Banbuaren ezaugarritzea, inpregnazio-teknika bidezko modifikazioa eta egitura iraunkorren ingeniaritza

ASIER ELEJOSTE GONZALEZ 2024ko martxoa BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO-TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA ASIER ELEJOSTE GONZALEZ-ek Doktore gradua lortzeko aurkeztutako txostena Cristina Peña Rodriguez eta Amaia Butron Janices Doktoreek zuzenduta BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO-TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA (cc) 2024 Asier Miguel Elejoste González (cc by 4.0) ESKERRAK Lehenik eta behin nire tesiko zuzendariak izan diren Cristina Peña doktorea eta Amaia Butron doktoreari eskertu nahi diet. Nere tesia burutzeko izan ditudan behar guztiak asetzeko gai izan dira, bai beraien ezagutzen bitartez edo nire helburuetarako pertsona aproposenaren laguntza lortzen. Gainera zuzendaritzak behartzen dituen lanetan oso eraginkorrak izateaz gain, beraien lana eta konpromisoa areago eraman dute, eta benetan oso babestua sentitu naiz prozesu osoan. Oso arro sentituko nintzake etorkizunean nire beharra edo mesedea eskatuko bazidaten bai langile bezala eta are gehiago lagun bezala. Eskerrak eman ere Euskal Herriko Unibertsitateari (UPV/EHU) eta baita ikerkuntzarako Zerbitzu Orokorrei (SGIker) emandako laguntza teknikoarengatik. Bereziki, Makroportaera-Mesoegitura Nanoteknologia zerbitzuko Loli Martin doktoreari, beti laguntzeko prest egon delako bai ekipoen funtzionamendua azaltzeko eta baita ere lortutako emaitzen interpretaziorako, asko ikasi dut bere ondoan egonda. EHUko “Materialak eta Teknologiak” ikerketa taldeko (GMT) partaideei, beti egon dira laguntzeko prest bai irakasle diren doktoreek eta baita ere taldean parte hartzen duten ikasleek ere. Gehien bat oso gertu izan ditudan Amaia Mendoza doktorea eta Eider Mendiburu doktorea, eta azken bolada honetan berriak agertu diren Uxue Iturri BZA-ko atalean emandako laguntza guztiagatik eta Ander Larruskain; Eta bereziki goraipatu nahiko nuke Gurutz Mondragon doktorearen laguntza, gustatuko litzaidake bere bizitzako etapa berri honetan nire laguntzarekin kontatzea nik ikerketan bere laguntzarekin kontatu dudan bezala. Azkenik EHUko doktorea den Juan Luis Osa, tesi honetan zehar oso mekaniko gutxi ezagutu ditut baina zorionez beraien artean Osa ezagutu dut eta berak ere lana beste esparru batera eramaten du lagun bilakatuz profesionaltasunik galdu gabe. Tecnalian lan egiten duten pertsonei, asko lagundu naute ikerketa prozesuan eta baita ere datuak aztertzeko garaian. Esker berezi bat Alfonso Arevalillo, Ainara Garrido eta Jose Miguel Abascali edukitako prestutasunagatik eta ezagutzengatik, asko ikasi dut beraiekin elkarlanean. Eskerrak ere lagunei eta nola ez familiari. Amari, Darki Gonzalez, beti eduki dudalako bere bultzada eta laguntza, eta aitari, Felix Elejoste, gainera, tesi honetan parte hartu duelako bere optikako eta argazkilaritzako ezagutzek mikroskopioari etekin handia ateratzea eraman naute. Baita amonari ere, Nieves Mendizabal, Euskal herriko lehen emakume prokuradorea, 82 urtekin jubilatzeak ez du gelditu eta orain, 90ekin, jarraitzen du guztiontzako adibide izaten. Baita ere Olaia nire neska-lagunari, bere laguntza eta ni aguantatzeagatik, gainera aita bezala berak ere tesian parte hartu du, nik egindako bozetoak eta eskemak “artelan” bihurtuz. Eta nola ez nire bihotza betetzen duten bi semeak, Inar eta Anartz. Oso gaztetatik nekien aita izan nahi nuela, baina inoiz ez nuen espero izan hain zoriontsu egingo nindutenik. Tesi honetan lan guztietan bezala, garrantzitsuena pertsonak izan dira. Edozein lan izan daiteke ona edo txarra segun eta ze jenderekin gauden elkarlanean. Benetan poztu egin nau bizitzako etapa honetan inguratu nauen jendea. Azkenik esker berezi bat berriro Cristina eta Gurutzi, beraien laguntzarik gabe hau ez zen posible izango. LABURPENA Azken hamarkadetan, ingurumen-arazoekiko gero eta kezka handiagoak material berriztagarri eta jasangarrien erabilera bultzatu du eraikuntzan eta elementu mekanikoen diseinuan. Europan, zura asko erabili da, eta Txinan, berriz, banbua izan da aukeratutako materiala. Biak material lignozelulosikoak dira, baina propietate mekaniko desberdinak dituzte, barne-egitura bakarra baitute. Banbua ezaugarri mekaniko egokiak dituen material berriztagarria da, erresistentzia eta zurruntasun espezifiko handiak eskaintzen ditu eta zuhaitzek baino CO2 gehiago xurgatzen du. Hori dela eta, eraginkorragoa da berotegi-efektuari aurre egiteko. Halaber, lurzoruaren higaduratik babesten du, eta egokia da eremu degradatu eta ezegonkorretarako. Hala ere, eraikuntzan erabiltzeko prozesu konplexuak behar izan dira laminak bereizteko eta artifizialki itsasteko. Banbua bezalako materialen erabilera onuragarria izan daiteke ingurumenaren ikuspegitik, baina prozesatzeko metodo egokiak ere behar dira bere abantaila guztiak aprobetxatzeko. Horregatik, tesi honetan banbuaren kulmoa bere egoera naturalean aztertu da iraunkortasun biologiko eta mekanikoa hobetzeko helburuarekin, eraikuntzan eta ingenieritza zibilean segurtasunez erabili ahal izateko. Horretarako, hiru banbu espezie aukeratu dira: Dendrocalamus strictus (DS), Phyllostachys aurea (PA) eta Arundinaria amabilis (AA). Mikroskopio optikoan oinarrituz eta SEM-aren laguntzaz ezaugarri morfologikoak aztertu dira, landarearen portaera mekanikoa ulertzeko eta inpregnatzeko prozesu egokiena aukeratzeko. Azterketa kimikorako, TAPPI arauak erabili dira, eta ezaugarri mekanikoak dinamometroarekin makurdura hiru puntutan eta konpresioan neurtuta aztertu dira. Iraunkortasuna bi eratara aztertu da: biologikoa laborategian eta 6 hilabetez eguratz zabalean erabilera-motan egoteak ekartzen dizkion ondorio mekanikoak, makurdurako eta konpresioko saiakuntzen bidez neurtuz. Banbuaren modifikazioa ere egin da inpregnazio bidez bi produktuekin: egurrezko habeak berritzeko erabiltzen den epoxia eta pinutik erauzitako taninoa. Horretarako, morfologiako azterketan ikusitako ezaugarriak aprobetxatzen dituen teknologia sortu da epoxia eta taninoak injektatzeko. Behin banbua inpregnatuta, berriro karakterizatu egin da eta baita ere iraunkortasuneko frogak errepikatu dira. Horrela taninoarekin inpregnaturiko banbua, epoxiarekin inpregnaturikoa eta inpregnatugabeko lekukoak konparatu egin dira. Alde batetik, propietate mekanikoen emaitzek erakutsi dute banbuaren dentsitateak eragin zuzena duela, bai erresistentzia, baita zurruntasun ikuspuntutik ere. Aztertutako hiru banbu espezieetan, dentsitatea zenbat eta handiagoa izan, erresistentzia eta zurruntasuna handiagoa direla ikusi da. Bestetik, iraunkortasuneko saiakuntza eta gero, % 10 inguru baino ez ziren degradatu makurdurarekiko erresistentziari dagokionez. Hori morfologiaren ondorio da, banbu hutseannahiz eta barrualdeak ez duen egitura-gaitasunik ematen, makurdura-saiakuntzetan forma tubularra mantentzen laguntzen du, eta hori ez da gertatzen espezie trinkoekin erabilitako inpregnazioak, bai taninoa eta baita epoxia, eragin zuzena daukate banbuaren iraunkortasunean eta, morfologiaren arabera, baita ere propietate mekanikoetan. Makurdurako saiakuntzan hobekuntza garrantsitzuena lortu da, banbuak duen morfologiagatik zaila baita inpregnazio bidez konpresiorako dituen propietateak aldatzea. Tesiaren azken atalean, elementu finituen bitartez enduroko bizikleta baten kuadroaren egitura hiru materialekin aztertu da: banbua, karbono-zuntzez indartutako epoxi konpositea eta aluminioa. Ingurumen inpaktuak ere kalkulatu eta aztertu dira hiru egitureentzako bizi-ziklo analisia (BZA) erabiliz. Hiru materialen arteko konparaketa egitura txiki batean, banbu etsai hona izan daitekela punta puntako materialen artean, eta hare gehiago jasangarrritasuna kontuan hartzen bada. LABURPEN IRUDIA AURKIBIDEA i AURKIBIDEA 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK .......................................................................................... 2 1.1. SARRERA ............................................................................................................................. 3 1.2. BANBUAREN LABORANTZA ........................................................................................... 4 1.3. BANBU LANDAREAREN MORFOLOGIA ....................................................................... 6 1.4. BANBUAREN EZAUGARRI MEKANIKOAK .................................................................. 8 1.5. BANBUAREN IRAUNKORTASUN BIOTIKOA ............................................................. 12 1.6. MATERIAL LIGNOZELULOSIKOEN IRAUNKORTASUNA LUZATZEKO TRATAMENDUAK ................................................................................................................... 13 1.6.1. Ohiko tratamenduak .................................................................................................. 13 1.6.2. Taninoak .................................................................................................................... 18 1.7. BANBUAREN IRAUNKORTASUNA LUZATZEKO TRATAMENDUAK ................... 20 2. HIPOTESIA ETA HELBURUAK ....................................................................................... 25 2.1. HIPOTESIA ETA HELBURUAK ....................................................................................... 27 3. MATERIALAK ETA METODOAK .................................................................................. 29 3.1. MATERIALAK ................................................................................................................... 31 3.1.1. Banbua ....................................................................................................................... 31 3.1.2. Inpregnaziorako materialak ....................................................................................... 32 3.1.3. Erreaktiboak .............................................................................................................. 33 3.2. METODOAK ....................................................................................................................... 33 3.2.1. Mikroskopio optikoa eta ekorketa elektronikoko mikroskopia ................................. 33 3.2.2. Karakterizazio kimikoa ............................................................................................. 34 3.2.3. Karakterizazio fisikoa ............................................................................................... 34 3.2.4. Karakterizazio mekanikoa ......................................................................................... 34 3.2.5. Iraunkortasuna ........................................................................................................... 37 3.2.5.1. Iraunkortasun biotikoa ............................................................................................ 38 3.2.5.2. Iraunkortasuna ingurumen-agenteekiko ................................................................. 38 3.2.6. Taninoen erauzketa ................................................................................................... 40 3.2.7. Taninoen formulazioaren eragina propietate mekanikoetan ..................................... 41 3.2.8. Inpregnazioa .............................................................................................................. 42 3.2.9. Inpregnaziorako fluidoen karakterizazio fisiko-kimikoa .......................................... 44 3.2.10. Inpregnatu ondoren banbuak duen bustitzeko gaitasuna ......................................... 45 4. BANBUAREN AZTERKETA ............................................................................................. 47 4.1. SARRERA ........................................................................................................................... 49 4.2. MORFOLOGIA ................................................................................................................... 49 4.2.1. Banbuaren morfologia orokorra ................................................................................ 49 4.2.2. Hiru espezieen arteko konparaketa morfologikoa ..................................................... 55 4.2.3. Morfologiaren eragina inpregnazioan ....................................................................... 58 4.3. KARAKTERIZAZIO MEKANIKOA ETA KIMIKOA ...................................................... 59 4.3.1. Karakterizazio kimikoa ............................................................................................. 59 4.3.2. Karakterizazio mekanikoa ......................................................................................... 60 IRUDIEN ZERRENDA viii 6. atala. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI-ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 64. irudia. Tesi honen egileak egindako eta erabilitako banbuzko bizikleta-koadroa 2018ko Europako enduroko (jaitsiera libreko) txapelketan. 65. irudia. Enduroko bizikleta koadroaren triangelu egitura: (1) direkzio-hodia, (2) beheko diagonal nagusia, (3) goiko diagonal nagusia, (4) eserleku-hodia, (5) goiko bainak, (6) beheko bainak, (7) direkzio-ardatza, (8) eserleku-ardatza, (9) pedalier-ardatzaeta (10) gurpilardatza (10). 66. irudia. Enduroko bizikleta-koadroaren EFM ereduaren dimentsio nagusiak; urkila barra batengatik ordezkatu da. 67. irudia. Tentsio kontzentrazioen detailea. 68. irudia. Koadroan aztertuko diren tentsio gune nagusien kokapenak; beheko diagonal nagusiaren deformazioa muturreko A eta B puntuen arteko desplazamendu erlatiboaren funtzioan dago. 69. irudia. Urkila faltsu baten kontra eginiko talka saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 70. irudia. Erorketa saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 71. irudia. Kateak eragindako indarraren saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 72. irudia. Aurrez aurreko talkan sortutako tentsioak (Von Mises, MPa): a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. 73. irudia. Erorketa baten aurrean sorturiko indarren simulazioa: a) AA banbua, b) CFRP eta c) aluminioa. 74. irudia. Kateak eragindako indarraren simulazioa: a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. 75. irudia. Kateak eragindako indarren sorturiko deformazioen detailea. 76. irudia. Bizikleta-koadroaren bizitza osoko diagrama fluxuak: a) sehaskatik ateraino; b) sehaskatik hilobira, etapa guztien laburpena. 77. irudia. Banbuzko bizikleta-koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa midpoint-ean. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 78. irudia. CFRP koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa midpoint-ean. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia.(1) Berotze globala; (2) Ozonogeruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur IRUDIEN ZERRENDA ix geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 79. irudia. CFRP prozesuaren eta garraioaren inpaktuak. Midpoint. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 80. irudia. Aluminiozko koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa. Midpoint. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia.(1) Berotze globala; (2) Ozonogeruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 81. irudia. Material desberdinen inpaktuen konparaketa sehaskatik ateraino normalizazioaren analisian. Midpoint. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ezkartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 82. irudia. Sehaskatik ateraino normalizazioa. Endpoint. 83. irudia. Sehaskatik hilobira normalizazioa. Endpoint. 84. irudia. Aluminiozko koadro bat, banbuzko 2 koadro eta karbonozko 5 koadroen konparaketa. Endpoint. TAULEN ZERRENDA xi TAULEN ZERRENDA 1. atala. BANBUAREN EZAUGARRIAK 1. taula. Banbuaren propietate mekanikoak beste eraikuntza materialekin alderatuta [Albermani eta kideak, 2007]. 2. taula. Banbuaren ezaugarri fisiko eta mekanikoak [Anurag, 2013]. 3. taula. Banbuaren dentsitatea (ρ) eta bere konpositeen ezaugarri mekanikoak [Yu Y. eta kideak, 2014b]. 4. taula. Ur xurgatze eta degradazio propietateak [Nahar eta kideak, 2012a]. 5. taula. Egurraren kokapenaren arabera sortzen diren patologiak eta bioziden aukerak. 6. taula. Tratamendu termikoen eta materialen arteko konparaketa. 7. taula. Tratamendu tradizionalak [Liese eta Kumar, 2003; Evans eta kideak, 2007]. 8. taula. Gaur egungo tratamenduak. 3. atala. MATERIALAK ETA METODOAK 9. taula. Hiru banbu espezieen jatorria eta hazkunde baldintzak. 10. taula. Banbu espezie bakoitzaren kulmoaren ezaugarriak, hornitzailearen datuen arabera. 11. taula. CH83/-10 epoxi erretxina eta gogortzailearen ezaugarri fisikoak (fitxa teknikoa) eta epoxi-gogortzaile-azetonaren nahasketaren hasierako biskositatea. 12. taula. Saiakuntza mekanikoentzako laginen dimentsioak, 9. irudiaren arabera. 13. taula. Epoxi-gogortzaile nahasketaren erreakzio azterketarako giro tenperaturan egondako denbora. 4. atala. BANBUAREN AZTERKETA 14. taula. DS, AA eta PA banbuen konposizio kimikoa. 15. taula. DS, AA eta PA banbu-espezieen eta PSren propietate mekanikoak (batez bestekoa, BB eta 5. Pertzentila, 5P) eta dentsitatea. 16. taula. DS, PA eta AA espezieen batez besteko masa galeraren portzentajea (MG1) (EN 350:2016) eta batez besteko masa galeraren portzentajea (MG2) (UNE-EN335). 17. taula. DS, PA eta AA propietate mekanikoak eta dentsitatea ingurumen-agenteekiko iraunkortasun saiakuntza egin ondoren. 5. atala. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 18. taula. 153, 144 eta 130 ppm-ko seinaleen integraziotik lortutako datuak. 19. taula. Taninoen pH-aren saiakuntzen batez besteko balioak makurdura-saiakuntzan. 20. taula. Inpregnatzeko-gaitasuna. 21. taula. Jatorrizko eta inpregnatutako laginen emaitza mekanikoak. TAULEN ZERRENDA xii 22. taula. Batez besteko masaren galera (MG1) PA, AA eta PS espezieentzat, EN 350:2016 arauaren araberako iraunkortasun-saiakuntzaren ondoren, eta batez besteko masaren galera (MG2) EN335 CU3.1 saiakuntzaren arabera. 23. taula. Masa galeraren gutxitzea tratatu gabeko laginekiko. 24. taula. Batez besteko masaren galera 3.2.7 atalean prentsatutako laginekin (MG1) 3.2.7 atalean egindako laginekin, UNE-EN 350:2016 arauaren araberako iraunkortasunsaiakuntzaren ondoren, UNE-EN335:2013 saiakuntzaren arabera. 25. taula. Inpregnatu eta inpregnatu gabeko laginen emaitzak iraunkortasun saiakuntza egin ondoren (UNE-EN335-2:2013). 26. taula. Propietate mekanikoen analisia iraunkortasun-saiakuntza egin ondoren (UNEEN335-2:2013). Portzentajeak kalkulatzeko, iraunkortasun-saiakuntzaren aurretik inpregnatu gabeko laginak erabili dira lekuko bezala (21. taulako hirugarren eta seigarren zutabeak). 27. taula. Inpregnatu ondoren banbuak duen bustitzeko gaitasuna. 28. taula. Materialen propietate mekanikoak: taninoz inpregnaturiko AA banbua, CFRP konposatua [Corum, 2001] eta aluminioa [ASM, 1990]. 6. atala. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI-ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 29. taula. Koadroa osatzen duten hodien diametroak materialaren arabera. 30. taula. Talka baten aurrean sorturiko Von Mises tentsioak (MPa) zehaztutako posizioetan. 31. taula. Erorketa baten aurrean sorturiko Von Mises tentsioak (MPa) 68. irudian zehaztutako posizioetan: a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. 32. taula. Kateak eragindako tentsioak (Von Mises, MPa) 68. irudia zehaztutako posizioetan. 33. taula. Kalkulatutako bizikleta-koadroen masak. 34. taula. Material bakoitzak behar dituen prozesuak bizikleta-koadroa fabrikatzeko. 35. taula. 10 urteetan beharrezkoak diren koadroen estimazioa. 36. taula. Banbuzko koadroaren prozesaketaren inbentarioa. 37. taula. Karbono zuntzezko koadroaren prozesaketaren inbentarioa. 38. taula. Aluminio koadroaren prozesaketaren inbentarioa. 39. taula. ReCiPe 2016 eko kategoriak midpoint eta endpoint. 40. taula. Normalizazio eta Ponderazio balioa Enpoint-en. SINBOLOEN ETA LABURDUREN ZERRENDA xiii SINBOLOEN ETA LABURDUREN ZERRENDA AA Arundinaria amabilis BB Batez bestekoa BBEk Batez besteko Young-en modulua CFRP Karbono-zuntzez indartutako epoxi konpositea D Banbuaren kanpo-diametroa d Banbuaren barne-diametroa DS Dendrocalamus strictus EM Makurdurako elastikotasun-modulua (batez bestekoa) EM5 Makurdurako elastikotasun-modulua (5. pertzentila) EK Konpresioan zuntzekiko paraleloa den elastikotasun-modulua (batez bestekoa) EK5 Konpresioan zuntzekiko paraleloa den elastikotasun-modulua (5. pertzentila) FTIR Fourier transformatuaren espektroskopia infragorria L Luzera m Masa OM Mikroskopia optikoa PA Phyllostachys aurea PS Pinus Sylvestris SEM Ekorketa elektronikoko mikroskopioa TAPPI Technical Association of Pulp and Paper Industry ρ Dentsitatea ρ’ Kulmoaren dentsitatea M Sekzio zirkular hutseko zentrotik urrunen dauden zuntzen tentsio normala (batez bestekoa) M5 Sekzio zirkular hutseko zentrotik urrunen dauden zuntzen tentsio normala (5. pertzentila) K Zuntzekiko paraleloa den tentsio normala (batez bestekoa) K5 Zuntzekiko paraleloa den tentsio normala (5. pertzentila) 5P 5. Pertzentila PEk 5. pertzentilaren Young-en modulua 5Pσk 5. pertzentilaren erresistentzia 1. atala BANBUAREN EZAUGARRIAK BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 3 1.1. SARRERA Azken hamarkadetan, hainbat ingurumen larrialdi detektatu dira: CO2 emisioak eta lotutako larrialdi klimatikoa, polimeroen hondakinen kudeaketa eta itsas-zaborra, baliabideen agortzea, atmosferaren kutsadura, deforestazioa, bio dibertsitatearen galera eta lurzoru emankorren egoera, besteak beste. Horregatik, hainbat arloetan, eraikuntzan eta elementu mekanikoen diseinuan ere, material berriztagarri eta jasangarrien beharra dago. Banbua material berriztagarria da, barne egitura bakarra eta goi-mailako ezaugarri mekanikoak dituena [Zou eta kideak, 2009]. Azkar hazten da eta, ondorioz, zuhaitzek baino CO2 gehiago xurgatzen du (zuhaitzek baino 5 aldiz gehiago gutxi gora behera) [Li Y. eta kideak, 2015; Lakkad eta Patel 1981; Amada eta kideak, 1997]. Hori horrela, esan daiteke Lurraren berotegi efektuari zuhaitzek baino modu eraginkorragoan egiten diola aurre [Pereira, 1999; Beraldo eta Azzini, 2004]. Lurzoruaren higaduraren aurka ere babesten du. Gainera, aproposa da inguru degradatu eta ezegonkorrak populatzeko, beste landareak hazi ezin daitezkeen lur azidoetan landatu daitekeelako [Pereira, 1999]. Banbuak, 1988ko datuen arabera, ordurako 4.000 erabilera baino gehiago zituen [Hsiung, 1985]. Zura, milaka urtez eraikuntza-material erabilienetakoa izan den bezala Europan, Txinan banbua izan da. Txinako hego-mendebaldean, oro har, banbua jatorrizko egituretan erabiltzen da, eta horregatik banbu kulmoez (kanabera) egindako etxeak (1. irudia) eta dai-estilo tradizionaleko zubiak oso arruntak dira [Chen Z. eta kideak, 2022]. Banbuzko eraikinak ikus daitezke Hego Amerikako banbua ekoizten duten eremuetan [Quintero eta kideak, 2022]. Banbua helburu desberdineko eraikinetan erabil daiteke, adibidez, Xiao eta kideek [Xiao eta kideak, 2010] zubien eraikuntzan banbuaren erabilera aztertu zuten; Paraskeva eta kideek prototipoak diseinatu eta esperimentalki balidatu zituzten banbu pasabideak landa-eremuetan aplikatzeko[Paraskeva eta kideak, 2017], eta Puri eta kideak [Puri eta Chakrabortty, 2017] panel prefabrikatuak garatzeko, banbu bidez indartutako hormetarako erabili zituzten. Hala ere, mendebaldean bere erabilera ez da hain ezaguna [Pereira, 1999; Beraldo eta Azzini, 2004]. Banbuak, denbora asko darama zientzialariak liluratzen. Alde batetik, material konposatuen diseinu biomimetikorako erreferentziazko eredutzat hartu da [Zou eta kideak, 2009]. Beste aldetik, propietate mekanikoei dagokiona, beste eraikuntza-materialekin alderatzen denean, banbuaren konpresioarekiko erresistentzia hormigoiarena baino bi aldiz handiagoa da, eta trakzioarekiko duen erresistentzia, altzairuarenarena ia berdina da. Gainera, jatorrizko forman erabiltzean iraunkortasun handia aurkezten du kanpoko azalak babesten duelako [Kaminski eta kideak, 2016a eta 2016b; Bravery eta kideak, 2003]. Baina, azala kaltetzen bada, almidoieta azukre-erreduktore eta proteina-konposaketa nahiko handiak dituenez, iraunkortasun natural txikia du eta giro bero eta hezeetan (biltegiratzean, garraiatzean eta erabiltzean) onddoek erraz 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK 10 duten inpaktuaren % 95 banbua ez diren materialetatik dator [Kaminski eta kideak, 2016b]. 2. taula. Banbuaren ezaugarri fisiko eta mekanikoak [Anurag, 2013]. Banbuaren ezaugarriak Pisu espezifikoa 0,575 - 0,655 Batez besteko pisua 0,625 kg/m Haustura-modulua 60 - 157 MPa Elastikotasun-modulua 14710 - 19613 MPa Konpresio-esfortzu maximoa 78 - 85 MPa Konpresioan seguru lan egiteko ahalegina 10 MPa Trakzioko lan-tentsio segurua 16 - 34 MPa Ebakitzailekiko lan-tentsio segurua 11 - 18 MPa Oro har, banbuak eraikuntzako material komertzial homogeneo gisa erabiltzeko saiakerak egin direnean, moztu edo birrindu egin behar izan da, beren jatorrizko forma. Horrela, azken hamarkadan, banbuan oinarritutako egitura-material berritzaile gisa azkar garatu da. Adibidez, banbu laminatua (glubam), banbuzko zur laminatua (LBL), banbu aglomeratuak (PBSL) (PBSL) (BS), [Tan eta kideak, 2020; Sharma eta kideak, 2015, Li T. eta kideak, 2020], banbu zuntzez sendotutako konpositea (BFRC), bestelako laminatuak [Nugroho eta Ando, 2000, Li X. eta kideak, 2015; Correal eta kideak, 2014; Li H-T. eta kideak, 2015], aglomeratuak [Shangguan eta kideak, 2016; Zhang eta kideak, 2013; Bahari eta kideak 2017] eta bestelakoak ekoizteko [Sharma eta kideak, 2015; Shangguan eta kideak, 2014; Wei Y. eta kideak, 2017] (3. taula). Ekoizpen-prozesu hauetan ere banbuak hainbat abantaila dauzka egurraren aldean: transformazioprozesuan material gutxiago galtzen da errefusa moduan [Chun eta kideak, 2014; Glisovic eta kideak, 2015]. 3. taula. Banbuaren dentsitatea (ρ) eta bere konpositeen ezaugarri mekanikoak [Yu Y. eta kideak, 2014b]. ρ (g cm-3) Haustura modulua (MPa) Elastikotasun modulua (GPa) Trakzio erresistentzia (MPa) Konpresio erresistentzia (MPa) Banbu 0,68 156,97 12,02 179,23 66,24 BFRC 1,09 253,23 26,35 248,48 173,14 LBL 0,66 106,25 9,83 114,42 52,65 BS 1,10 149,93 11,10 115,73 77,90 BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 11 Ikerketa asko aurkitu daitezke non banbua (txikituta, laminatua edo bere zuntzak aterata) eta epoxi bezalako erretxinekin egindako konpositeak aztertu diren, adibidez banbuzko zephyr taulak (BZB), banbu zuntzezko konpositea (BFC) eta banbuzko zuntzez sendotutako konpositea (RBSC) [Nugroho eta Ando, 2001; Yu Y. eta kideak, 2014a; Zhong eta kideak, 2017]. Beste konposite batzuetan matrize biodegradagarria erabili da, PLA-ko matrizea adibidez, banbu zuntz errefortzuekin [Tokoro eta kideak, 2007]. Zuntz sintetikoek, hala nola beira-zuntzak eta karbono-zuntzak, jatorri ez-berriztagarriarekin eta ekoizteko energia beharrekin lotutako inpaktuak eragiten dituzte. Banbuak ordea, 1. taulan ikusten den bezala, eraikuntza materialen artean ekoizpen energia txikiena dauka. Emaitza esperimentalek erakusten dutenez, banbuzko zuntzek eta beira-zuntz konbentzionalek duten erresistentzia espezifikoa baliokidea da [Okubo eta kideak, 2004a]. Banbuak axialki haztearen ondorioz, bere morfologian zelulosa zuntz oso luzeak aurkitzen dira eta horrek zuntz naturalekin egindako konpositeetan erabiltzeko hautagarri ezin hobea egiten du [Nahar eta kideak, 2012]. Banbu zuntzak isolatzeko kulmotik, erauzketa mekanikoa, lurrun bidezko leherketa-teknika eta tratamendu alkalinoak erabili dira [Phong eta kideak, 2012]. Huda eta kideek [Huda eta kideak, 2012] beste zuntz lignozelulosikoekin alderatzean, konprobatu zuten banbuzko zuntzak hobeak direla beste zuntz natural batzuk baino, hala nola jutea. Izan ere, banbuzko eta jutezko probeten makurduraren aurkako erresistentzia 19,2 MPatik 5,2 MPara jaisten da. Zuntz-kontzentrazioa % 50eraino igotzearekin batera, makurdurarekiko erresistentzia handitu egiten da (72,4 MPa), baina jaitsi egiten da balio horretatik aurrera. Gainera, erresistentzia akustikoa gora egiten du banbuzko ehunen kontzentrazioaren gorakadarekin, jute eta polipropilenozko konposatuena baino 1,4 aldiz handiagoa baita. Konposatu-dentsitate baxuetan, banbuzko ehunak dituen polipropilenozko konposatuak makurdura-propietate handiak eta ezaugarri akustikoak ditu, eta horiek egokiak dira beira-zuntza ordezkatzeko, normalean automobilgintzako piezetarako erabiltzen baita. Ur-xurgapen baxuak eta lurzoruaren ingurunean degradazio txikiagoak erakutsi zuten banbuak jute-zuntzarekin alderatuta bere propietate mekanikoak mantentzen dituela, 4. taulan ikus daitekeen bezala. Aurpegiarteko zizailatzearekiko erresistentzia 4,91 MPa eta 2,14 MPa da banbu eta jute bidez konposatutako materialentzat, hurrenez hurren [Nahar eta kideak, 2012]. 4. taula. Ur xurgatze eta degradazio propietateak [Nahar eta kideak, 2012a]. Denbora (min) Ur xurgatzea (%) Denbora (asteak) Materialaren degradazioa (%) Banbua Jutea Banbua Jutea 1 14 17 1 2,5 4 10 38 76 2 15 22 60 58 92 3 24 30 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK 12 Horregatik, zuntz naturalen erabilera hainbat abantaila ditu: beren kostu baxuak, ingurumenarekiko errespetuak, hornidura agortezinak eta berezko ugaritasunak zuntz sintetiko sendotuko materialak ordezka ditzakete, batez ere matrize polimerikoko material konposatuetarako [Ray eta kideak, 2004; Jin eta kideak, 2015]. 1.5. BANBUAREN IRAUNKORTASUN BIOTIKOA Banbuaren erabileraren ondorioz, iraunkortasuna aldatzen da. Kulmo gisa erabiltzean, epidermisa babesa ematen dio barruko egiturari. Banbuaren arazoa da egitura oso definitua duela, kanpoko azal oso iraunkorra eta barruko zati ez oso iraunkorra duena. Honi konposizio kimikoan aurkitzen diren desberdintasunak gehitu behar zaizkio. Epidermisa iragazgaitza den bitartean, barrualdean, hemizelulosak, azukreak eta material lignozelulosikoen ohikoak diren osagaiak aurkitzen dira. Ustelduraren onddoek kalte larriak eragiten dizkiete banbuzko eta zurezko eraikinei, eta birgaitzeneurri garestiak behar izaten dira horiek konpontzeko [Huckfeldt eta Melcher, 2008a; Schmidh eta kideak, 2020]. Banbua zura baino errazago deskonposatu daiteke, toxina naturalik ez daukalako [Janssen, 2000] eta bere paretak oso meheak direlako. Ondorioz, sakonera txikiko deskonposizio-prozesuek gaitasun mekanikoak nabarmenki murriztu ditzakete. Kalkulatzen da banbua 1200 intsektu-espezietik gorak jan dezaketela, onddo degradatzaileek aldiz, 400 espezie baino gehiago ordezkatzen dituztela [Shu eta Wang, 2015]. Banbuaren narriaduraren prozesuan hiru faktore dira nagusiak. Batetik, banbuaren almidoiak kakalardo batzuk (Hylotrupes sp.) erakartzen ditu eta arrautzak kulmoaren barruan erruten dituzte. Horren ondoren, arrautzak eklosionatu egiten dira eta jaio diren larbak zurtoinaren zelulozaz elikatzen dira zurtoineko hormetan zehar zulo biribil edo obalatu txikiak uzten, kanpora ateratzeko erabiliko dituztenak. Eraso-abiadura azkarragoa da banbu berde freskoan, baina banbu lehorra ere eraso daiteke, klima bero eta hezeetan, non banbuaren oreka-hezetasunaren edukia kanpoaldean (baina gerizpean) klima epelagoetan baino handiagoa izaten den [Liese eta kideak, 2002]. Bestetik, termitak intsektu txikiak dira, kolonia handitan bizi dira eta banbu landarearen almidoiarekin elikatzen dira. Kakalardoek ez bezala, zelulosa deskonposatu dezaketen entzimak dituzte, gainera. Arrazoi horiek guztiak direla eta, kalte nabarmenak eragin ditzakete denbora gutxian. Bi motatako termitak daude, lurpekoak eta egur lehorrekoak. Lehenengoak lurrean (ahal dela, hezea) bizi dira eta zeharrargiak direnez, tunelak egiten dituzte edo ezkutuko bideak aurkitzen dituzte eguzkiaren argia saihesteko; bigarrenek, berriz, zurean edo banbuan bertan egiten dituzte habiak [BRE, 1999]. Eta azkenik, onddo xilofagoak konposatu lignozelulosikoez elikatzen dira eta, ondorioz, usteldu egiten dute. Hori gertatzeko, banbuak % 20ko hezetasuna izan behar du, gutxienez, hau da, banbua euriaren edo lurzoruaren hezetasunaren eraginpean egon behar da [Ridout, 1999]. Banbua bildu eta ondorengo prozesamenduan, lizunek eta mikro- BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 13 onddoek kalte larriak eragiten dizkiote banbuari, eta haien potentzial ekonomikoa debaluatu egiten dute [Tang eta kideak 2009; Liese eta Tang 2015; Schmidt eta kideak, 2015; Schmidh eta kideak, 2020]. Zuraren kasuan bezala, banbua narriaduratik babesteko modurik eraginkorrenak honako hauek dira: erabili aurretik lehortzea eta diseinu edo eraikuntza babes neurriak hartzea. Banbua lehor mantendu behar da, haizetik eta euritik babestuz. Urarekiko esposizio luzea saihestu behar da. Horrela, usteltzea saihestuko da eta xilofagoen erasoen indizea murriztuko da [Kaminski, 2013a; Trujillo eta kideak, 2013]. Banbuaren arazoa da egitura oso definitua duela, kanpoko azal oso iraunkorra eta barruko zati ez oso iraunkorra duena. Gainera, horri gehitu behar zaio hodi-forma izateak eta zuntz banaketa optimizatu horretan masa-galera txiki batek ondorio larriak izan ditzakeela egituran [Kaminski eta kideak, 2016a; Bravery eta kideak, 2003]. 1.6. MATERIAL LIGNOZELULOSIKOEN IRAUNKORTASUNA LUZATZEKO TRATAMENDUAK 1.6.1. Ohiko tratamenduak Zura milaka urtez erabili da material iraunkorra izateko asmoarekin [Dunningham eta Sargent, 2015]. Bere propietateei esker, beti izan du leku nabarmen bat altzarietan eta eraikuntzan, [Xie eta kideak, 2020a; Saha, 2013; Hamant eta kideak 2011; Ouertani eta kideak, 2015]. Duen hazkunde motela dela eta, eraikuntzak jasangarriak izan daitezen, gutxieneko epe bat iraun behar dute, basoek berriro hazteko denbora eduki dezaten. Elikadura eta nekazaritzarako Nazio Batuen erakundearen arabera, zuraren ekoizpena 41 milioi tona dira, 2021ko Espainiako datuak bakarrik kontuan hartuta [NFI, 2023]. Zuraren geometria porotsuak uraren mugikortasunerako eta mikrobio-jardueretarako kanal eta espazio ugari ematen ditu [Chen C. eta kideak, 2020a; Pandit eta kideak, 2020; Wang K. eta kideak, 2019]. Horrek errendimendua murrizten dio, dimentsioen ezegonkortasunagatik eta degradazio biologikoagatik [Yin eta kideak, 2020]. Gainera, Europako espezie gehienak ez dira oso iraunkorrak [Humar eta kideak, 2020]. Horregatik, garrantzitsua da zuraren eta oinarria lignozelulosikoa duten materialen ur-edukia mugatzea [Thybring eta kideak 2018; Ringman eta kideak, 2019]. Gainera, egurraren babesa ezinbestekoa da [Eckhard eta kideak, 2005; Dunningham eta Sargent, 2015]. Babes-metodoen artean daude biozidak, ur-uxagarriak, estaldurak eta diseinuaren bidezko babesa, besteak beste (4. irudia) [He eta kideak, 2020; Humar eta kideak, 2020]. Hala eta guztiz ere, tratamendu horietako batek ere ez ditu eraginkortasunez babesten zurezko gainazalak 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK 14 hezetasunaren, kalte biologikoen edo argi ultramorearen aurka [Pandit eta kideak, 2020; Wang K. eta kideak 2017]. 4. irudia. Zura bezalako material lignozelulosikoen iraunkortasuan luzatzeko tratamenduak. Biozidak substantzia kimiko sintetikoak edo jatorri naturalekoak izan daitezke, kaltegarritzat jotzen den edozein organismo suntsitu, indargabetu edo neutralizatzeko. Egurraren kokapenaren arabera, biozidak sailkatu egin daitezke, 5. taulan ikusi daitekeen bezala. Hauek gizakiaren osasunerako nahiz ingurumenerako arrisku potentziala dira [Eckhard eta kideak, 2005, He eta kideak, 2020]. Toxikotasuna eta ondorio kaltegarriak direla eta, sistema biozida klasiko gehienak debekatu edo merkatutik kendu dira, produktu biozidei buruzko araudia sartu ondoren [Regulation EU, 2012]. Horregatik, beharrezkoa da ingurumena errespetatzen duten elementu ezbiozidak erabiltzea, iraunkortasuna areagotzeko eta gizartearen eskaera betetzeko [Guo eta mideak, 2018, He eta kideak, 2020, Lahtela eta Karki, 2016]. Tratamendu termikoek materialen iraunkortasuna hobetzen dute, eta ingurumena errespetatzen duten prozesutzat hartzen dira. Tratamendu honen abantailen gakoa higroskopikotasuna murriztea da [Tjeerdsma eta kideak, 1998; Hill eta kideak, 2012], iraunkortasun biologikoa hobetuz [Rapp, 2001; Rep eta Pohleven, 2001]. Dimentsioen aldetik ere egonkortasun handiagoa ematen du [Olek eta kideak, 2013; Sandberg eta Kutnar, 2015]. Baina desabantailak ere baditu, hala nola erresistentzia galtzea eta hauskortasuna areagotzea [Srinivas eta Pandey, 2012; Lahtela eta Karki, 2016; Sandberg eta kideak, 2017]. Sharma eta kideek banbua eta zuraren arteko konparaketa bat egin dute, non banbuen tratamendu termikoen eragina propietate mekanikoetan aztertu egiten den 6. taulan [Sharma eta kideek, 2015]. Alde batetik, banbua txurituaren kasuan sojaz egindako erretxinaz laminatutako taulak lortzen dira. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 15 Beste aldetik, landareen azukreen propietate termikoak kontuan hartuta, banbua erdikaramelizatua eta karamelizatua ekoizten dira, non, desberdintzen dituenak lurrunarekin kontaktuan dauden denbora da. Azkenik, ikerketa honetan tratamendu termikoen bitartzez banbuaren iraunkortasuna hobetzen dela aipatzen da. 5. taula. Egurraren kokapenaren arabera sortzen diren patologiak eta bioziden aukerak. Erabilera motak / Kokapena Ezaugarriak Hezetasun kantitatea Patología Biozidak 1 Estalpean Ezer Karkoma Termitak Organikoak Sintetikoak Naturalak 2 Estalpean baino hezetasun arriskuarekin Noiz behinka Onddoak Karkoma Termitak Organikoak Sintetikoak Naturalak 3.1 Kanpoaldean, lurrarekin kontakturik gabe (hegoaldean) Maiz Onddoak Karkoma Termitak Organikoak Sintetikoak Naturalak 3.2 Kanpoaldean, lurrarekin kontakturik gabe (iparraldean) Une oro Onddoak Karkoma Termitak Gatzak 4 Lurra eta ur gezarekin kontaktuan Une oro Onddoak Karkoma Termitak Gatzak 5 Itsasoko urarekin kontaktuan Une oro (ur gazia) Onddoak Karkoma Termitak Itsas Xilofagoak Gatzak 6. taula. Tratamendu termikoen eta materialen arteko konparaketa.  (kg/m3) Konpresio tentsioa (MPa) Tentsio ebakitzailea (MPa) Makurdura tentsioa (MPa) Banbua txurituta1 644 55 14 77 – 79 Banbua erdikaramelizatua1 673 60 17 79 Banbua karamelizatua1, 2 686 77 16 77 – 83 Sitka izeia3, 4 383 36 9 67 Douglas LVL izeia5, 6 520 57 11 68 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK 16 1Sharma eta kideak, 2015b; 2Sharma eta kideak 2015a; 3Lavers, 2002a; 4Kretschmann, 2010a; 5Kretschmann, 1993a; 6Clouston eta kideak, 1998a. Elektrizidadea ere iraunkortasuna hobetzeko tratamendu bilakatu daiteke. Eremu elektrikoek barne egiturako partikula metalikoak askatzen dituzte, onddoetatik babesteko [Treu eta Larnoy, 2016]. Zurean eremu elektriko bat aplikatzearen ondorioz, metalezko partikulak zuraren egituratik garraiatzen dira eta multzo polianilikoekin bat egiten dute hezetzeko gaitasuna murriztuz [Treu eta kideak, 2014]. Eremu elektrikoa erabiltzeak hainbat abantaila ditu, hala nola konposatu toxikoekin elkarreraginik ez izatea, hondakinik ez sortzea eta zuraren egiturari kalte kimikoa gutxitzea [Treu eta Larnoy, 2010]. Diseinua, eta zehazki biomimesiz oinarritutako diseinuak ere proposamen egokia dira iraunkortasuna hobetzeko. Izaki naturaletan oinarrituta, eta hauek uraren tratamendua kudeatzeko duten gaitasunean, eraldaketa superhidrofobikoa hezetasunetik eta eraso biologikotik aldi berean babesteko modu potentzial bat da [Budunoglu eta kideak, 2011; Cheng eta kideak, 2020; Liravi eta kideak, 2020; Latthe eta kideak, 2012]. Inpregnazioa ikerketa honetan landutako teknika da, non biozidak, gatzak edo epoxi erretxinarekin kontserbazio-metodo gisa erabiltzeak emaitza bikainak ematen ditu, ezaugarri fisiko, kimiko, mekaniko eta uzkurdurari dagokienez. Baina erabilera mugatua dauka, bere biskositatea dela eta. Ezaugarri horrek inpregnazioa kasu zehatz batzuetan baino ez du ahalbidetzen [Blankenhorn eta kideak, 1977; Bartolomucci, 1979]. Adibidez, biskositatea egokitzeko epoxi erretxinak inpregnaziorako beti diluitu behar dira. Diluitzaileen efektuak ez dira oso ezagunak zura bezalako sistema konplexuetan, eta horien presentziak edozein analisi zailtzen du [Moore eta kideak, 1982]. Epoxi erretxina termoegonkorrak multzo bat dira, epoxi edo oxirano talde funtzionalak dituztenak (5. irudia). Erretxina horien ezaugarri nagusia erreaktibotasuna da, bai talde nukleofilikoekin, bai elektrofilikoekin. Hori dela eta, erreakzio-aukera ugari dituzte ontzeko. Horretarako, katalizatzaileak (amina tertziarioak, azidoen anhidridoak) edo gogortzaileak (amina aromatikoak eta anhidrido karboxilikoak) beharrezkoak dira. Epoxi erretxinen eta ontzeko-agenteen konbinazioak erretxina termoegonkorrak sortzen ditu, eta horietan masa molekular txikiko erretxina batetik hiru dimentsioko molekula saretu batera igarotzen da. Ontze-erreakzioak, normalean exotermikoak, giro-tenperaturan edo tenperatura altuetan gerta daitezke, edo UV erradiazioaren bidez ere has daitezke. Erabilitako prepolimeroen arabera, beirazko trantsiziotenperatura (Tg) 60 eta 250 ºC artekoa izan daiteke. Erretikulatu ondoren, lortutako polimero amorfoek propietate oso interesgarriak dituzte ingeniaritza-aplikazioetan: hainbat substraturekiko atxikimendu egokiarekin, egonkortasun dimentsionalarekin, ingurumen-erresistentzia handiarekin eta erresistibitate elektrikoarekin lotuta [Prime, 1981]. Gainera, nabarmentzekoa da BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 17 bere portaera mekanikoa, trakzioarekiko erresistentziaren balioak 80 MPa baino handiagoak izan baitaitezke, eta bikoitza da konpresio bidezko saiakuntzetarako. Gainera, harikortasuna % 5-10 artekoa izan daiteke [Gibson, 2017]. Gehien erabiltzen den erretxina A bisfenolaren diglicidileterra da, epiklorhidrinaren (ECH) eta difenilpropanoaren (A bisfenola) erreakzioak osatua (5. irudia). 5. irudia. A bisfenolaren diglicidileterra (DGEBA). Epoxi taldeak gorriz identifikatu dira. “Epoxies for Wood Repairs in Historic Buildings” [Phillips eta Selwyn, 1978] liburuan irakur daitekeenez, epoxi erretxinak metodo egokia dira urteen poderioz kalteak jasan dituzten habeak konpontzeko edo egokitzeko. Epoxiarekin barrunbeak betetzeko protesiak egin daitezke, adibidez, usteltzeak eragindakoak. Eta habea inpregnatzeko eta bere propietate mekanikoak handitzeko ere erabil daiteke, denboraren indarrez gutxitu egin baitira. Gainera, epoxiaren propietate mekanikoak alda daitezke erlazio ez estekiometrikoak erabiliz, eta horrela zaharberritzearen beharretara egokitu. Teknika hori oso eraginkorra da propietate mekanikoei dagokienez, baina ez da beti ondo ikusten lehengoratzeari begira, habeari berari tratamendu itzulezina ematen baitzaio. Berriztagarriak diren konposatuen artean, taninoak oso erabiliak dira [Arapitsas, 2012; Frutos eta kideak, 2004]. Erauzgarri horiek landarearen jatorrizko defentsarako osagaiak dira eta ingurumenaren organismoetatik babesten dute [Taylor A.M. eta kideak 2002]. Tanino kondentsatuek zurarekin zuzenean erreakziona dezakete, euren propietate kontserbatzailea hobetuz [Laks, 1989; Zucker, 1983]. Horregatik, zur-estraktuen konbinazio sinergikoak egurraren narriaduraren aurka alternatiba eraginkorra dira, eta zuraren iraunkortasuna hobetzen dute. Sinergia horren adibide dira, besteak beste, tanino-borato konbinazioak [Thevenon eta kideak, 2009; Hu eta kideak, 2023] eta kobrearekin konbinatutako azalaren tanino kondentsatuak [Lacks eta McKaig, 1988]. Ildo horretatik jarraituz, zuraren erauzgarriek, hala nola taninoek, paper garrantzitsua jokatzen dute zuraren kontserbazioan. Taninoak egurraren kontserbatzaile gisa aplika daitezke zuzenean, beren efektu bakteriostatiko eta preserbatiboengatik. Taninoekin preserbazioa hobetzeko batzutan boro eta gatz metalikoekin nahasten da preserbazio-efektu optimoa lortzeko [Li J.X. eta kideak, 2019]. Adibidez, Lotz eta kideek [Lotz eta Hollaway, 1988] tanino begetal disoluzio urtsu batekin busti zuten zura, eta finkatzaile halogenatuarekin tratatu zen taninoa gal ez zedin. Nahasketan bromo kontzentrazioa % 4-5 zenean, erresistentzia hobea zuen aire zabalean, bai usteltzearekiko eta baita intsektuekiko [Lotz, 1993]. Scalbert eta kideek [Peter eta kideak, 1988; Yamaguchi eta 1. BANBUAREN EZAUGARRIAK 18 Okamura, 1995; Scalbert eta kideak, 2009] tanino kondentsatuak aztertu zituzten, eta ikusi zuten kobrezko, zinkezko, borozko eta ur amoniakalezko atomo gehigarriekin tratatutako zurak efektu kontserbatzaile hobea zuela, zura kontserbatzeko Europako arauak bete zitzakeena. Ildo honetan, Yamaguchi eta kideek [Yamaguchi eta Okuda, 1998; Yamaguchi eta kideak, 2002] ezagutarazi zuten tanino kondentsatu-resorcinol eta tanino kondentsatu-catecol nahasketek prebenitu zezaketela onddoek eragindako usteltzea. Kimikoki eraldatutako tanino horiek usteldura zuriko onddoen eta usteldura marroia onddoen hazkuntza galarazi zezaketen, eta haien eragina hobea zen kupre amonioarekin nahasten zirenean. 1.6.2. Taninoak Taninoak zuhaitzetatik erauzten diren konposatuen zati dira. Landareetan, bigarren mailako konposatu gisa sortutako polimero poli fenolikoak dira eta proteina, polisakarido, azido nukleiko, esteroide eta saponinekin taldea osatzeko gaitasuna dute. Horrela, eraso biotikoen aurkako babesfuntzioa betetzen du [Hon eta Shiraishi, 2001]. Ondorioz, oso erabiliak dira eunak kontsebatzeko, hau da, larrua ontzeko, animalien azala larru bihurtzeko [Arapitsas, 2012; Frutos eta kideak, 2004]. Gaur egun, onartuagoa izan den taninoen definizioa Bate-Smith eta Swain emandakoa da. Taninoak egitura fenolikoa daukate eta bi talde nagusietan banatzen dira: tanino kondentsatuak eta hidrolizagarriak [Bate-Smith eta Swain, 1962]. Tanino kondentsatuak flavonoide polimeriko gisa [Hagerman, 1988] edo oligomero gisa ager daitezke, flavanol-monomeroen kondentsatuak dira [Haslam, 2007]. Hauek, C-C loturak dituzte eta disoluzio urtsuetan deskonposatzen zailak direnak [Bennick, 2002; Dai eta Mumper; 2010]. Tanino kondentsatua munduko ekoizpen osoaren % 90 inguru da [Sellers eta Miller, 2004; Pizzi, 2003]. Pinua eta mimosa taninoak adibidez, tanino kondentsatuak dira. 6. irudian pinuaren taninoen egitura molekularra aurkezten da. Tanino hidrolizagarriak azido polifenolikoz eta horien deribatuez osatutako heteropolimeroak dira, poliol batera esterifikatuak [Frutos eta kideak, 2004]. Ester loturak erraz hidrolizatzen dira azido, base edo entzimen bidez poliol eta azido fenoliko karboxilikoak sortzeko, galotaninoak kasu. Tanino horien propietate nagusia oinarrizko osagaietan hidrolitikoki zatikatuak izateko duten gaitasuna da, eta esterrei esker ematen da, baldintza azidoetan zein basikoetan, hidrolisi bidez hauts baitaitezke. Bi kategoriatan banatzen dira nagusiki, galotaninoetan eta elagitaninoetan. Adibidez, gaztainondo eta haritzatik erauzitako taninoak hidrolizagarriak dira. Tanino hauen erabilera mugatuagoa dago bere prezioagatik [Shirmohammadli eta kideak, 2018]. Tanino kondentsatuak eta hidrolizagarrien egitura kimikoaren desberdintasunen ondorioz, beraien propietate kimikoak desberdinak dira baina kimikoki desberdinak diren arren, BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 19 antzekotasunak ere badituzte. Adibidez, bere propietate komun nabarmenenak proteinekiko, ioi metalikoekiko eta gatz ez-organikoekiko interakzioak dira. Taninoen osaera eta funtzioa aldakorrak dira landare batetik bestera, eta baita landare berean ere, eta ez da guztiz ezagutzen. Eguzkitan dauden landareen zatiek dute tanino gehien. Izan ere, taninoaren eraketa fotosintesiari lotuta dago. Taninoak, polifenol natural gisa, zuhaitzen azalean daude, % 15-30eko kontzentrazioan [Pizzi, 1979]. Taninoak sakaridoak eraldatzean sortzen dira eta, ondorioz, deribatu ziklikoak sortzen, kondentsazio eta oxidazio erreakzio aldakorrak jasaten dituzte, xehetasunez ezagutzen ez direnak [Hon eta Shiraishi, 2001]. Zenbait landaretan, badirudi taninoak transformatu egiten direla eta lignina sortze prozesuaren parte bihurtzen direla [Hon eta Shiraishi, 2001; Bruyne eta kideak, 1999]. 6. irudia. Pinuaren taninoen (kondentsatua) egitura molekularra. Taninoen funtzioari dagokionez, babes handia ematen dute kanpoko eragileen hainbat erasoen aurrean, hala nola intsektuen eta usteltzen duten mikroorganismoen aurka. Zuhaitz baten azaleko taninoek bakterioen edo onddoen erasotik babesten dute, bakterioak eta onddoak kanporatzen dituzten entzimak eta beste proteina batzuk prezipitatuz [Hergert, 1998]. Taninoan aberatsenak diren zatiak ez dituztela erasotzen ikusi da. Hala ere, taninoak funtzio desberdinak bete ditzake, lotuta dagoen zelularen baldintzen arabera [Hon eta Shiraishi, 2001; Bruyne eta kideak, 1999]. Propietate lehorgarriak ere izan ditzake edo, proteinekin lotuta, konbinazio disolbaezinak eratzen dituzte [Hon eta Shiraishi, 2001; Sowunmi eta kideak, 1996; Pizzi eta Roux, 1978a; Pizzi eta Scharfetter, 1978b]. Taninoen izaera fenolikoak berak, babesaz gain, fenol-erretxinetan fenolen ordezko lana egin dezake, hainbat aplikaziotarako. Horrela, industria kimikorako produktuen iturri potentzial bihurtzen da [Chupin eta kideak, 2015; Jahanshaei eta kideak, 2012; Ramires eta Frollini, 2012; Peña eta kideak, 2006a, 2006b, 2010]. Erretxina hauetan, taninoa erabiltzean, gelifikaziodenbora, prozesatze-denbora eta formaldehido-emisioak murrizten dira erresol-erretxinetan [Stefani eta kideak, 2008; Bisanda eta kideak, 2003; Vázquez eta kideak, 2002]. Taninozko itsasgarriak prestatzeko ikerketak 1950ean hasi ziren [Dalton, 1950; Dalton, 1953]. Baina 1970etik aurrera, petrolioaren prezioaren igoerarekin, areagotu egin ziren taninoa fenolaren BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 27 2.1. HIPOTESIA ETA HELBURUAK Banbua daukan mikroegituraren ondorioz ez da elementu homogeneo bat, ez formari dagokionez, ezta propietate mekanikoei dagokienez ere. Elementu moldakorra da, propietate mekaniko interesgarriak ditu, karbono-aztarna txikia, ekonomikoa eta berriztagarria, eta herrialde batzuetan asko erabiltzen da, bai eraikuntzan, bai altzarigintzan. Horregatik, eta erabilera estandarizatzeko asmoz, haien propietateak aztertzeko eta homogeneizatzeko beharra identifikatu da. Banbua eraikuntzan material gisa erabiltzeko, bere propietate mekanikoak eta iraunkortasuna ezagutzea beharrezkoa da. Espezieen artean dauden ezberdintasunak kontuan hartuta, bakoitza ondo karakterizatuta egotea garrantzitsua da. Horretarako, egurrarekin gertatzen den bezala, espeziea eta erabilera erlazionatzen dituzten ikerketa konparatiboak sortu behar dira. Banbuaren ezaugarriak dituzten hainbat datu aurkitzen dira, baina oso gutxi dira kulmoaren jatorrizko forma mantenduz; aitzitik, banbutik fabrikatutako beste produktu batzuk dira karakterizatu direnak, hala nola laminatuak, aglomeratuak, eta abar [Xiao eta kideak, 2013a; Correal eta López, 2008; Yu W., 2012; Jakovljevic eta kideak, 2017]. Bibliografian, banbuaren ezagunenak diren espezieen ezaugarri kimiko eta mekanikoak (Guadua edo Phyllostachys edulis batez ere) aurkitzen dira [Yu Y. eta kideak, 2014b; Liese1998]. Beste ikerketetan, morfologiari buruzko ezaugarriak ere azaltzen dira [Liese, 1985b; Liese, 1998]. Era berean, banbu konpositeak, eta beraien propietate mekanikoak aztertu dira [Yu Y. eta kideak, 2014b]. Dena den, landarearen barne-egitura eta hura erabiltzeko modua hobeto ulertzeko, azterketa konparatibo sakonago bat behar da. Hori dela eta, erabilera komertzialen aukerak zabaltzeko, tesi honen helburu nagusia da banbuaren propietateak aztertzea eta homogeneizatzea. Horretarako, honako helburu espezifiko hauek garatuko dira: 1. Banbuaren eta eraikuntzan ohikoagoak diren beste zur batzuen basbesteko teknikei buruz azterlanen errebisioa egitea banburako sistema egokia ezartzeko. Helburua, zura eta banbua babesteko erabiltzen diren teknikak ezagutzea izan da. Tesiaren 1. atalan banbuaren ezaugarri orokorrak eta iraunkortasuna luzatzeko tekniken berrikuspena hainbat produktu eta teknika aztertu dira. 2. Banbuaren ezaugarrien azterketa ezagutzeko bere morfologia, propietate mekanikoa, konposizioa eta egonkortasuna. Horretarako, hiru banbu-espezie aztertu dira: egiturak eraikitzeko gehien erabiltzen direnetako bi eta dekorazioan gehien erabiltzen direnetako bat. Zehazki, kulmo betea duen Dendrocalamus Strictus (hemendik aurrera, DS banbua), eta kulmo hutsa duten Phyllostachys Aurea eta Arundinaria Amabilis banbuak (hemendik aurrera, PA eta AA banbuak) ikertu dira. 2. HIPOTESIA ETA HELBURUAK 28 Hiru espezie horiek, fisikoki oso desberdinak dira, honakoei dagokioenez: akabera eta itxura, barne-egitura, zuntzen dentsitatea, elikadura-hodien kokapena, etab. Horregatik, alde batetik morfologiaren azterketa egin da, honek propietate mekanikoetan duen eragina ezagutzeko, eta tratatzeko modurik eraginkorrena aurkitzeko. Hiru banbu espezieren zuntz eta hodien banaketa aztertu da lan honetan, matrizetik zuntzetara tentsio-transmisio eraginkorra duten materialak sortzeko eta inpregnazio-baldintza egokienak identifikatzeko. Beste aldetik, eraikuntza-material gisa erabili ahal izateko, karakterizazio mekanikoaz gain, banbuaren konposizio kimikoari buruzko azterketa egin da, propietate mekanikoen jatorria konposizioarekin erlazionatuz ikuspuntu zabalagoa osatzen delakoan. Banbu-espezie horiek modu seguruan eta eraginkorrean erabili ahal izateko, beharrezkoa izan da iraunkortasunsaiakuntzak egitea eta propietate mekanikoak ebaluatzea, agente biotiko eta abiotikoekiko esposizioan sei hilabetez egon ondoren. Emaitzak hiru banbu-espezie horien karakterizazioaren aurretiazko azterketarekin alderatu dira, haien prestazioetan dauden desberdintasunak ikusi ahal izateko. Iraunkortasuna aztertzeko, bi azterketa egin dira: bata, UNE-EN 113:2021 arauaren araberakoa, onddo bidezko infestazio bat, laborategiko baldintzetan; bestea, UNE-EN 350:2016 arauari jarraituz, iraunkortasun naturalaren saiakuntza, baldintza klimatikoen ondorioak aztertzeko. Ondoren, zero denborako laginei egin zitzaizkien saiakuntza mekaniko berberak egin zaizkie, emaitzak alderatu ahal izateko eta ezagutzeko banbuen iraunkortasun naturala. Lortutako emaitzak tesiaren 4. atalean jaso dira. 3. Banbuaren kulmoa inpregnatzeko teknika eraginkorra garatzea. Horretarako, epoxi erretxinak dituzten zurezko egiturak zaharberritzeko metodoak aztertu dira eta banbua inpregnatzeko erabili da. Banbua inpregnatzeko teknikak ere optimizatu dira eta hori lortzeko teknologia diseinatu eta sortu egin da. Epoxiekin lortutako datuak lekukotzat hartuta, taninoa, zuhaitzetatik erauzitako konposatu berriztagarri polifenolikoa, erabili da inpregnatzeko eta bien arteko konparaketa egin da. Horretarako, propietate mekanikoak eta iraunkortasuna karakterizatu dira aztertzeko taninoen eragina bai banbuaren iraunkortasunean eta baita bere propietate mekanikoetan. Helburu horrekin lotutako xehetasunak 5. atalean aurkeztu dira. 4. Banbuaren erabilera aztertzea egitura txiki baten diseinuan, eta portaera mekanikoa aztertzea eta konparatzea ohikoak diren materialen portaerarekin. Horretarako, bizikleta baten koadroaren 3D eredu birtuala egin da material desberdinak erabiliz (banbua, karbono zuntza eta alumnioa) elementu finituekin simulazioa egiteko. Horrela, materialen efizientzia eta behar den materialaren kuantifikazioa aztertu da ISO 4210-6:2015 V2 arauaren arabera. Informazio horrekin guztiarekin, modelo bakoitzeko bizikletak eragingo zuen karbono-aztarna aztertu da eta erabili diren materialen inpaktuak identifikatzen dira. Emaitzak eta eztabaida 6. atalean jaso dira. 3. atala MATERIALAK ETA METODOAK BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 31 3.1. MATERIALAK 3.1.1. Banbua Aztertutako materialak egitura txikiak fabrikatzeko eta dekoraziorako erabiltzen diren banbu ohikoenak izan dira: Dendrocalamus strictus (DS), Phyllostachys aurea (PA) eta Arundinaria amabilis (AA). Banbuak, stock arazoengatik, bi hornitzailetatik jaso dira. Alde batetik, Dbambu (Argentona, Bartzelona) hiru espezieak erabili dira banbu landarearen propietate morfologikoak, mekanikoak, kimikoak eta iraunkortasuna aztertzeko (4. atala). Beste aldetik, Bambusa Importaciones y Proyectos SL-k (Beniparrell, Balentzia) PA eta AA espezieak hornitu ditu (7. irudia) eta inpregnatutako banbuen azterketa (5. atala) egiteko erabili dira. Bi kasuetan, banbu landarearen zazpigarren laborantzan lortutako kulmoak dira, horrek homogeneoagoak izatea dakar morfologia eta propietate mekanikoei dagokienez [Anurag, 2013]. Borax-gatzekin egindako tratamendu komertzial egonkortzailearekin jaso dira. Laginak ISO 22157:2019 arauaren arabera prestatu, biltegiratu eta garraiatu dira. 7. irudia. Banbusak hornitutako banbu (PA) kulmoak. Espezie desberdinen jatorria eta hazteko baldintza klimatologikoak 9. taulan ikus daitezke. Erabilitako laginak Thailandian eta Txinan landatutako banbuetatik datoz. Bertan espezie bakoitzaren jatorriaren, altitudea, euri prezipitazioa, hezetasuna eta tenperaturak agertzen dira. Ordea, espezie bakoitzaren deskribapena, ezaugarriak, hezetasuna, altuera, diametroa eta adina 10. taulan aurkezten dira. Banbua jatorrizko forman egiturak fabrikatzeko erabiltzea helburua denez, entsegu guztietan kulmoa berezko forman erabili da. Prozesu batzuetarako pinu gorria (Pinus Sylvestris PS) erabilia da lekuko bezela, kasu batzuetan laginen datuak bibliografiatik atera dira [Ximena, 2002; Venmalar eta Nagaveni, 2005], eta beste kasu batzuetan PS C18 kalitateko laginak banbu 3. MATERIALAK ETA METODOAK 32 laginekin batera frogatu dira. 9. taula. Hiru banbu espezieen jatorria eta hazkunde baldintzak. Espeziea Jatorria Altitudea (m) Prezipitazioa (mm) Hezetasuna (%) Tenperatura (ºC) Batez beste Max Min DS Kanchanaburi (Tailandia) 400-600 1060 57-81 27 30 25 PA Huzhou, Zhejiang (China) 200-500 1543 71-80 18 28 -3 AA Huzhou, Zhejiang (China) 200-500 1543 71-80 18 28 -3 10. taula. Banbu espezie bakoitzaren kulmoaren ezaugarriak, hornitzailearen datuen arabera. Espezie Luzera (m) Kanpo diametroa (mm) Barne diametroa (mm) Adina (urte) DS 5-15 30-50 0-5 3-4 PA 6-9 30-50 25-45 3-4 AA 6-13 20-60 15-55 3-4 3.1.2. Inpregnaziorako materialak Inpregnaziorako bi tratamendu aukeratu dira: bat sintetikoa eta jatorri ez berriztagarria duen epoxi erretxina, ohikoa dena egurra tratatzeko; eta bigarrena, lehengai berriztagarritik erauzi den taninoa. Biresin CR83 epoxi-erretxina aukeratu da, Composites Comargo (Zamudio, Bizkaia) enpresak hornitua, eta gogortzaile gisa CH83-10 aukeratu da. Gogortzaile horrek CR83 erretxinarekin lan egiten dutenen artean ontze abiadura motelena du. Horrela, biskositate baxua denbora luzeagoan izateko aukera ematen du eta horrek inpregnazioa errazten du. CH83-10ren ezaugarri fisikoak 11. taulan agertzen dira. Inpregnaziorako, epoxi erretxina eta gogortzailea 1:0,3 erlazioa mantenduz (masa-erlazioa) nahastu dira, eta azetona, (% 10 masa-erlazioa) gehitu da biskositate egokia lortzeko. Era berean, inpregnazio biooinarritutako agente gisa, Maderas Aguirre S.A.k (Amorebieta, Bizkaia), Euskal Autonomi Erkidegoko Pinus radiata azaletatik (8. irudia) erauzitako taninoa erabili da. Erauzketa-prozesua 3.2.6. atalean zehazten da. Inpregnaziorako, taninoaren disoluzio urtsua prestatu da % 4ean (masa/bolumen-erlazioa). Disoluzio honen biskositatea (25 ºC) 1,5 mPa·s da. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 33 8. irudia. Pinus insignisaren azala. 11. taula. CH83/-10 epoxi erretxina eta gogortzailearen ezaugarri fisikoak (fitxa teknikoa) eta epoxi-gogortzaile-azetonaren nahasketaren hasierako biskositatea. Datu fisikoak Epoxi erretxina Gogortzailea Biskositatea 25ºC (mPa·s) 510 <10 Dentsitatea 25ºC (g/ml) 1,14 0,95 Nahasketa ratioa pisuan 100 30 Nahasketa (epoxi-gogortzaile-azetona) Biskositatea 25ºC (mPa·s) 155 3.1.3. Erreaktiboak Soluzio guztiak Milli-Q (Millipore, Espainia) uretan prestatu dira. Epoxi erretxinarekin erabili den azetona Mercketik (Alemania) eskuratu da. 3.2. METODOAK 3.2.1. Mikroskopio optikoa eta ekorketa elektronikoko mikroskopia Nikon OM E80i mikroskopioa (OM) banbuaren ezaugarri morfologikoen karakterizaziorako erabili da, hala transmisio nola islapen moduetan. Laginak ur destilatuan sartu dira lehenik, hutsune bitartez bustitzeko, eta gero ura irakiten jarri da minutu batez. Bigundutako laginak hoztu eta Leica Ultracut R mikrotomo bat erabiliz moztu dira, 0,2 mm lodierako lagin errektangeluarretan transmisiorako eta 10 mm-koetan islapenerako; diamantezko aizto bat erabili da lan horretarako. Ekorketa elektronikoko mikroskopioa (SEM) (Hitachi S-4800) ere erabili da morfologia aztertzeko. Laginak 15 nm urreztatu dira, eta SEM mikrografiak 10 kV-tan lortu dira. 3. MATERIALAK ETA METODOAK 34 3.2.2. Karakterizazio kimikoa Hiru banbuen hainbat ezaugarri kimiko neurtu dira esperimentalki, hala nola hezetasuna, disolbagarritasuna edo lignina-edukia. Horretarako, TAPPI (Technical Association of Pulp and Paper Industry) arauak erabili dira [TAPPI T257, T264, T211, T207, T212, T204 eta T222]. Lehenik, laginak TAPPI T257 cm-85 araua erabiliz prestatu dira eta ondoren, hezetasuna neurtu ahal izateko, TAPPI T264 cm-97 erabiliz. TAPPI T211 om-93 araua jarraituz, 525 °C-ko tratamendu bidez zehaztu da errauts-edukia. TAPPI T207 om-93 bidez kalkulatu da uretan disolbagarrien frakzioa. TAPPI T204 cm-97 araua erabili da etanol-tolueno disoluzioan sortzen diren erauziak kuantifikatzeko. Azido disolbaezineko lignina-edukia TAPPI T222 om-98 erabiliz lortu da. Azkenik, Wise eta lankideek erabilitako metodologia jarraituz kalkulatu da holozelulosaren edukia [Wise eta kideak, 1946], eta α-zelulosa edukirako, Rowell aipatutako metodoa aukeratu da [Rowell, 1983]. 3.2.3. Karakterizazio fisikoa Materialen dentsitatea (ρ) eta kulmoaren dentsitatea (ρ’) kalkulatu dira. Materialaren dentsitatea (ρ) kalkulatzeko, masa eta bolumena erabili dira, kulmoaren hutsunea kontuan hartuta. Honela: 𝜌 = 4𝑚 𝜋(𝐷2−𝑑2)𝐿 (1) Non, D banbuaren kanpo-diametroa (mm), d banbuaren barne-diametroa (mm), L luzera (mm) eta m masa (g) diren (9. Irudia). Bigarrenik, kulmoaren dentsitatea (ρ´) kalkulatzeko, masa (g) eta barra osoaren bolumena hartu dira kontuan, kulmoaren barruko zuloaren hutsunea kendu gabe. 𝜌′ = 4𝑚 𝜋𝐷2𝐿 (2) 3.2.4. Karakterizazio mekanikoa Banbuen propietate mekanikoak makurduraeta konpresio-saiakuntzen bidez aztertu dira, Tinius Olsen H50 KN (zehaztasuna desplazamenduan ± 0,026 m) eta Metrotec MS-7M 260 KN (zehaztasuna kargan % 0,5 50 KN eta 260 KN artean; 0,5 klasea) ekipoak erabiliz. Makurduraeta konpresio-proben diagramak eta ISO 22157 arauaren arabera erlazionaturiko magnitudeak 9. irudian aurkezten dira. Laginen dimentsioak 12. taulan zehaztu dira. DSren kulmoa barne-betea denez, ez du barne-diametrorik. Makurdura-saiakuntzan 3 mm/min-ko abiadura erabili da eta batez besteko entsegu-denbora 51,58 s-koa izan da. Konpresiosaiakuntzan, berriz, abiadura 5 mm/min-koa eta 40,45 s-ko batez besteko entsegu-denbora. Banbu-espezie bakoitzeko 25 lagin aztertu dira, saiakuntza mota bakoitzean. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 35 9. irudia. Saiakuntza mekanikoen eskemak: (a) ezkerrean, makurdura-saiakuntza; (b) eskuinean, konpresio-saiakuntza. Lb Makurdura-saiakuntzako distantzia da (nodoen arteko distantzia). Lc Konpresio-saiakuntzako laginaren luzera da. D Banbu-zati baten zeharkako sekzioaren diametroa da, kanpoko azaleraren kontrako puntuetan egindako bi neurketa perpendikularren batez bestekotzat hartuta. Neurketa, korapiloen arteko erdigunean egin da. d Barneko diametroa edo zeharkako zuloaren diametroa da. Fb Berme-puntu arteko distantzia erdian aplikatutako makurdura-karga da. Fc Konpresio-karga da. b Berme-puntu arteko distantzia erdiak makurdurapean duen desplazamendua da. c Konpresioak eragindako laburtzea da. Lortutako datuak dinamometroak eskainitako grafiko eta tauletatik atera dira. Tentsio maximoak indar maximoekin kalkulatu dira. Pitzadurak agertu diren kasuetan, zerra-hortz itxurako grafikoak sortuz, erabilitako tentsio balioa lehenengo pitzadurarena izan da. Young-en moduluak, berriz, indar maximoaren % 10ean (F1) eta % 40an (F2) lortutako deformazioen (u1 eta u2) arabera zenbatetsi dira, UNE EN 789:2006 arauari jarraituz. Lortutako baloreak  erresistentzia (MPa) eta E Young-en modulua (MPa) izan dira, honako adierazpen hauen arabera kalkulatuta: 𝜎𝑀=𝑀 𝑊=𝐹𝑏𝐿𝑏4 ⁄ 2𝐼 𝐷 ⁄ (3) 𝐸𝑀=(𝐹𝑏2−𝐹𝑏1)𝐿𝑏 3 48(∆𝑏2−∆𝑏1)𝐼 (4) b a 3. MATERIALAK ETA METODOAK 42 hidraulikoa erabiliz, 100 bar-tako presiopean eta 150 °C-ko tenperaturan. Laginak 24 orduz, 103 ºC-ko tenperaturan labe batean egon dira. Laginak lehortu ondoren, makurdura-saiakuntza egiteko UNE 527-1:2020 arauaren arabera moztu dira (15x2.5x0,3 cm3) (15. irudia). Makurdurapean dituzten propietateak aztertzeko, INSTRON 5569 dinamometroa erabili da. 10 KN-ko zelula INSTRON EX2525-804 ISO 7500-1 arauan oinarrituz. INSTRON S/M bideo estensometroa ISO 9513 arauan oinarrituz ere erabili da. 15. irudia. Konpresio bidez lortutako banbu laginen azterketa mekanikoa makurdurapean. 3.2.8. Inpregnazioa Laginak 12. taulan adierazten diren dimentsioen arabera moztu dira. Lagin horiek Ineltec egonkortzeko ganberan 48 ordu igaro dute, % 5-8-ko hezetasunean. Lagin guztien masak neurtu dira inpregnazio-prozesuaren aurretik (M0). Tradizionalki, banbua inpregnatzeko urperatu egin izan da. Egitea posible den espezieetan, fluidoa hodi baskularren bidez injektatuz inpregnatzen da, presio pneumatikoaren laguntzaz. Baina, UNE-EN 351:2008 araua inpregnaziorako erabiltzean, banbuaren morfologiak berak ez du inpregnazioa ahalbidetzen. Azterketa honetarako, inpregnaziorako bi prototipo egin dira: fluidoa hodi baskularretatik injektatzeko gai den bat, presio pneumatikoaz lagunduta, eta produktua hodi baskularretatik xurgatzeko gai den beste bat, hutsunea erabiliz. Gainera, bi prototipoak ez direnez elkar oztopatzen, aldi berean lan egiteko elkartu dira, 16. irudian ikus daitekeen bezala. Horrela, fluidoa kulmoaren mutur batetik, lurretik gertuen dagoen muturra, injektatzen da eta bestetik, tontorretik gertuen dagoen muturra, xurgatu egiten da. Horrek gutxiago diluitutako produktu bat erabiltzeko aukera ematen du, bai epoxirako eta bai taninoetarako ere. Gainera, injekzio-prozesuan hutsunea BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 43 erabiltzeak parenkima zelulak inpregnatzea erraztu egiten du. 16. irudia. Inpregnaziorako diseinatutako makina: (a) konpresorea, (b) mantenimendu unitatea, (c) ihes-balbula, (d) presio-ganbera inpregnatzeko produktuarekin, (e) larrialdi-balbula, (f) banbu lagina, (g) hutsune-tranpa, (h) bakuostatoa eta (i) hutsune-bonba. Lagin bakoitzeko inpregnazioak ziklo bakar baten bidez egin da. Fluidoa 3 bar-ko presioan injektatzen da presio-ganbaratik (17.b irudian) , eta hutsaren mende (100 mbar) dagoen hutsuneganbaratik (17.c irudian), beste muturrean kokatua, xurgatzen da. Minutu bat inguru igaro ondoren, fluidoa hutsunean dagoen muturretik ernetzen hasten dela ikus daiteke. Fluidoak ganbera horretan 5 mm-ko altuera duenean presioa poliki-poliki egonkortzen da presio atmosferikora iritsi arte. Egonkortze-prozesu horretan, ganberako fluidoaren zati bat banbura itzultzen da (17.c irudian). Huts-ganbera egonkortu ondoren, presiopean dagoen ganbera egonkortu egiten da. Bi ganberak presio atmosferikoan daudenean, bukatutzat ematen da inpregnazio-prozesua eta laginak inpregnazio-fluidoa duen ontzi batean biltegiratuko dira. Lagin horiek 24 orduz gorde dira ontzi horretan, hutsunean egondako muturra (18. irudia) beherantz jarrita dutela, fluidoan murgilduta. Ondoren, laginak % 5-8-ko hezetasunera egonkortzen dira berriro, astebetez. Denbora hori igaro ondoren, pisatu egin dira (Mi) eta modu horretara lagin bakoitzaren inpregnazio-ehunekoa kalkulatu ahal izan da, hasierako masa M0 kontuan harturik, honako formularen bitartez (10): 𝑖𝑛𝑝𝑟𝑒𝑔𝑛𝑎𝑧𝑖𝑜𝑎 (%)=100(𝑀𝑖−𝑀0) 𝑀0 (8) Prozesu osoa amaituta, lagin batzuk zuzenean ezaugarri mekanikoak aztertzeko erabili dira, 3.2.4. atalaren arabera. Gainerakoak, 3.2.5 atalaren arabera iraunkortasun-saiakuntzetarako prestatu dira. 3. MATERIALAK ETA METODOAK 44 17. irudia. Inpregnatzeko prozesua: (a) erabilitako materiala, (b) kulmoaren lotutako presioganbera taninoa injektatzen eta (c) kulmoaren lotutako hutsune-ganbera taninoa xurgatzen. 18. irudia. Hutsunean egondako banbuaren muturra inpregnazio prozesua ondoren. Bi fluido-mota erabili dira inpregnaziorako. Alde batetik, % 10-eko azetonarekin diluitutako 3.1.2. atalean aurkeztutako epoxia, lekuko gisa erabiltzeko. Bestetik, % 4 (masa/bolumenaerlazioa) taninozko pH 7,61 ur distilatuaren soluzioa. Baldintza horiek, 3.2.7. atalean definitutako sistemak aztertu ondoren, 4.2.3 atalean egokienak definitu dira. 3.2.9. Inpregnaziorako fluidoen karakterizazio fisiko-kimikoa Ekorketa diferentzialeko kalorimetria (DSC) teknika kalorimetrikoa, inpregnazioan aztertutako epoxi erretxina komertzialaren ontze prozesua ezagutzeko erabili da. Horretarako, 0 eta 45 b c a BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 45 eguneko denboren eboluzioa aztertu da. Laginak giro tenperaturan (20 ± 3ºC) mantendu dira denbora desberdinetan, 13. taulan ikus daitekeen bezala. Zinetika aztertzeko Mettler Toledoren DSC3+ ekipoa erabiliz. 40 µl aluminiozko krisolak erabili dira. Egindako eskaneatze-ekorketak 10ºC-tik 285ºC-ra bitartean N2 atmosferan. Horretarako, lagina giro-tenperaturan utzi, 20ºC-tan eta 0 eta 45 eguneko denbora igaro ondoren, eskaneatze ekorketa dinamikoa egin da. 13. taula. Epoxi-gogortzaile nahasketaren erreakzio azterketarako giro tenperaturan egondako denbora. Lagina Denbora (egunak) t0 0 t1 1 t2 4 t3 8 t4 30 t5 45 Molekulen talde funtzionalen analisirako Fourier eraldatuaren espektroskopia infragorriak egin dira ATR (Golden Gate, Specap) osagarri batez hornitutako Nicolet 6700 espektrometro batean. Taninoen molekularen ezaugarriak aztertu dira. Egoera solidoan zeuden RMN espektroak, Bruker Advance III 400 espektrometro teknologia erabiliz lortu dira, polarizazio gurutzatuaren, angelu magikoaren errotazioaren teknikaren bidez (CP/MAS). Pinus insignis azaletatik lortutako estraktu lehorren (PE) kolorea zehazteko, kolore-saiakuntza egin da XRite 962 espektrofotometro eramangarri baten bidez, CIE L*a*b* kolore-espazioa eskala erabiliz. 3.2.10. Inpregnatu ondoren banbuak duen bustitzeko gaitasuna Uretan murgiltzeko saiakuntza hori UNE-EN 84:2021 arauaren 7.1.2 atalaren arabera egin da (19. irudia). Froga 15 laginetan egin da: 5 taninoz inpregnatuta, 5 epoxiz eta 5 inpregnatu gabe. Lagin horiek aldez aurretik erabili dira makurdura-saiakuntzarako, eta, beraz, aurreko saiakuntzak eragindako pitzaduretatik sar zitekeen ura banbuan. Saiakuntzaren aurretik eta ondoren masak neurtu dira, bustitzeko gaitasuna kalkulatzeko masa aldaketarekin. 3. MATERIALAK ETA METODOAK 46 19. irudia. Uretan murgildutako banbua UNE-EN 84:2021 arauaren arabera. 4. atala BANBUAREN AZTERKETA BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 49 4.1. SARRERA Atal honetan Dbambu enpresak hornitutako kulmo betea duen DS banbua, eta kulmo hutsa duten PA eta AA banbuen oinarrizko ezaugarriak aztertu dira. Horretarako, alde batetik, OM eta SEM bidez morfologia aztertu da ezagutzeko barne-egitura eta determinatzeko inpregnazio metodo egokiena. Bestetik, oinarrizko konposizio kimikoa, propietate mekanikoak eta iraunkortasun biologikoa eta ingurumen-agenteekiko dagokien araudien arabera neurtu dira. Lortutako emaitzek inpregnazioaren eragina (5. atalean) ebaluatzeko aukera emango dute. 4.2. MORFOLOGIA Banbuaren propietateak ulertu ahal izateko ezinbestekoa da haren morfologia aztertzea: elikatzeko, babesteko eta hazteko duen modua ulertzeak mekanikoki nola jokatuko duen, jokabide horren zergatia eta aplika dakizkieken tratamendu-aukerei buruzko ezagutza emango du. Kulmoaren atal nagusien eskema 20. irudian azaltzen da. 20. irudia. Kulmoaren atalen eskema. 4.2.1. Banbuaren morfologia orokorra Kulmoa sustrai eta adarren arteko zatia da eta landarearen bi herenak osatzen ditu, gutxi gorabehera (2. irudia). Kulmoaren morfologia orokorra mikroskopio optikoaren (OM) bidez aztertu da, bai transmisioan eta baita islapenean ere. AA banbuaren zeharkako ebakuntzak 21. irudian ageri dira. Bertan ikus daitekeen bezala, zuntzak ikusgarriagoak dira islapen moduan lortutako irudietan (21.a irudian). Zuntz multzoek, geziekin identifikatuta, ilunagoak dirudite, zuntzen barnean argia galdu egiten delako; parenkima, berriz, argi ageri da, bere islapen gaitasun handiagatik. Irudi hori transmisioan lortutako irudiaren negatiboa da (21.b irudian), bertan 4. BANBUAREN AZTERKETA 50 parenkima baino argiago ageri dira zuntz multzoak. Morfologiaren atalen bereizketak egiteko errezago ikusten da islapenean eta horregatik, islapen modua aukeratu da eta horrela aztertuko dira nagusiki. 21. irudia. AA banbuaren zeharkako sekzioaren OM mikrografiak: (a) islapena eta (b) transmisioa. Multzo baskularrak errepikatu egiten dira, sekzioaren zeharkako eremuan zehar (22. irudia). Multzo baskularrak, landareen organo guztiak konektatzen dituzten zuntz multzoak dituzte eta karbohidratoak, mantenugaiak eta landare osoan zehar hazteko seinaleak garraiatzeko distantzia luzeko komunikazio-sistema gisa jarduten dute, hazkundea eta garapena erregulatzeko [Zhang eta kideak, 2016]. Zuntz multzorik handiena xilemaz eta protoxilemaz osatua dago. Zuntz multzorik txikiena, berriz, beti banbuzko kulmoaren kanpoaldetik hurbilago dagoena da (geziekin identifikatuak 22.b irudian) eta floemaz osatzen da. Argiak zuntzak eragozpen handirik gabe zeharkatzen dituenez, zuntz multzoak distiratsu ikusten dira. Aitzitik, irudian ikusten diren eremurik ilunenak, zuntz multzoen arteko parenkima, zelula txikiak dira (22.b irudia). Parenkima, oinarrizko ehuna denez, funtzio ugari ditu, hala nola fotosintesia, biltegiratzea, substantzia organikoak prozesatzea eta ehunak sortzea. Leku batzuetan, parenkima ilunagoa agertzen da, beste batzuetan, zelula txikiak dentsitate handian agertzen direlako. Gainera, argi igorpena ahalbidetzen duten beste elementu baskular batzuk, metaxilema hodiak, aurkitzen dira egituran (22. irudia). Izan ere, horiek dira uraren eta elikagaien garraioaren erantzuleak landarean. Ligninak metaxilema hodietan duen zeregina bereziki garrantzitsua da, zeren eta, uretan disolbatzen ez denez, ur-isuriaren ondorioz hodi horiek ez desegitea lortzen du. Lignina landareen egiturazko polimero aromatikoa da eta, zelulak itsatsita mantenduz, euskarri-lana egiten du, baita banbuan ere. Ligninen edukia banbuetan % 18-25 da eta egonkortasun termikoa eta zurruntasuna ematen dio [Chaurasia eta kideak, 2016; Li H-T. eta kideak, 2015; Brahma eta Brahma, 2017]. Laburbilduz, hiru elementu nagusi bereiz daitezke kulmoaren barrualdean, zuntzak, zuntz b a 400µm 400µm BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 51 multzoetan antolatuak, metaxilema hodiak, eta parenkima non xilema, protoxilema eta floema multzo baskularrak aurkitzen diren (22.b irudian). Zuntzek landarearen egitura osatzen dute eta zutik mantentzeko eta kanpoko estres mekanikoari aurre egiteko indarra ematen diote; hodiek uraren eta elikagaien zirkulazioa bermatzen dute; eta parenkima-zelulek, azkenik, elikagaien biltegian eta landarearen bestelako oinarrizko prozesuetan hartzen dute parte. Lignina da zelulak, hodiak eta zuntzak elkar lotzen duena. Elementu horietako bakoitza (zuntzak, hodiak, parenkima, lignina) portzentaje eta dentsitate desberdinetan agertzen dira landarean eta espeziearen, kulmoaren altueraren eta gune geografikoaren arabera. 22. irudia. AA banbuaren zeharkako sekzioko OM mikrografiak: (a) zeharkako ebaketa eta (b) multzo baskularrak xehetasunez. AA banbuaren trantsizio-eremuaren (2.c Irudia) ezaugarri desberdinak 23. irudian, ikus daitezke. Zuntz multzoen formak ia geometrikoki perfektuak dira (23.a irudia), baina parenkimaren zelulek forma eta tamaina desberdinak erakusten dituzte (23.b irudia), modu irregularrean taldekatuta. 23. irudia. AA banbuaren trantsizio-eremuko mikrografia optikoak: (a) zuntzen zeharkako ebaketa eta (b) parenkimaren zeharkako ebaketa. PA banbuaren SEM irudietan (24. irudia) antzeman daitekeen bezala, zuntz multzoak osatzen duten patroia, sekzio osoan errepikatzen da. Kontuan hartuz landarea nagusiki axialki hazten dela, metaxilema hodiek eta zuntz multzoak osatzen duten patroia landarearen kulmo osotik zehar, oinarritik testaraino, mantentzen da. Hala ere, patroi horrek aldaketa txiki batzuk izaten ditu b a 400µm 500µm 50µm 200µm b a 4. BANBUAREN AZTERKETA 58 PA banbuak, aldiz, azal homogeneo eta egituratua du (29.h eta 32.b irudietan). Lehen aipatu den bezala, PA eta AA espezieetako zuntzen forma eta banaketa antzekoak dira. Hala ere, PA banburako zuntzek egiturazko erabilera hutsa duten zatiak, hodirik gabeko eta parenkima minimoarekin, AAn baino askoz eremu txikiagoa du (29.h eta 29.i irudiak). Bestalde, PAren metaxilema hodiak ugari dira epidermisetik gertu, eta horrek lagundu egingo dio kanpoaldeko zuntzak inpregnatzerakoan. Espezie ezberdinen morfologiaren ebaluazioa funtsezkoa da inpregnazio bidez propietate mekanikoen homogeneizazioa egiaztatzeko. Izan ere, ondoriozta daiteke inpregnazio bidezko banbuaren egonkortzea luzetarako norabidean gertatuko dela. Egurrean ordez, inpregnazioa norabide trasbertsalean ere gertatzen da, hodiak radialki ere orientatutak dauzkalako. Egurrarekin alderatuta, banbuaren ehun konektiboen edukia oso baxua da, % 5-10 bitartekoa, egurrean ordea % 70-30 zur koniferoak eta zur hostozabalak, hurrenez hurren [Ximena, 2002; Liese, 1985b]. Badirudi inpregnazio teknika oso eraginkorra beharko dela emaitza esanguratsuak lortzeko propietate mekanikoei dagokienez. 4.2.3. Morfologiaren eragina inpregnazioan Banbuak ongi definitutako epidermisa aurkezten du, horrek inpregnaziorako arazoak ekartzen ditu Europako inpregnazio estandarrentzako autoklabe prozesuen bidez (azaletik inpregnatzea). Banbuaren epidermisak eskaintzen duen geruza iragazgaitza zaildu egiten du edozein likidok sakontzea, eta are zailago inpregnazio prozedura estandarrean. Hala ere, DSren kasuan, posible izango litzake zerbait inpregnatzea metodo hori erabiliz, epidermisean gertatzen diren irregulartasunen ondorioz (32.a irudia). Irtenbiderik erabilgarriena barne-inpregnazioa izan daiteke, luzetara injektatuz, presio bitartez, kulmoaren hodietan zehar (26.c irudia). Gainera, gehigarri bezala, hutsunea erabil daiteke parenkima zelulen arteko loturan dauden hodi txikien erresistentzia gainditzeko (26.b irudian). Horrela, luzetarako inpregnazioa ez ezik, difusio bidezko inpregnazio transbertsala ere gertatzen da. Kanpoko eremuaren inpregnazio hau mugatua da. Izan ere, zonalde horretan hodiak konprimitu eta desagertu egiten dira (24.a eta 24.b irudiak), propietate mekanikoen hobekuntza barne inpregnazio bidez mugatuz. Baina iraunkortasunari dagokionez, hodi horien banaketak barnealdearen inpregnazioa ahalbidetzen du, erakargarriena intsektuentzat zein onddoentzat, eta horrek, ziurrenik, kulmoa iraunkorragoa izatea eragingo luke eraso biotikoaren aurrean (5. atalean aztertuko da). Landarea babesteko sistemak, hodietan tilosak eta limoa sortuz (26.d irudia), kulmoak mozten direnean hodiak buxatu egiten dira kanpoko erasoetatik babesteaz gain ura eta barne-elikagaiak hobeto mantentzen ditu, haien iraunkortasun naturala hobetuz. Inpregnaziorako ez da nahitaez negatiboa; izan ere, buxadura ez da erabatekoa, eta litekeena da inpregnagailua hodi horretan gehiegi ahaleginduz gero, alboko zeluletan zabaltzea, inpregnazio trinkoagoa BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 59 lortuz. Banbuzko nodoak abantaila dira bai inpregnaziorako bai portaera mekanikorako, zuntzen eta hodien arteko lotura direlako (25. irudia). Alde batetik, inpregnaziorako ona da, izan ere, buxatutako hodiak egonez gero, nodoen bidez inpregnatuko litzatekelako. Eta bestetik, zuntzak zeharka lotzeak bihurdurarekiko zein makurdurarekiko erresistenteagoa egiten du banbua, egitura tubularra mantentzen duelako, besteak beste. 4.3. KARAKTERIZAZIO MEKANIKOA ETA KIMIKOA 4.3.1. Karakterizazio kimikoa Banbu espezie desberdinen konposizio kimikoa 14. taulan aurkezten dira. Informazio gutxi aurkitzen da lan honetako hiru banbu-espezieen osagai kimikoei buruz. Horregatik, beste 35 banbu-espezie eta PSren informazioarekin konparatu dira lortutako emaitzak [Potenciano eta kideak, 2012; Fatriasari eta Hermiati, 2008; Liese, 2020; Luiz eta kideak, 1987; Costa, 2011]. 14. taula. DS, AA eta PA banbuen konposizio kimikoa. Konposizioa DS PA AA Bibliografia 1, 2, 3, 4, 5 PS6 Hezetasuna (%) 6,60 ± 0,7 5,47 ± 0,61 5,72 ± 0,15 ------------ ------------ Errautsak 525 ˚C (%) 3,63 ± 0,1 0,77 ± 0,02 1,38 ± 0,05 0,50-12,30 0,25 Erauziak etanol-tolueno (%) 12,12 ± 0,05 14,71 ± 1,46 9,70 ± 1,34 0,91-10,91 0,90 Lignina azidoan disolbaezina (%) 23,80 ± 5,5 18,37 ± 1,55 28,85 ± 3,62 22,66-24,11 25,48 Holozelulosa (%) 71,68 ± 4,66 77,07 ± 0,65 81,42 ± 1,92 60,40-83,75 77,18 α-zelulosa (%) 64,07 ± 0,56 60,35± 6,43 63,71 ± 1,82 ------------ ------------ 1Potenciano eta kideak, 2012a; 2Fatriasari eta Hermiati, 2008a; 3Liese, 2020; 4 Luiz eta kideak, 1987a; 5Costa, 2011a; 6Ximena, 2002. Banbuak egonkortzean % 5-6ko ura dauka. Errauts-balioei dagokienez, aztertutako espezieen artean DS banbuak du metal-edukirik handiena (% 3,63); balio horiek laborantza-lurren ezaugarri mineralen arabera aldatzen dira. Erauzien balioei dagokienez, DS eta AA espezieek ohikoak diren erauzi-balioak dauzkate (% 0,91-10,91), baina PAk balio handiagoa du (% 14,71 ± 1,46). Erauzien azterketan, bestalde, hainbat konposatu agertzen dira, hala nola, gantzak, gantz-azidoak, molekula fenolikoak, terpenoak, erretxin-azidoak eta beste hainbat molekula organiko. Konposatu horiek onddoetatik eta mikrobioetatik babesten dute landarearen kulmoa [Dessalegn eta kideak, 2022]. 4. BANBUAREN AZTERKETA 60 Aztertutako espezieen ligninaeta holozelulosa-edukiak gainerako espezieen antzekoak dira (14. taula). Emaitzen arabera, hiru banbu-espezieen artean, AA banbuak ditu lignina, hemizelulosa eta α-zelulosa eduki handienak, eta txikienak berriz, DS banbuak. Lignina aztertzean, espezieen arteko desberdintasunak ikusi dira, PA banbuak DS eta AA espezieek baino % 10 lignina gutxiago baitu. Erreferentzia modura pinua (PS) ere erabili da, oso ohikoa delako eraikuntzan. Emaitzen arabera (14. taula), hala pinuak nola banbuak holozelulosa eta lignina kantitate antzekoak dituzte. Ligninaeta holozelulosa-edukiak eta horiek sortzen duten morfologiak, besteak beste, eragin nabarmena dute egitura-portaeran [Dessalegn eta kideak, 2022] eta horregatik, hurrengo atalean (4.3.2. atala) aztertuko da. 4.3.2. Karakterizazio mekanikoa Makurduraeta konpresio-probetan lortutako emaitzak 15. taulan bildu dira. Besteak beste, haustura-tentsioak eta elastikotasun-moduluak neurtu dira, makurduraeta konpresio-kargen pean. Emaitzek, propietate horien batez bestekoa eta 5. pertzentila erakusten dute. Material naturalen propietateek duten berezko dispertsioa saihesteko eta segurtasunaren alde jotzeko asmoz, zurezko egituren diseinuan ohikoa da batez besteko balioak erabili beharrean 5. pertzentilari dagozkionak erabiltzea. Halaber, materialen haustura-tentsioa dentsitatearekiko aztertu ahal izateko, hots, erresistentzia espezifikoa, dentsitateak ere neurtu dira (15. taula). Datu horiek aztertzeko, 33. irudian C18 klaseko PS erreferentziatzat hartuz (% 100), aurkezten dira. C18 klasea definitzen duten parametroak hurrengoak dira: batez besteko Young-en modulua (BBEk), 5. pertzentilaren erresistentzia (5Pk) eta 5. pertzentilaren Young-en modulua (5PEk). Balio horiek hala konpresioan nola makurduran irudikatu dira. Dentsitatea ezaugarri garrantzitsua denez, bere balioak ere jaso dira (ρ eta ρ´). Nabarmena da banbuen elastikotasun-moduluak PSrenak baino txikiagoak direla eta hiru banbuespezieen artean DSk ditu baliorik txikienak: PAk, AAk baino balio txikiagoak ditu (% 30), eta PSrenak baino (% 25) txikiagoak. Ezaugarri hau garrantzitsua da egituren diseinuan, deformazioak gobernatzen ditu eta. Kargaeta deformazio-balioak aztertzean, aldagai askok hartzen dute parte (diametroa, luzera, lodiera, adibidez). Horregatik, konparaketak egiteko, egokiagoa da tentsio-egoera aztertzea, materialaren ezaugarriak adierazten baititu. Makurdura-saiakuntzak, makurdura-momentuak eta indar ebakitzaileak sortzen ditu habean zehar. Konpresio-saiakuntzan, berriz, konpresio-kargak tentsio normal negatiboak sortzen ditu. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 61 4. BANBUAREN AZTERKETA 62 33. irudia. DS, PA eta AA banbuen zurruntasuna eta erresistentzia-datuak PSrekiko: batez besteko eta 5. pertzentileko baloreak. Makurdura-momentuak tentsio normal negatiboak (profilaren goialdean) eta positiboak (profilaren behealdean) sortzen ditu; balio berekoak dira biak, eta profilean zehar linealki aldatzen dira. Indar ebakitzaileak sekzioaren erdian kokatzen ditu sortutako tentsio ebakitzaile maximoak. Tentsio hauek sekzioan makurduran jasan dezakeen tentsio-maximoa edo haustura tentsioak dira. Makurduran, profilaren inertzia-momentuak eragin zuzena du tentsioen banaketan, eta, ondorioz, kalkuluak egiterakoan kontuan hartu behar da PA eta AA barne-hutsak direla (28. irudia). DS ohikoena, aldiz, barne-betea da (barne-diametroa: 0 eta 6 mm artean). Tentsio-maximo ezberdinak lortu dira, makurduraeta konpresio-probetan. AAk eta PAk erresistentzia handiagoa erakusten dute konpresioan, makurduran baino; DSren kasuan, ordea, alderantziz gertatzen da. DSk sekzio barne-betea duenez, azalera/inertzia-momentua erlazioa txikiagoa da, eta, ondorioz, konpresioan okerrago egiten du lan. Makurduran, berriz, sekzio barnebeteak era egokiagoan eusten ditu tentsio ebakitzaileak. Dentsitate-blokea aztertzean, banbuaren hormek oso dentsitate handia duten arren, PA eta AA modu hutsean hazteak, hartzen duen bolumen globala kontuan hartuta, kulmo hutsa izateak, materialak berak duen dentsitatearen erdia baino txikiagoa izatea eragiten du. Ondorioz, hain material dentsoa izan arren, banbuzko kanaberak arinak izaten dira espezie gehienetan. 4.3.2.1. Makurdura Hiru banbuekin egindako makurdura-probetako argazkiak 34. irudian erakusten dira eta lortutako karga-desplazamenduaren diagramen adibideak 35. irudian aurkezten dira. Karga gehien jasaten BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 63 duena DSa da, baina sekzio barne-betea dauka. Tentsio ebakitzaile maximoaren muga gainditzean makurduraren konpresio-aldean zuntzak lokalki banantzen dira (36. irudia), konpresiosaiakuntzaren kasuan bezala. DSk kulmo barne-betea izateak abantaila ematen dio kulmo barnehutsa duten PAren eta AAren aurrean. 34. irudia. (a) DS, (b) PA eta (c) AA banbuen makurdura-saiakuntza. Makurdura-saiakuntzetan, karga puntuala aplikatzeak eta laginaren berme-puntuak oso lokalizatuak izateak pitzadurak eragin ditu banbuaren kontaktu-puntuan, eta azkartu egin du haustura. Pitzadurak luzeratako norabidean sortu dira barnealdean, konpresio-tentsioen aldean, zuntzen arteko kohesio-erresistentzia gainditzean [Chen M. eta kideak, 2019]. Berriz ere, tentsio ebakitzaileak zuntzak banantzean, luzeratako pitzadurak sortu dira, ikusi daiteken bezala. Horregatik, 35. irudian hiru diagramek zerra-hortz itxura daukate. Karga gorakorra da eta, pitzadura bat hastean, barne-marruskaduragatik geldiarazi eta hurrengo pitzadura sortu arte karga handitzeari berrekiten dio. 35. irudia. Hiru banbuen indar-deformazio kurbak makurdura-saiakuntzan. 4. BANBUAREN AZTERKETA 64 Makurdura-probetan bildu diren laginen haustura-tentsioak eta dentsitateak 37. irudian erlazionatzen dira. Dentsitateak eragina du haustura-tentsioan. DSk izan ditu haustura-tentsio altuenak, baina, kulmo barne-betea duenez, ezberdina da haustura-mekanismoa. Kulmo barnehutsa duten PA eta AA konparagarriak dira, antzeko sekzio eta hausturak baitituzte. Antzeko dentsitateekin, AA erresistenteagoa da PA baino. 36. irudia. DS banbuaren lagina makurdura-saiakuntza egin ondoren. Azpimarragarria da emaitzen dispertsioa (37. irudia). Hiru banbuetan gertatzen bada ere, DSren emaitzak dira sakabanatze handiena dutenak. Etorkizuneko aplikazio batean, segurtasun gutxi eskaintzen du horrelako aldakortasunak, elementuen diseinuan. Makurdura-saiakuntzak karakterizazio kimikoko taularekin alderatzean antzematen da holozelulosaren edukiarekin bat datorrela hurrenkera berarekin, eta aditzera ematen dute zenbat eta gehiago izan, orduan eta handiagoa izango dela makurdurarekiko erresistentzia [Ximena, 2002]. 37. irudia. Hiru banbuen tentsio-maximoaren eta dentsitatearen arteko erlazioa makurdura-saiakuntzan. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 65 4.3.2.2. Konpresioa Konpresio-probetan lortutako indar-desplazamendu diagramen adibideak 38. irudian erakusten dira eta 39. irudian hiru banbuekin egindako saiakuntzen argazkiak aurkeztu dira. Indardeformazio kurbak jarraiak dira DS eta AA banbuentzat; PAk, aldiz, zerra-hortz forma erakusten du. DSren kasuan, barne-betea denez, gilbordurako konpresio-aldean, puntu ahulenean, tolestura agertzen da. Bertan, banantzen hasten dira luzeratako zuntzak. Behin banantzen hasita, haustura era jarraituan gertatzen da, jausirik gabe, tolestura sekzioan 45ºtan zabaltzean. AAk, kulmo zirkular barne-hutsa duenez, gilbordura modu eraginkorrago batean jasaten du. 38. irudia. Hiru banbuen indar-deformazio kurbak konpresio-saiakuntzan. 39. irudia. Banbuen konpresio-saiakuntzako argazkiak: (a) DS, (b) PA eta (c) AA. Zuntzak batuta mantentzen dituen materialaren tentsio ebakitzailea gainditzean, pitzadura bat agertzen da zutabearen erdian. Pitzaduraren hazkunde gradualak indar-murrizketa jarraitua dakar grafikoan. PAren kasuan, hainbat pitzadura sortzen dira berme-puntu batean zapaltzearen 4. BANBUAREN AZTERKETA 66 ondorioz; pitzadura sortu eta luzera batera arte soilik hazten da, eta karga jasateko gaitasuna berreskuratzen da, ondorengo pitzadura agertu arte. Zikloa errepikatu egiten da, zutabea kolapsatu arte [Chen M. eta kideak, 2019]. Aztertutako hiru banbu-espezieen erresistentzia eta dentsitatearen arteko erlazioa 40. irudian ikus daiteke non propietateen dispertsioa ere antzematen den, berriz ere. Grafikoan ikusten da dentsitateak baduela erlaziorik konpresioko haustura-tentsioarekin: dentsitatea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta tentsio-maximo handiagoa izaten du banbuak. Dentsitateak elastikotasun-moduluan ere antzera eragiten duela ondoriozta daiteke, hau da, dentsitate handiagoak zurrunagoa egiten du materiala. 40. irudia. Hiru banbuen haustura-tentsioaren eta dentsitatearen arteko erlazioa konpresiosaiakuntzan. Konpresio-probetan lortutako ondorioak karakterizazio kimikoko taularekin alderatzen badira, holozelulosak dirudi, kantitateei dagokienez, ordena bera mantentzen duen bakarra da. Beraz, holozelulosa kantitatea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da konpresioarekiko erresistentzia [Ximena, 2002]. DS banbuaren kasuan, portaera pinuaren antzekoa da, bai konpresioan, bai makurduran. Zuntzen banaketak ez dio jarraitzen kanpoko dentsitate handiko eta barnekaldeko dentsitate gutxiko morfologia optimizatu horri, 30. irudian ikus daitekeen bezala. Gainera, DS dentsitatea eta hausteko modua (36. irudia) kontuan hartuta, PSren antz handiena duen espeziea da. PA eta AAren kasuetan ordea, apurtzeko forma zeharo desberdina da bai makurduran eta baita konpresioan ere. Bi kasuetan eragindako indarrak sortutako tentsio ebakitzaileak zuntzak apurtu baino banatu egiten ditu. Ondorioz banbua ireki egiten da bere jatorrizko forma galduz (35.b eta 39.c irudiak) eta ondorioz, hain optimizatua zegoen zuntz banaketa horrek bere eragin guztia galdu egiten du, bakarrik forma tubularrean lan egiteko optimizatua zegoelako. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 67 4.4. IRAUNKORTASUNA 4.4.1. Iraunkortasun biologikoa Onddo basidiomizetoak erabili ohi dira eragindako erasoan laginen iraunkortasuna neurtzeko. Definitutako iraunkortasun-mota, batez besteko masa kuantifikatuaren galeraren araberakoa da. UNE-EN 113:2021 arauan oinarritutako “Screening” saiakuntzatik lortutako emaitzen ondoren, iraunkortasun-motak identifikatu dira zuraren iraunkortasunari eta haren ondorioei buruzko UNEEN 350:2016 arauaren arabera (16. taula). Ikus daitekeenez, DS eta AA barietateak DC1 oso iraunkor gisa sailkatzen dira eta PA barietatea, berriz, DC2 iraunkor gisa sailkatzen da. 16. taula. DS, PA eta AA espezieen batez besteko masa galeraren portzentajea (MG1) (EN 350:2016) eta batez besteko masa galeraren portzentajea (MG2) (UNE-EN335). Morfologiak eragin haundia dauka iraunkortasunean. Alde batetik, epidermisaren eta bertan dauden argizarien funtzio nagusietako bat landarea babestea da. Erasoren batek epidermisa zeharkatzea lortuko balu, banbua hain berezi egiten duen zuntz banaketak aurkituko zituen. Kulmoaren kanpokaldean zuntz dentsitate haundiena dago eta horrek ere banbuaren iraunkortasunari laguntzen dio. Zuntzezko horma hori zeharkatzea zaila da, baina gertatuz gero, onddoek oso erraz erasotzen diote. Konposizio aldetik, errautsen edukia % 0,7 eta % 3,6 artekoak dira espeziearen arabera, eta PA da ehunekorik txikiena duena (14. taula). Hori bat dator [Sha eta kideak, 2018a] bibliografian aurkitutakoarekin; PA da gutxien irauten duen espeziea. Erauzgarriei dagokionez, % 11 eta % 15 artekoa izan da, eta ondorioz 3 espezieak iraupen ona izatea eragin lezake, batez ere PS lekukoarekin alderatuz. Emaitzen arabera (14. taula) PA espezieak du etanol-toluenozko erauzgarrien edukirik handiena eta beraz, iraupen handien izatea esperoko litzake. Baina, iraupen gutxiago dauka, eta hau ez dator bat bibliografian ikusitakoarekin [Sha eta kideak, 2018]. Kontuan hartu behar da ere, erauzketako prozesuan etanol-toluenoa erabili denez lortutako erauzgarriak ez dira soilik iraunkortasuna UNE-EN 350:2016 UNE-EN 335:2013 MG1 (%) Iraunkortasun maila Azalpena MG2 (%) DS 3,95 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) 15,28 PA 5,65 DC2 Iraunkorra (5 < MG ≤ 10) 10,15 AA 3,02 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) 7,85 PS* 56,71 DC5 Ez iraunkorra (30 < MG) ------- 4. BANBUAREN AZTERKETA 74 orduan eta zurruntasun handiagoa baita. Hormaren dentsitatearen, erresistentziaren eta zurruntasunaren arteko lotura zuzen hori 0 hilabetera ere ikusi da (4.3 atala). Lortutako emaitzen arabera (17. taula), dentsitateak elastikotasun-moduluan antzeko eragina duela ondorioztatzen da: dentsitate handiagoak zurrunago bihurtzen du materiala. 47. irudia. Ingurumen-agenteekiko 6 hilabeteko exposizioa ondoren, konpresioko hausturatentsioak dentsitatearekin erlazionatzen duen grafikoa. 4.5. ONDORIOAK Banbua egitura-gaitasunak dituen eraikuntza-material gisa erabiltzeko, espezie bakoitzaren propietate mekanikoak eta iraunkortasuna ebaluatu behar dira. Horretarako, masa-galera eta eguratz zabalak makurduran eta konpresioan dauden espezieen gaitasun mekanikoetan duen eragina aztertu dira. Banbuen konposizio kimikoa eta propietate mekanikoak aztertzean, egiaztatu da DS eta AA espezieetan ligninaren eta hemizelulosaren edukiak ebaluatutako zurak dituenen antzekoak badira ere, banbuaren zurruntasuna txikiagoa dela kasu guztietan, bai makurduran, bai konpresioan. Ez da emaitza berdina lortu erresistentziarekin, non konpresioaren kasuan makurduran baino portaera hobea ikusten baita. Azken horretan, PAk bakarrik ditu PSren zuraren antzeko balioak. Beraz, material lignozelulosikoen propietate mekanikoek ez dute materialaren konposizioan eta dentsitatean bakarrik eragiten. Zelula-hormetan zelulosak duen banaketarekin lotutako beste faktore batzuk ere kontuan hartu behar dira. Iraunkortasuna aztertzeko UNE-EN 113:2021 eta UNE-EN 350:2016 arauak jarraitu dira. Emaitzen arabera, DS eta AA banbuak oso iraunkorrak dira, eta PA, berriz, iraunkorra. Saiakuntza mekanikoetarako, UNE-EN 335:2013 araua jarraituz, laginak CU3.1 erabilera-mota baterako prestatu dira, 6 hilabetez. Makurduraren aurkako erresistentziarako, DS banbuan % 10 BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 75 inguruko murrizketa ikusi da 5. pertzentilean, PAn % 5 baino txikiagoa eta AA banbuan % 20 ingurukoa izan da. Aldiz, makurdurarekiko zurruntasunari dagokionez, PAn zurruntasuna % 26tik gora eta AAn ia % 27,5 murrizten den bitartean. DS da makurdura-karga handienak jasaten dituena izan da, kulmoak sekzio betea baitu. Materialen haustura-tentsioa ere aztertu da, dentsitateari dagokionez. Oro har, banbuzko hormaren dentsitatearen eta erresistentzia eta zurruntasunaren arteko lotura zuzena ikusten da. Horma zenbat eta trinkoagoa izan, orduan eta handiagoak dira erresistentzia eta zurruntasuna iraunkortasunaren saiakuntza ondoren. DSren emaitzen arabera, sakabanatze handiena du baloreetan, eta, beraz, segurtasun gutxi eskaintzen dute egiturazko elementuen diseinuan. PAren emaitzen arabera, dentsitatea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta erresistentzia txikiagoa izango da. Izan ere, masa-galera barne-zatian gertatzen da, dentsitate txikiena duen zatian, eta, beraz, multzoaren dentsitatea handitu egiten da, eta makurdurarekiko erresistentzia, berriz, murriztu egiten da. Konpresioan, AA da erresistentziarekiko eta zurruntasunarekiko espezierik aldakorrena eta, beraz, 5. pertzentileko baliorik txikiena du. PAren kasuan, erresistentziaren batez besteko galera % 7tik beherakoa da, eta zurruntasunarena, berriz, % 10etik beherakoa. Sei hilabetez aire zabalean egon ondoren, espezie guztiek galtzen dute dentsitatea hormetan, baina bereziki trinkoenak diren espezieek. Honela, espezierik kaltetuena izan da DS espeziea, zeinak % 15, % 45 eta % 35 inguru galdu duen dentsitatean, erresistentzian eta zurruntasunean, hurrenez hurren. Izan ere, espezie hutsetan PAren eta AAren kasuetan masa gehien barnealdean galtzen da eta DSaren kasuan, berriz, trinkoago izanik, kanpoaldea du eremurik kaltetuena. Kanpo alde horretan daude zuntz gehien, beraz, berauek galtzean, propietate mekanikoak galtzen dira. PAk eta AAk, ordea, gailur zirkular hutsa dute eta haien geometria egokiagoa da DSarena baino, konpresioari aurre egiteko. Orduan, makurduraren kasuan bezala, zenbat eta handiagoa izan hormaren dentsitatea, orduan eta handiagoa izango da konpresioan banbua hausteko egin behar dugun ahalegina. Ondorioz, DSa % 10 baino ez zen degradatu makurdurarekiko erresistentziari dagokionez, eta beste espezieak pixka bat gehiago degradatu ziren. Hori morfologiaren ondorio da, banbu hutsean, nahiz eta barrualdeak ez duen egitura-gaitasunik ematen, makurdura-saiakuntzetan forma tubularra mantentzen laguntzen du, eta hori ez da gertatzen espezie trinkoekin. 76 5. atala INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 79 5.1. SARRERA Banbuaren ezaugarriak definitu ondoren, banbuaren inpregnazioa egin da propietate mekanikoak eta iraunkortasuna hobetzeko helburuarekin. Horretarako, PA eta AA banbu espezieak erabili dira ikerketa honetan. Bi inpregnazio aztertu dira: alde batetik, epoxi erretxina jatorri ez berriztagarria duena, eta beste aldetik, euskal basoetako pinuetatik erauzitako tanino berriztagarriarekin. Lortutako laginak, 4. kapituluko teknikak eta araudiak jarraituz karakterizatu dira. 5.2. EPOXIAREN KARAKTERIZAZIOA Erabilitako epoxi komertziala zurezko egiturak birgaitzeko prestatuta dago, eta fitxa teknikoak azaltzen duen bezala, erlazio ez estekiometrikoa erabili da (1/0,3 masa erlazioa). Gainera, literaturaren arabera [Phillips eta Selwyn, 1987], zurezko habeak zaharberritzeko edo birgaitzeko epoxia erabili nahi denean, komeni da erretxina ez nahastea estekiometrikoki katalizatzailearekin. Inpregnazioaren ondorioz materialean eraldatutako propietate zurrunegi batek, habeari berari kalte eragin diezaioke, edo tratatutako zuraren zurruntasuna egiturarena baino handiagoa izan daiteke, eta, ondorioz, estrukturaren kolapsoa eragin dezake. Epoxi polimerizazio prozesuaren aldaketak aztertzeko FTIR teknika oso egokia da, saiakutza azkar egiten da eta, gainera ez da suntsitzailea. Jarraipena egiteko, epoxi talde nagusien bandak aztertu dira (48. irudia). Eraztun epoxidoaren bibrazioen bandak 830 eta 920 cm-1eko (biak ere CO loturaren deformazioaren ondorioz) dira. Gainera, 1250 cm-1, 1500 eta 2900 cm-1eko bandak aromatikoaren C-O bibrazio asimetrikoari, eraztun aromatikoaren C-C tentsioko bibrazioari eta talde metilenoaren C-H tentsio asimetrikoko bibrazioaren adierazgarriak dira, hurrenez hurren. dagozkienak. Epoxi-taldeen banda ezaugarriak gutxitzen dira 45 egun ondoren. FTIR espektruan ikus daiteke nola 830 eta 920 cm-1 uhin luzeran azaltzen diren banden intentsitatea txikiagoa dela, bibliografian lehenago konprobatua zegoen bezala [Achilias eta kideak, 2012] Hala ere, banda horiek ez dira erabat desargertzen erreakzioa guztiz amaitu gabe geratzen delako, erlazio ez estekiometrikoa erabiltzeagatik. Inpregnazio-prozesuan erabilitako epoxi-erretxina komertzialaren ontze-prozesuaren zinetika aztertzeko, DSC teknika erabili da. Ontze-prozesuan, erretxina-gogortzaile nahastea likido edo isurkari batetik solido batetara gertatzen da. Erreakzio kimikoa aurrera doan heinean masa molekularra eta beira trantzizio tenperatura (Tg) handitzen da. Ontze erreakzioak gertatzen direnean gelifikazioa eta beiratzea gertatzen da: gelifikazioa masa molekular handia duen molekulen sorkuntzari dagokio eta honekin batera biskositatea handitzen da; beiratzea, erreakzioa aurrera doan heinean sistemaren Tg-k ontze tenperatura lortu edo gainditzen duenean ematen da. Horrela, ontze tenperaturaren arabera, gelifikazio ondoren bitrifikazioa gertatu daiteke [Jakobsen eta kideak, 2013]. 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 80 48. irudia. FTIR-aren banda adierazgarrienak erretikulazio-prozesua amaitu ondoren (45 egun). Inpregnaziorako erabili den erretxina komertziala aztertu da DSC-ren bidez (49. irudia). Lehenengo ekorketaren analisian (49.a irudian), nahasketa prestatzeko unean erabilitako epoxierretxinaren eta katalizatzailearen laginen termograma (t0) eta giro-tenperaturan biltegiratzedenbora desberdinen ondoren termogramak (t1-t5) aztertu dira. Hasierako kurban (t0) 125 °C-tan erreakzioaren piku exotermikoa ikus daiteke. Honen entalpia 371 J/g da (49. irudia). Besteetan, (t1t5) Tg-a eta endotermikoa den pikoa, erlaxazio endotermikoari dagokiona, aurkitzen dira, hurrenez hurren. Erlaxazio endotermikoa, literaturan, polimero horren zahartze fisikoari egozten zaio [Struik, 1978a, Hodge, 1994a]. Zahartze fisikoa material amorfoek beira-egoeran duten ezegonkortasunarekin (oreka ezaren egoera) erlazionatzen da. Segmentu molekularren berrantolaketek oreka-egoera termodinamikoa lortzeko mugikortasun molekularrean eta polimeroaren bolumen librean aldaketa eragiten dute. Emaitzek adierazten dutenez, biltegiratze-denbora handitu ahala, ontzearen ondorioz sortzen den exotermiak behera egiten du, honela: 371 J/g-tik 51 J/g-ra igarotzen da 24 ordutan, eta 14 J/g-ra jaisten da hilabete eta erdian (45 egun). Tg balioak bigarren ekorketaren termogrametatik bildu dira (49.b irudia). Tg-a handitu egiten da laginak denbora luzeagoan biltegiratuta egon diren heinean, erretxinaren gurutzatze-maila handitzeararen ondorioz. Tg-ren balio maximoa (91 °C) 30 egunera lortzen da. Emaitza horiek adierazten dute banbua inpregnatzeko erabilitako erretxinak bere ontze-maila gorena lortuko zukeela inpregnatu eta 30 egunetara, baina lehenengo egunetik aurrera aldaketa gutxi espero direla epoxi erretxinakin inpregnatutako banbuen ezaugarrietan. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 81 a) b) 49. irudia. Epoxi-erretxina komertzialaren eta katalizatzailearen laginak giro-tenperaturan ontzeko denbora desberdinetan ondoren: a) berotze lehenengo eta b) berotze bigarren ekorketaren DSC termogramak. Denbora desberdinak erabili dira: 1, 4, 8, 30 eta 45 egun eta t1, t2, t3, t4 eta t5 izendatuak izan dira, hurrenez hurren. 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 82 50. irudia. Epoxi-erretxina komertzialaren eta katalizatzailearen laginen DSC teknikan bidez lehenengo ekorketaren termogrametatik lortutako ΔH-aren eta bigarren ekorketatik Tg aren eboluzioa denborarekin. 5.3. TANINOEN KARAKTERIZAZIOA Pinutik erauzitako taninoen FTIR espektroa 51. irudian erakusten da. Aurkitzen diren talde nagusiak –OH taldea (3300, 1390 y 1065 cm-1 uhin luzeretan bandak) eta eraztun aromatikoak (1600, 1510 eta 1450 cm-1 uhin luzeretan bandak) dira. Emaitzen arabera, pinuetatik erauzitako taninoa egitura kondentsatua aurkezten du [Pizzi, 2019; Faustino, 2023]. 51. irudia. Erauzketan bidez lortutako PE P1/30 laginen FTIR-a. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 83 Egituran dauden ordezkariak aztertzeko, 13C-NMR ere analizatu egin da (52. irudia). Pinutik erauzitako 13C-NMR espektroan, kondentsatu gabeko eraztunak eta fenolei dagozkien seinaleak lortu direla. 52. irudia. Erauzketan bidez lortutako PE P1/30 laginen 13C-NMR-a. Egitura zehazteko asmoz, seinaleak 153 ppm-ra (a, c, n) eta 144 ppm-ra (g, h, i) aztertu dira 130 ppm-ra (e) dagoen seinalearen aurrean, eta lortutako datuak 18. taulan azaltzen dira. 18. taula. 153, 144 eta 130 ppm-ko seinaleen integraziotik lortutako datuak. C Seinalea (ppm) Integrazioa a, c, n 153 2,15 g, h, i 144 1,68 e 130 1,00 Datu horietatik ondorioztatzen da erauzitako taninoaren A eraztunak ez daukala alkoholik n karbonoan, ezta B eraztunean ere i karbonoan, eta horrek adierazten du egitura profisetinidina motakoa dela (Shoeld, 2001). Hala ere, 153 ppm-ko seinalearen eremuak adierazten du n karbonoak hidroxilo multzoa eduki zezakeen eraztun batzuk izan zitzakeela, proantozinidina motako egituren eraketa adieraziz. Erauztutako PE-ren erreaktibitatea Stiasny zenbakiaren arabera aztertu da [Vásquez eta kideak, 2009; Vieira eta kideak, 2011; Kilpeläinen eta kideak, 2023]. Pinutik erauzitako taninoen Stiasny balorea espezie, eremu geografikoa eta erauzteko metodoaren arabera aldakor agertzen da literaturan (tenperatura, pH-a, erreaktiboak). Adibidez, Vazquez eta kideak (1996), Stiasny zenbakia oso handia (97) lortu zuten Galiziko Pinus pinaster (itsas pinua) espeziea aztertzean. Chupin eta kideak (2013) ordea, Landetako itsas pinuantzako 20-55 tarteko baloreak lortu zituzten erauzteko erabilitako baldintzetan. Tesi honetan, Euskal Autonomi Erkidegoko Pinus insignis 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 90 5.7. INPREGNATUTAKO BANBUAREN IRAUNKORTASUNA 5.7.1. Iraunkortasun biologikoa Atal honetan, UNE-EN 113:2021 arauan oinarritutako screening saiakuntza inpregnaturiko laginekin egin da, inpregnatu gabeko laginak ere jarri dira lekuko modura. Iraunkortasun-motak identifikatu dira zuraren iraunkortasunari eta haren ondorioei buruzko UNE-EN 350:2016 arauaren arabera (22. taula). Inpregnatu gabeko laginetan ikus daitekenez, AA barietatea DC1 iraunkor gisa sailkatzen da aurreko saiakuntzan eta azkenengo saiakuntza honetan DC2 iraunkor emaitza eman dute. PA barietateari dagokionez, desberdintasunak ez dira hain nabarmenak. DC1 eta DC2ren arteko muga % 5eko masa galeran dago, eta tratatu gabeko banbua esparru horretan dago, horregatik saiakuntza batzuetan DC1 eta beste batzuetan DC2 emateko aukera du. Emaitza adierazgarriena da bi tratamenduekin iraunkortasuna hobetu egin dela. Bi espezieak, bai tanino eta bai epoxiarekin inpregnatuak DC1 oso iraunkor bezala sailkatu dira % 5eko esparrutik urrunduz. Gehiago sakonduz gero, AA banbuan inpregnazioaren ondorioak PA banbuan baino hobeagoak dira, hau da, masa galera nabarmen txikiagoa izan da, eta masa galera horren gutxitzea 23. taulan agertzen da, kontuan hartuta tratatu gabekoa % 100 dela. Horregatik, ondorioztatu daiteke bi tratamenduak oso lagungarriak direla landarearentzako onddoen aurrean. Bai AAren eta bai PAren kasuan epoxiarekin lortutako emaitza hobeak izan dira. 22. taula. Batez besteko masaren galera (MG1) PA, AA eta PS espezieentzat, UNE-EN 350:2016 arauaren araberako iraunkortasun-saiakuntzaren ondoren, eta batez besteko masaren galera (MG2) UNE-EN335-2:2013 CU3.1 saiakuntzaren arabera. UNE-EN 350:2016 Espeziea Inpregnazioa MG1 (%) Iraunkortasun maila Azalpena PA Tratatu gabe 5,17 DC2 Iraunkorra (5 < MG ≤ 10) Epoxi 4,22 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) Tanino 4,36 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) AA Tratatu gabe 5,55 DC2 Iraunkorra (5 < MG ≤ 10) Epoxi 2,10 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) Tanino 3,21 DC1 Oso iraunkorra (MG ≤ 5) PS Tratatu gabe 46,43 DC5 Ez iraunkorra (30 < MG) BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 91 23. taula. Masa galeraren gutxitzea tratatu gabeko laginekiko. Espezie Inpregnazioa MG gutxitzea (%) PA epoxi 18,37 tanino 15,67 AA epoxi 62,16 tanino 42,16 Saiakuntza honekin batera 3.2.7 atalean taninoekin prestatutako plaketatik lagin batzuk aztertu dira banbuaren mofologiaren eragina ez izateko (24. taula). Onddoek laginak deskonposatu egin dituzte eta laginak desegin dira. Ondorioz, lortutako balioak ez dira guztiz fidagarriak, berreskuratutako materialaren pisuaren arabera direlako. Portaera honek, banbuaren morfologiaren garrantzia goraipatzen du. Era tubularrean aztertzean, taninoarekin inpregnatu ondoren MG1 ez da % 5etik pasatzen. Emaitzen arabera, kalteak askoz larriagoak izan dira nahizeta aglomeratua taninoarekin tratatu. Orduan, ondorioztatu daiteke kulmoak berezko forman, iraunkortasun handiagoa duela. Gainera, tratamendua eragina handiagoa du kulmoa inpregnatzea, banbu birrinduan baino. 24. taula. Batez besteko masaren galera 3.2.7 atalean prentsatutako laginekin (MG1) 3.2.7 atalean egindako laginekin, UNE-EN 350:2016 arauaren araberako iraunkortasun-saiakuntzaren ondoren, UNE-EN335-2:2013 saiakuntzaren arabera. 5.7.2. Iraunkortasuna ingurumen-agenteekiko Inpregnaturiko banbuari ingurumen-eragileen eraginpean 6 hilabetez egon ondoren (UNEEN335-2:2013) laginen saiakuntza mekanikoak egin dira. Makurduraeta konpresio-proben emaitzak 25. taulan jaso dira, eta 60. eta 61. irudietan laburtzen dira. Saiakuntza hauetan 3.2.4. puntuan azaltzen den bezala indarra eta tentsioa, eta Young-modulua neurtu dira, makurduraeta konpresio-karga pean. UNE-EN 350:2016 MG1 (%) Iraunkortasun maila Azalpena Tratatu gabe 24,57 DC4 Gutxi iraunkorra (15 < MG ≤ 30) Tanino pH 4,50 40,44 DC5 Ez iraunkorra (30 < MG) Tanino pH 9,69 13,17 DC3 Nahiko iraunkorra (10 < MG ≤ 15) 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 92 BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 93 60. irudia. Makurdura eta konpresioko 5. pertzentileko erresistentziaren balioak iraunkortasunsaiakuntza egin ondoren (UNE-EN335-2:2013). 61. irudia. Makurdura eta konpresioko 5. pertzentileko Young-en moduluen balioak iraunkortasun-saiakuntza egin ondoren (UNE-EN335-2:2013). 5.7.2.1. Makurdura PAren kasuan, inpregnazioak ez ditu hobetzen espeziearen propietate mekanikoak 5.6 atalean ondorioztatu den bezala. Baina iraunkortasunari begira, epoxiarekin tratatutakoek zahartu ondoren prestazio mekanikoak mantendu dituzte, baina tratatu gabekoek edo taninoarekin tratatutakoekin ez da berdina gertatu. Epoxiekin inpregnatutakoen erresistentzia eta zurruntasuna, batez besteko baloreen arabera, % 23,5 eta % 20 hobetu dira. Epoxiarekin tratatzeak % 31 erresistenteago egiten du banbua, 5. pertzentila aztertzean, zurruntasuna % 76,6 hobetzen da, tratatu gabekoarekin alderatuta. Gainera, taninoekin inpregnaturiko laginen 5. pertzentilaren zurruntasunak epoxiarekin tratatutakoetatik oso hurbil dauden emaitzak lortzen ditu. Ondorioz, 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 94 taninoekin zein epoxiarekin tratatu, 5. pertzentileko zurruntasuna antzekoa da, % 74 inguruko hobekuntza tratatu gabeko laginen aldean. Emaitza horiek interesgarriak dira 5.6 ataleko datuak kontuan hartuta. Izan ere, dirudi, inpregnazioak ez dio PAri onura mekanikorik ekartzen, baina zahartu ondorengo prestazio mekanikoek erakusten dutenez, propietate mekanikoak ongi mantentzen dira. AAren kasuan, 5.6 atalean ikusi den bezala, inpregnazioak propietate mekanikoak hobetzea dakar hasiera-hasieratik, bai taninoz eta bai epoxiz tratatuta. Hobekuntza hori are nabarmenagoa da, sei hilabetez ingurumen-eragileen eraginpean egon ondoren. Horrela, batez besteko balioei erreparatzen bazaie, epoxiz inpregnaturiko laginek % 5,6 hobetu dute erresistentzian eta % 28,3 zurruntasunean tratatu gabeko laginen aldean. Eta taninoekin tratatutakoen kasuan, % 37,1 hobetu dira erresistentzian eta % 61,6 zurruntasunean. Sei hilabetez egurats zabalean egon ondorengo propietate mekanikoen analisia 26. taulan bildu da. PAren emaitzak aztertzean, taninoz tratatutako laginen 5. perzentilean erresistentziaren balioa nabarmentzen da. Iraunkortasun-saiakuntza guztia egin ondoren, zero denboraz tratatu gabeko laginen erresistentzia ia osoari eusten diote. AA laginen kasuan are adierazgarriagoa da. Taninoekin tratatutako laginek, iraupensaiakuntzaren ondoren tratatu gabeko laginek (zero denboran) baino erresistentzia handiagoa dute oraindik. Batez besteko balioei dagokienez, taninoz tratatutako AA laginak iraunkortasunsaiakuntzaren ondoren, aurretik tratatu gabeko eta iraunkor-saiakuntzarik gabeko laginak baino % 6,7 erresistenteagoak eta % 7,2 zurrunagoak dira oraindik. Eta 5. perzentileko balioei dagokienez, laginen erresistentzia % 15,5 hobetu da. 26. taula. Propietate mekanikoen analisia iraunkortasun-saiakuntza egin ondoren (UNE-EN3352:2013). Portzentajeak kalkulatzeko, iraunkortasun-saiakuntzaren aurretik inpregnatu gabeko laginak erabili dira lekuko bezala (21. taulako hirugarren eta seigarren zutabeak). PA AA Epoxi Tanino Inpregnatu gabe Epoxi Tanino Inpregnatu gabe Makurdura BB M (%) 79,9 65,0 64,7 82,4 106,7 78,0 EM (%) 63 49 53 85 107 66 5P M5 (%) 82,2 99,3 62,7 74,5 115,5 64,6 EM5 (%) 47 47 27 106 94 53 BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 95 5.7.2.2. Konpresioa Konpresioan, indarrak zuntzen norabidean gertatzen dira, eta horiek, erresistentzia handiena eragiten dutenak dira. Gainera, denboraren joanak gutxien eragiten dienak ere badira. Beraz, konpresioaren bidez lortutako emaitzak ez dira hain esanguratsuak inpregnazioaren bidez lortutako hobekuntzak ebaluatzeko orduan. Hala ere, balio oso garrantzitsua da egiturazko kalkuluan, eta ezin da alde batera utzi. PAren kasuan, konpresioan lortutako hobekuntzak oso txikiak dira. Batez besteko balioetan, epoxiz inpregnaturiko laginek % 3,4 gehiago irauten dute, eta % 8,6ko zurruntasuna dute tratatu gabekoen aldean. Taninoz inpregnatutako laginen kasuan, aztertutako laginak % 1,1 erresistenteagoak dira eta tratatu gabekoak baino % 7,2 zurruntasun handiagoa dute. Ehuneko txiki horiek laginen arteko aldearen ondorio ere izan daitezke, eta, beraz, datu horiek ez dira esanguratsuak. AAen kasuan ere aldeak ez dira oso esanguratsuak. Batez besteko balioei dagokienez, epoxiz trataturiko laginek % 4,8 erresistenteagoak dira, eta % 1,2 gehiagoko zurruntasuna dute inpregnatu gabekoen aldean. Eta epoxiz trataturiko laginek % 4,2 erresistenteagoak dira, eta % 1,5eko zurruntasuna dute inpregnatu gabekoek baino. 5. perzentileko datuak kontuan hartuta, epoxiz inpregnaturiko laginak tratatu gabekoak baino % 7,7 erresistenteagoak eta ia zurruntasun berdina daukate. Taninoz inpregnatutakoen kasuan, % 5 erresistenteagoak dira eta % 15,4 zurrunagoak tratatu gabekoen aldean. Orduan, AA espeziaren morfologiaren ondorioz, bere inpregnazioa askoz ere eraginkorragoa da iraunkortasun eta propietate mekanikoen aldetik PA espeziearena baino. Banbuaren ezaugarri interesgarrienetariko bat bere elastikotasuna da. Horregatik, nahiz eta zurruntasuna ez hobetu epoxiak bezain beste, taninoaren erabilera banbuaren erresistentzia hobetzen du. Horregatik, egokia da, ez bakarrik banbua inpregnatzeko, baizik eta egurrezko egiturak birgaitzeko. 5.7.3. Inpregnatu ondoren banbuak duen bustitzeko gaitasuna Inpregnazioaren iraunkortasuna urarekiko aztertzeko, urarekin bustitzeko ahalmena ebaluatu da UNE-EN 84:2021 araudiaren arabera. Proba hau, batez ere, taninoz inpregnatutako banbuak urarekin kontaktuan egon ondoren, banbuak taninoa gal dezakeen gaitasuna aztertzeko egin da, baina ondorio esanguratsuak ekarri ditu frogatutako sei aukeren artean. Alde handiak ikusi dira urarekin bustitzeko probaren ondoren (25. taula). Taninoz eta epoxiz inpregnatutako banbua urxurgapenaren emaitza hobeagoak azaltzen dute. Horrez gain, taninoz inpregnatutako laginek kolore gorrixka azaltzen zuten, epidermisean taninoak zeudela arrazoi. Saiakuntzaren ondoren, epidermisean kokatutako taninoa ez da desargertzen, banbuan ondo finkatuta daudela seinale (62. irudia). Nabarmena da, hasieran saiakuntzarako laginak identifikatu direla errotulagailu 5. INPREGNATUTAKO BANBUEN AZTERKETA 96 iraunkorrarekin, eta egindako markak desagertu egin dira bustitzeko gaitasuna saiakuntza ondoren. Araudiaren arabera, laginak egonkortze-ganbera batean bi astez eduki behar dira bustitzeko gaitasuna aztertzeko. Etapa hori ondoren ikusi da (63. irudian) onddo-infekzio bat ageri dela, non zeparik erabili gabe ernaldu dena. Irudian ikusten den bezala, taninoz inpregnatutako laginek ez dute infekzio-zantzurik; infekzio txiki bat antzematen da epoxi erretxinarekin tratatutako laginetan, eta, azkenik, infestazio handi bat tratatu gabeko laginetan. 27. taula. Inpregnatu ondoren banbuak duen bustitzeko gaitasuna. MG handitzea (%) Tratatu gabe 13,47 ± 2,35 Tanino 2,81 ± 1,31 Epoxi 4,52 ± 2,16 62. irudia. Banbua tanino itsatsiarekin UNE-EN 84:2021saiakuntza eta gero. 63. irudia. Bi aste estabilizazio-ganberan egon eta gero: (a) tratatu gabe, (b) taninoekin eta (c) epoxiarekin. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 97 5.8. ONDORIOAK Inpregnaziorako Euskal Autonomi Erkidegoan ohikoa den Pinu insignis espeziaren azalaren hondakinetatik lorturtako taninoak egokiak dira banbuaren babeserako zahartze prozesuan. Haien erabilera biomasasn oinarritutako bioekonomiaren zikloak sortzen laguntzen dute. Presio eta hutsune bidez inpregnatzeko garatutako makinaren funtzionamendua egokia izan da. Taninoekin lortutako inpregnazioak ez dira bolumen handikoak izan eta ez da epoxiarekin erabili den inpregnazio kantitate adina. Erabili den tanino disoluzioaren biskositatea ez du biskositate aldaketarik denborarekin eta horregatik, tanino disoluzioak ahal dira biltegiratu. Hau epoxiarekin ez da posible, erretxina termoegonkorra baita. Taninoz inpregnaturiko banbuek erresistentzia eta zurruntasunean lortutako hobekuntzak egokiak izan dira eta oraindik nabarmenagoak iraunkortasunari dagokionez. Morfologia onura hauen erantzule zuzena da. Banbu espezie desberdinen morfologia aztertzean (4.2.2 atalean) ondorioztatu da PAk hodi gehiago dauzkala kanpoaldean, eta horrek, inpregnatzaile gehiago xurgatzeko ahalmena du, konprobatu den bezala inpregnatzeko gaitasuna aztertzean (20. taula). Hala ere, propietate mekaniko aldetik eragin handiago izan du AA espeziean. Kontuan hartu behar da, metaxilema hodiek zelulak elikatzeko erabiltzen dituzten zuloak PA banbuaren kasuan AArenak baino itxiagoak dira. Horregatik, nahiz eta inpregnatzaile gehiago egon hodietan, ez da lortzen zuntzak inpregnatzea. Landarea makurduran lan egiten duenean, zuntzen artean desplazamendu erlatibo bat gertatzen da. Taninoz edo epoxiz inpregnatzean desplazamendu hori mugatzen da eta ondorioz, bere propietate mekanikoak nabarmen hobetzen dira. Emaitzen arabera, inpregnaturiko laginek iraunkortasun-saiakuntzaren ondoren, landareak berak (inpregnatu gabe eta iraunkortasunsaiakuntza baino lehenago) ematen dituen baino propietate mekaniko handiagoak eman dituzte makurduraren aurrean. Konpresioan, ordea, zuntzen norabidearekiko paraleloan egiten denean, banbuak erresistentzia handia dauka, horregatik, nekez nabarituko da hobekuntzarik inpregnazioteknikaren bidez. 6. atala BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI-ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 106 67. irudia. Tentsio kontzentrazioen detailea. 68. irudia. Koadroan aztertuko diren tentsio gune nagusien kokapenak; beheko diagonal nagusiaren deformazioa muturreko A eta B puntuen arteko desplazamendu erlatiboaren funtzioan dago. Bizikleta-koadroetan, kanpo-indarrak hautsi gabe modu seguruan jasateaz gain, koadroaren zurruntasunak ere garrantzia du. Deformazioan energia gutxiago disipatuz gero, pertsonaren esfortzuaren proportzio handiagoa transmititzen da atzeko gurpilari bizikleta mugiarazteko. Horregatik, tentsioez gain, koadroaren zurruntasuna ere aztertu da. Horretarako beheko diagonal nagusien deformazioa kalkulatu da, muturreko bi puntuen (A eta B) desplazamenduen diferentzia aztertzeko (68. irudia). Beheko diagonal nagusiak, makurduraz gain, nagusiki konpresioan egiten du lan. xA0, yA0, zA0, xB0, yB0 eta zB0 badira A eta B puntuen hasierako posizioen koordenatuak, eta xA1, yA1, zA1, xB1, yB1 eta zB1 badira A eta B puntuen posizioen koordenatuak koadroa kargatuta dagoenean, orduan beheko diagonal nagusiaren uzkurtzea (ΔL) honela kalkula daiteke: BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 107 𝛥𝐿(%)=𝐴𝐵𝑜−𝐴𝐵1 𝐴𝐵𝑜·100 = =√(𝑥𝐴𝑜 −𝑥𝐵𝑜)2(𝑦𝐴𝑜 −𝑦𝐵𝑜)2+(𝑧𝐴𝑜 −𝑧𝐵𝑜)2−√(𝑥𝐴1 −𝑥𝐵1)2+(𝑦𝐴1 −𝑦𝐵1)2+(𝑧𝐴1 −𝑧𝐵1)2 √(𝑥𝐴𝑜 −𝑥𝐵𝑜)2+(𝑦𝐴𝑜 −𝑦𝐵𝑜)2+(𝑧𝐴𝑜 −𝑧𝐵𝑜)2100 Behin materialak eta geometria definitua dagoenean bizikletaren sarea sortu da, modelo guztia tetraedro txikitan zatituz. Elementuen bataz besteko tamaina 1,2 mm da. 6.3.3. Simulatutako kasuak ISO 4210-6:2015 arauaren arabera ISO 4210-6:2015 arauak bizikleten segurtasuna bermatzeko bizikleta-koadroei eta urkilei egin beharreko saiakuntzak zehazten ditu. Saiakuntza bakoitzak koadroaren zati bateko zurruntasuna eta erresistentzia aztertzen du, koadroak egunerokoan jasango dituen kasurik txarrenak laborategian erreproduzitzeko. Horietatik hiru saiakuntza aukeratu dira hiru materialez eginiko koadroen portaera simulatzeko. 6.3.3.1. Urkila faltsu baten kontra eginiko talka saiakuntza Saiakuntza honek urkilak koadroari igorri diezaiokeen karga handienaren efektuak aztertzen ditu. Saiakuntzak urkila direkzio hodia luzatuz ordezkatzen du eta talka bertako luzapenaren muturrean kokatzen du (69. irudia). Horrela, saiakuntzak bizikletak horma baten kontra jotzean koadroak jasandako ondoriok aztertzen ditu. Elementu finituen ereduak, atzeko gurpileko euskailua finko dagoela, luzapeneko muturrean ipinitako F indarrak simulatzen du talkako interakzio indarra. Arauak erorketa libreko karga bat zehazten du, 22,5 kg karga 360 mm altueratik mendiko bizikleten kasuan. Erorketa simulatzeko, talka-abiadura 2,66 m/s dela eta koadro-urkila multzoak 30 mm deformazioa baimentzen dela jakinda, 2,7 kN talka-indarra estimatu da. 69. irudia. Urkila faltsu baten kontra eginiko talka saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 108 6.3.3.2. Koadro baten erorketa saiakuntza Saiakuntza honetan, indar bertikalak aztertzen dira, altuera batetik eroritako kasu bat simulatuz, hala nola jauzi baten ondoren lurreratzea. 70. irudia aurkezten du saiakuntza hau simulatzeko erabili den eredua: urkilaren muturra eta atzeko gurpilaren euskailua bermatuta daude; kargak, berriz, direkzio hodian eta eserlekuan kokatuak daude. Kasu honetan ere erorketa baten bidez definitzen dira jasan behar dituen indarrak. Simulazioan erabilitakoak ondorengoak izan dira: F1 = 100 N eta F2 = 500 N. 70. irudia. Erorketa saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 6.3.3.3. Kateak eragindako indarraren saiakuntza Saiakuntza honetan kateak atzeko gurpilera parea transmititzean sortutako indarrek koadroan sortzen duten tentsio-egoera aztertzen du. Atzean triangelua osatzen duten hodiek, pedalei eragiteko indarraren ondorioz, konpresioan lan egiten dute eta, eragindako tentsioak baino, multzoaren zurruntasuna bermatzeak du garrantzia pedaletan eragindako potentzia probesteko. 71. irudiak erakusten du ereduaren berma-baldintzak, finko pedalaren hodian eta konpresio karga atzeko gurpilaren euskailuan. Arauan zehazten da saiakuntza, balio jakin batetatik abiatuz, indarra handituz joango dela koadroak huts egin arte. Simulazioetan indar aldakorra erabili beharrean, 1200 N indar finkoa ezarri da, mendiko bizikleten kasuan maximoa dena. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 109 71. irudia. Kateak eragindako indarraren saiakuntzaren ingurune-baldintzak [ISO 4210-6: 2015]. 6.4. EMAITZAK Atal honetan elementu finituen simulazioetan lortutako emaitzak aurkezten dira frogatutako hiru materialentzat. Simulazioetako emaitzak bi ikuspuntuetatik aztertu dira: alde batetik erresistentzia ikuspuntutik, tentsioen banaketa aztertuz. Bestetik, zurruntasunaren ikuspuntutik desplazamenduak aztertu dira. Simulazioetako emaitzen irudietan agertzen den deformazioa, elementu finituetan ohikoa den bezala, 2.000 aldiz handitu da, deformazio joerak nabarmentzeko. 6.4.1. Urkila faltsu baten kontra eginiko talka saiakuntza Saiakuntzaren simulazioan lortutako tentsio-banaketaren emaitzak hiru materialentzat 72. irudian agertzen dira; 30. taulan, berriz, 68. irudiak zehaztutako koadroaren bost eremuetan simulazioetan lortutako balioak biltzen dira. 30. taula. Talka baten aurrean sorturiko Von Mises tentsioak (MPa) zehaztutako posizioetan. Posizioa AA Banbua (MPa) CFRP (MPa) Aluminioa (MPa) 1 5,79 74,09 77,38 2 17,47 96,29 100,30 3 5,52 56,53 59,60 4 15,36 25,76 26,15 5 1,47 24,07 24,47 2 ΔL Diagonal nagusiaren uzkurtzea (%) 1,43 x10-3 2,57 x10-4 6,36 x10-4 Simulazio guztietan 68. irudiko 2 posizioan kokatzen dira tentsio maximoak, 1 eta 3 eremuetan tentsio balio ertainak agertzen dira; eta 4 eta 5 eremuetan daude tentsio arinenak. Nahiz eta karga eta hodien luzerak berdinak izan, hodien lodierak materialen naturara moldatu direnez, material bakoitzarentzat egokiak diren tentsioak lortzen dira. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 110 72. irudia. Aurrez aurreko talkan sortutako tentsioak (Von Mises, MPa): a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. Erresistentzia ikuspuntutik, hiru koadroen hodietan sortzen diren tentsioak materialen tentsio onargarrien balioen azpitik daude. Horrela, koadroen segurtasun-koefizienteek tentsio onargarriak (haustura tentsioak konpresioan) soberan errespetatzen dute, banbuak 4,1, karbono zuntzezko konpositeak 7,4 eta aluminioak 2,8 hurrenez hurren. Segurtasun-koefiziente handi horiek hodien lodiera mehetzea tentagarri egin arren, lodierak koadroen zurruntasuna handitzeko eta deformazioa murrizteko dimentsionatuak daude. Karbono zuntzezko konpositeko koadroan zurruntasunaz gain, ekoizpen akatsen ondorioak saihesteko segurtasun tarte handiak nahita mantentzen dira. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 111 65. irudian zehaztutako beheko diagonal nagusiaren luzapena (ΔL) aztertzeko erabil diren desplazamenduak 30. taulan aurkezten dira. Nahiz eta hodi lodiagoak erabili, banbuak jasaten ditu luzapen eta uzkurtze handienak (AA CFRP baino 6,2 aldiz gehiago deformatu da eta aluminioak baino 2,5 aldiz gehiago). Luzapen horiek banbuak duen elastikotasun modulu txikiaren ondorio dira (28. taula). 6.4.2. Koadro baten erorketa saiakuntza ISO 4210-6:2015 Erorketa saiakuntzaren simulazioaren ondoren hiru koadroek egindako tentsioak erakusten dira (73. irudian). 31. taulan, 68. irudian markatutako puntuetako balioak zehazten dira. 73. irudia. Erorketa baten aurrean sorturiko indarren simulazioa: a) AA banbua, b) CFRP eta c) aluminioa. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 112 Kasu honetan, erakutsitako deformazioak benetako deformazioa baino 200 aldiz handiagoak dira. Beste behin, hiru koadroek arauaren araberako saiakuntza gainditzen dute. Baina ikus daiteke goiko bainak (65. irudian (5)) direla egoera honetan arrisku handiena duenak. Horregatik, koadro asko alde horretan zubi batez hornituta daude, goiko bi hodiak lotzen dituena, egitura sendotzeko. Banbuaren koadroko hodiek sekzioa handiagoa dutenez, tentsio maximoak karbono zuntzezko konpositeko eta aluminiozko koadroetan baino % 30-40 txikiagoak dira. Tentsioak banbuaren erresistentziari era egokian doituak daude. 31. taula. Erorketa baten aurrean sorturiko Von Mises tentsioak (MPa) 68. irudian zehaztutako posizioetan: a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. Posizioa AA Banbua (MPa) CFRP (MPa) Aluminioa (MPa) 1 1,28 x10-1 2,65 x10-1 2,71 x10-1 2 4,15 x10-1 8,11 x10-1 8,15 x10-1 3 5,56 8,73 8,91 4 10,80 13,81 14,16 5 1,66 2,19 2,42 4 goiko bainaren uzkurtzea (%) 9,072 x10-3 1,903 x10-3 4,078 x10-3 Hiru kasuetan, aipatutako hodiek irekitzeko joera dutela ikus daiteke. Puntu horretan zubia jarriko litzateke eta zubiak trakzioan lan egingo luke. Deformazio honen balio zehatzak edukitzeko goiko bainen deformazioa kalkulatu da, saiakuntza honetan barne-indar handienak bertan kokatzen direlako. Banbuzko bainak karbono zuntzezko konpositekoan baino 5,3 aldiz gehiago uzkurtu dira eta aluminiozkoak baino 2,5 aldiz gehiago.73. irudia. 6.4.3. Kateak eragindako indarraren saiakuntza ISO 4210-6:2015 Pedalak eragindako indarraren eraginaren simulazioen emaitzak ikusten dira (74. irudia), 73. irudiko konfigurazioa jarraituz. Arauaren arabera, balio jakin batetik abiatuta indarraren balioa handitzen da koadroak huts egin arte. Simulazioetan, aldiz, 1200 N indar finkoa aplikatu da. 74. irudian zehaztutako puntuetan tentsioen balioak agertzen dira. Hiru materialek aise eusten dituzte eragindako tentsioak. Aluminiozko koadroan agertu dira tentsio maximoak, beheko bainen sekzioek lodiera txikiena baitute. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 113 74. irudia. Kateak eragindako indarraren simulazioa: a) AA banbua b) CFRP eta c) aluminioa. 32. taula. Kateak eragindako tentsioak (Von Mises, MPa) 68. irudia zehaztutako posizioetan. Posizioa AA Banbua (MPa) CFRP (MPa) Aluminioa (MPa) 1 3,14 x10-1 3,15 x10-1 3,24 x10-1 2 4,02 x10-1 4,04 x10-1 4,36 x10-1 3 3,19 3,20 3,27 4 7,59 x10-1 2,06 7,08 x10-1 5 23,66 32,24 33,44 5 beheko bainaren uzkurtzea (%) 8,37 x10-2 1,49 x10-2 3,76 x10-2 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 114 75. irudian fokua eremu kaltetuenean jartzen da; kasu honetan, gurpil-ardatza kokatzen den punta da. Ala ere luzatze uzkurtze aldetik banbua da berriro ere gehien deformatzen dena, karbono zuntzezko konpositekoa baino 6,2 aldiz gehiago eta 6061 baino 2,5 aldiz gehiago, azkenengo hau bere deformazioa jasango ez zuela kontua hartu gabe. 75. irudia. Kateak eragindako indarren sorturiko deformazioen detailea. 6.5. BIZI-ZIKLO ANALISIA (BZA) 6.5.1. Sarrera Aurreko ataletan lortutako emaitzetatik banbua, aluminio aleazioa eta CFRP konpositea bezala, enduroa bezalako aplikazio oso zorrotzetarako bizikleta-koadroak fabrikatzeko beharrezko ezaugarri mekanikoak dituen materiala dela ondorioztatu daiteke. Gainera, bere iraunkortasuna hobetu daiteke taninoa bezalako konposatu naturalak edo epoxi erretxinak bezalako sintetikoak erabiliz. Atal honetan, banbuzko bizikleta-koadro baten ingurumen-inpaktuak aztertuko dira eta ohikoak diren erabilera honetarako, aluminio eta karbono zuntzarekin fabrikatutakoak, alderatuko dira. Azterketa honetako bizi-ziklo analisia (BZA) ISO 14040:2006-ren araudiaren arabera egin da. ISO jarraibideek emandako definizioaren arabera, BZA lau fasez osatua dago: helburuen definizioa eta irismena, inbentarioaren analisia, ingurumen inpaktuen ebaluazioa eta emaitzen interpretazioa [ISO 14040:2006]. Helburuen definizioa eta irismena BZA-ko lehen urratsa da, ikerketaren helburua eta sakonera zehaztuko duena. Bizi-zikloaren inbentarioan objektuaren bizi-ziklo osoan zehar analisi kualitatibo eta kuantitatibo bat egiten duen BZA-ren urrats giltzarri bat da, prozesu bakoitzerako emaitzak bildu eta sistema osoan zehar laburbiltzen dituena [Lu eta kideak, 2020]. Ingurumen inpaktuen ebaluazioa hirugarren urratsa da, fase bakoitzaren ingurumen-inpaktua kalkulatzeko prozesua, datu-basearen laguntzarekin, analitikaren emaitzetan oinarrituta. Urrats honetan, emisioak eta baliabideak inpaktu kategorien arabera taldekatzen dira eta inpaktu unitate komunetara bihurtzen dira konparagarriak izan daitezen [Hellweg eta Milà, 2014]. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 115 BZAren azken urrats gisa, emaitzen interpretazioak bere baitan hartzen du, batez ere, ikerketaren emaitzen eztabaida eta analisia, aurreko bi urratsetatik, ingurumen-inpaktu handia duten gai garrantzitsuak identifikatzeko eta zentzuzko proposamenak egiteko [Mao eta kideak, 2021]. Dokumentu honetan egingo den BZA-a sehaskatik ateraino eta sehaskatik hilobira mota izango dira, hau da, atetik atera eta atetik hilobira analizatuko da. 6.5.2. Helburuen definizioa eta irismena Analisiaren helburua banbuzko bizikleta-koadroaren ingurumen-inpaktuak aztertzea eta 6.3. atalean aurkeztutako koadroak alderatzea da (banbua, karbono zuntza/epoxi konpositea eta aluminioa). Hauen prozesaketa, erabilera eta bizi-amaiera aztertu egin dira BZA analisian taninoaren erabilera banbuaren kasuan eta bizikletaren gainerako osagarriak ez dira kontuan hartu. 6.5.2.1. Produktuen ezaugarriak Material bakoitzeko dentsitate baloreengatik, koadroak erresistentzia berdina edukitzeko material bakoitzak masa ezberdina izango du. Analisirako, produktu horien masa kalkulatu dira (33. taula). Koadro bakoitzak fabrikazioan ere prozesu desberdinak behar dituzte (34. taula). Karbonozuntzezko koadroak adibidez, moldeatzea, estanpazioa, mekanizazioa eta ijezketa prozesuak behar ditu. Banbuaren kasuan, mekanizazioa eta ijezketa nahikoa da. Inpregnazio prozesua ez da kontuan hartu. 33. taula. Kalkulatutako bizikleta-koadroen masak. Materiala Koadroaren masa (kg) Banbua 1,10 Karbono zuntza 0,65 Aluminioa 1,25 34. taula. Material bakoitzak behar dituen prozesuak bizikleta-koadroa fabrikatzeko. Prozesaketa Banbua Karbono-zuntza Aluminioa Molde x Estanpazio x x Mekanizazio x x x Soldadura x Ijezketa x x 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 122 6.5.5. BZA-ren emaitzak eta sentsibilitate analisia Atal honetan, bizikleta-koadro bakoizean sehaskatik ateraino eta sehaskatik hilobira prozesuak aztertuko dira midpoint eta endpoint analisia erabiliz. 6.5.5.1. Banbu, CFRP eta aluminio bizikleta-koadroak Banbuzko bizikleta-koadroaren inpaktu kategorien balioak 77. irudian ikus daitezke. Deigarria da lur erabileran (15) inpaktua negatiboa duela, bambuaren laborantzaren onuren ondorioz: lurraren degradazioa murrizten du, biodibertsitaterako onuragarria da, lurzoruko elikagaiak babesten ditu eta lurraren higaduran eragin positiboa du [Gao et kideak., 2005]. Inpaktu-kategoria guztietan energia elektrikoko kontsumoa inpaktu handiena dauka. Bigarrena banbua da, non inpaktu kategoria batzuetan inpaktuaren puntuazioaren % 50-ren erantzule izatera irits daiteke. Puntuazio handienak ur gezaren ekotoxikotasuna, ur gaziaren ekotoxikotasuna eta giza toxikotasun kartzinogenikoa dira. Ekotoxizitatea ekoizpen-fase konplexuaren eta banbuzko materialen garraio-fase luzearen ondorio izan daiteke [Xu et al., 2022]. Ur gezaren ekotoxikotasunean % 65 banbua mozteko beharrezkoa den energia elektrikoa da eta % 35 da banbuaren ekoizpena, ekoizpen horren % 71,1 energia elektrikoak konputatzen dio ur gez ekotoxikotasunari beraz energiak % 90 konputatzen dio. Gainerako % 10 beraz garraioa eta ongarriak dira, azken hau garraioaren bikoitza izanik. Ur gaziaren toxikotasunean egoera antzekoa ematen da, non, azkenean energia elektrikoak guztira % 87 suposatzen duela. Giza toxikotasun kartzinogenikoan ere % 92 suposatzen du energia elektriko kontsumoak guztira. CFRP koadroaren prozesuari erreparatuz gero (78. irudia) ikus daiteke berriro ere inpaktu gehienak giza toxikotasun karzinogenikoak dituela ziurrenik fabrikazio prozesuan ingurumeneraaskatutako produktu kimikoen ondorioz ere [Hertwich eta kideak, 2001]. Ur geza eta gazi ekotoxikotasuna ere inpaktu nabari dute gainontzeko inpaktuekin alderatuz. Hiru inpaktu kategoria hauetan karbono zuntza birjina da eragile nagusia jarraian energia elektriko eta bero kontsumoa. Garraioaren inpaktua oso txikia da kasu guztietan eta beroketa globalaren kasua da garraioak ekarpen gehien duena eta bakarrik % 0,15 da (79. irudia). BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 123 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 Inpaktu balioa (pt) Inpaktu kategoria Banbua Epoxia Kalamua Elektrizitatea a) 14% 52% 12% 16% 17% 16% 17% 21% 24% 51% 35% 35% 52% 35% 100% 60% 15% 15% 3% 0% 0%2%1%2%2%1%0% 0% 0%0% 0% 0% 0% 2% 5% 28% 0% 1% 0%0%0%0%0%2% 10% 0% 0%0% 0% 100% 18% 0% 0% 3% 82% 47% 88% 82% 82% 82% 81% 76% 66% 49% 65% 65% 48% 65% 82% 39% 80% 53% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 20 40 60 80 100 Inpaktuen balioa (%) Inpaktu kategoria b) 77. irudia. Banbuzko bizikleta-koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa midpoint-ean. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 124 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,0942 0,0944 0,0946 0,0948 0,0950 Inpaktuen balioa (pt) Inpaktu kategoriak Epoxia Aluminioa Huts poltsa+ ehun iragazkorrak +banaketa-maila+filma Ixteko masilla Absorzio manta Tomak Karbono zuntza birjina Elektrizitatea Beroa a) 35% 1%0% 22% 15% 22% 20% 14% 1%2%0%0%0%0%0% 35% 45% 87% 0% 0%0% 0%0%0%0%0% 0%0%2%2%1%0%0% 1% 0% 0% 1% 35% 2% 1%1%1%1%0% 6%2%0%0%0%1%0% 17% 1% 100% 0%0% 0% 0% 0%0%0%0%4%0%0%0%0%0%0% 0%1% 2% 0%1% 1% 0% 0%0%0%0%0% 1%0%0%1%1%0% 1%0% 0% 0%0% 0% 0% 0%0%0%0%0%0%0%0%0%0%0% 0% 0% 0% 33% 38% 60% 41% 42% 41% 38% 42% 46% 53% 56% 56% 52% 53% 34% 26% 29% 7% 20% 17% 36% 25% 26% 25% 23% 26% 24% 34% 37% 37% 33% 34% 22% 17% 17% 4% 9%7%2% 10% 16% 11% 17% 17% 17% 7%4%5% 12% 11% 44% 2%7%1% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 20 40 60 80 100 Inpaktu balioak (%) Inpaktu kategoriak b) 78. irudia. CFRP koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa midpoint-ean. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 125 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 40 60 80 100 120 Inpaktu baloreak (u.a.) Inpaktu kategoriak Prozesua Garraioa 79. irudia. CFRP prozesuaren eta garraioaren inpaktuak. Midpoint. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. Aluminiozko koadroak inpaktu gehien duen kategoria giza toxikotasun karzinogenikoa da: guztira 0,46 punturekin gailentzen du (80. irudia). Bertan, 0,387 pt aluminioaren erabilerak eragiten du (% 90,9), ziurrenik fabrikazio prozesuan ingurumenera askatutako produktu kimikoen ondorioz. Bibliografian onartua dago ingurumenean eragina duela bularreko minbiziaren intzidentzian eta gaiztotasunean [Exley, 2016; Hertwich eta kideak, 2001]. Normalean bentzenoaren baliokidetasunari dagokionez aztertzen da. Bigarren eta hirugarrenak puntuetan ur gezi ekotoxikotasuna eta ur gazi ekotoxikotasuna dira 0,038 pt eta 0,030 pt-rekin hurrenez hurren, hau ere, Al(aq) +3 askatzean sortzen dituen eraginak bizidunetan. Aluminiozko koadroaren kasuan aluminioa da inpaktu kategoria ia guztietan eragin handiena duena erradiazio ionikoa eta ur kontsumoa kenduta. % 40 eta % 90,9 tartean dago beti. Jarraian energia elektrikoaren kontsumoa dago, erradiazio ionikoan da eta kontsumoan bietan % 61-ren erantzulea da. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 126 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,00 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Inpaktu balioa (pt) Inpaktu kategoria Aluminioa Gainestaldura Estrusioa Soldadura Elektrizitatea 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 20 40 60 80 100 Inpaktuen proportzioa (%) Inpaktu kategoriak 80. irudia. Aluminiozko koadroaren inpaktu kategorien normalizazioa. Midpoint. Inpaktuen analisia: a) puntuazioak erabiliz eta b) portzentaien analisia. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ez-kartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. 6.5.5.2. Konparaketa Garraioa egon den kasuetan nahiko arbuiagarria izan da, beraz, inpaktu handiena materialari dagokio. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 127 6.5.5.2.1. Sehaskatik ateraino Midpoint-aren kasuan (81. irudian) aluminiozko koadroa da kalte gehien sortzen duena, giza toxikotasun karzinogenikoan. Gainontzekoetan aldiz, karbono zuntzak du eragin nabaria. Aldiz, endpoint-ari erreparatu ezkero (82. irudia) karbono zuntzezkoa inpaktu kategoria guztietan gailentzen dena da. Aurreko kasuan bezala ere banbua da kasu guztietan inpaktu txikiena duena. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Inpaktu balioak (pt) Inpaktu kategoriak Banbua CFRP Aluminioa 81. irudia. Material desberdinen inpaktuen konparaketa sehaskatik ateraino normalizazioaren analisian. Midpoint. (1) Berotze globala; (2) Ozono-geruza murriztea; (3) Erradiazio ionizatzailea; (4) Ozonoa sortzea, giza osasuna; (5) Partikulak sortzea; (6) Ozonoa sortzea, lurreko ekosistemak; (7) Lurraren azidotzea, (8) Ur geza eutrofizatzea; (9) Ur gazia eutrofizatzea; (10) Lurreko ekotoxikotasuna; (11) Ur gezaren ekotoxikotasuna; (12) Ur gaziaren ekotoxikotasuna; (13) Giza toxikotasun kartzinogenikoa; (14) Giza toxikotasun ezkartzinogenikoa; (15) Lurzoruaren erabilera, (16) Baliabide mineralen eskasia; (17) Baliabide fosilen eskasia; (18) Uraren kontsumoa. Giza osasuna Ekosistemak Baliabideak 0,0000 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 Inpaktu balioa (pt) Inpaktu kategoriak Banbua CFRP Aluminioa 82. irudia. Sehaskatik ateraino normalizazioa. Endpoint. 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 128 6.5.5.2.2. Sehaskatik hilobira Atal honetan garraioa, erabilera eta bizi amaiera kontuan hartu dira. Horretarako, material bakoitzeko ezaugarriak eta ohikoak diren bizi-amaierak kontuan hartuz, banbua konpostatzen dela, aluminioa birziklatu eta karbono zuntza konpositea erraustu (balorizazio energetikoa) dela suposatu da. Ezberdintasunak nahiko urriak dira (83. irudia), bizi amaiera kontuan edukita normalizazio totalean igoerak ondorengoak izan dira: banbua % 0,23; karbono zuntza % 0,60 eta aluminioa % 7,82. Giza osasuna Ekosistemak Baliabideak 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 Inpaktu balioa (pt) Inpaktu kategoriak Banbua CFRP Aluminioa 83. irudia. Sehaskatik hilobira normalizazioa. Endpoint. Puntuazioa totalak karbono zuntzarentzat hirukoiztu egiten du aluminioa eta banbua baino 20 aldiz handiagoa. 6.5.5.2.3. Sehaskatik hilobira beharrezko koadroak erabiliz Aurreko emaitzetan argi geratu da inpaktu gutxiago duela banbuzko koadroak. Baina, izan daiteke 10 urtetan koadro bat baino gehiagoren beharra izatea. Aluminiozkoak 10 urte baino gehiago irauten dute beraz, 10 urteetan aluminiozko koadro bakarra estimatu da. Banbuaren kasuan aldiz, 2 beharrezkoak izango direla estimatu da. Karbonozkoa, aldiz, 2 urte baino ez dituela irauten. Beraz, karbono zuntzaren inpaktua asko handitzen da (84. irudia). Eta banbua handitzen bada ere 2 koadro erabili behar direlako inpaktua kategoria guztietan txikiagoa izaten jarraitzen du. BANBUAREN EZAUGARRITZEA, INPREGNAZIO TEKNIKA BIDEZKO MODIFIKAZIOA ETA EGITURA IRAUNKORREN INGENIARITZA 129 Giza osasuna Ekosistemak Baliabideak 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 Inpaktu balioa (pt) Inpaktu kategoriak Banbua CFRP Aluminioa 84. irudia. Aluminiozko koadro bat, banbuzko 2 koadro eta karbonozko 5 koadroen konparaketa. Endpoint. 6.6. ONDORIOAK Bizikleta-koadroaren portaera mekanikoa EFM bidez simulatu da hiru materialekin: banbua, CFRP eta 6061 aluminio aleazioa. Portaera mekanikoak bi alderdi nagusitan ipini du arreta: erresistentzia eta zurruntasuna. Horrez gain, erabilitako materialak koadroaren bizitzan sorreratik amaierararte ingurumenean, giza osasunean eta baliabide xahuketan duten inpaktua estiatu da BZA bidez. Emaitzek erakutsi dute banbua aukera bideragarria eta lehiakorra dela ohiko CFRP eta aluminio aleazioen aurrean bizikleta-koadroetan erabiltzeko. Erresistentzia ikuspuntutik, kargak jasateko gaitasuna, banbuak ISO 4210-6:2015 arauak definitzen dituen saiakuntzetan zehaztutako eskakisunak betetzeko gai dela erakutsi du, bizikletakoadroan eragiten diren barne-indarrak segurtasunez eutsiz. Bizikleta-koadroan egituran eragindako tentsioak kanpo-indarren eta koadroaren geometriaren funtzioan daude, ez materialaren funtzioan. Banbuak naturan berez dituen dimentsioak mantendu direnez, banbuaren pareta lodiek tentsioak haustura puntutik hurrun mantentzen dituzte. Horrela, nahiz eta CFRPak eta aluminioak erresistentzia handiagoa izan (isurpen-tentsioa), banbuak aluminioaren antzeko segurtasun maila eskaintzen du antzeko pisuarekin. CFRPak, nahiz eta segurtasun maila handiagoa eskaini eta "a priori" lodiera txikiagoak erabiltzeko aukera eman, ekoiztean izan ditzakeen akatsen ondorioz lodiera handiak mantentzen dira. Bestalde, gorputzen deformazioa elastikotasun moduluak gobernatzen du. Simulazioetan deformazioen emaitzak aztertuz, banbua da malguena (gehien deformatzen den marteriala), eta CFRP zurrunena. Garrantzitsua da koadro baten zurruntasuna definitzea, egitura zurrunagoa ez baita beti hobea. Suspentsioa duen koadro bat erreferentziatzat hartzen bada, zurruntasun handiko koadroaren sistema zinematikoak ez du deformaziorik jasaten, eta, beraz, sistemak diseinatutako 6. BANBUAREN ETA OHIKO MATERIALEN ARTEKO KONPARAKETA EGITURA TXIKIETAN, PORTAERA MEKANIKOAREN ETA BIZI ZIKLO ANALISIAREN IKUSPUNTUETATIK 130 moduan lan egingo du beti haren portaera oztopatuko duen bihurdurarik eta bestelako indarrik gabe. Zurruntasunak indarrak transmititzen ere laguntzen du, deformazio energia minimizatzean pedalkada bakoitzaren eraginkortasuna hobetzen baita. Hala ere, koadroaren malgutasunak, txirrindulariaren erosotasuna, pedalkada teknikan erraztasuna eta mugako egoeretan erroremarjina lasaitzea dakartza. Horregatik txirrindulari jakin batentzat kodaroa aukeratzean, bere trebetasunen, koadroaren geometriaren eta zurruntasunaren artean oreka aurkitu behar da; txirrindulari bakoitzak zurruntasun ezkakisun ezberdinak dauzka, zurrunena ez da beti onena. Ondorioz, banbuzko koadroak bizikleta-koadro malguen esparruan aukera serioa da. BZA-ko konparaketak aztertu ondoren, ondorioztatu daiteke banbuaren erabilera inpaktu txikiago dituela. CFRP konpositeak inpaktu gehiago ditu giza toxikotasun eraginangatik. Gainera, biziamaieran sortutako hondakin eta beraien engatik inpaktuak areagotu egiten dira sehaskatik hilobira atalean. Aluminioaren kasuan, nahiz eta oso inpaktu handiak izan hainbat kategorietan (sehaskatik ateraino atalean, kontuan hartu behar da sortutako koadroa iraunkorrena dela, eta fabrikazio prozesuan sortutako kalte guztiak bizitza oso bateko erabileran disipatu egiten direla. Guzti hau kontuan hartuta ondorioztatu daiteke 5 urte baino gutxiagoko bizitza izango duen enduroko koadro batentzako materialik egokiena banbua izango litzakeela, baina koadroa behin eta berriro berrerabiliko bada urte askotan zehar aluminioa izango litzake ingurumen inpaktu gutxien daukan materiala bizikleta-koadroak ekoizteko. 7. atala ONDORIO OROKORRAK ETA ETORKIZUNERAKO LAN-ILDOAK