Hout is sterker dan staal.

Deze uitspraak die je vaak hoort als een van de voordelen van hout, is waar en tegelijk ook niet waar. Hoe kunnen we deze paradox verklaren?

In absolute zin is hout vanzelfsprekend minder sterk dan staal. En zelfs minder sterk dan glas. Dit materiaal is daarentegen erg gevoelig voor discontinuïteiten (kerven) en spanningsconcentraties, reden waarom het kwetsbaar is. De sterkte en stijfheid ben je heel snel kwijt. Beide eigenschappen spelen een voorname rol in elke constructiesterkte. Hout is, in relatieve zin, wel sterker dan staal als je kijkt naar de sterkte-gewichtsverhouding. Anders gezegd, hout heeft een grote sterkte bij een relatief laag eigen gewicht.

Hoe dit werkt? Lees onder de foto verder.

Elastisch materiaal
De sterkte-gewichtsverhouding is waar hout goed uitkomt en is met name van belang als je licht wilt bouwen.  Bijvoorbeeld wanneer de slappe ondergrond dat vereist en je uit kostenoverwegingen niet wilt heien. Of als je bouwt in aardbevingsgevoelige gebieden. Dan werkt de massa van staal contraproductief en heeft het lagere gewicht van hout grote voordelen. Hout kent namelijk een relatief laag eigen gewicht, ca. 17x lager dan staal. Als je dan de stijfheid relateert aan het gewicht, is hout vergelijkbaar met staal qua elasticiteit. Wat betreft sterkte valt dan positiever uit dan staal. De stelling boven het artikel klopt dus als je bepaalde toepassingen in ogenschouw neemt. Maar verder is het een wedstrijd tussen appels en peren.

Ter verduidelijking, ‘sterkte’ is de mate waarin een (bouw)materiaal weerstand biedt aan belasting, zonder dat er een breuk of vervorming optreedt. Je kunt daarbij onderscheid maken in druksterkte, buigsterkte en treksterkte. Hout heeft een relatief laag eigen gewicht en een hoge ductiliteit (veerkracht). Maar doordat het een natuurlijk materiaal is, zijn deze sterkten wel afhankelijk van de richting en andere natuurlijke factoren zoals de grootte en het aantal kwasten in het hout. Vandaar ook dat gezaagd hout wordt ingedeeld in sterkteklassen.

Bij samengestelde houten producten, zoals CLT, LVL en Glulam zijn de houten planken zo met elkaar verlijmd en gevingerlast, dat de sterkte-eigenschappen in alle richtingen gelijk en voorspelbaar zijn. Dat maakt het mogelijk om grotere overspanningen te maken met hout in de constructie. Waardoor hout prima kan dienen als draagbalk, -vloer of -muur.

Houten windmolens van 240 m
Een verrassend voorbeeld dat de stelling staaft, is een project van tien windmolens in gelamineerd vuren in windpark Fägremo in Töreboda, die ieder liefst 240 m hoog zijn. Dat wil zeggen, het houten paallichaam is 150 m hoog, terwijl de wieken van glasvezelversterkt kunststof tot 240 m reiken. De waarlijk respectabele paaldiameter bedraagt aan de onderkant 12 m en aan de bovenkant 4 m. De montage in gemakkelijk te transporteren prefab ringen is met een kraan een moeiteloze aangelegenheid. De ringen worden met lijm en stalen verbindingsmiddelen op elkaar gestapeld. Om het hout te beschermen, is het voorzien van een dikke, zeer sterke en duurzame coating.

Aanzienlijke gewichtsreductie
Behalve pluspunten als lokale houtwinning en lokale productie bij Moelven Töreboda, kortelijnslogistiek, veel lagere kosten en CO2-opslag viel de keuze óók op hout vanwege de aanzienlijke gewichtsreductie. Het gelamineerd vuren overklast staal in sterkte-gewichtsverhouding 1,55 maal. Otto Lundmand, directeur van ingenieursbureau Modvion te Göteborg die de baanbrekende exercitie samen met projectontwikkelaar Rabbalshede Kraft onderneemt, voegt hieraan toe: ‘Staal is sterker dan hout in volume, maar gelamineerd hout is 55% sterker dan staal in kilo’s. Hoe hoger je bouwt, des te positiever werkt de gewichtsreductie uit.’ Een houten windmolen van het Fägremo-kaliber weegt ongeveer twee derde van een stalen exemplaar (67%). Bijkomend voordeel is vanzelf dat de montage aanmerkelijk lichtvoetiger verloopt.

Monumentale gedenktekens
De tien houten windturbines vormen het begin van een veel langere serie. Beide uitvoerende bedrijven Modvion en Rabbalshede Kraft geloven onvoorwaardelijk in deze natuurlijke sequoiadendron giganteum-variant. En dát is het wenkende perspectief: een woud van monumentale gedenktekens, wakend over hun CO2-opslag.

Foto’s: Modvion Göteborg

Met dank aan Erik Dölerud (Modvion Göteborg), Tunis Hoekstra (Ingenieursbureau Boorsma Drachten) en Trung Tran (Lüning – Ingenieurs in houtconstructies Velp).