De in Bali gevestigde architectuur studio Ibuku heeft een golvend lichtgewicht dak voltooid dat een multifunctioneel sportveld overdekt op een schoolcampus in Abiansemal, Indonesië. Het ingewikkelde dak is volledig gemaakt van bamboe, waarvan de structurele sterkte afkomstig is van een dubbelgekromde geometrie. The Arc is een project dat innoveert en tegelijkertijd vertrouwt op lokale, traditionele technieken voor het bouwen met bamboe.
In 2021 voltooide Ibuku de Arc voor de Green School, een instelling die leren in een natuurlijke omgeving aanmoedigt. Het bamboeproject is de nieuwste toevoeging aan een campus waar al verschillende experimentele gebouwen staan die zijn ontworpen in lijn met de ambities van de school om duurzaamheid te onderwijzen door middel van samenwerking met de lokale gemeenschap.
De in Bali, Indonesië gevestigde ontwerpstudio Ibuku is opgericht door dezelfde familie die de Groene School leidt. Ibuku - een woord dat 'onze moeder' betekent in het Indonesisch - heeft zijn reputatie opgebouwd door te experimenteren met de natuurlijke vormen van bamboe en samen te werken met lokale ambachtslieden die hun leven lang met het materiaal hebben gebouwd.
The Arc is ontworpen in samenwerking met de Duitse bamboespecialist Jörg Stamm en het Britse ingenieursbureau Atelier One. Programmatisch gezien is het project eenvoudig en bestaat het uit een open wellnessruimte en een gymzaal. Complexiteit vindt het echter in zijn buitengewone bekleding - een kromlijnige schaal die er van buiten uitziet als een gladde plaat die danst tussen de bomen en van binnen een ingenieuze korrelstructuur heeft.
Bouwen met bamboe
Bamboe heeft een bepaalde vormbaarheid, duurzaamheid en schoonheid die moeilijk te vergelijken is met andere bouwmaterialen. "We gebruiken bamboe gewoon omdat we het in Indonesië hebben," zegt Defit Wijaya, hoofd architectuur van Ibuku. "Het maakt deel uit van ons cultureel erfgoed en we gebruiken het al heel lang."
Het lijdt geen twijfel dat de knowhow van bamboebouw maatschappelijk is. Bamboe is inheems in tropische klimaten en overvloedig aanwezig in Zuid- en Oost-Azië, de Stille Zuidzee en Midden- en Zuid-Amerika. Inwoners van deze gebieden werken al honderden jaren met bamboe en de bouwers van vandaag zijn goed op de hoogte van de mogelijkheden en beperkingen van het materiaal.
In feite hoeft er heel weinig voorbereiding te worden gedaan voordat een project als de Arc begint in een plaats als Bali. "We hebben veel ambachtslieden die al met dit materiaal kunnen werken," zegt Wijaya. "Ze zijn getraind in het gebruik ervan. Ze begrijpen dat, als je dit doet, het zal breken en, als je dat doet, het niet zal breken." Het project is volgens Wijaya juist bedoeld om bezoekers en gebruikers te leren over bamboe. "We proberen de mentaliteit van mensen over dit materiaal te trainen", zegt hij.
Bamboe is duurzaam, sterk en economisch. Hoewel het niet overal groeit, is het een relatief goedkoop product dat wereldwijd beschikbaar is door zijn overvloed en snelle groei in bepaalde klimaten. Tropische bamboes worden doorgaans groter dan gematigde soorten en hebben dus dikkere wanden, wat vaak betere structurele en mechanische eigenschappen oplevert voor gebruik in de bouw. De bamboe die voor de bouw van het ARC is gebruikt, is hoofdzakelijk afkomstig uit Bali en voor een klein deel uit Java.
Dankzij zijn korte groeicyclus en zijn koolstofopslagcapaciteit behoort bamboe ook tot de meest duurzame bouwmaterialen op de markt. Bamboe kan na ongeveer vier jaar worden geoogst, vergeleken met een gemiddelde van 30-40 jaar voor bomen die massief houten producten opleveren.
Hoewel bamboe gemakkelijk wordt gebruikt in landelijke gebieden, is het in de meeste steden niet toegestaan als structureel element. Dit komt deels door de variabiliteit van het natuurlijke materiaal, de waarschijnlijkheid dat het gaat rotten bij blootstelling aan water, en omdat het een doelwit is van insecten die worden aangetrokken door het zetmeel van bamboe.
Hoewel bamboe nog niet te zien is in grote steden, wil dat niet zeggen dat bamboe in de toekomst geen typisch constructiemateriaal kan worden. De Internationale Organisatie voor Normalisatie (ISO) publiceerde in 2004 drie normen over bamboebouw. Deze verwijzen naar bestaande houtnormen met testmethoden voor fysische en mechanische eigenschappen die zijn aangepast aan bamboe. Verschillende landen zoals China, Columbia, India en de VS hebben ook hun eigen normen voor bamboe aangenomen, in verschillende mate. In 2021 heeft de American Society for Testing and Materials (ASTM) bamboe toegevoegd als vezelmateriaal dat kan worden gebruikt bij de vervaardiging van bijvoorbeeld structurele samengestelde timmerproducten.
Traditionele materialen, geavanceerde geometrieën
Zoals verschillende van Ibuku's projecten, is het ontwerp voor de Arc gebaseerd op vormen die in de natuur voorkomen en tegelijkertijd geïnspireerd door de specifieke eigenschappen van bamboe.
De Arc is afgeleid van de geometrie van een 'anticlastische' rasterschelp. Dunne schelpen bezitten kracht en stijfheid door hun gebogen karakter, zoals het oppervlak van een ei of een schildpad. En trekvlakken, die alleen spanning dragen en geen compressie, vertrouwen op dubbele kromming voor stabiliteit. Anticlastische oppervlakken zijn gekromd in twee tegengestelde richtingen en nemen vormen aan zoals zadels. De Boog maakt gebruik van dergelijke gespannen oppervlakken die worden doorsneden door een compressiestructuur.
Volgens de architecten vergde het project maandenlang onderzoek om te bepalen hoe de vorm van het dak moest worden geconstrueerd. Ibuku gebruikte ingeklemde oppervlakken van bamboeshingles om de roosterschalen te vormen, die dan steunen op een reeks bamboebogen van 14 meter hoog en 19 meter lang. Het gebouw is 23,5 meter breed en 41 meter lang. De bouw duurde acht maanden.
Materiaal en interieur
Binnen de schelp biedt een ononderbroken ruimte van 760 vierkante meter ruimte voor een reeks activiteiten, beschermd tegen de hitte van Bali's equatoriale zonlicht. Omdat zowel de bamboe structuur als de schelp zichtbaar zijn, is de afwerking van de binnenruimte warm, uniform en uitgestrekt. Wie omhoog kijkt, ziet een plafond dat getextureerd en complex is. De bogen lijken op de geribbelde gewelven van een gotische kathedraal en lopen vanaf de top van de boog tot aan de grond langs fijne lijnen die de fysieke lichtheid van de structuur uitdrukken.
Het dak is opgetild van de grond om de binnen- en buitenruimte met elkaar te verbinden. Als het zonlicht vanaf de basis binnenkomt en weerkaatst tegen de vloer, buigt het zich om de gebogen oppervlakken van het interieur van de schelp en creëert het interessante, dramatische patronen. Het ontwerp van de verhoogde kap laat ook briesjes door en zorgt voor natuurlijke ventilatie. Openingen in de top van het dak laten warme lucht ontsnappen.
Bamboe beschermen
De houtachtige kolommen van bamboe, bekend als halmen, zijn meestal hol tussen de meer solide ringen of knopen, die hen kracht geven. Halmen groeien in vertakkende clusters uit een dikke stam. Hoewel ze licht, sterk en duurzaam zijn, moeten bamboehalmen worden beschermd tegen langdurige blootstelling aan water, zonlicht en vooral tegen insecten die zich voeden met de suikers van de bamboe.
Helaas zijn de tropische en subtropische klimaten waar bamboe oorspronkelijk vandaan komt en waar gebouwen meestal van dit materiaal worden gemaakt, ook regio's met lange natte seizoenen, extreme hitte en veel insecten. Daarom moet veel aandacht worden besteed aan een adequate bescherming van de bamboe die in gebouwen wordt gebruikt.
"Het is pas de laatste 10 of 15 jaar dat we hier op Bali hebben ontdekt hoe we bamboe kunnen behandelen om het duurzaam te maken," zegt Wijaya. Net als op andere plaatsen worden de bamboehalmen op Bali gewoonlijk beschermd tegen insecten met een chemische bamboe-oplossing, een mengsel van borax en boorzuur met een lage toxiciteit.
Volgens Wijaya zijn er twee opties voor deze behandeling, en kan de methode worden gekozen op basis van de tijdsdruk en de middelen van een project: de eerste optie is de bamboe gedurende twee weken in de booroplossing te dompelen; de tweede is de bamboe gedurende 24 uur in een kamer met de oplossing te koken. Voordat de halmen aan de oplossing worden blootgesteld, worden ze aan de uiteinden doorgeprikt, zodat er gaten in de massieve ringen ontstaan waardoor de chemische stof volledig in de stengel kan doordringen.
Ter bescherming tegen UV wordt op het bamboe een blanke vinyl afwerkingslaag op waterbasis aangebracht. Voor de Arc zal deze laag gedurende de hele levensduur van het gebouw om de 2 jaar moeten worden aangebracht.
Om de structurele onderdelen van de Arc te beschermen tegen weersinvloeden, werden diepe luifels en grote overstekken in het ontwerp geïntegreerd om de bogen permanent in de schaduw te houden.
Onvoorspelbare omstandigheden
Ibuku werkt samen met ingenieurs die de structurele berekeningen en details leveren, die vervolgens ter beoordeling worden voorgelegd aan een aannemer van bamboe. En als ontwerpadviseur levert Ibuku een volledige set constructiedocumenten waarin de lengte van elke halm wordt gespecificeerd. Maar modellen zijn vaak de meest effectieve manier om de ontwerpintentie ter plaatse te communiceren. "De fysieke modellen zijn erg belangrijk omdat de ambachtslieden deze gebruiken in plaats van te werken vanaf de tekeningen," zegt Wijaya.
Een andere zorg heeft te maken met de variabiliteit van de bamboe. "De arbeiders proberen zo goed mogelijk de modellen te kopiëren, maar we hebben te maken met een natuurlijk materiaal, dus we kunnen de diameter niet voorspellen," zegt Wijaya. "Er zijn altijd aanpassingen ter plaatse." Voor belangrijke implicaties heeft Ibuku input nodig, terwijl kleine implicaties meestal door de ambachtslieden worden opgelost.
Om de ambachtslieden verder te begeleiden, de bouwkwaliteit te waarborgen, de sterkte van de structuur te testen en het ontwerp te communiceren, werd vóór de bouw van de structuur een reeks mock-ups gemaakt.
Bamboe details
De basis van de Arc bestaat uit een reeks gebeeldhouwde betonnen voetstukken, die de bamboe ribben met de aarde verbinden en ze veilig boven de vochtige grond houden. Wijaya beweert dat dit funderingsdetail heel eenvoudig is. "In elke bamboeconstructie die ik ooit heb gekend is er een soort scharnierend funderingsdetail," zegt hij. "Je hebt een sokkel die op een fundering wordt geplaatst op basis van de bodemgesteldheid ter plaatse, en dan wordt er betonijzer geplaatst in elk stuk bamboe dat de sokkel raakt."
Zodra de bamboebogen zijn geplaatst, wordt in elke bamboehalm een klein gat gemaakt boven het uiteinde van de wapening. Zo kan er beton in worden gegoten tot een totale diepte van 60 of 70 centimeter, genoeg om de bamboe veilig aan de wapening te verankeren. Tijdens een van zijn bezoeken aan de werf controleerde Ibuku de positie van elk van de wapeningverbindingen van de boog vóór de montage en het storten van de bogen.
De bamboebogen van de Arc lijken organisch uit hun sokkels te ontspruiten, net als de stammen in het bos. De baleinen zijn gebundeld en ter ondersteuning op hun kruispunten met staaldraad samengebonden. Elk van de ribben komt met een reeks eenvoudige schroeven samen met het raster. Het dak van de Arc is ook eenvoudig van aard, een opeenstapeling van waterdichtheid tussen twee lagen bamboeshingles die de structurele schaal aan beide zijden een natuurlijke afwerking geeft.
Het hele systeem van ribben en schalen werd op zijn plaats gehouden met steigers die pas werden losgemaakt toen het beton was opgedroogd en de structurele verbindingen waren voltooid.
