Строительство мешков с землей
Строительство из мешков с землей — это недорогой метод строительства, в котором используется в основном местный грунт для создания прочных и быстро возводимых конструкций.
Разработка мешков с землей
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2021 г. ) |
Функции
[ редактировать ]Это естественная технология строительства , разработанная на основе исторических методов строительства военных бункеров для защиты от наводнений временных дамб и методов строительства . Для этой техники требуются самые простые строительные материалы: прочные мешки, наполненные органическим материалом, которые обычно доступны на месте.
Стандартный наполнитель земляного мешка обладает внутренней стабильностью. либо влажный грунт, содержащий достаточно глины , чтобы стать связным при утрамбовке, либо водостойкий угловатый гравий или измельченная вулканическая порода Используется . Стены возводятся постепенно путем укладки мешков рядами, образуя шахматный узор, похожий на кирпичную кладку .
Стены могут быть изогнутыми или прямыми, куполообразными, покрытыми землей, или покрытыми обычной крышей . Изогнутые стены обеспечивают хорошую боковую устойчивость, образуя круглые комнаты и/или куполообразные потолки, подобные иглу .
Зданиям с прямыми стенами длиной более 5 м (16,4 фута) необходимы пересекающиеся стены или распорные контрфорсы. Существуют международные стандарты для размеров и расстояния между несущими стенами для земляных конструкций в различных типах зон сейсмического риска, в первую очередь стандарты Новой Зеландии, основанные на эксплуатационных характеристиках. [1] рекомендован стандартами ASTM International . земляного строительства [2] Испытания на статический сдвиг показывают, что земляной мешок может достигать прочности, сравнимой с армированными стандартами самана Новой Зеландии, при определенной прочности грунта и армировании. [3] хотя неармированный земляной мешок со слабым грунтом может иметь меньшую прочность на сдвиг, чем неармированный саман.
Для улучшения трения между мешками и стеной колючую проволоку между рядами обычно прокладывают . Иногда мешки обматывают шпагатом, чтобы связать один ряд с другим, скрепить вместе строящиеся конструкции и обеспечить хорошую посадку рядов на зубцах колючей проволоки. [4] Арматуру можно забить в стены, чтобы укрепить углы и края проемов, а также обеспечить устойчивость к опрокидыванию.
Конструкция обычно покрывается штукатуркой : либо цементной штукатуркой на прочном сетчатом слое, либо глинобитной или известковой штукатуркой для отвода воды и предотвращения повреждения ткани ультрафиолетом. Отделка может варьироваться от защищенного внутреннего применения до открытого внешнего применения.
Этот метод строительства является одним из наиболее универсальных естественных методов строительства и может использоваться для возведения скамеек, отдельно стоящих стен, аварийных укрытий , временного или постоянного жилья , а также сараев и коммерческих зданий. Earthbag часто выбирают для многих институциональных структур малого и среднего размера в развивающихся странах. Конструкции земляного полотна, включая подземные жилища и жилища с бермами (такие как Earthships ), цистерны , пружинные коробки , корневые подвалы и подпорные стены, могут быть построены с насыпью из стабилизированного грунта или с дополнительным армированием и насыпкой из водостойкого гравия или песка.
Писатели
[ редактировать ]Хотя Джозеф Кеннеди, вероятно, изобрел термин «мешок с землей» (а также «содержащая земля»), Паулина Войцеховска написала первую книгу на тему строительства из мешков с землей в 2001 году « Строительство с землей: руководство по строительству мешков с землей гибкой формы» . Келли Харт разработала огромную онлайн-базу данных с информацией о мешках с землей, которая способствовала обмену идеями. Каки Хантер и Дони Киффмейер после учебы у Халили работали над множеством проектов, называя мешок с землей «утрамбованной землей гибкой формы». Их книга 2004 года « Строительство из мешков с землей: инструменты, хитрости и методы » доступна в виде электронной книги. [5]
Бесплатные онлайн-буклеты были разработаны разными авторами, в том числе Оуэном Гейгером и Патти Стаутер. К ним относятся методы структурных исследований и полевых испытаний, разработанные для сельских районов. [6]
В электронной книге Гейгера 2011 года « Руководство по возведению мешков с землей: вертикальные стены, шаг за шагом » представлены фотоиллюстрации процесса и обсуждения новых методов для зон с низким уровнем риска. [7]
Сторонники
[ редактировать ]Многие, такие как Акио Иноуэ из Университета Тенри в Японии и Скотт Ховард из Earthen Hand, тестировали и строили здания. Харт и Гейгер [8] способствовал развитию мешков с землей в различных формах, соответствующих культурным и климатическим условиям. Роберт Шир построил в Юте дом из мешков с землей, вдохновленный земным кораблем , а Морган Карауэй из Школы устойчивой жизни строит дом, который также включает в себя принципы проектирования земного корабля.
В то время как Гернот Минке, немецкий профессор земляной архитектуры, первым разработал технику использования мешков, наполненных пемзой, для строительства стен, архитектор и строитель Надер Халили помог вновь представить строительство мешков с землей как современную технику, называемую суперсаман, для гуманитарных усилий (особенно для жилых зданий), поскольку а также борьба с естественными наводнениями. [9]
Доктор Джон Андертон из Южной Африки протестировал версию мешка с тремя каналами, которая уменьшает проблемы оседания, присущие несвязным наполнителям, таким как песок, [10] и стал пионером в работе над системой с узкими стенами, содержащей песок, которую он называет Э-хая.
Фернандо Пачеко из Бразилии первым применил более легкие сетчатые трубы из полиэтилена высокой плотности для создания более простых стен из гиперадоба. [11]
Восстановление после стихийных бедствий и в регионах с низкими доходами по всему миру включало использование мешков с землей. Хотя тяжелые земляные стены обычно опасны при землетрясениях, землетрясения в Непале весной 2015 года оставили здания из мешков с землей рядом с разрушенными зданиями в хорошем состоянии.
Инженер Набиль Таха разработал первые общие спецификации для одного типа внешней арматуры, подходящей для зон с самым высоким сейсмическим риском. [12] Несколько студентов-инженеров протестировали неотвержденный или малопрочный земляной мешок, а компания Build Simple провела испытания затвердевших связных стен. [13] Строительные организации в Непале в настоящее время работают с инженерами над улучшением и уточнением вариантов усиления сейсмостойких земляных мешков.
Метод строительства
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2021 г. ) |
Строительство обычно начинается с рытья траншеи в ненарушенном минеральном грунте , который частично заполняется камнями и/или гравием для создания основания траншеи из щебня . В регионах с высоким сейсмическим риском может быть рекомендовано железобетонное основание или балка. Здания из мешков с землей также могут быть построены на обычных бетонных плитах (хотя это дороже и требует больше энергии, чем фундамент из траншеи из щебня), а также могут иметь бермовой или подземный «плавающий» фундамент, как у земного корабля.
Несколько рядов гравия в мешках из двойной ткани образуют водостойкий фундамент . Каждый слой обычно имеет две нити колючей проволоки сверху, которые прикрепляются к мешку для предотвращения соскальзывания и противодействуют любому стремлению наружу купола или прямоугольных стен.
Мешки на ряду выше смещены на 200 мм (8 дюймов) — половину ширины стены 450 мм (18 дюймов) — аналогично прокладке клея в каменной кладке. Мешки могут быть либо предварительно заполнены материалом и подняты, либо мешки или тюбики заполняются на месте. Вес земляного наполнителя удерживает мешок на колючей проволоке внизу. Легкая трамбовка мешков или трубок уплотняет влажный, содержащий глину наполнитель и образует взаимосвязанные мешки или трубки, закрепленные на колючей проволоке.
Типы контейнеров
[ редактировать ]сплошного переплетения Полипропилен является наиболее популярным и доступен во всем мире для перевозки риса или других зерновых культур. Полипропилен имеет низкую стоимость и устойчив к воздействию воды, гниению и насекомым . Тюбики часто можно приобрести у производителей, которые зашивают их в пакеты. Также используются сетчатые трубки из мягких поливолокон, связанных крючком, хотя также можно использовать жесткие мешки из экструдированной сетки или тканые сетчатые мешки.
органические/натуральные материалы, такие как конопля , мешковина (например, « мешки из мешковины Можно использовать »). Поскольку они могут гнить, их следует использовать только с связными наполнителями (содержащими значительную долю глины), которые при утрамбовке образуют твердые массы.
Терминология
[ редактировать ]
Earthbag теперь представляет собой разнообразное семейство техник. Каждый тип наполнителя и контейнера имеет разные требования к прочности и армированию.
Для опасных зон необходима точная терминология. Замкнутый грунт (CE) основан на оригинальной технологии, но с определенной прочностью грунта и армированием, выбранным в соответствии с уровнями опасности. CE использует влажный, связный, утрамбованный наполнитель мешков, который прочно связывается с колючей проволокой и другой арматурой по мере затвердевания стены.
CE – это не «мешки с песком». В составе песка (CS) используется песчаная засыпка или любая слишком сухая или с плохой связностью засыпка, которая по своей конструкции аналогична мешкам с песком. CS должен быть изготовлен из мешков из прочной ткани и иметь хорошую защиту от повреждений ткани, при этом прочность ткани мешка зависит от прочности стенок. [14] CS требует большего вертикального армирования как для прочности на сдвиг, так и для прочности вне плоскости, чем CE, или может потребовать структурной оболочки. Некоторые строители используют узкие мешки с песком в качестве заполнения стен.
Для гравия (CG) используется любой заполнитель размером больше крупного песка, обычно в двойных мешках для риса, хотя можно использовать и прочную сетку. CG ограничивает передачу влаги от фундаментов.
Модульный CE состоит из мешков для зерна или аналогичных трубок. Стены основаны на креплении колючей проволоки и/или дополнительных штырях между рядами. Solid CE представляет собой гиперадоб, построенный в трубке из какой-то вязаной сетки, так что влажная земляная насыпь затвердевает между рядами.
Материалы для наполнения мешков
[ редактировать ]Обычно в качестве наполнителя используется неорганический материал, но можно использовать и некоторые органические материалы (например, рисовую шелуху), если штукатурка армируется прочной матрицей, такой как проволочная сетка.
Земляная насыпь может содержать 5–50% глины и может представлять собой «отбракованную мелочь», «дорожное основание», «инженерную насыпь» или местные недра. «Сырые» или нестабилизированные почвы затвердевают как твердые агрегаты, но не выдерживают длительного замачивания. Грунт плотно залепите глиной и хорошо прикрепите к зубцам колючей проволоки и арматуре.
Почвенный наполнитель может содержать большое количество заполнителя при условии, что он сильно утрамбовывается и затвердевает. Можно использовать разбитые бутылки, крепкий щебень или пластиковый мусор, но смеси с высоким содержанием заполнителя могут мешать вставке арматуры.
Песок, каменная пыль и гравий могут выдержать длительное наводнение, но большинство из них требуют специального крепления во время строительства, а также некоторой формы структурного покрытия. Засыпка песком может подойти для нескольких слоев, чтобы обеспечить гашение вибрации основания здания, но становится нестабильной в обычных мешках высотой более 60–100 см (24–39 дюймов).
Стабилизация цементом, известью или битумом может позволить глинистой почве противостоять затоплению или позволить использовать песок в традиционных мешках с неструктурной штукатурной оболочкой. Поскольку стены мешков с землей обычно имеют толщину 38 см (15 дюймов), требуется большое количество стабилизатора.
Теплоизоляционные свойства важны для климата с экстремальными температурами. Теплоизоляционная способность материала напрямую связана как с пористостью материала, так и с толщиной стены. Измельченная вулканическая порода , пемза или рисовая шелуха обеспечивают более высокую изоляционную ценность, чем глина или песок. Необработанные органические материалы, которые могут разлагаться, не следует использовать в качестве части несущей стены, хотя их можно использовать в качестве заполнителя.
Компания United Earth Builders попробовала использовать легкую соломенную глину в сетчатой трубке из гиперадоба, чтобы сформировать слой толщиной 200 мм (8 дюймов) за пределами купола. [15]
Термические массовые свойства земляных масс восполняют умеренные перепады температур в климате, где наблюдаются большие колебания температуры от ночи ко дню. Этот эффект теплового маховика делает массивные земляные стены идеальными для мягкого или жаркого и сухого климата. Глина или песок также обладают отличными характеристиками сохранения тепла и при правильной изоляции от внешней части дома могут служить тепловой массой в конструкции пассивного солнечного здания в прохладном климате, поддерживая стабильную внутреннюю температуру круглый год.
Армирование и структурные характеристики
[ редактировать ]В зонах с низким уровнем риска можно построить сплошное CE с меньшим количеством колючей проволоки, поскольку стены между рядами затвердевают. Мешки с землей, использующие тканые мешки или трубки, нуждаются в колючей проволоке для любого уровня стихийной опасности, поскольку поверхности между мешками скользкие. Штифты между рядами не обеспечивают важной линейной прочности вне плоскости. [16] Стены земляного мешка с колючей проволокой более гибкие, чем саманные, и при тщательной детализации могут противостоять обрушению.
Земляной мешок из слабой почвы без стали может иметь вдвое меньшую прочность на сдвиг, чем неармированный саман, который легко повреждается при землетрясениях. Детализация норм и планов Новой Зеландии позволяет неармированным глинобитным стенам выдерживать силу почти 0,6 g (сопоставимо со значениями Ss для 2% вероятности превышения за 50 лет), но мешок с землей требует более прочного грунта, чтобы соответствовать этой прочности. Мешок с землей в Непале немного превзошел эту силу, выдерживая силу более 0,7 g в начале 2015 года. [17] Купола, испытанные в Калифорнии, выдерживали силу примерно 1 g из-за устойчивой формы зданий диаметром менее 7 м (23 фута). [18]
Современные методы установки арматурных мешков без прикрепления к основанию и перекрытия без соединений могут выдерживать нагрузку только 1,2 г или меньше, даже при использовании очень прочного грунта. Необходимо специальное усиление
Твердый CE из прочного грунта имеет более высокую прочность на сдвиг и внеплоскость, чем модульный CE. [19] Также может быть разрешено использование сетки для горизонтального армирования в дополнение к колючей проволоке или вместо нее.
Для гравия или песка лучше всего использовать проволоку, обернутую по бокам прямых участков стены, чередуя следующий ряд с колючей проволокой, обернутой в подарочной упаковке 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 балку или фундамент из железобетона (RC). Более узкую пластиковую сетчатую трубку, часто используемую для плетня для борьбы с эрозией, можно заполнить гравием, чтобы под широкими стенами можно было разместить кольцевую балку половинной ширины.
Формируем дом
[ редактировать ]Крышу можно сформировать, постепенно наклоняя стены внутрь, образуя купол. Сводчатые крыши могут быть построены на формах. Либо под традиционный тип крыши используется связующий брус. Вальмовые крыши, фермы двускатного типа или виги могут потребоваться для уменьшения внешней нагрузки на земляные стены.
Земляные купола недорого построить, но их гидроизоляция сложна или дорога во влажных регионах.
Окна и двери могут быть выполнены с использованием традиционной каменной перемычки или с помощью карнизной или кирпичной арочной техники на временных формах. Свет также может проникать через световые люки, трубы со стеклянными крышками или бутылки, помещенные между рядами мешков во время строительства.
Отделка
[ редактировать ]Покройте стену, чтобы предотвратить повреждение пакетов от ультрафиолетовых на цементной основе лучей или влаги, штукатуркой , или известковой, или земляной штукатуркой . Если стены сделаны из «сырой» земли, для заполнения укромных уголков между мешками или рядами 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 более прочной и водостойкой, чем штукатурка на верхних стенах.
В некоторых зданиях используется «живая крыша» («зеленая крыша») из засаженной земли, в то время как в других используется более традиционный каркас и крыша, расположенная поверх стен из мешков с землей.
Экологичность
[ редактировать ]Строительство из земляных мешков требует очень мало энергии по сравнению с другими методами прочного строительства. В отличие от бетона, кирпича или дерева, для производства земляной насыпи не требуется никакой энергии, кроме сбора почвы. Если используется почва на месте, для транспортировки требуется мало энергии. В отличие от строительства из утрамбованной земли , для легкого утрамбования грунта требуется лишь человеческая рабочая сила. энергоемкие материалы Используемые – пластик (для мешков и шпагата), стальная проволока и, возможно, внешняя оболочка из штукатурки или лепнины – используются в относительно небольших количествах по сравнению с другими типами строительства, часто составляя менее 5% от общего объема энергии. строительные материалы. Здания служат долго, если за ними ухаживать. Однако, если в качестве насыпи используется «сырой» или нестабилизированный грунт, когда здание больше не используется, земляную насыпь можно переработать либо в садовые участки, либо в засыпку, либо в новые земляные постройки. [ нужна ссылка ]
Использование в зонах стихийных бедствий
[ редактировать ]Методы строительства из мешков с землей также изучались в Шри-Ланке после цунами 2004 года . [20] На Гаити было завершено несколько проектов по строительству мешков с землей, большинство из них после землетрясения. [21] Первые шаги Гималаи [22] 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 устремились к постоянным возможностям обучения мешкам с землей, в том числе от Good Earth Global, что привело к официальными строительными нормами Непала принятию этой технологии для жилых домов . Международные НКО также построили в Непале сотни зданий из глины 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 прочности местного грунта и сейсмическому риску. Университетское тестирование началось, но необходимо больше. [ нужна ссылка ]
Колонизация Луны и Марса
[ редактировать ]Халили предложил использовать методы строительства мешков с землей для строительства сооружений на Луне или других планетах. В настоящее время поднять с Земли полезный груз положительной массы довольно дорого. Таким образом, методы Халили кажутся идеальным решением, поскольку необходимые материалы будут состоять из легких мешков и нескольких инструментов для их наполнения. Он уточнил, что такие сумки, вероятно, будут иметь заранее пришитые проволоки . колючей полоски с застежками-липучками вместо [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Структура Земли
- Конструкция мешков из рисовой шелухи
- Зеленая крыша
- Натуральное здание
- Супер Adobe
- Габионы
- Клеточная изоляция (геоячейка)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Моррис, Хью. (2006) Стандарты земляного строительства, основанные на сейсмических характеристиках , стр. 52–66.
- ^ Стандартное руководство по проектированию систем земляных стен E2392 / E2392M - 10e1
- ^ Стаутер, Патти (май 2017 г.) Расчетная прочность на сдвиг содержащихся земляных стен. Компания Build Simple Inc. www.BuildSimple.org
- ^ Харт, Келли (2018). Необходимая конструкция мешка с землей . Строим стены: Издатели New Society. п. 39. ИСБН 978-0-86571-864-7 .
- ^ Строительство из мешков с землей: электронная книга «Инструменты, приемы и методы» . eBooks.com (19 ноября 2004 г.). Проверено 27 июля 2011 г.
- ^ Ресурсы BSI , заархивированные 13 января 2017 г. на Wayback Machine . Build Simple Inc. Проверено 10 января 2017 г.
- ^ Гейгер, Оуэн (2011). «Руководство по возведению мешков с землей: вертикальные стены» . www.earthbagbuilding.com . Проверено 10 января 2017 г.
- ^ Блог о природном строительстве
- ^ История Earthbag на . Earthbagbuilding.com. Проверено 27 июля 2011 г.
- ^ Строительная система EarthBag . Earthbagbuild.com. Проверено 27 июля 2011 г.
- ^ Кеннеди, Джозеф Ф.; Смит, Майкл Г.; Ванек, Кэтрин, ред. (2014). Искусство естественного строительства (2-е изд.). Канада: Издатели Нового общества. ISBN 978-0865717718 .
- ^ Типы проектов: Устойчивое строительство 541-850-6300. Архивировано 13 января 2017 г. в Wayback Machine . (PDF). Проверено 27 июля 2011 г.
- ^ EarthbagBuilding.com Резюме исследования по тестированию мешков с землей
- ^ Канаделл Р., Сэмюэл, А. Бланко и С. Кавалеро (2016) Комплексный метод проектирования материалов и конструкции мешков для земли и суперадоба 96 (2016) 270-282
- ^ United Earth Builders (2017) Прототип эко-гостевого дома UEB. Архивировано 6 июля 2017 г. на Wayback Machine , доступ 5 июля 2017 г.
- ^ Росс, Брэндон и др. (2013) Испытание стены из мешка с землей на ветровую нагрузку. Здания 2013, 3, 532-544
- ^ Стаутер, П. (май 2015 г.) Устойчивое восстановление Непала: культура, климат и землетрясения, с. 7 Build Simple Inc., www.BuildSimple.org.
- ^ Калили, Н. и Витторе, П. (1998) Земляная архитектура и керамика: Мешок с песком / Superadobe / Строительная система из суперблоков Cal-Earth
- ^ Стаутер, П. (май 2016 г.), Stronger EB Corners , Build Simple Inc.
- ^ Жилье из мешков с землей: структурное поведение и применимость в Шри-Ланке. Инженерная устойчивость [сериал онлайн]. Декабрь 2011 г.;164(4):261-273. Доступно в: Academic Search Premier, Ипсвич, Массачусетс. По состоянию на 5 декабря 2015 г.
- ^ «Дом Солнца» .
- ^ СТЕЙСИ К. Мешки с землей создают решение проблемы землетрясения. Нельсон Мейл, [сериал онлайн]. 29 августа 2015:3. Доступно в: Newspaper Source Plus, Ипсвич, Массачусетс.
