Утрамбованная земля - Rammed earth

Руины китайской сторожевой башни династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.), сделанная из утрамбованной земли в Дуньхуане , провинция Ганьсу , Китай , на восточном конце Шелкового пути .

Утрамбованная земля - это метод строительства фундаментов, полов и стен с использованием природного сырья, такого как земля , мел , известь или гравий . Это древний метод, который недавно был возрожден как экологически чистый метод строительства .

Строения, образованные из утрамбованной земли, есть на всех континентах, кроме Антарктиды , в различных средах, включая умеренные , влажные, полузасушливые пустыни , горные и тропические регионы. Наличие подходящего грунта и конструкция здания, соответствующая местным климатическим условиям, являются факторами, благоприятствующими его использованию.

Процесс

Традиционная модель строительства стены из утрамбованной земли на фундаменте

Создание утрамбованной земли включает в себя уплотнение влажной смеси грунта , имеющей подходящие пропорции песка , гравия , глины и стабилизатора, если таковой имеется, в опалубку (внешнюю опорную раму или форму).

Исторически для его стабилизации использовались такие добавки, как известь или кровь животных.

Грунт засыпается в опалубку на глубину от 10 до 25 см (от 4 до 10 дюймов), а затем уплотняется примерно до 50% от первоначального объема. Грунт уплотняется итеративно , партиями или рядами, чтобы постепенно возвести стену до вершины опалубки. Традиционно трамбование выполнялось вручную с помощью длинного трамбующего столба и было очень трудоемким, но современное строительство может быть уменьшено за счет использования трамбовщиков с пневматическим приводом .

Типичная техника жилищного строительства хмонгов в субтропическом климате Вьетнама .
Старая стена из утрамбованной земли с ухудшением состояния во Франции

После того, как стена будет завершена, она станет достаточно прочной, чтобы сразу снять опалубку. Это необходимо, если необходимо нанести текстуру поверхности, например, с помощью металлической щетки, резьбы или слепка, потому что примерно через час стены становятся слишком твердыми для обработки. Прочность на сжатие утрамбованной земли увеличивается по мере его излечивает. Трамбованная земля, стабилизированная цементом, выдерживается минимум 28 дней.

В современных зданиях из утрамбованного грунта стены возводятся на обычных опорах или на основании из железобетонных плит.

Используется современная опалубка

Строительство всей стены начинается с временного каркаса, называемого «опалубкой», который обычно изготавливается из дерева или фанеры, в качестве формы для желаемой формы и размеров каждой секции стены. Форма должна быть прочной и хорошо закрепленной, а две противоположные поверхности должны быть зажаты вместе, чтобы предотвратить выпуклость или деформацию, вызванную большими усилиями сжатия. Опалубка играет важную роль в строительстве стен из грунта с утрамбовкой. Исторически для строительства стен использовались деревянные доски, связанные веревкой. Современные строители используют фанеру и / или сталь для изготовления опалубки.

Характеристики

Деталь поверхности стены из эродированного утрамбованного грунта: помимо пятен повреждений, на поверхности видны регулярные горизонтальные линии, образованные деревянной опалубкой, и более тонкие горизонтальные слои последовательных рядов.
Поверхность недавно построенной утрамбованной земляной стены сразу после снятия опалубки

Прочность на сжатие из спрессованной земли диктуется такими факторами, как тип почвы, распределение частиц по размерам, объем уплотнения, содержание влаги в смеси и типа / количества стабилизатора , используемого. Хорошо изготовленные укрепленные цементом утрамбованные земляные стены могут иметь давление от 5 до 20 МПа. Для повышения прочности на сжатие может потребоваться больше цемента. Но добавление большего количества цемента может повлиять на проницаемость стен. Действительно, правильно построенная утрамбованная земля прослужит тысячи лет, о чем свидетельствуют многие древние сооружения, которые до сих пор стоят по всему миру. Утрамбованные земляные стены армируют арматурой в зонах повышенной сейсмической активности.

Добавление цемента к почвенным смесям с низким содержанием глины также может увеличить несущую способность построек из утрамбованной земли. В 1925 году Министерство сельского хозяйства США отметило, что конструкции из утрамбованной земли служат бесконечно и могут быть построены менее чем за две трети стоимости стандартных каркасных домов.

Для проведения земляных работ с утрамбовкой требуется как минимум один квалифицированный специалист для контроля качества. Все остальные рабочие могут быть неквалифицированными или полуквалифицированными.

Одним из значительных преимуществ утрамбованной земли является ее высокая тепловая масса : подобно кирпичу или бетону , она может поглощать тепло в дневное время и выделять его в ночное время. Это смягчает суточные колебания температуры и снижает потребность в кондиционировании и отоплении . В более холодном климате стены из утрамбованной земли можно изолировать, вставив изоляцию, такую ​​как пенополистирол или жесткие панели из стекловолокна, во внутренние и внешние слои утрамбованной земли. В зависимости от типа и содержания связующего, его также необходимо защитить от сильного дождя и изолировать пароизоляцией.

Утрамбованная земля может эффективно регулировать влажность, если необлицованные стены, содержащие глину, находятся во внутреннем пространстве. Влажность регулируется от 40% до 60%. Материальная масса и содержание глины в утрамбованной земле позволяет зданию дышать больше, чем бетонным постройкам, что позволяет избежать проблем конденсации, но предотвращает значительную потерю тепла.

Стены из утрамбованной земли имеют цвет и текстуру натуральной земли. Некоторые люди не используют влагонепроницаемые покрытия, такие как цементная штукатурка, поскольку они ухудшают способность стены отводить влагу, что необходимо для сохранения ее прочности.

Поверхность стены окрашена в оксидный цвет для визуальной привлекательности

Пятна можно отремонтировать, используя почвенную смесь в качестве штукатурки и отшлифовать.

Толщина широко варьируется в зависимости от региона и кода. Он может составлять всего 6 дюймов (150 мм) для ненесущих стен и до 24 дюймов (600 мм) для несущих стен. Толщина и плотность стен из утрамбованного грунта делают их пригодными для звукоизоляции . Они также по своей природе огнестойки , устойчивы к повреждениям термитами и нетоксичны.

Воздействие на окружающую среду и устойчивость

Протаранил-земля Тромб стена построена Design Построить Bluff

Здания из утрамбованной земли более устойчивы и экологически безопасны, чем другие строительные методы, в которых используется больше цемента и других химикатов. Поскольку в зданиях из утрамбованной земли используются материалы, доступные на местном уровне, они обычно имеют низкую физическую энергию и производят очень мало отходов. Используемые почвы обычно представляют собой недра, которые сохраняют верхний слой почвы для сельского хозяйства. Когда можно использовать грунт, выкопанный для подготовки фундамента, затраты и энергозатраты на транспортировку минимальны. Утрамбованная земля, вероятно, является наименее опасным для окружающей среды строительным материалом и техникой, которые сегодня легко и коммерчески доступны для строительства прочных зданий. Утрамбованная земля имеет потенциально низкое воздействие на производство, в зависимости от количества цемента и количества местного сырья; это чаще всего добытые в карьерах агрегаты, а не «земля».

Опалубка съемная и ее можно использовать повторно, что снижает потребность в пиломатериалах.

Утрамбованная земля может способствовать общей энергоэффективности зданий: плотность, толщина и теплопроводность утрамбованной земли делают ее особенно подходящим материалом для пассивного солнечного отопления. Тепло требуется почти 12 часов, чтобы провести через стену толщиной 35 см (14 дюймов).

Смешивание цемента с почвой может противодействовать устойчивым выгодам, таким как низкое потребление энергии, поскольку производство цемента само по себе создает 1,25 тонны углекислого газа на тонну произведенного цемента. Несмотря на то, что в теории выбросы парниковых газов здесь низкие , транспортировка и производство цемента могут значительно увеличить общие выбросы от современного строительства из утрамбованного грунта. Самый простой вид традиционной утрамбованной земли имеет очень низкие выбросы парниковых газов, но более спроектированный и переработанный вариант утрамбованной земли имеет потенциал для значительных выбросов.

Недостатки

  • Строительство прочной земляной стены с утрамбовкой требует хороших знаний и понимания типов почвы. Ряд факторов влияет на прочность и долговечность утрамбованных земляных конструкций, которые требуют тщательной проверки качества;
  • Утрамбованные земляные стены требуют дополнительных изоляторов в более холодном климате (при соблюдении современных строительных норм и правил).
  • Хотя дождь не смоет утрамбованную земляную стену, им нужна защита свеса крыши, чтобы стены были защищены от эрозии. Это важно в районах с большим количеством осадков;
  • Строительство утрамбованной земли - трудоемкий процесс. В определенных ситуациях это может быть дорого;
  • Утрамбованные земляные здания могут занять больше времени, чтобы получить одобрение строительных властей, банкиров и страховщиков;
  • После того, как стена построена, ее нелегко исправить, как кирпичную кладку;

История

Hangtu часть Великой Китайской стены
Строение из утрамбованной земли на ферме во Франции

Доказательства древнего использования утрамбованной земли были обнаружены в археологических памятниках эпохи неолита, таких как Плодородный полумесяц , датируемый 9-7 тысячелетием до нашей эры, и культурами Яншао и Луншань в Китае , датируемыми 5000 годом до нашей эры. К 2000 году до нашей эры архитектурные приемы утрамбованной земли (夯土Hāng tǔ ) широко использовались для строительства стен и фундаментов в Китае .

США и Канада

В 1800-х годах утрамбованная земля была популяризирована в Соединенных Штатах в книге « Сельская экономика » С.В. Джонсона. Этот метод был использован для строительства Плантации Городских Домов и Церкви Святого Креста в Стейтбурге, Южная Каролина , которые являются национальными историческими достопримечательностями .

Комплекс Borough House Plantation, построенный в 1821 году, содержит самую старую и самую большую коллекцию построек из глинобитной глины (утрамбованной земли) в «высоком стиле» в Соединенных Штатах . Шесть из 27 пристроек и частей главного дома были построены с использованием этой древней техники, которая была представлена ​​этой стране в 1806 году в книге « Сельская экономика » С.В. Джонсона.

Выдающимся примером сооружения из утрамбованной земли в Канаде является англиканская церковь Св. Томаса в Шэнти-Бэй , Онтарио , возведенная между 1838 и 1841 годами.

Сооружения по Боро Дом Плантации , Stateburg, Южная Каролина , возведенной в 1820 - х годах.
Епископальная церковь Святого Креста в Стейтберге, Южная Каролина , построенная между 1850 и 1852 годами.

С 1920-х по 1940-е годы в США изучалась конструкция из утрамбованной земли. Государственный колледж Южной Дакоты тщательно исследовал и построил почти сто стен из утрамбованной земли. Более 30 лет колледж исследовал использование красок и штукатурок в отношении коллоидов в почве. В 1945 году Сельскохозяйственный колледж Клемсона в Южной Каролине опубликовал результаты своего исследования утрамбованной земли в брошюре под названием «Конструкция утрамбованного грунта». В 1936 году в усадьбе недалеко от Гардендейла, штат Алабама , министерство сельского хозяйства США построило экспериментальное здание из утрамбованной земли с архитектором Томасом Хиббеном. Дома были построены недорого и продавались населению вместе с достаточным количеством земли для садов и небольшими участками для домашнего скота. Проект оказался успешным, он обеспечил жильем малообеспеченных семей.

Агентство США по международному развитию работает с развивающимися странами , чтобы улучшить инженерию протаранила-земные дома. Он также финансировал авторство Справочника утрамбованной земли по Texas A & M University и Texas Transportation института .

Интерес к утрамбованной земле снизился после Второй мировой войны, когда снизилась стоимость современных строительных материалов. Утрамбованная земля считается нестандартной, и против нее выступают многие подрядчики, инженеры и торговцы. Распространенное мнение о том, что такие материалы и методы плохо работают в регионах, подверженных землетрясениям, препятствует их использованию в большей части мира. В Чили , например, земляные сооружения, проложенные через грунт, обычно не могут быть застрахованы от повреждений традиционным способом или даже не могут быть одобрены правительством.

Ярким примером использования утрамбованной земли в 21 веке является фасад Культурного центра пустыни Нк'Мип на юге Британской Колумбии , Канада. По состоянию на 2014 год это самая длинная земляная стена в Северной Америке .

Культурный центр пустыни Nk'Mip в Осойосе , Британская Колумбия , Канада, завершен в 2006 году.

Смотрите также

«Пизе» дома из утрамбованной земли в Табанте , Марокко ; техника там называется « табут ».
Утрамбованные земляные стены являются частью входного здания проекта « Эдем» в Корнуолле , Англия , Великобритания.

использованная литература

Внешние источники

  • «Земля к Соленым источникам». Западная жизнь . Ванкувер, Британская Колумбия, Канада. 23 (10). Октябрь 2003 г. ISSN  0824-0604 . OCLC  20108901 .

Строительство утрамбованной земляной стены в колледже Центральной Аризоны