Konstrukcja worka ziemnego - Earthbag construction

Konstrukcja worków ziemskich jest niedrogą metodą budowania, wykorzystującą głównie lokalną glebę do tworzenia struktur, które są zarówno mocne, jak i można je szybko zbudować.


Rozwój worków ziemskich

Cechy

Jest to również naturalna technika budowlana wywodząca się z historycznych technik budowy bunkrów wojskowych oraz tymczasowych metod budowy wałów przeciwpowodziowych . Technika ta wymaga bardzo podstawowych materiałów budowlanych: solidnych worków wypełnionych materiałem organicznym zwykle dostępnych na miejscu. ponadto nigdy nie powinniśmy go używać ze względu na właściwości, które zawiera, inną metodą jest wirowanie Robbie, ponieważ jest bardzo szkodliwy dla trawy.

Standardowy materiał wypełniający worki ziemne ma wewnętrzną stabilność. Stosuje się albo wilgotne podłoże, które zawiera wystarczającą ilość gliny, aby po ubijaniu stało się spójne, albo odporny na wodę żwir skośny lub pokruszoną skałę wulkaniczną . Ściany są stopniowo budowane, układając worki w warstwach – tworząc naprzemienny wzór podobny do murowania .

Ściany mogą być zakrzywione lub proste, zwieńczone ziemią lub zwieńczone tradycyjnymi dachami . Zakrzywione ściany zapewniają dobrą stabilność boczną, tworząc okrągłe pomieszczenia i/lub kopulaste sufity jak igloo .

Budynki o prostych ścianach dłuższych niż 5 m (16,4 stopy) wymagają ścian przecinających się lub wzmacniających przypory. Istnieją międzynarodowe normy dotyczące usztywniania ścian i odstępów dla konstrukcji ziemnych w różnych typach obszarów zagrożonych sejsmiką, w szczególności normy Nowej Zelandii oparte na właściwościach, zalecane przez normy ASTM International dotyczące budynków ziemnych. Testy na ścinanie statyczne pokazują, że worki ziemniaczane mogą osiągnąć podobną wytrzymałość, jak nowozelandzkie normy zbrojonej adobe z określoną wytrzymałością i zbrojeniem gruntu, chociaż niezbrojony worek z gruntu słabego może mieć niższą wytrzymałość na ścinanie niż niezbrojony worek z adobe.

Aby poprawić tarcie między workami a ścianą, drut kolczasty jest zwykle umieszczany między warstwami. Sznurek jest również czasami owijany wokół worków, aby wiązać jeden kurs z drugim, aby utrzymać razem powstające struktury i utrzymać kursy dobrze osadzone na zębach z drutu kolczastego. Pręt zbrojeniowy można wbijać w ściany, aby wzmocnić narożniki i krawędzie otworów oraz zapewnić odporność na przewracanie się.

Struktura ta jest na ogół zakończony gipsu , bądź za pomocą cementu sztukaterie na silnej warstwy siatki lub Adobe lub wapienny, aby rzucić wody oraz zapobiec uszkodzeniu UV tkaniny. Wykończenia mogą różnić się od chronionych zastosowań wewnętrznych do odsłoniętych zastosowań zewnętrznych.

Ta technika budowlana jest jedną z najbardziej wszechstronnych naturalnych metod budowlanych i może być stosowana do ławek, wolnostojących ścian, schronów ratunkowych , tymczasowych lub stałych budynków mieszkalnych lub stodół i budynków komercyjnych. Earthbag jest często wybierany w wielu małych i średnich strukturach instytucjonalnych w krajach rozwijających się. Budowle podziemne, w tym podłożu i mieszkań bermed (takich jak Earthships ), cystern , boksy sprężynowych , piwnic korzeniowe oraz murów oporowych może być zbudowany ze stabilizowanym wypełnienia gleby, albo z dodatkowym wzmocnieniem i wodoodporny żwir lub piasek wypełniający.

Pisarze

Chociaż Joseph Kennedy prawdopodobnie wymyślił termin worek ziemi (a także zawierała ziemię), Paulina Wojciechowska napisała pierwszą książkę na temat budowania worków ziem w 2001 roku, Building with Earth: A Guide to Flexible-Form Earthbag Construction . Kelly Hart opracowała ogromną internetową bazę danych zawierającą informacje o workach na ziemi, która zachęcała do dzielenia się pomysłami. Kaki Hunter i Doni Kiffmeyer po studiach z Khalili pracowali nad różnymi projektami, nazywając Earthbag „elastyczną formą staranowaną ziemię”. Ich książka z 2004 roku, Earthbag Building: the Tools, Tricks and Techniques , jest dostępna w formie e-booka.

Darmowe broszury online zostały opracowane przez różnych autorów, w tym Owena Geigera i Patti Stouter. Obejmują one badania strukturalne i techniki testów terenowych opracowane dla obszarów wiejskich.

E-book Geigera z 2011 r. „ Earthbag Building Guide: Vertical Walls Step-by-Step” zawiera ilustracje fotograficzne procesu i omówienia nowych technik dla obszarów niskiego ryzyka.

Zwolennicy

Wielu takich jak Akio Inoue z Uniwersytetu Tenri w Japonii i Scott Howard z Earthen Hand testowało i budowało budynki. Hart wraz z Geigerem wspierali rozwój worka ziemnego w różne kształty odpowiednie kulturowo i klimatycznie. Robert Shear zbudował w stanie Utah dom z worków ziemnych inspirowany statkiem ziemnym, a Morgan Caraway ze Szkoły Zrównoważonego Życia buduje dom, który również uwzględnia zasady projektowania statków ziemnych.

Podczas gdy Gernot Minke, niemiecki profesor architektury ziemnej, jako pierwszy opracował technikę wykorzystania worków wypełnionych pumeksem do budowy ścian, architekt i budowniczy Nader Khalili pomógł przywrócić konstrukcję worków z ziemią jako nowoczesną technikę zwaną superadobe do działań humanitarnych (szczególnie w przypadku budynków mieszkalnych), ponieważ jak również naturalna ochrona przeciwpowodziowa.

Dr John Anderton z RPA przetestował wersję worka trójkanałowego, który zmniejsza problemy związane z opadaniem nieodłącznie związane z niespoistym materiałem wypełniającym, takim jak piasek, i był pionierem w pracy w systemie z piaskiem o wąskich ścianach, który nazywa E-khaya.

Fernando Pacheco z Brazylii był pionierem w użyciu lżejszych rur z siatki HDPE do prostszych ścian hiperadobowych.

Odbudowa po klęskach żywiołowych oraz w regionach o niskich dochodach na całym świecie obejmuje worek ziemi. Chociaż ciężkie gliniane ściany są zwykle niebezpieczne podczas trzęsień ziemi, trzęsienia ziemi w Nepalu wiosną 2015 r. pozostawiły budynki z workami ziemi w dobrym stanie w pobliżu zniszczonych budynków.

Inżynier Nabil Taha opracował pierwsze ogólne specyfikacje dla jednego typu zewnętrznego zbrojenia kołkowego odpowiedniego dla stref najwyższego ryzyka sejsmicznego. Kilku studentów inżynierii przetestowało worek z ziemią nieutwardzoną lub o niskiej wytrzymałości, a Build Simple przetestował utwardzone spoiste ściany. Organizacje budujące w Nepalu pracują obecnie z inżynierami nad ulepszeniem i udoskonaleniem opcji wzmocnienia worków ziemnych odpornych na wstrząsy sejsmiczne.

Metoda budowy

Film poklatkowy z budowy worka z ziemią

Budowa zwykle rozpoczyna się od wykopania wykopu w nienaruszonym podłożu mineralnym , które jest częściowo wypełnione kamieniami i/lub żwirem, aby utworzyć fundament wykopu z gruzu . W rejonach o wysokim zagrożeniu sejsmicznym może być zalecana podstawa żelbetowa lub podwalina. Budynki z workami na ziemię mogą być również budowane na konwencjonalnych płytach betonowych (chociaż jest to droższe i zużywają więcej energii ucieleśnionej niż fundament wykopu gruzowego) i mogą mieć również podziemne lub podziemne „pływające” fundamenty, takie jak statek ziemny.

Kilka warstw żwiru w podwójnie tkanych workach tworzy wodoodporny podkład . Każda warstwa ma zwykle na wierzchu dwa pasma drutu kolczastego , które przyczepiają się do worka, aby zapobiec poślizgowi i są odporne na wszelkie tendencje do rozszerzania się na zewnątrz kopuły lub prostokątnych ścian.

Worki na powyższym kursie są przesunięte o 200 mm (8 cali) — połowę szerokości ściany 450 mm (18 cali) — podobnie jak w przypadku wiązania ruchomego w murze. Worki mogą być wstępnie napełnione materiałem i podniesione lub worki lub tuby są napełniane na miejscu. Ciężar glinianego wypełnienia blokuje worek na drucie kolczastym poniżej. Lekkie ubijanie worków lub rurek konsoliduje wilgotne wypełnienie zawierające glinę i tworzy zazębiające się worki lub rurki zakotwiczone na drucie kolczastym.

Rodzaje kontenerów

Najbardziej popularny jest polipropylen o splocie stałym , dostępny na całym świecie do transportu ryżu lub innych zbóż. Polipropylen jest tani i odporny na wodę, gnicie i owady . Tuby są często dostępne u producentów, którzy wszywają je do torebek. Stosowane są również rurki siatkowe z miękkich, szydełkowanych włókien poliestrowych, chociaż można również stosować sztywne wytłaczane siatkowe lub tkane worki siatkowe.

Można stosować organiczne/naturalne materiały, takie jak konopie , juta (np. „ worki jutowe ”). Ponieważ mogą one gnić, powinny być używane tylko z wypełnieniami spoistymi (zawierającymi znaczną część gliny), które po ubiciu tworzą stałe masy.

Terminologia

Rodzaje zawartej ziemi

Earthbag to obecnie zróżnicowana rodzina technik. Każdy rodzaj wypełnienia i pojemnika ma inne wymagania dotyczące wytrzymałości i wzmocnienia.

W przypadku niebezpiecznych lokalizacji potrzebna jest dokładna terminologia. Zawarta ziemia (CE) jest oparta na oryginalnej technice, ale z określoną wytrzymałością gleby i zbrojeniem dobranym do poziomów zagrożenia. CE wykorzystuje wilgotne, spójne, ubite wypełnienie worka, które silnie wiąże się z drutem kolczastym i innym wzmocnieniem podczas utwardzania ściany.

CE to nie „worki z piaskiem”. Zawarty piasek (CS) wykorzystuje wypełnienie piaskowe lub dowolne wypełnienie zbyt suche lub o słabej spójności, które zachowuje się strukturalnie jak worki z piaskiem. CS musi być zbudowany z worków z tkaniny o jednolitym splocie i mieć dobrą ochronę przed uszkodzeniem tkaniny, opierając się na wytrzymałości tkaniny worka dla wytrzymałości ścian. CS wymaga więcej zbrojenia pionowego zarówno dla wytrzymałości na ścinanie, jak i poza płaszczyzną niż CE, lub może wymagać pokrycia strukturalnego. Niektórzy budowniczowie używają jako wypełnienia ścian wąskich worków z piaskiem.

Zawarty żwir (CG) wykorzystuje wypełnienie z dowolnego kruszywa większego niż gruboziarnisty piasek, zwykle w podwójnych workach ryżowych, chociaż można zastosować mocną siatkę. CG ogranicza przenoszenie wilgoci od stóp fundamentowych.

Modułowy CE jest wbudowany w worki na ziarno lub podobne tuby. Ściany polegają na mocowaniu między kolcami z drutu kolczastego i/lub dodanymi kołkami między polami. Solid CE jest hiperadobą zbudowaną z pewnego rodzaju dzianiny z siatki raszlowej , dzięki czemu wilgotne gliniane wypełnienie zestala się między warstwami.

Materiały do ​​napełniania worków

Generalnie jako wypełniacz stosuje się materiał nieorganiczny, ale niektóre materiały organiczne (takie jak łuski ryżu) mogą być użyte, jeśli mocna matryca, taka jak siatka druciana, wzmacnia tynk.

Wypełnienie gliniane może zawierać 5-50% gliny i może być „odrzutem drobnych cząstek”, „podłożem drogowym”, „wypełnieniem inżynieryjnym” lub lokalnym podłożem. Gleby „surowe” lub nieustabilizowane utwardzają się jako jednostki stałe, ale nie wytrzymują długotrwałego nasiąkania. Podglebie z gliną uformuj ciasno i dobrze przymocuj do kolczastych prętów i prętów zbrojeniowych.

Wypełnienie glebowe może zawierać dużą ilość kruszywa, o ile silnie ubija i utwardza. Można używać pokruszonych butelek, mocnego gruzu lub plastikowych śmieci, ale mieszanki o wysokiej zawartości kruszywa mogą przeszkadzać w wkładaniu prętów zbrojeniowych.

Piaski, pyły kamienne i żwiry mogą przetrwać długotrwałe warunki powodziowe, ale większość z nich wymaga specjalnego usztywnienia podczas budowy, a także pewnego rodzaju poszycia strukturalnego. Wysyp piaskowy może być odpowiedni dla kilku warstw jako podkład tłumiący drgania, ale staje się niestabilny w zwykłych workach o wysokości powyżej 60–100 cm (24–39 cali).

Stabilizacja cementem, wapnem lub bitumem może pozwolić glebie gliniastej wytrzymać zalanie lub umożliwić stosowanie piasków w tradycyjnych workach z niestrukturalną warstwą tynku. Ponieważ ściany worka ziemnego mają zwykle grubość 38 cm (15 cali), potrzebna jest duża ilość stabilizatora.

Właściwości termoizolacyjne są ważne w klimatach, w których występują ekstremalne temperatury. Izolacyjność termiczna materiału jest bezpośrednio związana zarówno z porowatością materiału, jak i grubością ściany. Kruszona skała wulkaniczna , pumeks lub łuski ryżowe dają wyższą wartość izolacyjną niż glina czy piasek. Nieoczyszczone materiały organiczne, które mogą ulec rozkładowi, nie powinny być używane jako część ściany konstrukcyjnej, chociaż można je wykorzystać jako wypełnienie.

United Earth Builders wypróbowało lekką glinkę słomkową w rurce z siatki hiperadoby, aby utworzyć warstwę o grubości 200 mm (8 cali) na zewnątrz kopuły.

Właściwości masy termicznej gliny wypełniają umiarkowane wahania temperatury w klimacie, w którym występują duże wahania temperatury od nocy do dnia. Ten termiczny efekt koła zamachowego sprawia, że ​​masywne ściany ziemi są idealne w łagodnym lub gorącym i suchym klimacie. Glina lub piasek mają również doskonałe właściwości zatrzymywania ciepła i, gdy są odpowiednio izolowane od zewnętrznej części domu, mogą służyć jako masa termiczna w pasywnym budynku wykorzystującym energię słoneczną w chłodnym klimacie, utrzymując stałą temperaturę wewnątrz przez cały rok.

Wzmocnienie i parametry konstrukcyjne

Solidne CE można zbudować z mniejszej ilości drutu kolczastego w obszarach niskiego ryzyka, ponieważ ściany zestalają się między warstwami. Earthbag wykorzystujący tkane torby lub rurki wymagają drutu kolczastego dla każdego poziomu naturalnego zagrożenia, ponieważ powierzchnie między workami są śliskie. Kołki pomiędzy kursami nie przyczyniają się do istotnej liniowej wytrzymałości poza płaszczyzną. Ściany worka z ziemią z drutem kolczastym są bardziej elastyczne niż Adobe i mogą się oprzeć zawaleniu, jeśli zostaną starannie wykończone.

Worek ziemi ze słabej gleby bez stali może mieć o połowę mniejszą wytrzymałość na ścinanie niż niezbrojona cegła, która łatwo ulega uszkodzeniu podczas trzęsień ziemi. Szczegółowy kod i plany Nowej Zelandii pozwalają niewzmocnionym ścianom z gliny na przetrwanie sił prawie 0,6 g (porównywalne z wartościami Ss dla 2% prawdopodobieństwa przekroczenia w ciągu 50 lat), ale worek ziemi potrzebuje silniejszego gruntu, aby sprostać tej wytrzymałości. Earthbag w Nepalu nieco przewyższył tę siłę, wytrzymując siły powyżej 0,7 g na początku 2015 roku. Kopuły testowane w Kalifornii wytrzymywały siły około 1 g, ze względu na stabilny kształt tych budynków o średnicy mniejszej niż 7 m (23 ft).

Obecne techniki worków ziemnych polegające na wstawianiu prętów zbrojeniowych nie przymocowanych do podstawy i nakładających się bez połączenia mogą wytrzymać tylko 1,2 g lub mniej, nawet przy użyciu bardzo mocnego gruntu. Potrzebne jest specjalne wzmocnienie

Solidne CE z mocnego gruntu ma większą wytrzymałość na ścinanie i poza płaszczyzną niż modułowe CE. Może również pozwolić na zastosowanie siatki do zbrojenia poziomego oprócz lub zamiast drutu kolczastego.

Zawarty żwir lub piasek mogą działać najlepiej z drutem owiniętym wokół boków prostych odcinków ściany, naprzemiennie z następnym kursem z drutem kolczastym owiniętym pod i nad tymi samymi prostymi odcinkami. Ściany bazowe CG w regionach o wysokim ryzyku mogą wymagać dodatkowych przypór na poziomie fundamentu, gdzie budowniczowie nie mogą sobie pozwolić na belkę lub stopę z betonu zbrojonego (RC). Węższa rura z siatki z tworzywa sztucznego, często używana do kontroli erozji wafla, może być wypełniona żwirem, aby umożliwić umieszczenie belki pierścieniowej RC o połowie szerokości pod szerokimi ścianami.

Formowanie domu

Dach można uformować poprzez stopniowe pochylanie ścian do wewnątrz w celu zbudowania kopuły. Dachy sklepione można budować na formach. Lub pod tradycyjnym dachem stosuje się belkę łączącą. Dachy czterospadowe, kratownice dwuspadowe lub vigas mogą być potrzebne w celu zmniejszenia naprężeń zewnętrznych na ścianach ziemnych.

Kopuły ziemne są niedrogie w budowie, ale ich hydroizolacja jest skomplikowana lub droga w wilgotnych regionach.

Okna i drzwi mogą być formowane tradycyjnym nadprożem murowanym lub techniką wspornikową lub łukiem ceglanym na formach tymczasowych. Światło może być również wnoszone przez świetliki, rury ze szklanymi nasadkami lub butelki umieszczane między warstwami worków podczas budowy.

Wykończeniowy

Aby zapobiec uszkodzeniu worków przez promienie UV lub wilgoć, przykryj ścianę stiukiem cementowym , wapnem lub tynkiem ziemnym . Jeśli ściany są „surową” ziemią, zakamarki między workami lub polami wypełnia się tynkiem z ziemi ze słomy. Na wierzch nakładany jest tynk wykończeniowy.

Nawisy dachu są pomocne w zmniejszeniu wymagań hydroizolacji tynku , chociaż tynk na niższych ścianach może być mocniejszy i bardziej wodoodporny niż tynk na ścianach górnych.

Niektóre budynki wykorzystują „żywy dach” („zielony dach”) na szczycie konstrukcji, podczas gdy inne używają bardziej konwencjonalnego obramowania i dachu umieszczonego na ścianach worków z ziemią.

Przyjazność dla środowiska

Konstrukcja worka ziemnego zużywa bardzo mało energii w porównaniu z innymi trwałymi metodami budowy. W przeciwieństwie do betonu, cegły czy drewna, do wytworzenia ziemnego wypełnienia nie jest potrzebna żadna energia poza zbieraniem ziemi. W przypadku korzystania z gruntu na miejscu, do transportu potrzebna jest niewielka ilość energii. W przeciwieństwie do ubitej ziemi budowie, tylko ludzka energia pracy wymagane jest ubić glebę lekko. W energochłonne materiałów, które są stosowane - z tworzywa sztucznego (na worki i sznurka), drutów stalowych, a może i zewnętrznej powłoki z gipsu lub sztukaterie - są stosowane w stosunkowo małych ilościach, w porównaniu z innymi typami konstrukcji, często w sumie mniej niż 5% materiały budowlane. Budynki utrzymują się bardzo długo. Jednakże, jeśli jako wypełnienie zostanie użyta „surowa” lub nieustabilizowana gleba, kiedy budynek nie jest już użyteczny, gliniane wypełnienie może zostać poddane recyklingowi na terenach ogrodowych, na zasypisko lub na nowe ziemne budynki.

Używaj w obszarach katastrof

Techniki budowania worków z ziemią były również badane na Sri Lance po tsunami w 2004 roku . Na Haiti zakończono wiele projektów budowy worków ziemnych, w większości po trzęsieniu ziemi. First Steps Himalaya i inne organizacje charytatywne zbudowały w Nepalu ponad 50 budynków z workami z ziemią przed trzęsieniem ziemi w kwietniu 2015 roku. Od tego czasu lokalni budowniczowie gromadzili się na ciągłych szkoleniach z worków z ziemią, w tym w Good Earth Global, co doprowadziło do oficjalnej akceptacji nepalskiego kodeksu budowlanego tej techniki dla rezydencji. Międzynarodowe organizacje pozarządowe zbudowały również w Nepalu setki zamkniętych budynków z ziemi lub worków z ziemią, więcej rezydencji niż większe kliniki lub szkoły. Organizacje non-profit proszą o więcej informacji strukturalnych, aby móc lepiej wybrać rodzaje i intensywność zbrojenia odpowiednie do lokalnej wytrzymałości gleby i ryzyka sejsmicznego. Testy uniwersyteckie już się rozpoczęły, ale potrzeba więcej.

Kolonizacja Księżyca

Khalili zaproponował wykorzystanie technik budowy worków z ziemią do budowy konstrukcji na Księżycu lub innych planetach. Obecnie podniesienie ładunku o dodatniej masie z Ziemi jest dość drogie. Tak więc techniki Khalili wydawałyby się idealnym rozwiązaniem, ponieważ niezbędne zapasy składałyby się z lekkich toreb i kilku narzędzi do ich wypełnienia. On że tego rodzaju torby prawdopodobnie zostały wstępnie szyte „ Rzepy ” (tj Velcro ) pasków mocujących zamiast drutu kolczastego.

Zobacz też

Bibliografia