Geramde aardeconstructie

Achtergrond

Aangestampte aarde is in wezen door de mens gemaakt sedimentair gesteente. In plaats van duizenden jaren onder diepe grondlagen te worden samengeperst, wordt het in enkele minuten gevormd door goed voorbereid vuil mechanisch te verdichten. Het verdichten kan handmatig worden gedaan met een hamerachtig apparaat, mechanisch met een hefboombediende steenpers, of pneumatisch met een luchtaangedreven stampgereedschap. Dynamische verdichting met handmatige of elektrische stampers comprimeert niet alleen de grond, maar vibreert ook de afzonderlijke vuildeeltjes, waardoor ze in de meest dicht opeengepakte opstelling mogelijk worden verplaatst. Als het klaar is, is aangestampte aarde ongeveer zo sterk als beton.

Huizen gebouwd van aangestampte aarde hebben verschillende voordelen ten opzichte van houtskeletbouw. De muren zijn vuurvast, rotbestendig en ongevoelig voor termieten. De massieve, 45,72-60,96 cm dikke muren zijn bijna geluiddicht. De massieve muren helpen om een ​​comfortabele temperatuur in huis te behouden, waardoor temperatuurschommelingen die normaal op warme zomerdagen of koude winternachten optreden, worden gedempt. Wanneer het is ontworpen en georiënteerd om optimaal gebruik te maken van zonne-energie, kan een huis van aangestampte aarde comfortabel zijn met 80% minder energieverbruik dan een huis met houten frame. Aan de andere kant is de initiële constructie ongeveer 5% duurder dan de houtskeletbouw omdat deze zeer arbeidsintensief is.

Geschiedenis

De mensheid heeft de aarde zelf al duizenden jaren gebruikt om huizen en andere bouwwerken te bouwen. Jericho, de vroegste stad in de geschiedenis, werd gebouwd van aarde. Tempels, moskeeën en kerken werden in het hele oude Midden-Oosten gebouwd van leemstenen en aangestampte aarde. Egyptische farao's regeerden over steden gebouwd van aangestampte aarde. In het Verre Oosten werd de techniek niet alleen gebruikt voor huizen, maar zelfs voor het bouwen van oude voorlopers van de Chinese Muur. Romeinen en Feniciërs brachten de technologie naar Europa, waar het meer dan 2000 jaar werd gebruikt.

In de Verenigde Staten genoot de bouw van geramde aarde een periode van populariteit van 1780 tot ongeveer 1850, toen in massa geproduceerde gebakken bakstenen en gezaagd hout gemakkelijk beschikbaar kwamen. Huizen konden sneller en gemakkelijker worden gebouwd met bakstenen en hout, die als modernere en elegantere materialen werden beschouwd dan aarde. De bevoorradingstekorten die zich na de Eerste Wereldoorlog en tijdens de Grote Depressie voordeden, brachten de bouw van geramde aarde gedurende twee decennia weer in het voordeel. Frank Lloyd Wright ontwierp huizen om te worden gemaakt van aangestampte aarde.

Toen de Tweede Wereldoorlog eindigde, kreeg het land te maken met een grote vraag naar woningen, en fabrieken in oorlogstijd gingen over tot het vervaardigen van bouwmaterialen die konden worden gebruikt voor snellere constructies. Aangestampte aarde werd aan de kant geschoven totdat het tijdens de milieubewuste jaren zeventig opnieuw populair werd. Een aangepaste versie van de techniek, uitgevonden door Michael Reynolds, maakt gebruik van bouwstenen van afgedankte autobanden die vol met aarde zijn geramd. Deze huizen houden niet alleen gebruikte banden buiten de vuilstortplaatsen, maar ze kunnen ook worden gebouwd door onervaren, beginnende bouwers. Wanneer een huiseigenaar de onbetaalde arbeid van zichzelf, familieleden en vrienden gebruikt, en wanneer hij veel van de bouwmaterialen gratis kan krijgen, kunnen de bouwkosten worden beperkt tot minder dan de helft van die van een houten huis.

Duizenden jaren lang werd het bouwen van geramde aarde persoonlijk onderwezen door de ene generatie bouwers aan de volgende. In het Amerika van het begin van de twintigste eeuw bestond zo'n netwerk van ervaren bouwers niet. Het Amerikaanse ministerie van landbouw heeft een handleiding ontwikkeld en gepubliceerd met de titel Rammed Earth Walls for Buildings die mensen liet zien hoe ze hun eigen huis konden bouwen. Onderzoeksprojecten die bedoeld waren om de methoden en kwaliteit van de bouw van geramde aarde te verbeteren, werden gerapporteerd in academische tijdschriften, en van 1926 tot 1950 verschenen meer dan 100 artikelen over geramde aarde in handels- en populaire tijdschriften.

Verschillende recentere innovaties verhogen de snelheid en het gemak van constructie en verbeteren de structurele integriteit van het eindproduct. Zo kunnen pneumatische stampers worden gebruikt om grond veel sneller te verdichten dan met de traditionele handmatige methode. Dankzij de eenvoudig te monteren vormen kunnen muren als massieve panelen worden gebouwd in plaats van ze als opeenvolgende lagen een voet of twee per keer op te bouwen. Met behulp van aloude handmatige methoden kan een bemanning van vier personen per dag 40-50 vierkante voet (12,19-15,24 vierkante meter) aangestampte aarden wal optrekken; met elektrisch gereedschap kan dezelfde bemanning 300 vierkante voet (91,44 vierkante meter) per dag bouwen. David Easton, oprichter van Rammed Earth Works, heeft verschillende aardbevingsbestendige ontwerpen ontwikkeld om de muren te versterken en structureel te integreren; de keuze van een ontwerpalternatief hangt af van verschillende overwegingen, waaronder de afstand tot de dichtstbijzijnde seismische fout.

Grondstoffen

Zoals de naam al aangeeft, is het primaire materiaal dat wordt gebruikt bij de constructie van aangestampte aarde de aarde zelf. Er zijn vijf basistypen grond (grind, zand, slib, klei en organisch), en het vuil op een bepaalde locatie is over het algemeen een combinatie van alle of de meeste van deze typen. Historisch gezien waren de langst blijvende muren van aangestampte aarde gemaakt van grond die voor 70% uit zand en voor 30% uit klei bestond. De grond van een nieuwe bouwplaats wordt getest op geschiktheid. Organisch materiaal moet uit de grond worden verwijderd en, indien nodig, kan een ander type grond worden ingereden en gemengd met het bestaande vuil om een ​​mengsel te creëren dat werkt. Cement kan aan de grond worden toegevoegd om zowel de sterkte als de weerstand tegen vocht te vergroten - meestal ongeveer een vierde van de verhouding die zou worden gebruikt om beton te maken.

In de fundering en soms in de wanden worden stalen wapeningsstaven geplaatst. Multiplex wordt gebruikt om de verwijderbare vormen te maken voor standaard stampleemconstructie. Vellen triplex van 1,9 cm dik zijn dik genoeg. High-density-overlay (HDO) panelen, die aan één kant een dunne, plastic coating hebben, werken vooral goed omdat ze na de constructie gemakkelijker loskomen van de muur. Dit zorgt niet alleen voor een schone afwerking van de net voltooide muur, maar laat de bekistingsplaten in goede staat achter voor toekomstige projecten.

De constructie van geramde aarde maakt gebruik van afgedankte autobanden, aluminium blikjes en karton naast verdichte grond. Er worden ongeveer 1.000 banden gebruikt om de muren van een huis van 2.000 vierkante voet (609,6 vierkante meter) te bouwen.

Ontwerp

Huizen van geramde aarde zijn op maat ontworpen om het meest energiezuinige gebruik van de site te maken. Ze kunnen met succes worden ontworpen voor veel klimaatregio's, inclusief vochtige gebieden met koude winters. De grootte en plaatsing van ramen is een belangrijke factor om te profiteren van zonneverwarming in de winter en verkoelende briesjes in de zomer. Het huis kan worden gepositioneerd om te profiteren van heuvels die bescherming bieden tegen stormen. Schaduwbomen of trellized wijnstokken bieden verlichting van zomerse hitte, maar laten warm zonlicht in de winter toe.

Het fabricageproces

Huizen van geramde aarde kunnen op een van de drie basismanieren worden gebouwd. Individuele, aangestampte leemstenen kunnen worden gevormd en gebruikt met standaard bouwtechnieken; in feite kunnen dergelijke stenen worden gebruikt om de vloeren te vormen in een huis van aangestampte aarde dat met andere technieken is gebouwd. Standaard stampaardeconstructie omvat het oprichten van houtvormen en verdichten Standaard constructie met aangestampte aarde omvat het oprichten van houten vormen en het verdichten van de voorbereide grond in deze mallen, die na de muren worden verwijderd zijn voltooid. Bij de bandenmethode wordt een rij gebruikte autobanden eenvoudig bovenop de betonnen voet gelegd, misschien gecentreerd rond staal wapeningsstaven die uit de voet steken. De banden worden vervolgens gevuld met aarde. Ongeveer 1.000 banden worden gebruikt om de muren te bouwen van een huis van 2.000 m² van 1609,6 m². de voorbereide grond in deze mallen, die worden verwijderd nadat de muren zijn voltooid. De geaarde bandenmethode is een veelgebruikt alternatief. De beschrijvingen die volgen zijn overzichten van de standaard- en bandenmethodes.

De site voorbereiden

• 1 Een inch of twee (2,5-5 cm) bovengrond wordt van de bouwplaats verwijderd en opgeslagen zodat deze rond de voltooide constructie kan worden vervangen. Organische stoffen zoals onkruid en wortels worden verwijderd en kunnen worden gecomposteerd voor gebruik in landschapsarchitectuur na de bouw. Nadat de site is gewist, wordt de omtrek van het huis uitgezet. De grond wordt uitgegraven tot een diepte die een vlak oppervlak garandeert; de uitgraving omvat het vloeroppervlak van het gebouw en een omringende bufferzone van 3 ft (1 m). Er kan een greppel worden gegraven zodat de wanden in de grond worden verankerd tot een diepte onder de winterse vrieslijn.

De basis leggen

• 2 De fundering, die is gemaakt van gewapend beton, bestaat uit een voet die zo smal kan zijn als de dikte van de muur of tot drie keer die dikte, afhankelijk van de sterkte van de onderliggende grond. De voet wordt boven het maaiveld verlengd om een ​​korte "stammuur" te vormen die de aangestampte aardmuren met de voet zal verbinden. Afhankelijk van het architectonisch ontwerp kan ook een plaatvloer worden gestort.

Analyse van de bodem

• 3 Er worden verschillende testen uitgevoerd om de geschiktheid van de lokale bodem voor bouwmateriaal te bepalen. Een deeltjesbepalingstest onthult bijvoorbeeld de relatieve verhoudingen van zand en slib in het monster. Een verdichtingstest wordt uitgevoerd door een modderbal te vormen en deze van een hoogte van 3 ft (1 m) te laten vallen; de mate waarin de bal bij impact uiteenvalt, onthult zijn bruikbaarheid voor het bouwen. Andere, preciezere, testen kunnen worden uitgevoerd in een geotechnisch laboratorium. Als de geboortegrond niet geschikt of ongeschikt is om te bouwen, kan deze worden vermengd met of vervangen door grond uit een andere bron. Grond kan worden gekocht bij een steengroeve, of het kan beschikbaar zijn als afval van een nabijgelegen bouwplaats, in welk geval het gratis of tegen minimale kosten kan worden geleverd.

De muren inlijsten

• 4 Traditioneel werden houten vormen gebruikt om muren van 0,6 m per keer op te bouwen. Nadat de mal was gevuld met volledig verdichte grond, zou deze worden verwijderd en opnieuw worden ingesteld om het volgende deel van de muur te vormen. Dankzij efficiëntere methoden kunnen nu vormen worden geconstrueerd voor de volledige hoogte van de muur (zelfs meer dan één verdieping). Horizontaal kan het raamwerk de volledige lengte van de muur vormen, of het kan kortere panelen vormen [bijv. 8 ft (2,44 m) lang], gescheiden door openingen van 15 cm (6 inch) die kunnen worden gevuld met gewapend beton voor verbeterde structurele sterkte. Inlijsten is een belangrijk onderdeel van het bouwproces, zowel in termen van belang als tijd; het kost gewoonlijk minder tijd om de grond binnen de vormen te vullen en te verdichten dan om het raamwerk te plaatsen, uit te lijnen en te verwijderen.

  Bij geaarde bandenconstructie worden geen houtvormen gebruikt. Een rij gebruikte autobanden wordt eenvoudig bovenop de betonnen voet gelegd, misschien gecentreerd rond stalen wapeningsstaven die uit de voet steken. Nadat elke laag banden is gevuld en verdicht, wordt een nieuwe laag toegevoegd, met een halve banddiameter ten opzichte van de onderliggende laag.

De grond aanstampen

• 5 Traditionele stampers zijn gemaakt van een zwaar houten blok met een handvat dat zich door het midden naar boven uitstrekt. Een compactere versie kan worden gemaakt van een vierkante stalen plaat van 4 inch (10 cm) die is gelast aan een buis van 2,5 cm (1 inch). Een 4-6 inch (10-15 cm) laag bevochtigde grond wordt in de vorm geplaatst en een werknemer laat de sabotage vallen vanaf een hoogte van 12-18 inch (30-46 cm). In feite wordt het meeste werk nu snel gedaan met pneumatische sabotage, en handmatige apparaten worden alleen gebruikt in krappe ruimtes rond elektriciteitskasten of sanitaire leidingen. Na vele herhalingen met de sabotage over het gehele oppervlak van de laag, verandert het geluid van de inslaande sabotage van een doffe plof in een rinkelend geluid. Dit gebeurt wanneer de grond is verdicht tot ongeveer de helft van het oorspronkelijke volume. Op dit punt wordt nog een laag voorbereide grond toegevoegd en wordt het aanstampen herhaald. Wanneer het aanstampen is voltooid, worden de houtvormen verwijderd.

  Het aanstampen is anders wanneer banden als frame worden gebruikt. In dit geval wordt een vel karton over de bodem van het gat in de band gelegd en wordt bevochtigde grond in de band geschept. Het vuil wordt met de hand in het binnenste van de band verpakt en vervolgens door herhaalde slagen met een voorhamer verdicht. Met deze techniek kunnen ongeveer drie kruiwagenladingen (350 lb of 158,9 kg) grond in elke band worden verpakt. Door op het vuil te stampen, puilen de wanden van de band uit, waardoor de band in de rij eronder wordt vergrendeld. Naarmate er extra lagen worden toegevoegd en de muur groter wordt, moeten er steigers worden gebouwd, zodat werknemers een plek hebben om te staan ​​terwijl ze de banden vullen en stampen.

De muren afwerken

• 6 Binnenzijden van muren zijn vaak afgewerkt met pleisterwerk. Indien een dergelijke coating niet wordt aangebracht, dient de wand te worden behandeld met een heldere, indringende kit om te voorkomen dat stof wordt afgestoten. Omdat steen (zelfs wanneer door de mens gemaakt van aangestampte aarde) enigszins poreus is, kan het in bepaalde klimaatgebieden nodig zijn om afdichtmiddel aan te brengen om de buitenvlakken van de muren weerbestendig te maken.

  De muren van geramde aarde worden afgewerkt door aluminium blikjes in de openingen tussen de banden te plaatsen en de resterende holtes op te vullen met adobe (met stro versterkte modder). De aarde is tegen de buitenzijde van de muur gedrukt, waardoor een vlak oppervlak ontstaat dat de banden volledig verbergt. Wandinterieurs zijn afgewerkt met 2-4 in (5-10 cm) gips of stucwerk.

Bijproducten/afval

Geramde aardestructuren maken efficiënt gebruik van natuurlijke hulpbronnen. Die gemaakt van verpakte banden maken zelfs productief gebruik van een deel van het afval van de samenleving. Omdat de banden zijn afgedicht binnen 0,9 m (3 ft) dikke muren, kunnen noch zuurstof, noch de ultraviolette stralen van de zon ermee reageren. Dit betekent dat ze geen vlam kunnen vatten en geen giftige chemicaliën afgeven. De constructies komen in aanmerking voor betere brandclassificaties dan gebouwen met een houten frame en ruiken niet naar rubber.

De Toekomst

Aan het einde van de 18e eeuw stichtte een Franse bouwer genaamd Francois Cointeraux een school in Parijs om de bouw van geramde aarde te bestuderen en bekend te maken, die hij pise' de terre noemde. (plassen klei van aarde). Vandaag de dag heeft David Easton een nieuwe versie van een aangestampte aarde-constructie ontwikkeld die hij PISE (Pneumatically Impacted Stabilized Earth) noemt. Het gaat om het onder hoge druk sproeien van de voorbereide grond tegen een eenzijdige vorm. Deze techniek kan 365,76 vierkante meter (1.200 vierkante voet) van 45,72 cm dikke muur per dag produceren, wat vier keer sneller is dan een typische, vierkoppige bemanning die doosachtige vormen en compacte aarde kan vullen met stroomtampers.