Ubita ziemia - Rammed earth
Ubita ziemia to technika budowy fundamentów, podłóg i ścian przy użyciu naturalnych surowców, takich jak ziemia , kreda , wapno czy żwir . Jest to starożytna metoda, która niedawno została przywrócona jako metoda zrównoważonego budownictwa .
Budowle utworzone z ubitej ziemi są na wszystkich kontynentach za wyjątkiem Antarktyce w różnych środowiskach, w tym umiarkowanego mokry półpustynnym pustyni , montane i tropikalnych regionów. Dostępność odpowiedniego gruntu oraz projekt budowlany odpowiedni do lokalnych warunków klimatycznych to czynniki sprzyjające jego użytkowaniu.
Proces
Wykonywanie ubijanej ziemi polega na zagęszczeniu wilgotnej mieszanki podłoża o odpowiednich proporcjach piasku , żwiru , gliny i ewentualnie stabilizatora w szalunek (zewnętrznie podpartą ramę lub formę).
Dawniej do jej stabilizacji stosowano dodatki takie jak wapno czy krew zwierzęca.
Mieszankę gruntową wlewa się do szalunku na głębokość od 10 do 25 cm (4 do 10 cali), a następnie zagęszcza do około 50% pierwotnej objętości. Grunt jest zagęszczany iteracyjnie , partiami lub warstwami, tak aby stopniowo wznosić ścianę aż do szczytu szalunku. Historycznie ubijanie było ręczne za pomocą długiego drążka ubijającego i było bardzo pracochłonne, ale nowoczesna konstrukcja może być mniej trudna dzięki zastosowaniu ubijaków napędzanych pneumatycznie .
Po ukończeniu ściany jest wystarczająco mocna, aby natychmiast usunąć szalunek. Jest to konieczne, jeśli ma być nałożona tekstura powierzchni, np. przez szczotkowanie druciane, rzeźbienie lub odciskanie formy, ponieważ ściany stają się zbyt twarde, aby można je było obrobić po około jednej godzinie. Wytrzymałość na ściskanie z ubitej ziemi zwiększa się leczy. Ubijana ziemia stabilizowana cementem jest utwardzana przez co najmniej 28 dni.
W nowoczesnych budynkach z gruntu ubijanego ściany budowane są na konwencjonalnych ławach fundamentowych lub płycie żelbetowej .
Budowa całej ściany rozpoczyna się od tymczasowej ramy, zwanej „szalunkiem”, która zwykle jest wykonana z drewna lub sklejki, jako formy dla pożądanego kształtu i wymiarów każdego odcinka ściany. Forma musi być trwała i dobrze usztywniona, a dwie przeciwległe powierzchnie muszą być ściśnięte, aby zapobiec wybrzuszeniu lub deformacji spowodowanej dużymi siłami ściskającymi. Szalunki odgrywają ważną rolę w budowie ubijanych ścian ziemnych. Historycznie do budowy ścian używano drewnianych desek wiązanych sznurem. Współcześni budowniczowie używają sklejki i/lub stali do budowy szalunków.
Charakterystyka
Ściskanie z ubitej ziemi jest podyktowany przez takie czynniki jak rodzaj gleby, rozkładu wielkości cząstek, ilość zagęszczania, zawartość wilgoci w mieszance oraz typu / Ilość stabilizatora stosowanego. Dobrze wykonane ściany z gruntu ubijanego stabilizowanego cementem mogą mieć od 5 do 20 MPa. Wyższa wytrzymałość na ściskanie może wymagać więcej cementu. Jednak dodanie większej ilości cementu może wpłynąć na przepuszczalność ścian. Rzeczywiście, właściwie skonstruowana ubita ziemia przetrwa tysiące lat, jak pokazuje wiele starożytnych budowli, które wciąż stoją na całym świecie. Ściany z ubitych ziemnych są wzmacniane prętami zbrojeniowymi w obszarach o dużej aktywności sejsmicznej.
Dodanie cementu do mieszanek glebowych ubogich w glinę może również zwiększyć nośność budowli z ubitej ziemi. Amerykański Departament Rolnictwa obserwowane w 1925 roku, który staranował-earth Struktury przetrwać czas nieokreślony i może być zbudowany za mniej niż dwie trzecie kosztów standardowych domów ramy.
Roboty ziemne ubijane wymagają co najmniej jednej wykwalifikowanej osoby do kontroli jakości. Wszyscy pozostali pracownicy mogą być niewykwalifikowani lub półwykwalifikowani.
Jedną z istotnych zalet ubijanej ziemi jest jej wysoka masa termiczna : podobnie jak cegła czy beton , może ona pochłaniać ciepło w ciągu dnia i uwalniać je w nocy. Działanie to łagodzi dzienne wahania temperatury i zmniejsza zapotrzebowanie na klimatyzację i ogrzewanie . W chłodniejszym klimacie ściany z ubitej ziemi można izolować, umieszczając izolację, taką jak styropian lub sztywne panele z włókna szklanego , w wewnętrznych i zewnętrznych warstwach ubitej ziemi. W zależności od rodzaju i zawartości spoiwa należy go również zabezpieczyć przed ulewnym deszczem oraz zaizolować paroizolacją.
Ubita ziemia może skutecznie regulować wilgotność, jeśli nieokładzione ściany zawierające glinę zostaną wystawione na działanie przestrzeni wewnętrznej. Wilgotność jest regulowana w zakresie od 40% do 60%. Masa materiałowa i zawartość gliny w ubitej ziemi pozwala budowli oddychać bardziej niż budowle betonowe, co pozwala uniknąć problemów z kondensacją, ale zapobiega znacznym stratom ciepła.
Ściany z ubitej ziemi mają kolor i fakturę naturalnej ziemi. Wykończenia nieprzepuszczające wilgoci, takie jak tynk cementowy, nie są stosowane przez niektórych, ponieważ osłabiają zdolność ściany do pochłaniania wilgoci, której jakość jest niezbędna do zachowania jej wytrzymałości.
Wypryski można naprawić stosując mieszankę gruntową jako tynk i przeszlifować na gładko.
Grubość różni się znacznie w zależności od regionu i kodu. Może wynosić nawet 6 cali (150 mm) dla ścian nienośnych i do 24 cali (600 mm) dla ścian nośnych. Grubość i gęstość ścian z ubitej ziemi sprawia, że nadają się do izolacji akustycznej . Są również z natury ognioodporne , odporne na uszkodzenia termitów i nietoksyczne.
Efekty środowiskowe i zrównoważony rozwój
Budynki z ubitej ziemi są bardziej zrównoważone i przyjazne dla środowiska niż inne techniki budowlane, które wykorzystują więcej cementu i innych chemikaliów. Ponieważ budowle z ubitej ziemi wykorzystują lokalnie dostępne materiały, zwykle mają niską energię ucieleśnioną i generują bardzo mało odpadów. Stosowane gleby to zazwyczaj podglebie, które zachowują wierzchnią warstwę gleby dla rolnictwa. Gdy można wykorzystać grunt wykopany w ramach przygotowania pod fundamenty, koszty i energochłonność transportu są minimalne. Ubita ziemia jest prawdopodobnie najmniej szkodliwym dla środowiska materiałem budowlanym i techniką, która jest obecnie łatwo i komercyjnie dostępna do budowy solidnych budowli. Ubita ziemia ma potencjalnie niski wpływ na produkcję, zależny od ilości cementu i ilości pozyskiwanej lokalnie; często są to kruszywa wydobywane, a nie „ziemia”.
Deskowanie jest zdejmowane i można je ponownie wykorzystać, co zmniejsza zapotrzebowanie na drewno.
Ubijana ziemia może przyczynić się do ogólnej efektywności energetycznej budynków: gęstość, grubość i przewodność cieplna ubijanej ziemi sprawiają, że jest ona szczególnie odpowiednim materiałem do pasywnego ogrzewania słonecznego . Przeprowadzenie ciepła przez ścianę o grubości 35 cm (14 cali) wymaga prawie 12 godzin.
Mieszanie cementu z glebą może przeciwdziałać zrównoważonym korzyściom, takim jak niski poziom energii związanej, ponieważ sama produkcja cementu wytwarza 1,25 tony dwutlenku węgla na tonę wyprodukowanego cementu. Chociaż teoretycznie charakteryzuje się niską emisją gazów cieplarnianych , transport i produkcja cementu mogą znacząco wpłynąć na ogólne emisje nowoczesnych konstrukcji z ubijanej ziemi. Najbardziej podstawowy rodzaj tradycyjnej ziemi ubijanej ma bardzo niskie emisje gazów cieplarnianych, ale bardziej zaawansowana i przetworzona odmiana ziemi ubijanej ma potencjał do znacznych emisji.
Niedogodności
- Budowa silnego muru z ubitej ziemi wymaga dobrej znajomości i zrozumienia rodzajów gleby. Szereg czynników wpływa na wytrzymałość i trwałość konstrukcji z ubijanego gruntu, które wymagają rygorystycznych kontroli jakości;
- Ściany z ubitej ziemi wymagają dodatkowych izolatorów w chłodniejszym klimacie (jeśli są zgodne z nowoczesnymi przepisami i praktykami budowlanymi).
- Chociaż deszcz nie zmyje ubitej ściany z ziemi, wymagają one ochrony dachu nawisu, aby zabezpieczyć ściany przed erozją. Jest to ważne na obszarach o dużych opadach;
- Budowanie ubitej ziemi to proces pracochłonny. W niektórych sytuacjach może to być drogie;
- Budynki z ubitej ziemi mogą wymagać więcej czasu, aby uzyskać zatwierdzenie przez władze budowlane, bankierów i ubezpieczycieli;
- Po zbudowaniu muru nie da się go tak łatwo naprawić jak cegłę;
Historia
Dowody starożytnego używania ziemi ubijanej znaleziono w neolitycznych stanowiskach archeologicznych, takich jak żyzny półksiężyc datowany na 9–7 tysiąclecia p.n.e. oraz kultury Yangshao i Longshan w Chinach datowane na 5000 lat p.n.e. Do 2000 r. p.n.e. techniki architektoniczne z ubitej ziemi (夯土Hāng tǔ ) były powszechnie stosowane do budowy ścian i fundamentów w Chinach .
Stany Zjednoczone i Kanada
W XIX wieku ubita ziemia została spopularyzowana w Stanach Zjednoczonych dzięki książce Rural Economy autorstwa SW Johnsona. Technika ta została wykorzystana do budowy Plantacji Borough House i kościoła Świętego Krzyża w Stateburgu w Południowej Karolinie , które są narodowymi zabytkami historycznymi .
Zbudowany w 1821 r. kompleks Borough House Plantation zawiera najstarszą i największą kolekcję budynków pise de terre w „wysokim stylu” w Stanach Zjednoczonych . Sześć z 27 zależności i części głównego domu zostało zbudowanych przy użyciu tej starożytnej techniki, która została wprowadzona do tego kraju w 1806 roku w książce Gospodarka wiejska autorstwa SW Johnsona
Znakomitym przykładem budowli z ubitej ziemi w Kanadzie jest kościół anglikański św. Tomasza w Shanty Bay w prowincji Ontario , wzniesiony w latach 1838-1841.
.jpg)
Od lat dwudziestych do lat czterdziestych XX wieku badano konstrukcje z ubijanej ziemi w USA. South Dakota State College intensywnie badał i budował prawie sto wietrzejących ścian z ubitej ziemi. Uczelnia przez ponad 30 lat badała zastosowanie farb i tynków w odniesieniu do koloidów w glebie. W 1945 roku Clemson Agricultural College of South Carolina opublikował wyniki swoich badań nad ubijaną ziemią w broszurze zatytułowanej „Budownictwo z ubijanej ziemi”. W 1936 roku w gospodarstwie niedaleko Gardendale, Alabama The United States Department of Agriculture skonstruowane eksperymentalny staranował-earth gmachy z architekta Thomasa Hibbena. Domy budowano niedrogo i sprzedawano je ogółowi społeczeństwa wraz z wystarczającą ilością ziemi na ogrody i małe działki dla zwierząt gospodarskich. Projekt zakończył się sukcesem, zapewniając domy rodzinom o niskich dochodach.
US Agency for International Development współpracuje z krajów rozwijających się w celu poprawy inżynierii domów staranował ziem. Sfinansowała również autorstwo podręcznika „Handbook of Rammed Earth” wydanego przez Texas A&M University i Texas Transportation Institute .
Zainteresowanie ziemią ubijaną spadło po II wojnie światowej, kiedy spadły koszty nowoczesnych materiałów budowlanych. Ubita ziemia jest uważana za niespełniającą norm i sprzeciwia się jej wielu wykonawców, inżynierów i handlowców. Dominujące przekonanie, że takie materiały i techniki nie sprawdzają się w regionach podatnych na trzęsienia ziemi, uniemożliwiło ich stosowanie w znacznej części świata. Na przykład w Chile gmachy z ubitej ziemi zwykle nie mogą być konwencjonalnie ubezpieczone na wypadek uszkodzenia lub nawet zostać zatwierdzone przez rząd.
Godnym uwagi przykładem użycia ziemi ubijanej w XXI wieku jest fasada Centrum Kultury Pustyni Nk'Mip w południowej Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Od 2014 roku jest to najdłuższa ubijana ściana ziemna w Ameryce Północnej .
Zobacz też
- Cegła suszona na słońcu
- Alker
- Cob , bardzo podobny materiał, który dodaje włókna organiczne w celu zwiększenia wytrzymałości
- Blok ziemi
- Osłony ziemne , architektoniczna praktyka wykorzystywania ziemi do ścian budynków
- Zielony budynek
- Cegła mułowa
- Polimerowa stabilizacja gruntu
- Zrównoważona architektura
- Architektura ludowa
- Craterre — ten francuski instytut prowadzi szkolenia w zakresie technik konstrukcji ziemnych i we współpracy z UNESCO stara się rozpowszechniać naukową i techniczną wiedzę na temat architektury ziemnej.