte kost. Dat zou een grote impact op de biodiversiteit en het leefklimaat in de stad kunnen hebben.’
Bomen dragen plantenbakken
Lievestro: ‘Wonderwoods is eigenlijk al in kannen en kruiken qua ontwerp, mijn afstudeerproject is een exercitie voor de toekomst. Bij Wonderwoods zullen de bomen groeien op de balkons, en daartussen komen plantenbakken van 3600 kilo, die in een stalen constructie hangen. Ik dacht: als we die bakken nu eens door de bomen laten dragen, die er toch al staan, dan scheelt dat in materiaal in de constructie. Vervolgens vroeg ik me af of het gunstig is om hiervoor enkele bomen of met elkaar vergroeide bomen te gebruiken, waartussen de constructie voor de plantenbakken kan rusten.’
Weerstand van bomen meten
En die gedachte voert ons uiteindelijk naar de Delftse Botanische tuin, waar Lievestro en De Goederen nauwkeurig bepalen waar ze spanning en buiging in de boom verwachten en ze dus de meetinstrumenten zullen plaatsen. Die meten de verticale en de horizontale vervormingen van de boom en de trekkracht op de houtverbindingen. De Goederen: ‘Deze apparatuur hebben wij omdat we regelmatig gevraagd worden om de weerstand van bomen te meten. Mensen maken zich bijvoorbeeld zorgen over een boom: gaat hij bij harde wind niet omvallen? Door precies de spanning en uitslag te meten weet je wat er aan de hand is.’
Constructieve bomenfaçade
Voor Gard is dit onderzoek om net iets andere redenen interessant. ‘Bij een vertical forest moet je voorzieningen treffen om de bomen te stabiliseren. Ze zijn geplant in kuipen en daarom is hun wortelgroei beperkt. Zeker op grote hoogte moeten ze gezekerd zijn tegen stormwind en willen we voorkomen dat de bomen scheef groeien. Daartoe worden ze met stalen banden en pennen of tuien vastgezet aan de gevelconstructie. Die krijgt op zijn beurt dan weer ongebruikelijke krachten te verduren waarmee in de dimensionering en uitvoering rekening gehouden wordt. Hoe mooi zou het zijn als de bomen zelf een groeiende, steeds steviger wordende constructieve verbinding met elkaar aangaan en zo dus samen een eigen constructieve façade vormen?’
Wortelstelsel komt in beweging
Heel veel van dit soort verbindingen bestaan er niet, zeker niet van stevig hout (Gard en zijn promovendi doen veel onderzoek naar knopen die in korte tijd ontstaan bij de zeer snel groeiende Fuchsia) dus is de knoop van relatief wat oudere lindebomen een dankbaar onderzoeksobject voor Lievestro. Omdat eigenlijk weinig bekend is over de aard van de vergroeiing, wordt heel voorzichtig de trekkracht opgevoerd. Eerst op verschillende plekken op de stam en op vergelijkbare bomen, tot, uiteindelijk zo’n 4 kilonewton, 408 kilo, recht op de knoop. Gek genoeg beginnen dan de meetapparaten op één van de stammen onder het kruis een alarmsignaal af te geven. De Goederen: ‘Een aanwijzing dat er zoveel belasting in de stam komt dat het wortelstelsel in beweging komt.’
Arcadis betaalt mee
Lievestro heeft nog een heel testprogramma af te werken in deze mede door Arcadis mogelijk gemaakte praktijktest. Kunnen we verwachten dat boomkwekers op zeker moment overgaan op het massaal laten vergroeien van bomen met elkaar? Gard: ‘Als onze theorie klopt en het echt helpt bij het realiseren van zichzelf verstevigende vertical forests, dan zijn er minder stutten en verbindingen nodig en ook minder zware gevels om ze in te verankeren. Dan kun je je inderdaad voorstellen dat dergelijke bomen gekweekt worden.’
Lievestro: ‘Na analyse van deze proeven ga ik een ontwerp maken van een constructie voor de plantenbakken. Als we kunnen aantonen dat dit soort vergroeiingen daadwerkelijk krachten kunnen dragen, dan biedt dat natuurlijk heel bijzondere mogelijkheden.’
