Утрамбованная земляная конструкция

<час />

Фон

Утрамбованная земля - ​​это, по сути, искусственная осадочная порода. Вместо того, чтобы сжиматься в течение тысяч лет под глубокими слоями почвы, он образуется за считанные минуты путем механического уплотнения должным образом подготовленной грязи. Уплотнение можно производить вручную с помощью молоткового устройства, механически с помощью рычажного пресса для производства кирпича или пневматически с помощью пневматического трамбовочного инструмента. Динамическое уплотнение с использованием ручных или механических трамбовок не только сжимает почву, но и вызывает вибрацию отдельных частиц грязи, перемещая их в максимально плотно прилегающую структуру. Когда закончите, утрамбованная земля будет такой же прочной, как бетон.

Дома, построенные из утрамбованной земли, имеют ряд преимуществ перед деревянно-каркасным домом. Стены огнестойкие, устойчивые к гниению и непроницаемы для термитов. Массивные стены толщиной 18–24 дюйма (45,72–60,96 см) практически звуконепроницаемы. Массивные стены помогают поддерживать комфортную температуру в доме, смягчая перепады температур, которые обычно происходят в жаркие летние дни или холодные зимние ночи. При проектировании и ориентации на максимальное использование солнечной энергии дом из утрамбованного грунта может быть комфортным с потреблением энергии на 80% меньше, чем дом с деревянным каркасом. С другой стороны, первоначальное строительство примерно на 5% дороже, чем строительство деревянного каркаса, потому что оно очень трудоемкое.

История

Человечество на протяжении тысячелетий использовало Землю для строительства домов и других построек. Иерихон, самый ранний город в истории, был построен из земли. Храмы, мечети и церкви строились из сырцовых кирпичей и утрамбованной земли на всем древнем Ближнем Востоке. Египетские фараоны правили городами, построенными из утрамбованной земли. На Дальнем Востоке эта техника использовалась не только для строительства домов, но даже для строительства древних предшественников Великой Китайской стены. Римляне и финикийцы принесли эту технологию в Европу, где она использовалась более 2000 лет.

В Соединенных Штатах строительство из утрамбованной земли пользовалось популярностью с 1780 по 1850 год, когда стали доступны массовое производство обожженных кирпичей и пиломатериалов. Дома можно было строить быстрее и проще из кирпича и бруса, которые считались более современными и элегантными материалами, чем земля. Нехватка поставок, возникшая после Первой мировой войны и во время Великой депрессии, вернула популярность строительству из утрамбованного грунта на два десятилетия. Фрэнк Ллойд Райт проектировал дома из утрамбованной земли.

Когда закончилась Вторая мировая война, страна столкнулась с большим спросом на жилье, и заводы военного времени обратились к производству строительных материалов, которые можно было использовать для более быстрых типов строительства. Утрамбованная земля была отброшена в сторону, пока не была повторно заселена в течение экологически сознательных 1970-х годов. Модифицированная версия техники, изобретенная Майклом Рейнольдсом, использует строительные блоки из выброшенных автомобильных шин, набитых землей. Эти дома не только не допускают попадания использованных шин на свалки, но и могут быть построены неопытными строителями-новичками. Когда домовладелец использует неоплачиваемый труд себя, родственников и друзей и когда он может получить многие строительные материалы бесплатно, стоимость строительства может быть меньше половины стоимости деревянного каркасного дома.

Тысячи лет строительство утрамбованной земли передавалось от одного поколения строителей к другому. В Америке начала двадцатого века такой сети опытных строителей не существовало. Министерство сельского хозяйства США разработало и опубликовало руководство под названием Утрамбованные земляные стены для зданий это показало людям, как строить свои дома. О научно-исследовательских проектах, направленных на улучшение методов и качества строительства утрамбованной земли, сообщалось в академических журналах, а с 1926 по 1950 год в отраслевых и популярных журналах было опубликовано более 100 статей о утрамбованной земле.

Несколько более поздних инноваций увеличивают скорость и простоту строительства и улучшают структурную целостность конечного продукта. Например, пневматические трамбовки можно использовать для уплотнения почвы намного быстрее, чем традиционный ручной метод. Легко собираемые формы позволяют строить стены как сплошные панели, а не строить их в виде последовательных слоев на фут или два за раз. Используя проверенные временем ручные методы, бригада из четырех человек может возвести 40-50 кв. Футов (12,19-15,24 кв. М) утрамбованной земляной стены в день; с помощью электроинструментов та же бригада может построить 300 квадратных футов (91,44 кв. м) в день. Дэвид Истон, основатель Rammed Earth Works, разработал несколько сейсмостойких конструкций для усиления и структурной интеграции стен; Выбор варианта конструкции зависит от нескольких факторов, включая расстояние до ближайшего сейсмического разлома.

Сырье

Как следует из названия, основным материалом, используемым при строительстве утрамбованной земли, является сама земля. Существует пять основных типов почвы (гравий, песок, ил, глина и органические), и грязь в данном месте, как правило, представляет собой комбинацию всех или большинства из этих типов. Исторически сложилось так, что самые долговечные земляные стены были сделаны из почвы, которая на 70% состояла из песка и на 30% из глины. Почва с новой строительной площадки проверяется на пригодность. Органический материал должен быть удален из почвы, и, если необходимо, другой тип почвы может быть загружен и смешан с существующей грязью, чтобы создать смесь, которая будет работать. Цемент может быть добавлен в почву для увеличения ее прочности и устойчивости к влаге - обычно в соотношении примерно в четверть от того отношения, которое было бы использовано для изготовления бетона.

Стальные арматурные стержни кладут в фундаменты, а иногда и в стены. Из фанеры изготавливаются съемные формы для строительства стандартных утрамбованных грунтов. Листы фанеры три четверти дюйма (1,9 см) достаточно толстые. Панели с наложением высокой плотности (HDO), которые имеют тонкое пластиковое покрытие с одной стороны, работают особенно хорошо, потому что они легче отделяются от стены после строительства. Это не только оставляет чистую отделку на только что построенной стене, но и оставляет опалубку в хорошем состоянии для использования в будущих проектах.

В конструкции шин из утрамбованной земли используются выброшенные автомобильные шины, алюминиевые банки и картон в дополнение к уплотненному грунту. Около 1000 шин используется для строительства стен дома площадью 2 000 кв. Футов (609,6 кв. М).

Дизайн

Дома из утрамбованной земли спроектированы по индивидуальному заказу, чтобы обеспечить наиболее энергоэффективное использование участка. Их можно успешно спроектировать для многих климатических регионов, в том числе влажных с холодными зимами. Размер и расположение окон - важный фактор, позволяющий использовать солнечное отопление зимой и прохладный ветерок летом. Дом может быть расположен на холмах, защищающих от штормов. Тенистые деревья или решетчатые виноградные лозы избавляют от летней жары, но пропускают теплый солнечный свет зимой.

Производственный
процесс

Дома из утрамбованной земли можно построить одним из трех основных способов. Отдельные утрамбованные земляные кирпичи можно формировать и использовать с помощью стандартных строительных технологий; Фактически, из таких кирпичей можно формировать полы в доме из утрамбованной земли, построенном с помощью других технологий. Стандартное строительство с утрамбованным грунтом включает возведение деревянных опалубок и уплотнение. Стандартное строительство из утрамбованного грунта включает возведение деревянных опалубок и уплотнение подготовленного грунта в эти формы, которые удаляются после стен. завершены. В шинном методе ряд использованных автомобильных шин просто кладется на бетонное основание, возможно, вокруг стали. арматурные стержни, выходящие за пределы основания. Затем шины засыпаются почвой. Около 1000 шин используется для строительства стен дома площадью 2 000 кв. Футов (1609,6 кв. М). подготовленный грунт в эти формы, которые удаляются после завершения стен. Обычно используется метод шины с утрамбованной землей. Следующие ниже описания являются обзором стандартных методов и методов шин.

Подготовка сайта

• 1 дюйм или два (2,5–5 см) верхнего слоя почвы удаляется со строительной площадки и хранится, чтобы его можно было заменить вокруг завершенной конструкции. Органические вещества, такие как сорняки и корни, удаляются и могут быть переработаны в компост для использования в озеленении после строительства. После расчистки участка выносится очертание дома. Грунт выкапывается на глубину, гарантирующую ровную поверхность; земляные работы включают площадь здания, а также окружающую буферную зону размером 3 фута (1 м). Можно вырыть траншею, чтобы стены были закреплены в земле на глубину ниже линии зимнего промерзания.

Закладка фундамента

• 2 Фундамент, который сделан из железобетона, состоит из основания, ширина которого может быть равна толщине стены или до трех раз больше, в зависимости от прочности подстилающего грунта. Фундамент поднимается над уровнем земли, образуя короткую «стену ствола», которая соединяет утрамбованные земляные стены с основанием. В зависимости от архитектурного решения, плиточный пол также может быть заливным.

Анализ почвы

• 3 Для определения пригодности местного грунта для строительства строительных материалов проводятся различные испытания. Например, тест на определение частиц показывает относительные пропорции песка и ила в образце. Испытание на уплотнение выполняется путем формирования шара из грязи и его падения с высоты 3 фута (1 м); степень, в которой мяч распадается при ударе, показывает его полезность для строительства. Другие, более точные, испытания можно провести в геотехнической лаборатории. Если местная почва не подходит или не подходит для строительства, ее можно смешать с почвой из другого источника или заменить ею. Грунт может быть приобретен в карьере или доставлен в виде мусора с ближайшей строительной площадки, и в этом случае его можно будет доставить бесплатно или по минимальной цене.

Обрамление стен

• 4 Традиционно деревянные формы использовались для возведения стен размером 2 фута (0,6 м) за раз. После того, как форма была заполнена полностью уплотненным грунтом, ее нужно было снять и установить заново, чтобы сформировать следующую секцию стены. Более эффективные методы теперь позволяют создавать формы по всей высоте стены (даже более одного этажа). По горизонтали каркас может образовывать всю длину стены, или он может образовывать более короткие панели [например, длиной 8 футов (2,44 м)], разделенные зазорами в 6 дюймов (15 см), которые можно заполнить железобетоном для повышения прочности конструкции. Обрамление является важным компонентом строительного процесса как по важности, так и по времени; Обычно для заполнения и уплотнения почвы внутри форм требуется меньше времени, чем для установки, выравнивания и удаления каркаса.

  В случае конструкции покрышек из утрамбованного грунта деревянные формы не используются. Ряд использованных автомобильных шин просто кладут на бетонное основание, возможно, вокруг стальных арматурных стержней, выходящих из основания. После того, как каждый слой шин будет заполнен и уплотнен, будет добавлен еще один слой, смещенный на половину диаметра шины от слоя ниже.

Утрамбовка почвы

• 5 Традиционные трамбовки изготавливаются из тяжелого деревянного бруска с ручкой, проходящей через центр вверх. Более компактная версия может быть изготовлена ​​из квадратной стальной пластины размером 4 дюйма (10 см), приваренной к участку трубы диаметром 1 дюйм (2,5 см). Внутрь формы помещается слой увлажненной почвы толщиной 4–6 дюймов (10–15 см), и рабочий опускает трамбовку с высоты 30–46 см (12–18 дюймов). Фактически, большая часть работы теперь выполняется быстро с помощью пневматических трамбовок, а ручные устройства используются только в ограниченном пространстве вокруг электрических коробок или водопроводных труб. После многократных повторений тампера по всей поверхности слоя шум, производимый тампером, меняется с глухого удара на звонкий. Это происходит, когда почва уплотнена примерно до половины своего первоначального объема. На этом этапе добавляется еще один слой подготовленного грунта, и процесс утрамбовки повторяется. Когда трамбовка закончена, деревянные формы снимаются.

  Процесс утрамбовки отличается, когда в качестве каркаса используются шины. В этом случае лист картона кладется на дно отверстия в шине, и влажная почва засыпается в шину. Грязь вручную набивается внутрь шины, а затем уплотняется многократными ударами кувалды. Используя этот метод, в каждую шину можно уложить около трех грузов тачки (350 фунтов или 158,9 кг) почвы. Удары по грязи заставляют стенки шины вздыматься, сцепляя шину с нижним рядом. По мере того, как добавляются дополнительные слои и стена становится выше, необходимо сооружать строительные леса, чтобы у рабочих было место, где они могли бы стоять, заполняя и забивая шины.

Отделка стен

• 6 Внутренние поверхности стен часто отделываются штукатуркой. Если такое покрытие не наносится, стену следует обработать прозрачным проникающим герметиком, чтобы предотвратить отслоение пыли. Поскольку камень (даже если он сделан из утрамбованной земли) в некоторой степени пористый, может потребоваться нанесение герметика для защиты внешних поверхностей стен от атмосферных воздействий в определенных климатических зонах.

  Стенки утрамбованных земляных покрышек завершаются вставкой алюминиевых банок в зазоры между покрышками и заполнением оставшихся пустот саманом (грязью, усиленной соломой). Земля плотно прилегает к внешней стороне стены, создавая плоскую поверхность, полностью скрывающую шины. Стены отделаны штукатуркой или штукатуркой толщиной 2–4 дюйма (5–10 см).

Побочные продукты / отходы

Утрамбованные земляные конструкции эффективно используют природные ресурсы. Шины из набитых покрышек даже продуктивно используют некоторый общественный мусор. Поскольку шины закрыты стенами толщиной 3 фута (0,9 м), ни кислород, ни ультрафиолетовые лучи солнца не могут вступать с ними в реакцию. Это означает, что они не могут загореться и не выделяют токсичные химические вещества. Конструкции соответствуют лучшим показателям огнестойкости, чем здания с деревянным каркасом, и не имеют запаха резины.

Будущее

В конце 1700-х годов французский строитель по имени Франсуа Куантеро основал в Париже школу для изучения и популяризации строительства из утрамбованной земли, которую он назвал pise 'de terre (лужа глины земли). Сегодня Дэвид Истон разработал новую версию конструкции из утрамбованной земли, которую он назвал PISE (стабилизированная земля с пневматическим воздействием). Он подразумевает опрыскивание подготовленного грунта под высоким давлением на одностороннюю форму. С помощью этого метода можно производить 1200 квадратных футов (365,76 кв. М) стены толщиной 18 дюймов (45,72 см) в день, что в четыре раза быстрее, чем обычная бригада из четырех человек может заполнить коробчатые формы и уплотнить землю с помощью силовых трамбовок.