Zeme zem kājām: Globāls ceļvedis augsnes būvmateriāliem

Mūsu globālajā ilgtspējīgas nākotnes meklējumos būvniecības nozare ir nonākusi kritiskā krustcelē. Atbildīga par gandrīz 40% no globālajām ar enerģiju saistītajām oglekļa dioksīda emisijām, tās atkarība no energoietilpīgiem materiāliem, piemēram, betona un tērauda, ir neapšaubāma un arvien vairāk nepanesama. Bet, ja būtiska daļa no risinājuma nebūtu augsto tehnoloģiju laboratorijā, bet gan tieši zem mūsu kājām? Tūkstošiem gadu cilvēce ir būvējusi izturīgus, ērtus un skaistus patvērumus no visbagātīgākā materiāla uz planētas: zemes. Mūsdienās globāla atdzimšana augsnes būvniecībā apvieno seno gudrību ar modernām inovācijām, piedāvājot spēcīgu ceļu uz veselīgāku, noturīgāku būvētu vidi. Šī nav atgriešanās pagātnē; tā ir izsmalcināta materiāla pārvērtēšana, kas ir zema oglekļa emisijas, netoksisks un universāli pieejams.

Šis visaptverošais ceļvedis jūs aizvedīs ceļojumā augsnes arhitektūras pasaulē. Mēs izpētīsim pārliecinošos iemeslus tās atdzimšanai, apceļosim dažādās tehnikas, kas tiek praktizētas visos kontinentos, atklāsim modernas inovācijas un sniegsim praktiskus ieskatus ikvienam, kas vēlas būvēt ar zemi. Neatkarīgi no tā, vai esat arhitekts, inženieris, celtnieks vai vides apzināts mājas īpašnieks, augsnes materiālu izpratne vairs nav nišas interese - tās ir būtiskas zināšanas 21. gadsimta būvniecībai.

Kāpēc pievērsties zemei? Pārliecinošs arguments par augsnes materiāliem

Pāreju uz zemes būvniecību virza spēcīga vides, ekonomikas un labsajūtas imperatīvu konverģence. Tas ir fundamentāla pāreja no lineāra modeļa "ņem-ražo-iznīcini" uz aprites modeli, kas respektē planētas robežas un uzlabo cilvēku labklājību.

Vides ilgtspēja: Būvniecība ar sirdsapziņu

Galvenā priekšrocība būvniecībai ar zemi ir tās ārkārtīgi zemais vides pēdas nospiedums. Galvenais ir tās zemā iemiesotā enerģija. Iemiesotā enerģija attiecas uz kopējo enerģiju, kas patērēta materiāla dzīves ciklā, sākot no ieguves un ražošanas līdz transportēšanai un būvniecībai.

• Betons vs. zeme: Portlendas cementa, galvenās betona sastāvdaļas, ražošana ir ļoti energoietilpīgs process, kas prasa kaļķakmens karsēšanu līdz vairāk nekā 1400 °C (2550 °F). Vien tas veido aptuveni 8% no globālajām CO2 emisijām. Pilnīgā kontrastā lielākā daļa augsnes materiālu vienkārši tiek izrakta, sajaukta ar ūdeni un vai nu žāvēta gaisā, vai kompaktēta uz vietas. Enerģijas patēriņš ir minimāls, bieži vien ierobežots ar roku darbu vai vieglu tehniku.
• Vietējā ieguve: Augsne gandrīz vienmēr ir pieejama būvlaukumā vai tā tuvumā. Tas krasi samazina ar transportu saistītās emisijas un izmaksas, kas ir būtisks faktors tradicionālo būvniecības projektu oglekļa pēdas nospiedumā, kur materiāli tiek pārvadāti pāri valstīm un kontinentiem.
• Šūpulis-līdz-šūpulim pārstrādājamība: Dzīves beigās nestabilizētu zemes sienu var vienkārši nojaukt un atgriezt atpakaļ zemē, kur tā sadalās atpakaļ augsnē, neradot atkritumus vai toksiskus izskalojumus. To pat var samitrināt un atkārtoti izmantot jaunas struktūras būvēšanai. Šis aprites dzīves cikls ir ilgtspējīga dizaina zelta standarts.

Ekonomiskā dzīvotspēja: Pieejams un par pieņemamu cenu

Būtiski daļai pasaules iedzīvotāju tradicionālo mājokļu izmaksas ir pārmērīgi augstas. Zemes būvniecība piedāvā ekonomiski pieejamu alternatīvu. Galvenais izejmateriāls – augsne – bieži vien ir bez maksas. Lai gan darbaspēka izmaksas var būt ievērojamas, īpaši tādiem paņēmieniem kā māla kluči, tās bieži vien dod iespēju vietējām kopienām, radot darbavietas un veicinot pašbūvniecības projektus. Tādas metodes kā presēti zemes bloki (CEB) var ievērojami samazināt darba laiku salīdzinājumā ar tradicionālo adobe, padarot projektus mērogojamākus. Attīstītajās valstīs, lai gan specializētais darbs var būt dārgs, ietaupījumi uz izejmateriāliem var būt ievērojami, jo īpaši pašbūvētājiem vai kopienas vadītiem projektiem.

Veselība un komforts: Dzīvā, elpojošā siena

Mūsdienu ēkas, kas noslēgtas energoefektivitātes nodrošināšanai, bieži vien cieš no sliktas gaisa kvalitātes telpās sintētisko materiālu, krāsu un apdares rezultātā. Zemes sienas piedāvā veselīgāku alternatīvu.

• Higroskopiskās īpašības: Māls, galvenā būvniecības augsnes sastāvdaļa, ir higroskopisks, kas nozīmē, ka tas var absorbēt un atbrīvot mitrumu no gaisa. Tas rada dabisku mitruma buferi, uzturot mitruma līmeni telpās ērtā un veselīgā diapazonā (parasti 40-60%). Šī pasīvā regulēšana kavē pelējuma un miltrasas augšanu un samazina mehānisko gaisa sausinātāju vai mitrinātāju nepieciešamību.
• Netoksiska daba: Nestabilizēta zeme ir pilnīgi dabiska un nesatur gaistošos organiskos savienojumus (GOS) un citas kaitīgas ķīmiskas vielas, kas atrodas daudzos tradicionālo būvmateriālu produktos. Tas nodrošina izcilu gaisa kvalitāti telpās.
• Termiskā masa: Biezām zemes sienām ir augsta termiskā masa. Tas nozīmē, ka tās lēnām absorbē siltumu dienas laikā un lēnām atbrīvo to naktī. Karstā, sausā klimatā tas uztur telpas vēsas dienas laikā. Mērenā klimatā ar labu pasīvo saules enerģijas dizainu tās var absorbēt saules siltumu ziemas dienā un izstarot to atpakaļ telpā naktī, ievērojami samazinot apkures izmaksas un radot stabilu, komfortablu temperatūru telpās visu gadu.

Kultūras un estētiskais bagātība

Zemes ēkas savieno mūs ar vietu un tās vēsturi. Sienu krāsas atspoguļo vietējo ģeoloģiju, radot struktūras, kas ir neatņemama to ainavas sastāvdaļa. No māla mājas līnijām Anglijā līdz sablīvētās zemes sienas asajām, slāņotajām līnijām Arizonā, estētiskās iespējas ir plašas un dziļi autentiskas. Tas kontrastē ar lielu daļu mūsdienu būvniecības homogenitāti, piedāvājot unikālu raksturu un taustāmu saikni gan ar dabu, gan tradīcijām.

Globāls zemes būvniecības tehniku apskats

Zemes būvniecība nav monolīts jēdziens. Tas aptver bagātīgu tehniku daudzveidību, katrai no kurām ir sava vēsture, metodika un ideāla pielietojamība. Izpētīsim dažas no nozīmīgākajām metodēm, kas tiek izmantotas visā pasaulē.

Adobe un saulē kaltie ķieģeļi

Kas tas ir: Adobe ir viena no vecākajām un visplašāk izplatītajām būvniecības metodēm uz Zemes. Process ietver atsevišķu bloku vai ķieģeļu izveidi no smilšainas augsnes, māla, ūdens un bieži vien šķiedru saistvielas, piemēram, salmiem vai priežu skujām. Šie bloki pēc tam tiek žāvēti saulē, pirms tie tiek likti ar dubļu javu, lai veidotu sienas.

Process: Tiek sagatavots piemērots augsnes maisījums, bieži vien bedrē, kur to sajauc ar ūdeni līdz plastiskai konsistencei. Tiek pievienoti salmi, lai samazinātu plaisas, kad bloki izžūst. Šie dubļi pēc tam tiek iespiesti koka veidnēs, un mitrie ķieģeļi tiek uzklāti uz līdzenas, sausas virsmas, lai sacietētu saulē vairākas nedēļas, periodiski apgriežot, lai nodrošinātu vienmērīgu žāvēšanu.

Raksturojums:

• Priekšrocības: Zemas izmaksas materiāli, vienkārša tehnoloģija, lieliska termiskā masa, ugunsizturīgs.
• Trūkumi: Darbietilpīgs, lēns būvniecības process, jutīgs pret ūdens bojājumiem, ja tas nav pareizi aizsargāts ar lieliem jumta pārkarniem un stabilu pamatu. Zema stiepes izturība un var būt trausls zemestrīcēs, ja nav pastiprināts.

Globālie piemēri: Adobe ir Amerikas Savienoto Valstu dienvidrietumu tuksneša paraksta materiāls, redzams daudzstāvu Taos Pueblo Ņūmeksikā, UNESCO Pasaules mantojuma objekts, kas nepārtraukti apdzīvots vairāk nekā 1000 gadus. Tas nosaka plašu Latīņamerikas reģionu, no Meksikas līdz Peru, arhitektūru. Senā pilsēta Šibama Jemenā ar saviem augstiem dubļu ķieģeļu debesskrāpjiem ir vēl viens iespaidīgs adobe potenciāla piemērs.

Sablīvēta zeme (Pisé de Terre)

Kas tas ir: Sablīvēta zeme ietver mitrā, graudainā augsnes maisījuma sablīvēšanu ar specifisku smilšu, grants, māla un dūņu līdzsvaru izturīgā veidņos. Kad maisījums tiek sablīvēts kārtās, tas rada blīvu, monolītu sienu ar milzīgu izturību un atšķirīgu, slāņainu izskatu.

Process: Tiek uzstādīti izturīgi, atkārtoti lietojami veidņi (tradicionāli koks, tagad bieži vien tērauds vai saplāksnis). Mitrs augsnes maisījums – bieži vien aprakstīts kā konsistence, kas atgādina brauniju maisījumu – tiek ievietots formās 10-15 cm (4-6 collas) kārtās. Pēc tam katrs slānis tiek sablīvēts, izmantojot pneimatiskos vai manuālos blietētājus, līdz tas kļūst ciets un blīvs. Process tiek atkārtots, līdz tiek sasniegts vēlamais sienas augstums. Veidņus pēc tam var noņemt gandrīz nekavējoties, lai atklātu gatavo sienas sekciju.

Raksturojums:

• Priekšrocības: Ļoti izturīgs un izturīgs, augsta termiskā masa, ugunsdrošs, izturīgs pret kaitēkļiem, skaista estētika. Var būt nesošs daudzstāvu ēkām.
• Trūkumi: Nepieciešama specifiska augsnes gradācija (laboratorijas testēšana ir ļoti svarīga), nepieciešami dārgi un smagi veidņi, darbietilpīgi, ja to veic manuāli, var būt dārgi, jo ir nepieciešamas specializētas prasmes un aprīkojums.

Globālie piemēri: Sablīvētai zemei ir ilga vēsture, un daļa no Ķīnas Lielā mūra tika uzcelta ar šo metodi pirms vairāk nekā 2000 gadiem. Mūsdienās tā piedzīvo lielu atdzimšanu mūsdienu arhitektūrā. Piemēri ir Rietumu Austrālijas un Kalifornijas satriecošās modernās mājas, Nk'Mip tuksneša kultūras centrs Kanādā un slavenais Ricola Herb centrs Šveicē, ko projektēja arhitekti Herzog & de Meuron, kas izmantoja saliekamos sablīvētās zemes elementus.

Māla kluči

Kas tas ir: Māla kluči ir monolīta būvniecības metode, kurā ar augsnes, ūdens un salmu maisījuma gabaliem ar rokām veido sienas. Atšķirībā no adobe vai CEB, nav veidņu vai ķieģeļu; ēka ir veidota no zemes uz augšu, slāni pa slānim.

Process: Augsne, māls, smiltis un salmi tiek sajaukti kopā ar ūdeni, tradicionāli ar kājām uz lielas brezentas. Tas rada stingrus, šķiedrainus dubļus. Šis "māla kluču" maisījums pēc tam tiek veidots gabalos (māla klučos) un iespiests pamatnē, veidojot sienu kursos jeb "pacēlumos". Katram pacēlumam ļauj nedaudz nožūt, pirms tiek pievienots nākamais. Sienas bieži vien tiek apgrieztas ar asu lāpstu, kad tās paceļas, lai tās būtu vertikālas.

Raksturojums:

• Priekšrocības: Atļauj organiskas, skulpturālas un radošas formas (līknes, nišas, iebūvētas mēbeles). Neprasa īpašu aprīkojumu vai formas. Izmanto viegli pieejamus materiālus.
• Trūkumi: Ļoti darbietilpīgs un tam ir ļoti lēns būvniecības grafiks. Nepieciešams noteikts prasmju līmenis, lai būvētu spēcīgas, stabilas sienas.

Globālie piemēri: Māla kluči ir slaveni ar burvīgajām, gadsimtiem senajām mājiņām, kas atrodas Devonā, Anglijā. Tehniku globāli ir atjaunojusi dabiskās būvniecības kustība, un daudzas modernas, mākslinieciskas māla kluču mājas tiek būvētas tādās vietās kā Oregona, ASV, un Britu Kolumbija, Kanāda. Tā ir tehnika, kas dziļi dod iespēju pašbūvētājiem, kuri ir gatavi ieguldīt savu laiku un darbu.

Presēti zemes bloki (CEB)

Kas tas ir: CEB ir tradicionālā adobe ķieģeļa moderna evolūcija. Tas ietver nedaudz mitrināta augsnes maisījuma ņemšanu un tā saspiešanu zem augsta spiediena mehāniskajā presē. Iegūtie bloki ir ārkārtīgi blīvi, vienmērīgi un spēcīgi.

Process: Augsne tiek sijāta, lai noņemtu lielas daļiņas. Pēc tam to sajauc ar precīzu, nelielu ūdens daudzumu. Šis maisījums tiek ievadīts manuālajā vai hidrauliskajā presē, kas pieliek milzīgu spiedienu, veidojot bloku. Šiem blokiem ir augsta izturība tieši no preses un tiem ir nepieciešams tikai īss sacietēšanas periods. Bieži vien tiek pievienots neliels stabilizatora procentuālais daudzums, piemēram, cements (veido presētus stabilizētus zemes blokus jeb CSEB) vai kaļķis, lai palielinātu izturību un ūdens izturību.

Raksturojums:

• Priekšrocības: Vienāds izmērs un forma ļauj ātri, precīzi mūrēt ar plānām javas šuvēm. Daudz stiprāks un ūdensizturīgāks nekā tradicionālais adobe. Samazināts sacietēšanas laiks salīdzinājumā ar adobe.
• Trūkumi: Nepieciešams ieguldījums mehāniskajā presē. Joprojām nepieciešams labas kvalitātes augsnes maisījums. Ja stabilizē ar cementu, daļa no vides ieguvumiem ir nedaudz samazināti.

Globālie piemēri: Auroville Zemes institūts Indijā ir globāls CEB tehnoloģiju, pētījumu un apmācības līderis, kas to izmantoja tūkstošiem ēku būvniecībā. CEB plaši veicina NVO un attīstības aģentūras visā Āfrikā un Dienvidamerikā, lai būvētu izturīgas, pieejamas skolas, klīnikas un mājas.

Šķērsu koka un apmetuma būvniecība

Kas tas ir: Šī ir kompozīta būvniecības metode, kurā elastīgu koku vai bambusa (šķērsu koka) pinumu izmanto kā rāmi un pēc tam apmet ar lipīgu māla, augsnes, salmu un dažreiz dzīvnieku mēslu (apmetuma) maisījumu.

Process: Tiek uzcelts konstrukcijas rāmis (bieži vien koks). Plāni, elastīgi zari vai līstes tiek austi starp vertikālajiem stabiem, lai izveidotu sietam līdzīgu paneli. Pēc tam apmetuma maisījumu bagātīgi apmet uz abām šķērsu koka pusēm, stingri iespiežot, lai tas salāgotos caur režģi. Pēc tam virsma tiek izlīdzināta.

Raksturojums:

• Priekšrocības: Viegls, lieliska seismiskā izturība, pateicoties tā elastībai, izmanto maza diametra koku, kas ir viegli iegūstams.
• Trūkumi: Nav nesošs (tas ir pildījuma sistēma), zemāka termiskā masa un akustiskā izolācija salīdzinājumā ar cietām zemes sienām. Apmetums prasa regulāru apkopi.

Globālie piemēri: Šķērsu koka un apmetuma būvniecība ir slaveni redzama vēsturiskajās puskoka mājās Tudoru Anglijā un viduslaiku Eiropā. Tā ir tradicionāla tehnika, ko izmanto visā Āzijā un Āfrikā, lai izveidotu iekšējās starpsienas un veselas būdas.

Mūsdienu inovācijas un zemes būvniecības nākotne

Zemes arhitektūras atdzimšana nav tikai vecu tehniku atdzīvināšana; tā ir to uzlabošana ar modernu zinātni, tehnoloģijām un dizaina principiem, lai apmierinātu mūsdienu vajadzības un standartus.

Stabilizācijas attīstība

Lai gan nestabilizēta zeme ir ideāla no tīri ekoloģiskā viedokļa, stabilizācija dažreiz ir nepieciešama, lai atbilstu struktūras kodiem vai palielinātu izturību mitrā klimatā. Mūsdienu pētījumi koncentrējas uz stabilizatoru ietekmes uz vidi samazināšanu. Tā vietā, lai ļoti paļautos uz Portlendas cementu, inovatīvi izmanto kaļķi, kam ir zemāka iemiesotā enerģija un kas atkārtoti absorbē CO2, sacietējot, vai rūpniecības blakusproduktus, piemēram, pelnu un izdedžu. Ģeopolimēri un biopolimēri (enzīmi vai dabīgie cietes) arī parādās kā jaunākās paaudzes, zemas ietekmes stabilizatori.

Prefabrikācija un digitālās tehnoloģijas

Lai pārvarētu zemes būvniecības uztveri kā lēnu un darbietilpīgu, nozare ievieš inovācijas. Saliekamie sablīvētās zemes paneļi, piemēram, tos, ko izmanto Herzogs un de Meurons, tiek izveidoti ārpus objekta kontrolētos apstākļos un pēc tam ar celtni tiek iecelti vietā, krasi paātrinot būvniecību. Visfutūristiskākā attīstība ir 3D drukāšana ar augsnes bāzes maisījumiem. Pētniecības iestādes un tādi uzņēmumi kā WASP (Pasaules uzlabotais taupīšanas projekts) Itālijā izstrādā liela mēroga 3D printerus, kas var izspiest veselas ēkas no vietējās augsnes, apsolot revolucionēt pieejamu mājokļu nodrošināšanu.

Integrācija ar moderno arhitektūru

Zemes materiāli atbrīvojas no sava tīri "rustikālā" tēla un tos atzinīgi vērtē pasaulē pazīstami arhitekti augstas klases, mūsdienīgiem projektiem. Materiāla tekstūras skaistums, monolīta klātbūtne un ilgtspējīgie akreditācijas dati tiek svinēti luksusa mājās, vīna darītavās, kultūras centros un pat korporatīvajās mītnēs. Šī arhitektūras elites vispārējā pieņemšana ir ļoti svarīga, lai demonstrētu būvniecības daudzpusību un izsmalcinātību ar zemi.

Būvniecības kodeksu un standartu izstrāde

Viens no lielākajiem šķēršļiem zemes būvniecības plašai ieviešanai ir bijis standartizētu būvniecības kodeksu trūkums daudzās pasaules daļās. Tas rada nenoteiktību arhitektiem, inženieriem un būvniecības amatpersonām. Par laimi, tiek gūti ievērojami panākumi. Tādās valstīs kā Jaunzēlande, Vācija un ASV tagad ir visaptveroši zemes būvniecības standarti. Starptautiskās komitejas strādā, lai izveidotu globālas vadlīnijas, kas profesionāļiem atvieglos zemes struktūru projektēšanu, atļaušanu un apdrošināšanu, pavērdam ceļu tās integrēšanai galvenajā būvniecības tirgū.

Praktiski apsvērumi jūsu zemes projektam

Iedvesmots būvēt ar zemi? Panākumi ir atkarīgi no rūpīgas plānošanas un materiāla unikālo īpašību izpratnes. Šeit ir daži svarīgi apsvērumi.

Augsnes izpratne: panākumu pamats

Ne visa augsne ir piemērota būvniecībai. Ideāla būvniecības augsne ir apakšzemes augsne, kas atrodama zem augsnes virskārtas, un tai ir līdzsvarots māla, smilšu un dūņu maisījums.

• Māls ir saistviela, kas tur visu kopā.
• Smiltis un sīkie agregāti nodrošina strukturālo izturību un samazina saraušanos.
• Dūņas aizpilda spraugas, bet var būt problemātiskas lielos daudzumos.
• Organiskā viela (piemēram, saknes un humuss no augsnes virskārtas) ir jānoņem, jo tā sadalīsies un vājinās struktūru.

Vienkārši lauka testi, piemēram, burkas tests (augsnes parauga sakratīšana ūdens burkā un ļaušana tam nosēsties slāņos) vai lentas tests (mitras augsnes saspiešana starp īkšķi un rādītājpirkstu), var sniegt jums pamata priekšstatu par jūsu augsnes sastāvu. Lielākiem projektiem ļoti ieteicams profesionāla laboratorijas testēšana.

Klimatam pielāgots dizains: labs cepure un labi zābaki

Zemes būvniecībā ir bezlaika princips: ēkai ir nepieciešama "laba cepure un labi zābaki". Tas nozīmē:

• Laba cepure: Dāsnas jumta pārkares ir būtiskas, lai pasargātu sienas no lietus un tiešiem saules stariem.
• Labi zābaki: Augsts, ūdensnecaurlaidīgs pamats (kātsiena), kas izgatavots no akmens, betona vai apdedzināta ķieģeļa, ir ļoti svarīgs, lai novērstu ūdens šļakatas no zemes un mitruma iekļūšanu zemes sienu pamatnē.

Papildus tam dizainam vajadzētu izmantot materiāla termisko masu. Karstā klimatā tas nozīmē mazākus, ēnoti logus. Aukstā klimatā tas nozīmē lielus, uz dienvidiem vērstus (ziemeļu puslodē) logus, lai uztvertu pasīvo saules siltumu, ko zemes sienas uzglabās un atbrīvos.

Prasmes un resursu atrašana

Lai gan principi ir vienkārši, būvniecība ar zemi prasa prasmes un pieredzi. Tā nav standarta prakse lielākajai daļai tradicionālo celtnieku. Meklējiet arhitektus, celtniekus un amatniekus, kas specializējas dabiskajā būvniecībā. Piedalieties praktiskajās darbnīcās, lai iegūtu praktisku pieredzi. Globālās organizācijas, piemēram, CRATerre Francijā un Auroville Zemes institūts Indijā, ir nenovērtējami pētniecības, apmācības un tehniskās informācijas avoti. Tiešsaistes forumi un kopienas, kas veltītas dabiskajai būvniecībai, var nodrošināt arī daudz kopīgu zināšanu un atbalstu.

Secinājums: Ilgtspējīga mantojuma veidošana

Būvniecība ar augsni nav par pulksteņa atpakaļgriešanu. Tas ir par virzību uz priekšu ar dziļāku intelektu – tādu, kas atzīst dziļu saikni starp mūsu ēkām, mūsu veselību un mūsu planētas veselību. Materiāli zem mūsu kājām piedāvā taustāmu, mērogojamu un elegantu risinājumu daudzām problēmām, ar kurām saskaras mūsdienu būvniecības nozare. Apvienojot tradicionālās tradicionālās gudrības ar modernās zinātnes precizitāti, mēs varam radīt ēkas, kas ir ne tikai ilgtspējīgas, izturīgas un efektīvas, bet arī skaistas, veselīgas un dziļi saistītas ar savu vidi.

Pāreja uz zemes būvniecību ir aicinājums rīkoties jaunai celtnieku paaudzei. Tas izaicina mūs būt atjautīgākiem, radošākiem un atbildīgākiem par to, kā mēs patvērumu paši. Tā ir iespēja būvēt ne tikai mājas, bet gan noturības un cieņas mantojumu pret zemi, kas uztur mūs visus.