Конструкция Earthbag - Earthbag construction

Строительство из мешков с землей - недорогой метод строительства с использованием в основном местного грунта для создания прочных и быстро возводимых конструкций.


Разработка Earthbag

Функции

Это также естественная строительная техника, разработанная на основе исторических военных методов строительства бункеров и временных методов строительства дамб для защиты от наводнений . Для этого метода требуются очень простые строительные материалы: прочные мешки, наполненные органическим материалом, которые обычно доступны на месте. Кроме того, мы никогда не должны использовать его из-за свойств, которые он содержит, еще один метод - это завитки Робби, так как он очень вреден для травы.

Стандартный наполнитель мешка с землей обладает внутренней стабильностью. Используется либо влажный грунт, содержащий достаточно глины, чтобы стать связным при утрамбовке, либо водостойкий угловатый гравий или дробленая вулканическая порода . Стены постепенно возводятся путем укладки мешков рядами, формируя ступенчатый узор, похожий на кладку кирпича .

Стены могут быть изогнутыми или прямыми, с земляными куполами или обычными крышами . Изогнутые стены обеспечивают хорошую боковую устойчивость, образуя круглые комнаты и / или куполообразные потолки, как иглу .

Зданиям с прямыми стенами длиной более 5 м (16,4 фута) требуются пересекающиеся стены или подпорки. Существуют международные стандарты для размеров стен и расстояний между стенами для земляных работ в различных типах сейсмически опасных зон, в первую очередь это стандарты Новой Зеландии, основанные на характеристиках, рекомендованные стандартами ASTM International в области земляного строительства. Испытания на статический сдвиг показывают, что земляной мешок может достигать той же прочности, что и стандарты армированного кирпича Новой Зеландии, с определенной прочностью и армированием грунта, хотя неармированный слабый грунтовый мешок может иметь более низкую прочность на сдвиг, чем неармированный саман.

Для улучшения трения между мешками и стенками колючая проволока обычно помещается между рядами. Шпагат также иногда обернутый вокруг сумки , чтобы связать один курс к другому, чтобы держать в незавершенной структуру вместе и держать курсы хорошо сидящие на колючей проволоке вилках. Арматуру можно забивать в стены, чтобы укрепить углы и края проема и обеспечить сопротивление опрокидыванию.

Конструкция обычно завершается штукатуркой , либо цементной штукатуркой на прочном сетчатом слое, либо саманом или известковой штукатуркой, чтобы отводить воду и предотвратить повреждение ткани ультрафиолетом. Отделка может отличаться от защищенных внутренних применений до открытых внешних применений.

Этот метод строительства является одним из самых универсальных методов естественного строительства и может использоваться для скамей, отдельно стоящих стен, аварийных укрытий , временного или постоянного жилья , а также сараев и коммерческих зданий. Earthbag часто выбирают для многих малых и средних институциональных структур в развивающихся странах. Земляное сооружение , включая подземные и огороженные бермы жилища (такие как Earthships ), бачки , пружинные коробки , корневые подвалы и подпорные стены может быть построено с стабилизированной заливкой почвы или с дополнительным армированием и водостойким гравием или песок заливкой.

Писатели

Хотя Джозеф Кеннеди, вероятно, изобрел термин «мешок с землей» (а также «содержащий землю»), Паулина Войцеховска написала первую книгу на тему строительства мешков с землей в 2001 году « Строительство с помощью земли: руководство по созданию мешков с землей гибкой формы» . Келли Харт разработала огромную онлайн-базу данных с информацией о мешках с землей, которая поощряла обмен идеями. Каки Хантер и Дони Киффмайер работали над множеством проектов после обучения с Халили, назвав мешок с землей «гибкой формой утрамбованной земли». Их книга 2004 г. « Строительство мешков с землей: инструменты, приемы и методы» доступна в виде электронной книги.

Бесплатные онлайн-буклеты были разработаны разными авторами, в том числе Оуэном Гейгером и Патти Стаутер. К ним относятся структурные исследования и методы полевых испытаний, разработанные для сельских районов.

Электронная книга Гейгера 2011 года «Руководство по строительству мешков с землей: вертикальные стены, шаг за шагом» содержит фотоиллюстрации процесса и обсуждение новых методов для зон с низким уровнем риска.

Сторонники

Многие, такие как Акио Иноуэ из Университета Тенри в Японии и Скотт Ховард из Earthen Hand, тестировали и строили здания. Харт вместе с Гейгером поощряли развитие земного мешка в различных культурно и климатически приемлемых формах. Роберт Шир построил дом из мешков земли, вдохновленный земным кораблем, в Юте, а Морган Карауэй из Sustainable Life School строит дом, который также включает в себя принципы проектирования земного корабля.

В то время как Гернот Минке, немецкий профессор земной архитектуры, впервые разработал технику использования мешков, наполненных пемзой, для строительства стен, архитектор и строитель Надер Халили помог возродить строительство мешков с землей как современную технику, называемую сверхдобой для гуманитарных усилий (особенно для жилых домов), поскольку а также естественная борьба с наводнениями.

Доктор Джон Андертон из Южной Африки протестировал версию мешка с тремя каналами, которая уменьшает проблемы оседания, присущие несвязному материалу наполнителя, например, песку, и впервые применил систему с узкими стенами, содержащую песок, которую он назвал E-khaya.

Фернандо Пачеко из Бразилии первым применил более легкие сетчатые трубы из полиэтилена высокой плотности для более простых гиперадобных стен.

Восстановление после стихийных бедствий и в регионах с низким уровнем доходов по всему миру включало в себя мешок с землей. Хотя тяжелые земляные стены обычно опасны при землетрясениях, землетрясения в Непале весной 2015 года оставили дома из мешков с землей в хорошем состоянии рядом с разрушенными зданиями.

Инженер Набиль Таха разработал первые общие спецификации для одного типа внешней арматуры штифтов, подходящей для зон с самым высоким сейсмическим риском. Несколько студентов-инженеров протестировали неотвержденный или малопрочный мешок с землей, а компания Build Simple провела испытания отвержденных связных стен. Строительные организации в Непале в настоящее время работают с инженерами над улучшением и уточнением вариантов армирования сейсмоустойчивого земляного мешка.

Метод строительства

Замедленная съемка здания из мешка с землей

Строительство обычно начинается с рытья траншеи, ведущей к ненарушенному минеральному грунту , который частично заполнен камнями и / или гравием для создания фундамента траншеи из щебня . В регионах с высоким сейсмическим риском может быть рекомендовано железобетонное основание или горизонтальная балка. Здания из мешков с землей также могут быть построены на обычных бетонных плитах (хотя это дороже и потребляет больше энергии, чем в фундаменте из щебеночной траншеи), а также могут иметь берцовое или подземное «плавающее» основание, такое как земной корабль.

Несколько слоев гравия в двойных тканых мешках образуют водонепроницаемую основу . Каждый слой обычно имеет две нити колючей проволоки сверху, которая прикрепляется к мешку для предотвращения соскальзывания и противостоит любой тенденции к расширению наружу купола или прямоугольных стен.

Мешки на указанном выше уровне смещены на 200 мм (8 дюймов) - половину ширины стены 450 мм (18 дюймов) - аналогично проходящей связи в кладке. Мешки могут быть либо предварительно заполнены материалом и подняты, либо мешки или тюбики могут быть заполнены на место. Вес глиняной насыпи фиксирует мешок на колючей проволоке внизу. Легкая утрамбовка пакетов или трубок уплотняет влажный глинистый наполнитель и создает сцепляющиеся пакеты или трубки, закрепленные на колючей проволоке.

Типы контейнеров

Полипропилен с твердым переплетением является самым популярным, доступным во всем мире для транспортировки риса или других зерновых культур. Полипропилен дешев и устойчив к повреждениям водой, гниению и насекомым . Трубки часто можно приобрести у производителей, которые зашивают их в пакеты. Также используются сетчатые трубки из мягких связанных крючком поли волокон, хотя также можно использовать жесткие экструдированные сетки или тканые сетчатые мешки.

Могут использоваться органические / натуральные материалы, такие как конопля , мешковина (например, мешки-мешки ). Поскольку они могут гнить, их следует использовать только со связными наполнителями (содержащими значительную долю глины), которые образуют твердые массы при утрамбовывании.

Терминология

Типы содержащейся земли

Earthbag теперь представляет собой разнообразное семейство техник. Каждый тип наполнителя и контейнера имеет разные требования к прочности и армированию.

Для опасных мест требуется точная терминология. Герметизированная земля (CE) основана на оригинальной методике, но с определенной прочностью грунта и арматурой, выбранной для уровней опасности. CE использует влажный, когезионный, утрамбованный наполнитель мешка, который прочно сцепляется с колючей проволокой и другой арматурой по мере отверждения стены.

СЕ - это не «мешки с песком». В содержащем песке (CS) используется песчаный наполнитель или любой слишком сухой или с плохой когезией наполнитель, который по своей структуре похож на мешки с песком. CS должен быть изготовлен из тканевых мешков с твердым переплетением и иметь хорошую защиту от повреждения ткани, в зависимости от прочности ткани мешка и прочности стенок. CS требует большего вертикального армирования как для прочности на сдвиг, так и для прочности вне плоскости, чем CE, или может потребоваться структурная оболочка. Некоторые строители используют узкие мешки с песком в качестве заполнения стен.

Гравий с наполнителем (CG) заполняется любым заполнителем крупнее крупного песка, обычно в двойных мешках для риса, хотя может использоваться и прочная сетка. CG ограничивает передачу влаги от опор.

Модульный CE встраивается в мешки для зерна или аналогичные тубы. Стены зависят от крепления между зазубринами из колючей проволоки и / или добавленными штифтами между рядами. Solid CE - это гиперадоб, встроенный в какую-либо вязаную трубку из рашель- сетки, так что влажная земляная заливка затвердевает между слоями .

Материалы для наполнения мешков

Обычно в качестве наполнителя используется неорганический материал, но можно использовать и некоторые органические материалы (например, рисовую шелуху), если прочная матрица, такая как проволочная сетка, укрепляет штукатурку.

Земляная насыпь может содержать 5–50% глины и может быть «отбракованной мелочью», «дорожным основанием», «инженерной насыпью» или местным грунтом. «Сырые» или нестабилизированные почвы затвердевают как твердые частицы, но не выдерживают длительного замачивания. Грунты с глиной плотно лепят и хорошо прикрепляют к зубцам колючей проволоки и арматуре.

Почвенный наполнитель может содержать большое количество заполнителя, если он сильно утрамбовывается и затвердевает. Можно использовать раздробленные бутылки, прочный щебень или пластиковый мусор, но смеси с высоким содержанием заполнителя могут мешать вставке арматуры.

Песок, каменная пыль и гравий могут выдержать длительные паводки, но для большинства из них требуются специальные распорки во время строительства, а также некоторые формы структурной обшивки. Заполнение песком может быть подходящим для нескольких рядов, чтобы обеспечить амортизацию вибрации основания здания, но становится нестабильным в обычных мешках высотой более 60–100 см (24–39 дюймов).

Стабилизация цемента, извести или битума может позволить глинистой почве выдерживать затопление или позволить использовать песок в традиционных мешках с неструктурной штукатуркой. Поскольку стены из мешков с землей обычно имеют толщину 38 см (15 дюймов), необходимо большое количество стабилизатора.

Теплоизоляционные свойства важны для климата с экстремальными температурами. Тепловая изолирующая стоимость материала непосредственно связана как с пористостью материала и толщину стенки. Изоляция дробленой вулканической породы , пемзы или рисовой шелухи выше, чем у глины или песка. Необработанные органические материалы, которые могут разлагаться, не следует использовать как часть несущей стены, хотя их можно использовать в качестве заполнения.

United Earth Builders попробовала использовать легкую соломенную глину в трубке из гиперадобной сетки, чтобы сформировать слой толщиной 200 мм (8 дюймов) за пределами купола.

Тепловые массовые свойства земляных насыпей умеренные перепады температур в климате, который испытывает резкие колебания температуры от ночи к дню. Этот тепловой эффект маховика делает массивные земляные стены идеальными для мягкого, жаркого и сухого климата. Глина или песок также обладают отличными характеристиками удержания тепла и, при надлежащей изоляции от внешней части дома, могут служить тепловой массой в конструкции пассивного солнечного здания в прохладном климате, поддерживая внутреннюю температуру стабильной круглый год.

Армирование и структурные характеристики

Solid CE может быть построен с меньшим количеством колючей проволоки в зонах с низким уровнем риска, потому что стены между рядами затвердевают. Для мешков с землей, в которых используются тканые мешки или трубки, колючая проволока необходима для любого уровня стихийных бедствий, поскольку поверхности мешков скользкие. Штифты между рядами не вносят важный вклад в линейную внеплоскостную прочность. Стены из мешков с землей с колючей проволокой более гибкие, чем саман, и могут сопротивляться обрушению при тщательной детализации.

Земляной мешок из слабого грунта без стали может иметь половину прочности на сдвиг неармированного самана, который легко повреждается при землетрясениях. Детализация норм и планы Новой Зеландии позволяют неармированным стенам из глинобитного кирпича выдерживать силы почти 0,6 г (сравнимо со значениями Ss для 2% вероятности превышения за 50 лет), но для земляного мешка требуется более прочный грунт, чтобы соответствовать этой прочности. Earthbag в Непале немного превзошел эту прочность, выдержав силы сопротивления выше 0,7 г в начале 2015 года. Купола, испытанные в Калифорнии, выдержали силу примерно 1 г из-за устойчивой формы этих зданий диаметром менее 7 м (23 фута).

Современные методы заземления, когда арматура вставляется не прикрепленной к основанию, и перекрывается без соединения, может выдержать только 1,2 г или меньше, даже при использовании очень прочного грунта. Требуется специальное усиление

Твердый CE из прочного грунта имеет более высокий сдвиг и внеплоскостную прочность, чем модульный CE. Это также может позволить использовать сетку для горизонтального армирования в дополнение к колючей проволоке или вместо нее.

Содержащийся гравий или содержащийся песок могут работать лучше всего, если проволока наматывается по сторонам прямых участков стены, чередуя со следующим курсом, обернутым подарочной оберткой из колючей проволоки под и над теми же прямыми участками. Базовые стены CG в регионах с высоким риском могут потребовать дополнительных контрфорсов на уровне фундамента, где строители не могут позволить себе железобетонную балку или опору. Более узкая пластиковая сетчатая трубка, часто используемая для борьбы с эрозией, может быть заполнена гравием, чтобы позволить кольцевую балку RC половинной ширины под широкими стенами.

Формируем дом

Крышу можно сформировать, постепенно наклоняя стены внутрь, чтобы построить купол. Сводчатые крыши можно строить по формам. Или же под кровлю традиционного типа используется клееный брус. Вальмовые крыши, фермы двускатного типа или вигасы могут потребоваться для уменьшения внешнего напряжения на земляных стенах.

Земляные купола стоят недорого, но их гидроизоляция сложна или дорога во влажных регионах.

Окна и двери могут быть выполнены как с традиционной перемычкой, так и с использованием каркасных или кирпичных арок , на временных формах. Свет также может поступать через световые люки, трубы со стеклянными крышками или бутылки, помещенные между рядами мешков во время строительства.

Отделка

Чтобы предотвратить повреждение пакетов от УФ- лучей или влаги, накройте стены штукатуркой на цементной основе , известью или глиняной штукатуркой . Если стены сделаны из «сырой» земли, для заполнения промежутков между мешками или полками используется штукатурка из земли с соломой. Сверху наносится финишная штукатурка.

Свесы крыши помогают снизить требования к гидроизоляции штукатурки , хотя штукатурка на нижних стенах может быть прочнее и водостойче, чем штукатурка на верхних стенах.

В некоторых зданиях используется «живая крыша» из засаженной земли («зеленая крыша») поверх конструкции, в то время как в других используется более традиционный каркас и крыша, размещенная поверх стен из мешков с землей.

Экологичность

Конструкция из мешков с землей потребляет очень мало энергии по сравнению с другими прочными методами строительства. В отличие от бетона, кирпича или дерева, для земляной засыпки не требуется никакой энергии, кроме сбора почвы. Если используется почва на месте, для транспортировки требуется мало энергии. В отличии от утрамбованной земли строительства, только человеческая энергия труда требуется , чтобы слегка утрамбуйте почву. В энергоемкие материалы, которые используются - пластмасса (для сумок и бечевки), стальной проволоки, и , возможно , внешней оболочки гипса или штукатурки - используются в относительно небольших количествах по сравнению с другими типами конструкции, часто в сумме составляют менее 5% строительные материалы. В хорошем состоянии здания служат долго. Однако, если в качестве засыпки используется «сырая» или нестабилизированная почва, когда здание больше не используется, земляной засыпка может быть переработана либо в садовые участки, либо в засыпку, либо в новые земляные постройки.

Использование в зонах бедствий

После цунами 2004 года в Шри-Ланке также изучались методы строительства мешков с землей . На Гаити было завершено несколько проектов строительства земляных мешков, большинство из них - после землетрясения. Компания First Steps Himalaya и другие благотворительные организации построили более 50 зданий из мешков с землей в Непале до землетрясения в апреле 2015 года. С тех пор местные строители стекались в постоянные учебные курсы с использованием мешков с землей, в том числе в Good Earth Global, что привело к официальному принятию строительных норм Непала на эту технику для жилых домов. Международные НКО также построили в Непале сотни замкнутых зданий из земли или мешков с землей, больше жилых домов, чем более крупные клиники или школы. НКО запрашивают дополнительную информацию о конструкции, чтобы иметь возможность лучше выбирать типы и интенсивность армирования, соответствующие местной прочности грунта и сейсмическому риску. Тестирование в университете началось, но необходимо больше.

Колонизация Луны

Халили предложил использовать методы строительства мешков с землей для строительства сооружений на Луне или других планетах. В настоящее время поднимать с Земли полезную нагрузку с положительной массой довольно дорого. Таким образом, методы Халили кажутся идеальным решением, поскольку необходимые материалы будут состоять из легких пакетов и нескольких инструментов для их наполнения. Он уточнил , что такие сумки, вероятно, предварительно сшитые « крючок и петлю » (то есть липучки ) скрепляющие полоски вместо колючей проволоки.

Смотрите также

использованная литература