Bamboo structures: italian culms as likely resource for green buildings

In this thesis the results of compression, tensile and bending tests on Italian bamboo culms are discussed. The analyzed bamboo are of two species, namely Phyllostachys Edulis (MOSO) and Phyllostachys Viridiglaucescens. These tests are carried out following the rules of ISO 22156 and ISO 22157. The characteristics values of the compressive and flexural strength of Italian bamboo culms are determined. A new and versatile connector for bamboo structures is developed and tested to evaluate its effectiveness. This connector is realized by wood parts and screws and it is appropriate for constructing trusses and space frames. The use of the screws to connect wood and bamboo is due to two main aspects. First, the screws are easy to use and no particular skill is needed. Second, no splitting arises along the culm since a preliminary drilling is needed to introduce the screw. In the second part of the thesis, the linear buckling problem of non-uniform columns is treated. Firstly, a brief overview of the history of the linear buckling is described. Since bamboo culms present non-uniform flexural stiffness along the length, an approach to evaluate the approximate analytical solution of the governing equation is presented. This method can calculate the critical load in a simple way, directly accessible to the designers. The proposed method gives a closed-form estimate of the bamboo column deflection, subjected to an eccentric axial load and initial curvature (crookedness).

In questa tesi vengono mostrati i risultati delle prove di compressione, trazione e flessione effettuate su culmi di bambù di provenienza italiana. Le specie analizzate sono due e sono la Phyllostachys Edulis (MOSO) e la Phyllostachys Viridiglaucescens. Le prove sono state effettuate seguendo le norme ISO 22156 e ISO 22157, le uniche norme internazionali relative al bambù strutturale. Dai risultati ottenuti, sono stati successivamente definiti i valori caratteristici di resistenza a compressione e flessione dei culmi delle due specie italiane analizzate. Inoltre, è stato ideato e testato in laboratorio un nuovo e versatile collegamento per le strutture in bambù. Il collegamento, realizzato mediante un cilindro in legno solidarizzato con viti autofilettanti, è stato progettato in modo tale da essere prontamente impiegabile sia per la realizzazione di capriate sia per le strutture reticolari spaziali. La scelta di questa tipologia di collegamento è stata motivata da due aspetti principali. Il primo aspetto è che l’utilizzo di viti autofilettanti non richiede particolari capacità da parte del costruttore. Il secondo aspetto risiede nel fatto che per il fissaggio delle viti è richiesto un preliminare foro accomodante, il quale garantisce l’integrità del culmo durante l’avvitamento, evitando così spaccature longitudinali della canna di bambù. Nella seconda parte della tesi viene trattato il problema dell’instabilità lineare (linear buckling) per le aste sottoposte a sforzi di compressione, con la particolarità che la rigidezza flessionale sia variabile lungo l’asse longitudinale, caratteristica peculiare dei culmi di bambù. Primariamente viene esposta una breve introduzione storica del problema e, successivamente, viene proposto un metodo per la determinazione della soluzione approssimata in forma chiusa dell’equazione differenziale che regola il problema. Il metodo consiste nel rappresentare l’effettiva rigidezza flessionale, descritta da un polinomio di quinto grado, con una funzione lineare. Questo metodo permette altresì di valutare il carico critico euleriano attraverso una semplice formula, risultando così agevole per scopi professionali. Il metodo proposto, inoltre, permette di valutare approssimativamente in forma chiusa la deformata trasversale delle aste di bambù sottoposte a carico assiale eccentrico e in presenza di imperfezioni.