Struktura ziemi - Earth structure

Stary minaret z adobe w wiosce Kharanagh, Iran
Chata ziemna z dachem krytym strzechą w Toteil, niedaleko Kassala , Sudan

Konstrukcja ziemna to budynek lub inna konstrukcja wykonana głównie z gruntu . Ponieważ gleba jest powszechnie dostępnym materiałem, była wykorzystywana w budownictwie od czasów prehistorycznych. Może być łączony z innymi materiałami, prasowany i/lub pieczony w celu zwiększenia wytrzymałości. Gleba jest nadal materiałem ekonomicznym do wielu zastosowań i może mieć niewielki wpływ na środowisko zarówno w trakcie budowy, jak i po jej zakończeniu.

Materiały do ​​budowy ziemi mogą być tak proste jak błoto lub błoto zmieszane ze słomą w celu wytworzenia kolby . Solidne mieszkania mogą być również budowane z darni lub torfu. Gleba może być stabilizowana przez dodanie wapna lub cementu i może być zagęszczana w ubitą ziemię . Budowa jest szybsza z wcześniej utworzonej adobe lub cegły mułowej , prasowanych bloczków ziemnych , earthbags lub opalane glinianych cegieł .

Rodzaje konstrukcji ziemnej obejmują schrony ziemne , w których mieszkanie jest całkowicie lub częściowo osadzone w ziemi lub zagruntowane w ziemi. Przykładem są loże ziemskie rdzennych Amerykanów . W domach z wikliny i kiczu stosuje się „wijak” z kijów przeplatanych kijami, aby zapewnić stabilność ścian z błota. Domy z darni zostały zbudowane na północno-zachodnim wybrzeżu Europy, a później przez europejskich osadników na preriach Ameryki Północnej. Budynki Adobe lub z cegły mułowej są budowane na całym świecie i obejmują domy, budynki mieszkalne, meczety i kościoły. Fujian Tulous to duże, ufortyfikowane budynki z ufortyfikowanej ziemi w południowo-wschodnich Chinach, w których mieszka nawet 80 rodzin. Inne rodzaje konstrukcji ziemnych to kopce i piramidy wykorzystywane do celów religijnych, wały przeciwpowodziowe , mechanicznie stabilizowane ziemne mury oporowe, forty, rowy i tamy nasypowe .

Gleba

Rodzaje gleby według składu gliny, mułu i piasku stosowanego przez USDA

Gleba jest tworzona ze skał, które zostały chemicznie lub fizycznie zwietrzałe, transportowane, osadzane i wytrącane. Cząsteczki gleby to piasek , muł i glina . Cząstki piasku są największe na 2 do 0,05 milimetra (0.0787 do 0,0020 cala) w średnicy i gliny najmniejsza w ilości mniejszej niż 0,002 mm (7,9 x 10 -5  cala) w średnicy. Zarówno piasek, jak i muł to głównie obojętne cząstki skał, w tym kwarc , kalcyt , skaleń i mika .

Glinki to zazwyczaj minerały krzemianu warstwowego o strukturze podobnej do arkusza. Bardzo małe cząstki gliny oddziałują ze sobą fizycznie i chemicznie. Nawet niewielka ilość gliny wpływa na właściwości fizyczne gleby znacznie bardziej niż można by się spodziewać. Gliny, takie jak kaolinit , nie rozszerzają się ani nie kurczą po zwilżeniu lub wysuszeniu i są przydatne do wyrobu cegieł. Inne, takie jak smektyty , znacznie rozszerzają się lub kurczą, gdy są mokre lub suche i nie nadają się do budowy.

to mieszanka piasku, mułu i gliny, w której żaden nie dominuje. Gleby otrzymują różne nazwy w zależności od względnych proporcji piasku, mułu i gliny, np. „Ił pylasty”, „Glina gliniasta” i „Glina pylasta”. Konstrukcje gliniane, o których mowa w tym artykule, określane mianem konstrukcji z gliny, gdy wykorzystuje się niewypalone cegły gliniane, to starożytna technologia budowlana. Był używany we wczesnych cywilizacjach Morza Śródziemnego , Egiptu i Mezopotamii , w dolinach Indusu , Gangesu i Żółtej Rzeki, w Ameryce Środkowej i Południowej . W 2005 roku w domach zbudowanych z gliny mieszkało około 1,5 miliarda ludzi.

W ostatnich latach w rozwiniętym świecie odżyło zainteresowanie budownictwem z gliny. Jest postrzegany jako sposób na zminimalizowanie zużycia paliw kopalnych i zanieczyszczeń, zwłaszcza dwutlenku węgla, podczas produkcji oraz stworzenie komfortowego środowiska życia dzięki dużej masie i wysokiej absorpcji materiału. Dwie główne technologie to tłoczona lub ubijana ziemia, glina lub glina, zwana po francusku pise de terre , oraz adobe , zazwyczaj wykorzystująca suszone na słońcu cegły wykonane z mieszanki błota i słomy.

Materiały

Tradycyjne okrągłe domy z błota i strzechy, tworzące rodzinny kompleks w pobliżu Tamale w Ghanie
Domy z błota w Kandaharze w Afganistanie

Ziemia zwykle wymaga pewnego rodzaju obróbki do wykorzystania w budownictwie. Można go łączyć z wodą w celu wytworzenia błota , można dodać słomę, można użyć jakiejś formy materiału stabilizującego, takiego jak wapno lub cement, aby utwardzić ziemię, a ziemię można zagęszczać w celu zwiększenia wytrzymałości.

Błoto

Konstrukcja z utwardzonego błota jest jednym z najstarszych podejść do budowania ścian. Wilgotne błoto formuje się ręcznie na podstawę ściany i pozostawia do wyschnięcia. Dodaje się więcej błota i pozostawia do wyschnięcia, tworząc kolejne warstwy, aż do ukończenia ściany. W przypadku kałuży, ręcznie robioną formę błota wypełnia się wilgotniejszym błotem i pozostawia do wyschnięcia. W Iranie kałuże błotne nazywane są konstrukcją chińską . Każda warstwa ma około 460 do 610 mm grubości i około 460 do 610 mm wysokości od 18 do 24 cali. Zazwyczaj technika ta jest stosowana do ścian ogrodowych, ale nie do budowy domów, prawdopodobnie z powodu obaw o wytrzymałość ścian wykonanych w ten sposób. Wadą tego podejścia jest to, że można spędzić dużo czasu czekając na wyschnięcie każdego kursu. Inną techniką stosowaną w obszarach, gdzie drewno jest obfite, jest budowa domu o konstrukcji drewnianej i wypełnienie go błotem, przede wszystkim w celu zapewnienia izolacji. W niektórych częściach Anglii podobną technikę stosowano z kolbami.

Kaczan

Ściana cob w Harwell, Oxfordshire , Anglia, setki lat, pokryta strzechą, aby chronić ją przed wodą

Kolba , czasami określana jako „monolityczna cegła”, to naturalny materiał budowlany wykonany z gleby zawierającej glinę, piasek lub małe kamienie oraz materiał organiczny, taki jak słoma . Ściany kolb są zwykle budowane warstwowo, nie mają spoin i wymagają 30% lub więcej gliny w gruncie. Cob może być używany jako wypełnienie w budynkach słupowo-belkowych, ale często jest używany do ścian nośnych i może wytrzymać do dwóch kondygnacji. Ściana kolby powinna mieć grubość co najmniej 16 cali (410 mm), a stosunek szerokości do wysokości nie powinien być większy niż jeden do dziesięciu. Zazwyczaj jest otynkowany wewnątrz i na zewnątrz mieszanką wapna, ziemi i piasku. Cob jest ognioodporny, a jego masa termiczna pomaga ustabilizować temperaturę w pomieszczeniach. Testy wykazały, że kolby mają pewną odporność na aktywność sejsmiczną. Jednak przepisy budowlane w krajach rozwiniętych mogą nie uznawać kolby za zatwierdzony materiał.

Darń lub darń

Darń cegły w ścianie domu

Cut sod cegły, zwane Terrone w języku hiszpańskim, mogą zostać wykorzystane do ściany mocny i trwały. Darń jest wycinana z gleby, która ma ciężką matę korzeni traw, które można znaleźć na terenach dennych. Stoi na krawędzi do wyschnięcia przed użyciem w budownictwie. Europejscy osadnicy na preriach północnoamerykańskich odkryli, że darń najmniej podatna na zniszczenie z powodu mrozu lub deszczu pochodziła z wysuszonych bagien. Murawa była kiedyś szeroko wykorzystywana do budowy ścian domów w Irlandii, Szkocji i Islandii, gdzie nadal można znaleźć niektóre domy z darni. Dom z darni może przetrwać pięćdziesiąt lat lub dłużej, jeśli jest dobrze utrzymany w zimnym klimacie. Islandczycy uważają, że najlepszej jakości murawą jest Strengur , czyli górne 5 centymetrów (2,0 cala) murawy.

Ziemia stabilizowana

Glina jest zwykle twarda i mocna po wyschnięciu, ale staje się bardzo miękka, gdy wchłania wodę. Sucha glina pomaga utrzymać ścianę ziemi razem, ale jeśli ściana jest bezpośrednio wystawiona na deszcz lub wodę spływającą z dachu, może ulec nasyceniu. Ziemia może być „ustabilizowana”, aby była bardziej odporna na warunki atmosferyczne. Praktyka stabilizowania ziemi przez dodawanie wapna palonego ma wieki. Cement portlandzki lub bitum można również dodać do ziemi przeznaczonej do budowy, co zwiększa wytrzymałość, chociaż stabilizowana ziemia nie jest tak wytrzymała jak wypalona glina lub beton. Do stabilizacji można również użyć mieszanek cementowo-wapiennych lub pucolany i wapna.

Korzystnie zawartość piasku w glebie będzie wynosić 65% – 75%. Gleby o niskiej zawartości gliny, lub zawierające nie więcej niż 15% gliny nieekspansywnej, są odpowiednie dla gruntów stabilizowanych. Zawartość gliny można zmniejszyć, dodając piasek, jeśli jest dostępny. Jeśli jest więcej niż 15% gliny, stabilizacja gruntu może wymagać więcej niż 10% cementu, co zwiększa koszty. Jeśli ziemia zawiera mało gliny i zawiera 10% lub więcej cementu, to w rzeczywistości jest to beton. Cement nie jest szczególnie przyjazny dla środowiska, ponieważ w procesie produkcyjnym powstają duże ilości dwutlenku węgla. Ziemia stabilizowana o niskiej gęstości będzie porowata i słaba. Ziemia musi być zatem zagęszczana albo maszyną wykonującą bloki, albo w ścianie przy użyciu techniki „ubijanej ziemi”.

Ubita ziemia

Stara szkoła zbudowana z ubitej ziemi w latach 1836–37 w Bonbaden , Hesja, Niemcy

Ubita ziemia to technika budowania murów przy użyciu naturalnych surowców takich jak ziemia, kreda , wapno czy żwir . Ściana z ubitej ziemi jest budowana poprzez tymczasowe umieszczenie wilgotnej gleby. Grunt jest zagęszczany ręcznie lub mechanicznie, a następnie usuwana jest forma. Ubita ziemia jest zwykle wytwarzana bez dużej ilości wody, więc nie potrzebuje dużo czasu na wyschnięcie, gdy budynek się podnosi. Jest podatny na wilgoć, dlatego należy go ułożyć na podłożu, które zatrzymuje podciąganie wilgoci, musi być zadaszony lub przykryty, aby nie dopływała woda z góry, i może wymagać ochrony za pomocą tynku, farby lub osłony.

W Chinach ubite mury z ziemi zostały zbudowane przez lud Longshan w latach 2600–1900 p.n.e., w okresie, gdy miasta pojawiły się po raz pierwszy w regionie. Grube pochyłe ściany wykonane z ubitej ziemi stały się cechą charakterystyczną tradycyjnych klasztorów buddyjskich w całych Himalajach i stały się bardzo powszechne na terenach północnych Indii, takich jak Sikkim . Technika rozprzestrzeniła się na Bliski Wschód i do Afryki Północnej, a miasto Kartagina zbudowano z ubitej ziemi. Stamtąd technologię sprowadzili do Europy Rzymianie. Konstrukcje z ubitej ziemi mogą być trwałe. Większość Wielkiego Muru Chińskiego została wykonana z ubitej ziemi, podobnie jak Alhambra w Królestwie Granady . W Europie Północnej znajdują się budynki z ubitej ziemi o wysokości do siedmiu pięter i mające dwieście lat.

Beton

Rzymianie wykonali trwały beton wystarczająco mocny, aby zmieścić ściany nośne. Beton rzymski zawiera gruz połamanych cegieł i skał osadzonych w zaprawie murarskiej. Zaprawa zawierała wapno i pucolana , materiał wulkaniczny, który znacząco przyczynił się do jego wytrzymałości. Konstrukcje z betonu rzymskiego, takie jak Koloseum , ukończone w 80 rne, nadal stoją. Ich długowieczność można wytłumaczyć faktem, że budowniczowie stosowali stosunkowo suchą mieszankę zaprawy i kruszywa i zagęszczali ją poprzez ubijanie w celu wyeliminowania pęcherzyków powietrza. Chociaż pochodzą z produktów ziemnych, konstrukcje betonowe zwykle nie są uważane za konstrukcje ziemne.

Jednostki budowlane

Cegła błotna lub cegła adobowa

Cegły Adobe w pobliżu placu budowy w Milyanfan , Kirgistan
Robienie cegieł mułowych w pobliżu Cooktown w Australii

Cegły mułowe lub cegły Adobe to wstępnie uformowane modułowe elementy murowane z wysuszonego na słońcu błota, które zostały wynalezione w różnych czasach w różnych częściach świata w miarę rozwoju cywilizacji. Konstrukcja z cegieł pozwala uniknąć opóźnień podczas wysychania kałuży błota. Fototapety pokazują, że techniki produkcji adobe były bardzo zaawansowane w Egipcie do 2500 pne. Konstrukcja Adobe jest dziś powszechna w całej Afryce. Cegły Adobe są tradycyjnie wytwarzane z piasku i gliny zmieszanych z wodą do uzyskania plastycznej konsystencji, ze słomą lub trawą jako spoiwem. Błoto jest przygotowywane, umieszczane w drewnianych formach, ubijane i wyrównywane, a następnie wyjmowane z formy do wyschnięcia na kilka dni. Cegły są następnie ustawiane na jednym końcu do utwardzenia powietrzem przez miesiąc lub dłużej.

W południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych i Meksyku budynki z cegły miały masywne ściany i rzadko miały więcej niż dwa piętra. Kościoły misyjne Adobe nigdy nie miały więcej niż około 35 stóp (11 metrów). Ponieważ powierzchnie Adobe są delikatne, do ich ochrony stosuje się powłoki. Powłoki te, okresowo odnawiane, obejmowały tynki błotne, wapienne, bielone lub stiukowe. Ściany Adobe były historycznie tworzone przez układanie cegieł zaprawą błotną, która pęcznieje i kurczy się w takim samym tempie jak cegły po zmoczeniu lub wysuszeniu, podgrzaniu lub ochłodzeniu. Współczesna adobe może być stabilizowana cementem i łączona zaprawami cementowymi, ale zaprawy cementowe powodują niszczenie niestabilizowanych cegieł adobe ze względu na różne szybkości rozszerzania się i kurczenia termicznego.

Skompresowany blok uziemiający

Obudowa bloku sprężonego gruntu budowana w Midland w Teksasie w 2006 r.

Bloki ze sprężonej ziemi (CEB) tradycyjnie wytwarzano przy użyciu patyka do wbijania gleby w drewnianą formę. Dziś są one zwykle wykonywane z podłoża sprasowanego w maszynie obsługiwanej ręcznie lub z napędem. W krajach rozwijających się maszyny ręczne mogą być opłacalnym rozwiązaniem do wytwarzania jednolitych elementów konstrukcyjnych, podczas gdy bardziej złożone i droższe maszyny zmotoryzowane są mniej odpowiednie. Chociaż konstrukcja CEB jest pracochłonna, pozwala uniknąć kosztów zakupu i transportu materiałów. Maszyny do wytwarzania bloków mogą formować bloki o zazębiających się kształtach, aby zmniejszyć zapotrzebowanie na zaprawę. Blok może mieć otwory lub rowki, dzięki czemu można włożyć pręty, takie jak bambus, aby poprawić odporność na trzęsienia ziemi.

Należy użyć odpowiedniej ziemi, z wystarczającą ilością gliny, aby utrzymać blok razem i wytrzymać erozję, ale nie za dużo gliny ekspansywnej. Gdy blok został wykonany ze stabilizowanej ziemi, która zawiera cement, beton musi stwardnieć około trzech tygodni. W tym czasie klocki należy układać w stosy i chronić je przed wysychaniem przez zraszanie ich wodą. Może to stanowić problem w gorącym, suchym klimacie, gdzie brakuje wody. Ścisłe układanie bloków i przykrywanie ich folią polietylenową może pomóc zmniejszyć utratę wody.

Worki na ziemię

Konstrukcja worków ziemnych to naturalna technika budowlana , która wyewoluowała z historycznych wojskowych technik budowy bunkrów . Można zastosować lokalne podłoże o prawie dowolnym składzie, chociaż preferowana byłaby mieszanka adobe. Gleba jest zwilżona, dzięki czemu zagęszcza się w stabilną strukturę po zapakowaniu w tkane polipropylenowe lub jutowe worki lub tuby. Czasami używana jest siatka z tworzywa sztucznego. Najczęściej spotykane są worki polipropylenowe (pp), ponieważ przykryte są trwałe, tanie i powszechnie dostępne. Worki są ułożone w rzędy, z drutem kolczastym pomiędzy każdym daniem, aby zapobiec ślizganiu się. Każde danie jest ubijane po ułożeniu. Struktura w workach pp jest podobna do adobe, ale bardziej elastyczna. Dzięki siatkowym rurom konstrukcja przypomina ubitą ziemię. Worki ziemne mogą być używane do budowy budynków w kształcie kopuły lub pionowych ścian. Przy stabilizacji gruntu mogą być również wykorzystywane do murów oporowych.

Cegła wypalana z gliny

Angielskie cegły wiązane z 1454 r. w Old College w Tattershall , Lincolnshire, Anglia

Technika wypalania glinianych cegieł w piecu datowana jest na około 3500 rpne. Cegły wypalane były używane do budowy trwałego muru w Europie, Azji i Afryce Północnej do 1200 roku p.n.e. i nadal pozostają ważnym materiałem budowlanym. Nowoczesne cegły wypalane są formowane z gliny lub łupków, formowane, a następnie wypalane w piecu przez 8–12 godzin w temperaturze 900–1150 °C. Rezultatem jest ceramika składająca się głównie z krzemionki i tlenku glinu, z innymi składnikami, takimi jak piasek kwarcowy. Porowatość cegły zależy od materiałów, temperatury i czasu wypalania. Cegły mogą różnić się kolorem w zależności od ilości węglanu żelaza i wapnia w użytych materiałach oraz ilości tlenu w piecu. Cegły mogą gnić w wyniku krystalizacji soli na cegle lub w jej porach, działania mrozu i kwaśnych gazów.

Cegły układa się w warstwach wiązanych zaprawą, mieszanką cementu portlandzkiego, wapna i piasku. Mur o grubości jednej cegły będzie składał się z cegieł wozówkowych z odsłoniętym długim, wąskim bokiem i cegłami nasadowymi przecinającymi się z boku na bok. Istnieją różne wiązania murowane , czyli wzory wozów i nadproży, w tym wiązania angielskie, holenderskie i flamandzkie.

Przykłady

Osłony na Ziemi

Domy z darni w Keldur , Islandia , przykład osłony Ziemi

Osłony ziemskie są wykorzystywane od tysięcy lat do tworzenia energooszczędnych mieszkań. Istnieją różne konfiguracje. Z jednej strony mieszkanie osłonięte ziemią jest całkowicie podziemne, z być może otwartym dziedzińcem zapewniającym powietrze i światło. Dom ziemia może być ustawiony na zboczu, z okien i otworów drzwiowych w jednej lub kilku swoich stronach, czy budynek może być na poziomie gruntu, ale z ziemi mounded pod ścianami, a może z ziemi dachu.

Domy z wykopami wykonane przez rolników z Hohokam w latach 100-900 ne, na terenie dzisiejszego południowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych, były konstrukcjami obwałowanymi, częściowo osadzonymi na zboczach wychodzących na południe. Ich udany projekt był używany przez setki lat. W Matmata w Tunezji większość starożytnych domów została zbudowana 12 metrów pod ziemią, a otoczone dziedzińcami około 12 metrów kwadratowych. Do domów docierano przez tunele. Inne przykłady mieszkań podziemnych, półpodziemnych lub klifowych w klimacie gorącym i zimnym można znaleźć w Turcji, północnych Chinach i Himalajach oraz w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Wiele klasztorów buddyjskich zbudowanych z ziemi i innych materiałów w klifach lub jaskiniach w obszarach Himalajów, takich jak Tybet , Bhutan , Nepal i północne Indie, jest często niebezpiecznie umieszczonych. Począwszy od lat 70. w krajach rozwiniętych odrodziło się zainteresowanie tą techniką. Umieszczając w ziemi domek ziemny, będzie on chłodniejszy w ciepłych porach roku i cieplejszy w chłodnych porach roku.

Indiańska loża ziemia

Ziemia Lodge jest okrągły budynek wykonany przez niektórych Indian Ameryki Północnej. Mają drewnianą konstrukcję słupowo-belkową i mają kształt kopuły. Typowa konstrukcja miałaby cztery lub więcej centralnych słupów osadzonych w ziemi i połączonych u góry belkami poprzecznymi. W środku otwór dymowy pozostanie otwarty. Wokół centralnej konstrukcji znajdował się większy pierścień krótszych słupów, również połączonych belkami poprzecznymi. Krokwie rozchodziły się promieniście od środkowych belek poprzecznych do zewnętrznych belek poprzecznych, a następnie łamane deski lub belki tworzyły pochyłe lub pionowe ściany boczne. Konstrukcję pokrywały kije i zarośla lub trawa, pokryta z kolei ciężką warstwą ziemi lub darni . Niektóre grupy otynkowały całą konstrukcję błotem, które wyschło, tworząc muszlę.

Szkoła w wiosce Masajów przy drodze A109, Kenia

Wata i kicz

Wattle and daub to stara technika budowlana, w której pnącza lub mniejsze patyki są przeplatane między pionowymi słupami, a następnie błoto zmieszane ze słomą i trawą jest otynkowane na ścianie. Technikę tę można znaleźć na całym świecie, od delty Nilu po Japonię, gdzie do wyrobu wikliny używano bambusa. W Cahokia , obecnie w stanie Illinois w USA, zbudowano domy z wikliny i kiczu z podłogą obniżoną o 0,30 do 0,91 m poniżej ziemi. Wariant tej techniki nazywa się w Kolumbii bajareque . W prehistorycznej Wielkiej Brytanii, wszędzie tam, gdzie była dostępna wystarczająca ilość gliny, budowano proste, okrągłe szałasy z wikliny i tynków. Wattle and daub nadal można znaleźć jako panele w budynkach o konstrukcji drewnianej. Generalnie ściany nie mają charakteru konstrukcyjnego, a we wnętrzach technikę w rozwiniętym świecie zastąpiono łatą i tynkiem, a następnie płytami gipsowo-kartonowymi .

Dom na prerii?

Omer Madison Kem (później przedstawiciel Kongresu Stanów Zjednoczonych) przed swoim domem darni w Nebrasce (1886)

Europejscy pionierzy rolnicy na preriach Ameryki Północnej, gdzie nie ma drewna do budowy, często założyli swój pierwszy dom w wykopanej jaskini na zboczu wzgórza lub wąwozu, z zadaszeniem nad wejściem. Kiedy mieli czas, budowali dom z darni . Rolnik używał pługa do cięcia darni na cegły o wymiarach 1 na 2 stopy (0,30 na 0,61 m), które następnie układano w stosy, tworząc ściany. Pasy darni były ułożone trawą w dół, ułożone naprzemiennie w taki sam sposób jak mury, w trzech rzędach obok siebie, co dało ścianę o grubości ponad 3 stóp (0,91 m). Mur murawy zbudowano wokół framug drzwiowych i okiennych, a narożniki muru zabezpieczono prętami wbitymi w nie pionowo. Dach wykonano z kijów lub szczotki, pokryto trawą preriową, a następnie uszczelniono warstwą darni. Domy z darni były mocne i często przetrwały wiele lat, ale były wilgotne i brudne, chyba że wewnętrzne ściany były otynkowane. Dachy miały tendencję do przeciekania, a czasem zapadały się podczas ulewy.

Budynki z cegły mułowej

Na całym świecie istnieją niezliczone przykłady budowania z cegły mułowej lub ceglanej. Otoczone murami miasto Shibam w Jemenie, wpisane na Listę Światowego Dziedzictwa w 1982 roku, znane jest z dziesięciopiętrowych budynków z niezbrojonej cegły mułowej. Djinguereber Meczet z Timbuktu , Mali, został zbudowany na początku 14 wieku naszej ery (8 wieku AH) z okrągłymi cegieł mułowych i misture kamienia błota i był kilkakrotnie przebudowywany potem coraz większe rozmiary. Dalej na południe, w Mali, w Wielki Meczet w Djenné , dramatycznym przykładem Sahelu mudbrick architektury. został zbudowany w 1907 roku, w oparciu o projekt wcześniejszego Wielkiego Meczetu zbudowanego po raz pierwszy w tym miejscu w 1280 roku. Cegła błotna wymaga konserwacji, a fundamentalistyczny władca Seku Amadu pozwolił, by poprzedni meczet upadł.

Te ruiny Casa Grande , teraz narodowym zabytkiem w Arizonie chronione przez nowoczesny dach, jest ogromny cztery-historia struktura adobe zbudowany przez Hohokam ludzi między 1200 a 1450 AD. Pierwszym Europejczykiem, który zapisał wielki dom, był jezuita ksiądz Eusebio Kino , który odwiedził to miejsce w 1694 roku. W tamtym czasie był on od dawna opuszczony. Do czasu zainstalowania tymczasowego dachu w 1903 budynek z cegły był pusty i nieutrzymywany przez setki lat.

Huaca de la Luna w dzisiejszym północnym Peru to wielka świątynia z gliny zbudowana przez lud Moche . Budynek przeszedł szereg etapów budowy, osiągając ostatecznie wysokość około 32 metrów (105 stóp), z trzema głównymi platformami, czterema placami i wieloma mniejszymi pokojami i obudowami. Ściany pokrywały uderzające wielokolorowe malowidła ścienne i fryzy; te widoczne dzisiaj pochodzą z około 400-610 AD.

Tuluza

Klaster Tianluokeng Tulou w prowincji Fujian , Chiny

Tulou jest rodzajem wiejskiego mieszkania z ludźmi Hakka w obszarach górskich w południowo-wschodniej prowincji Fujian w Chinach. Zostały one w większości zbudowane między XIII a XX wiekiem. Tulou jest dużym, zamkniętym i ufortyfikowanym budynkiem ziemnym, prostokątnym lub okrągłym, z bardzo grubymi nośnymi ubitymi ścianami ziemnymi o wysokości od trzech do pięciu pięter. Toulou może pomieścić do 80 rodzin. Mniejsze budynki wewnętrzne są często otoczone ogromnymi ścianami obwodowymi, które mogą zawierać hale, magazyny, studnie i pomieszczenia mieszkalne. Konstrukcja przypomina małe ufortyfikowane miasto. Ściany są uformowane przez ubijanie ziemi zmieszanej z kamieniem, bambusem, drewnem i innymi łatwo dostępnymi materiałami i mają do 6 stóp (1,8 m) grubości. Rezultatem jest dobrze oświetlony, dobrze wentylowany, wiatroszczelny i odporny na trzęsienia ziemi budynek, który jest ciepły zimą i chłodny latem.

Kopce i piramidy

Ziggurat w bazie lotniczej Ali w Iraku

Zigguraty były wyniesionymi świątyniami zbudowanymi przez Sumerów między końcem IV i II tysiąclecia pne, wznoszącymi się szeregiem tarasów aż do świątyni sięgającej 61 m nad poziom gruntu. Ziggurat w Ur zawierał około trzech milionów cegieł, żaden więcej niż 15 cali (380 mm) długości, więc budowa byłby to ogromny projekt. Największy ziggurat znajdował się w Babilonie i jest uważany przez niektórych za wieżę Babel wspomnianą w Biblii . Został zniszczony przez Aleksandra Wielkiego i pozostały tylko fundamenty, ale pierwotnie miał 300 stóp (91 m) wysokości na podstawie około 660 stóp (200 m) kwadratu. Do wykończenia wnętrza użyto cegieł suszonych na słońcu, a do licowania cegieł wypalanych w piecu. Cegły były połączone gliną lub bitumem.

Wiele prekolumbijskich społeczności rdzennych Amerykanów w starożytnej Ameryce Północnej zbudowało duże piramidalne struktury ziemne znane jako kopce platformowe . Wśród największych i najbardziej znanych z tych struktur jest Kopiec Mnichów w miejscu Cahokia w stanie Illinois, ukończony około 1100 r., który ma podstawę większą niż Wielka Piramida w Gizie. Wiele kopców przeszło kilka etapów budowy kopców w okresowych odstępach czasu, niektóre stają się dość duże. Są one uważane odegrały kluczową rolę w kopcu budowania narodów życia zakonnego i udokumentowane zastosowania obejmują pół-publiczne szefa „s platform dom, publiczne świątynnych platformach, kostnica Platformy, dom charnel Platformy, Earth Lodge / platform kamienicy, miejsce zamieszkania podesty, podesty kwadratowe i rotundowe oraz podesty taneczne.

Piramida Słońca o wysokości 207 stóp (63 m) w Teotihuacan w Meksyku została założona w 100 r. n.e. Kamienna konstrukcja zawiera dwa miliony ton ubitej ziemi.

Roboty ziemne

Mur oporowy w pobliżu Todmorden , West Yorkshire, Anglia

Roboty ziemne to prace inżynierskie powstałe w wyniku przemieszczania lub przetwarzania ilości gleby lub nieuformowanej skały. Materiał można przenieść w inne miejsce i uformować w żądany kształt w określonym celu. Wały , wały i tamy to rodzaje robót ziemnych. Wał, wał przeciwpowodziowy lub wał przeciwpowodziowy to wydłużony naturalny grzbiet lub sztucznie skonstruowana ściana wypełniająca brud, która reguluje poziom wody. Jest zwykle ziemny i często biegnie równolegle do biegu rzeki w jej równinie zalewowej lub wzdłuż nisko położonych wybrzeży.

Do budowy nasypów można zastosować ściany oporowe z gruntu stabilizowanego mechanicznie (MSE). Ściany MSE łączą betonową podkładkę wyrównującą, panele licowe, licowanie, zbrojenie gruntu i wybraną zasypkę. Można stosować różne wzory okładzin ściennych. Po ułożeniu podkładki wyrównującej oraz ułożeniu i usztywnieniu pierwszego rzędu paneli, za ścianę umieszcza się i zagęszcza pierwszą warstwę zasypki z ziemi. Następnie na ziemi układany jest pierwszy zestaw wzmocnień. Wzmocnienia, które mogą być naprężonymi taśmami lub siatkami z polimeru lub metalu ocynkowanego, są przymocowane do paneli licowych. Proces ten powtarza się z kolejnymi warstwami paneli, ziemi i wzmocnień. Panele są zatem przywiązywane do nasypu ziemnego, aby stworzyć stabilną konstrukcję o zrównoważonych naprężeniach.

Chociaż konstrukcja oparta na podstawowych zasadach MSE ma długą historię, MSE została opracowana w obecnej formie w latach 60. XX wieku. Stosowane elementy wzmacniające mogą się różnić, ale obejmują stal i geosyntetyki . Termin MSE jest zwykle używany w USA w celu odróżnienia go od „Reinforced Earth”, nazwy handlowej firmy Reinforced Earth Company, ale gdzie indziej Reinforced Soil jest powszechnie akceptowanym terminem. Budowa MSE jest stosunkowo szybka i niedroga i choć pracochłonna, nie wymaga wysokich umiejętności. Jest zatem odpowiedni zarówno dla krajów rozwijających się, jak i rozwiniętych.

Forty i okopy

Żołnierze w okopie na Gallipoli podczas I wojny światowej

Ziemia od tysięcy lat jest wykorzystywana do budowy fortyfikacji, w tym twierdz i murów, często chronionych rowami. Fotografia lotnicza w Europie ujawniła ślady fortyfikacji ziemnych z czasów rzymskich, a później z czasów średniowiecza. Wał Offy to ogromny szaniec, który rozciąga się wzdłuż spornej granicy między Anglią a Walią. Niewiele wiadomo o okresie budowniczym, królu Offa z Mercji , który zmarł w 796 r. n.e. Wczesna drewniana i ziemna fortyfikacja mogła później zostać zastąpiona ceglaną lub kamienną budowlą w tym samym miejscu.

Okopy były używane przez siły oblężnicze, aby zbliżyć się do fortyfikacji, będąc chronionym przed pociskami. Saperzy budowali „sap”, czyli okopy, które zygzakami biegły w kierunku atakowanej fortecy. Usypali wykopaną ziemię, tworząc mur ochronny lub gabion. Łączna głębokość wykopu i wysokość gabionu może wynosić od 8 do 10 stóp (2,4 do 3,0 m). Czasami sok był tunelem wykopanym kilka stóp pod powierzchnią. Saperzy byli wysoko wykwalifikowani i wysoko opłacani ze względu na ogromne niebezpieczeństwo ich pracy.

W czasie wojny secesyjnej (1861-1865) okopy były wykorzystywane do obrony pozycji przez cały czas trwania walk, ale odgrywały coraz większą rolę w kampaniach ostatnich dwóch lat. Wojskowe roboty ziemne być może zakończyły się rozległą siecią okopów wybudowanych podczas I wojny światowej (1914-1918), która pod koniec 1914 r. rozciągała się od Szwajcarii po Morze Północne . Dwie linie okopów znajdowały się naprzeciwko siebie, obsadzone przez żołnierzy żyjących w przerażających warunkach zimna, wilgoci i brudu. Najgorsze warunki panowały w okopach alianckich. Niemcy chętniej przyjmowali okopy jako pozycje długoterminowe i wykorzystywali betonowe bloki do budowy bezpiecznych schronów głęboko pod ziemią, często z oświetleniem elektrycznym i ogrzewaniem.

Tamy na nasypie

Wał zapora jest masywne sztucznym bariery wodnej . Zwykle powstaje przez umieszczenie i zagęszczenie złożonego półplastycznego kopca o różnym składzie gleby, piasku, gliny i/lub skał. Posiada półtrwałą naturalną wodoodporną powłokę na swojej powierzchni oraz gęsty, wodoodporny rdzeń. To sprawia, że ​​taka tama jest odporna na erozję powierzchniową lub przesiąkającą . Siła spiętrzenia powoduje nacisk w dół na masę zapory, znacznie zwiększając ciężar zapory na jej fundamencie. Ta dodatkowa siła skutecznie uszczelnia i czyni wodoodporną podstawową podstawę zapory, na styku zapory i jej koryta strumienia . Taka zapora składa się z rozdrobnionych niezależnych cząstek materiału. Tarcie i oddziaływanie cząstek wiąże je razem w stabilną masę, a nie za pomocą substancji cementującej.

Syncrude Mildred Lake odrzutów Dyke w Alberta , Kanada, to wał zapory około 18 km (11 mil) długości i od 40 do 88 m (131 do 289 stóp) wysokości. Według objętości nasypu, od 2001 r. uważano, że jest to największa konstrukcja ziemna na świecie.

Problemy strukturalne

Projektowanie na trzęsienia ziemi

Regiony o niskim ryzyku sejsmicznym są bezpieczne dla większości budynków naziemnych, ale historyczne techniki budowlane często nie są w stanie skutecznie oprzeć się nawet średnim poziomom trzęsień ziemi, ze względu na trzy wysoce niepożądane właściwości sejsmicznych materiałów budowlanych: są one stosunkowo „słabe, ciężkie i kruche”. Jednak budynki ziemne mogą być budowane tak, aby były odporne na obciążenia sejsmiczne.

Kluczowymi czynnikami poprawy parametrów sejsmicznych są wytrzymałość gruntu, jakość konstrukcji, solidny układ i wzmocnienie sejsmiczne.

Silniejsze gleby tworzą mocniejsze ściany. Konstruktorzy Adobe mogą przetestować utwardzone bloki pod kątem wytrzymałości, upuszczając je z określonej wysokości lub łamiąc je dźwignią. Konstruktorzy stosujący natychmiastowe techniki, takie jak worek ziemi, kolba lub ziemia ubijana, mogą preferować przybliżone testy kruszenia na mniejszych próbkach, które można suszyć w piecu i kruszyć za pomocą małej dźwigni.

Budowniczowie muszą rozumieć procesy budowlane i być w stanie zapewnić stałą jakość solidnych budynków.

Solidny układ oznacza budynki bardziej kwadratowe niż wydłużone i symetryczne, a nie w kształcie litery L, a także brak „miękkich” pierwszych pięter (kondygnacje z dużymi oknami, budynki na nieusztywnionych kolumnach). Wytyczne dotyczące budownictwa ziemnego w Nowej Zelandii sprawdzają, czy długość ścian usztywniających jest wystarczająca w każdym z dwóch głównych kierunków, w oparciu o grubość ściany, wysokość kondygnacji, odstępy między ścianami usztywniającymi oraz ciężar dachu, poddasza i drugiej kondygnacji nad ścianami ziemnymi.

Techniki budowlane odporne na wstrząsy sejsmiczne

Budowanie technik, które są bardziej plastyczne niż kruche, jak zawartej ziemi typu earthbag lub ścianach opona earthships , może lepiej uniknąć załamania niż kruchego niezbrojonym ziemi. Zawarte podbudowy żwirowe mogą zwiększać potencjał izolacyjny podłoża .

Zabezpieczenie ścian można dodać do technik takich jak Adobe, aby zapobiec utracie materiału, która prowadzi do zawalenia. Zamknięty mur jest skuteczny w przypadku ceglanego drewna przeciw siłom trzęsienia wynoszącym 0,3 g, co może być przydatne w przypadku muru ziemnego.

Wiele rodzajów zbrojenia może zwiększyć wytrzymałość ścian, takich jak plastik lub siatka druciana oraz pręty zbrojeniowe ze stali, włókna szklanego lub bambusa. Ziemia dobrze jest odporna na ściskanie, ale jest słaba po skręceniu. Wzmocnienie rozciągające musi obejmować potencjalne punkty uszkodzeń i być dobrze zakotwiczone, aby zwiększyć stabilność poza płaszczyzną. Belki wiążące na szczytach ścian są niezbędne i muszą być dobrze przymocowane do ścian.

Budowniczowie powinni mieć świadomość, że organiczne wzmocnienia osadzone w ścianach mogą zostać zniszczone przed oddaniem budynku na emeryturę. Szczegóły mocowania zbrojenia mają kluczowe znaczenie dla odporności na większe siły. Najlepsza wytrzymałość na ścinanie Adobe pochodzi z poziomego zbrojenia przymocowanego bezpośrednio do pionowego pręta zbrojeniowego rozciągającego się od stopy do belki łączącej.

Drewno z przeplotem w ścianach ziemnych zmniejsza uszkodzenia spowodowane przez trzęsienia, jeśli drewno nie jest uszkodzone przez suchą zgniliznę lub owady. Timberlacing obejmuje drobno błoniaste Dhajji i inne typy.

Zobacz też

Dom z błota w Maranguape , stan Ceará, Brazylia

Bibliografia

Uwagi

Cytaty

Źródła