Mury z ziemi ubijanej powstają poprzez ubijanie mieszanki wybranych kruszyw, w tym żwiru, piasku, mułu i niewielkiej ilości gliny, w miejscu pomiędzy płaskimi panelami zwanymi szalunkami.
Tradycyjna technologia wielokrotnie wbijała koniec drewnianego słupa w mieszankę ziemi w celu jej ściśnięcia. Nowoczesna technologia zastępuje tyczkę mechanicznym ubijakiem.
Stabilizowana ziemia ubijana jest odmianą tradycyjnej ziemi ubijanej, w której dodaje się niewielką ilość cementu (zazwyczaj 5-10%) w celu zwiększenia wytrzymałości i trwałości. Stabilizowane ściany z ubitej ziemi wymagają niewielkiej dodatkowej ochrony, ale zazwyczaj są pokryte przepuszczającym powietrze uszczelniaczem, aby zwiększyć trwałość materiału – zależy to od okoliczności. Tysiące niestabilizowanych budynków z ubitej ziemi na całym świecie dobrze służyło przez wiele stuleci.
Większość energii zużywanej do budowy domów z ubitej ziemi pochodzi z wydobycia surowca i transportu na miejsce. Wykorzystanie materiałów dostępnych na miejscu może zmniejszyć zużycie energii podczas budowy. Ściany z ubitej ziemi dają ograniczoną izolację, ale doskonałą masę termiczną.
Ściany z ubitej ziemi są czasami znane jako ściany pisé – od łacińskiego pochodzenia pisé de terre. Po raz pierwszy użyto go w Lyonie, we Francji, w 1562 roku, termin ten odnosił się do zasady budowania ścian o grubości co najmniej 500 mm poprzez ubijanie ziemi pomiędzy dwiema równoległymi ramami, które następnie usunięto, odsłaniając ukończoną sekcję ściśniętej ściany ziemnej. Podczas gdy ściany o grubości 500 mm mogą być nadal budowane, jeśli jest to pożądane, z cementem lub bez, większość nowoczesnych ścian z ubitej ziemi w Australii jest budowana przy użyciu cementu jako stabilizatora i ma zazwyczaj 300 mm grubości dla ścian zewnętrznych i 300 mm lub 200 mm dla ścian wewnętrznych.
Podsumowanie właściwości
Wygląd
Kolor ścian z ubitej ziemi zależy od użytej ziemi i kruszywa. Proces ubijania przebiega warstwa po warstwie i może wprowadzić do ścian wygląd poziomego rozwarstwienia, co może poprawić ogólny wygląd. Można je kontrolować jako cechę charakterystyczną lub wyeliminować.
Kruszywa można wyeksponować i stworzyć efekty specjalne przez dodanie różnokolorowego materiału w niektórych warstwach, a elementy takie jak kamienie ozdobne lub obiekty, nisze lub formy reliefowe można włączyć do ścian z ubitej ziemi, za odpowiednią opłatą. Niezwykłe wykończenia można osiągnąć poprzez włączenie do szalunku kształtów, które można uwolnić po ubiciu ściany.
Fot: Paul Downton
Próbka ściany w Environmental Research Laboratories w Tucson, Arizona.
Widoczne są sfazowane narożniki, które pozwalają na łatwe uwolnienie ścian z szalunku. Szczotkowane wykończenia pomagają zredukować ślady deskowania, które mogą tworzyć wygląd przypominający beton, ale jest to konieczne tylko w przypadku składników o drobnym uziarnieniu.
Fot: Paul Downton
Krzywizny pionowe można formować poprzez ostrożne ubijanie wzdłuż narysowanej wytycznej na wewnętrznej stronie szalunku. Możliwe są również łuki poziome, ale wymagają one specjalistycznego, a co za tym idzie drogiego szalunku.
Wydajność konstrukcyjna
Ziemia zbrylona jest bardzo wytrzymała na ściskanie i może być stosowana w wielopiętrowych konstrukcjach nośnych. Badania przeprowadzone w Nowej Zelandii wskazują, że monolityczne ściany ziemne radzą sobie lepiej w warunkach trzęsienia ziemi niż ściany wykonane z oddzielnych cegieł lub bloków. Pięciopiętrowy hotel w Queensland zbudowany jest z ustabilizowanej ziemi zbrojonej. Ubitą ziemię można zaprojektować w taki sposób, aby osiągnąć dość wysoką wytrzymałość i można ją zbroić w podobny sposób jak beton, chociaż nie zaleca się stosowania zbrojenia poziomego, a nadmierne zbrojenie pionowe może powodować problemy z pękaniem (patrz Systemy konstrukcyjne).
Z ubitej ziemi zbudowano interesujące elementy konstrukcyjne, w tym ściany pochyłe. Wszelkie trudności związane z umieszczeniem i ubijaniem zbrojenia mogą być złagodzone przez staranne zarządzanie procesem budowy i nie muszą znacząco zwiększać kosztów.
Dom z ziemi ubijanej w Perth.
Masa termiczna
Ziemia ubijana zachowuje się jak ciężki mur o dużej masie termicznej. Masa termiczna pochłania lub „spowalnia” przepływ ciepła przez materiał, a następnie uwalnia to ciepło, gdy temperatura otoczenia spada. Przy założeniu, że wszystkie inne rzeczy są takie same, budynek o dużej masie, taki jak budynek z ubitej ziemi, pozostaje w temperaturze zbliżonej do średniej 24-godzinnej dla danej pory roku: w wielu klimatach może to być zbyt zimno lub zbyt ciepło dla komfortu. Jeśli wymagane jest ogrzewanie lub chłodzenie, ściany muszą być izolowane, aby ograniczyć zużycie energii.
Właściwie zastosowana i w odpowiednim klimacie masa termiczna ubitej ziemi może opóźnić przepływ ciepła przez przegrody zewnętrzne budynku nawet o 10 do 12 godzin i wyrównać dzienne wahania temperatury.
Ściany z ubitej ziemi stają się efektywne, gdy różnica pomiędzy dzienną i nocną temperaturą zewnętrzną wynosi co najmniej 6°C. W chłodnym lub zimnym klimacie dobrze umiejscowione ściany z ubitej ziemi (np. w dobrze zaizolowanej przegrodzie zewnętrznej) mogą stanowić źródło użytecznej akumulacji ciepła. Ubitej ziemi nie zaleca się w klimacie tropikalnym, gdzie konstrukcja o dużej masie może spowodować, że dom będzie zatrzymywał zbyt dużo ciepła i powodował dyskomfort termiczny (patrz Masa termiczna).
Narzędzia do oceny efektywności energetycznej budynków, takie jak AccuRate, zawierają możliwość symulacji połączonych efektów masy ścian i izolacji, a także pozwalają na sprawdzenie komfortu w ekstremalnych warunkach pogodowych, dzięki czemu można zoptymalizować wydajność budynku.
Insolacja
Insolacja polega na zatrzymaniu ciepła przechodzącego przez materiał, zamiast powolnego pochłaniania lub uwalniania go. W związku z dużą masą termiczną, ziemia ubijana ma ograniczone właściwości termoizolacyjne – podobne do nieizolowanej ściany z cementu włóknistego.
Izolację można dodać do ścian z ziemi ubijanej za pomocą okładzin, ale z reguły ściana z ziemi ubijanej o grubości 300 mm nie spełni wymagań australijskiego Kodeksu Budowlanego (BCA) dotyczących izolacji ścian zewnętrznych. Budynki hybrydowe, w których zastosowano izolowane szkieletowe ściany zewnętrzne z wewnętrznymi ścianami z ubitej ziemi i elementami konstrukcyjnymi, mogą osiągnąć wysoką izolacyjność i dużą masę.
Pod pewnymi kryteriami projektowymi (tj. prosty prostokąt z szybą skierowaną na północ) i w klimacie umiarkowanym (nie umiarkowanym), możliwe było spełnienie ogólnej pięciogwiazdkowej normy wydajności Nationwide House Energy Ratings Scheme (NatHERS); jednakże sześć gwiazdek jest obecnie obowiązkowym minimum w ramach BCA (patrz Izolacja).
Izolacja może być również dodana w grubości ściany z ubitej ziemi, ale zwiększa to jej koszt i zmienia właściwości strukturalne ściany. Zapewnia to jednak korzyści wynikające z doskonałej masy termicznej i dobrej izolacji termicznej w jednej ścianie, zachowując jednocześnie pożądany wygląd, fakturę, odczucie, akustykę i niskie wymagania konserwacyjne okładziny z ubitej ziemi z każdej strony.
Najlepszym miejscem na izolację w połączeniu z ubitą ziemią jest zewnętrzna strona ściany, tak aby masa termiczna znajdowała się w zamkniętej i kontrolowanej powłoce zewnętrznej (patrz Pasywne ogrzewanie słoneczne; Pasywne chłodzenie).
Izolacja dźwiękowa
Jednym z najlepszych sposobów izolacji dźwiękowej jest posiadanie monolitycznej masy, którą ubitą ziemia zapewnia bardzo dobrze. Ma ona doskonałą charakterystykę pogłosu i nie generuje ostrego echa charakterystycznego dla wielu konwencjonalnych materiałów ściennych (patrz Kontrola hałasu).
Odporność na ogień i szkodniki
W ścianie z ubitej ziemi nie ma żadnych składników palnych i dlatego jej odporność na ogień jest bardzo dobra. W testach przeprowadzonych przez CSIRO ściana z bloczków Cinva o grubości 150 mm (podobna do ubitej ziemi) osiągnęła prawie czterogodzinną odporność ogniową. W materiale nie ma wnęki, w której mogłyby się schronić szkodniki, ani niczego, co mogłoby je przyciągnąć lub wesprzeć, więc jego odporność na atak szkodników jest bardzo wysoka.
Trwałość i odporność na wilgoć
Podstawowa technologia jest znana od tysięcy lat i istnieje wiele budynków z ubitej ziemi, które wciąż stoją i mają po kilkaset lat. Ubitą ziemię cechuje ogólnie wysoka trwałość, ale wszystkie rodzaje ścian z ubitej ziemi są z natury porowate i wymagają ochrony przed zacinającym deszczem i długotrwałą ekspozycją na wilgoć.
Utrzymuj ochronę przed wodą na górze i na dole ścian. Ciągłe wystawienie na działanie wilgoci może pogorszyć wewnętrzną strukturę ziemi poprzez odwrócenie stabilizacji cementowej i pozwolić glinom na ekspansję. Ogólnie rzecz biorąc, ziemia ubijana ma umiarkowaną lub dobrą odporność na wilgoć i większość nowoczesnych australijskich ścian z ziemi ubijanej nie wymaga dodatkowej izolacji wodnej. Nowe dodatki hydrofobowe, które impregnują ściany na wylot, mogą sprawić, że ubijana ziemia będzie odpowiednia dla bardzo narażonych warunków, w tym ścian oporowych, ale mogą hamować oddychalność materiału.
Foto: Rammed Earth Constructions Pty Ltd
Rammed earth lends itself to use with timber and natural materials.
Oddychalność i toksyczność
Pod warunkiem, że nie jest uszczelniona materiałem nieprzepuszczalnym dla cząsteczek powietrza, rammed earth utrzymuje swoją oddychalność. Wykończone ściany są obojętne, ale należy uważać przy wyborze hydroizolacji lub wykończeń przeciwpyłowych, aby uniknąć dodania toksyczności do powierzchni.
Wpływ na środowisko
Ziemia ubijana ma potencjalnie niski wpływ na produkcję, w zależności od zawartości cementu i stopnia pozyskiwania lokalnych materiałów. Większość zbrojonej ziemi w Australii wykorzystuje kruszywa z kamieniołomów, a nie „ziemię”, o której się powszechnie sądzi, że jest z niej wykonana. Często można wykorzystać materiały dostępne na miejscu, ale muszą one zostać przetestowane pod kątem przydatności.
Energia wbudowana w ubitą ziemię jest niska lub umiarkowana. Złożona z wybranych kruszyw połączonych z materiałem cementowym, ubita ziemia może być postrzegana jako rodzaj „słabego betonu”. Pomocne może być zrozumienie produktów cementowych i ziemnych jako znajdujących się w różnych punktach kontinuum energetycznego, z ziemią na dolnym końcu i betonem o wysokiej wytrzymałości na końcu górnym. Zawartość cementu i kruszywa może być różna w zależności od wymagań inżynieryjnych i wytrzymałościowych.
Mimo, że zasadniczo jest to produkt o niskiej emisji gazów cieplarnianych, transport i produkcja cementu mogą znacząco przyczynić się do ogólnej emisji związanej z typowym nowoczesnym budownictwem z ubitej ziemi. Najbardziej podstawowy rodzaj tradycyjnej ziemi ubitej charakteryzuje się bardzo niską emisją gazów cieplarnianych, ale jej bardziej zaawansowane technologicznie i przetworzone warianty mogą być odpowiedzialne za znaczące emisje podczas produkcji. Na przykład, 300 mm ściana z ubitej ziemi z 5% zawartością cementu posiada ekwiwalent 15 mm grubości cementu, co odpowiada ponad 100 mm betonu (który składa się głównie z piasku i kruszywa).
Budowalność, dostępność i koszt
Ziemia ubitej ziemi jest metodą budowlaną in situ. Mimo dobrych właściwości budowlanych, szalunki z ziemi zbrojonej wymagają dobrego planowania budowy i logistyki, aby nie wpłynęło to negatywnie na inne branże w programie budowy. Aby zminimalizować trudności, należy wcześniej dobrze zaplanować prace. Po ubijających się ścianach można poprowadzić przewody dla rur i kabli, podobnie jak w innych konstrukcjach murowanych, ale może to mieć wpływ na wykończenie powierzchni.
Podstawowe materiały do wykonania ziemi ubitej są łatwo dostępne w całej Australii, ale cement i szalunki mogą być transportowane na duże odległości, co zwiększa koszty środowiskowe i ekonomiczne. Testowanie lokalnych kruszyw i potencjalnych mieszanek jest niezbędne, jeśli nie używa się zastrzeżonego systemu.
Zastrzeżone podejścia do ubijania ziemi pomagają zagwarantować spójność i przewidywalne działanie, ale wiążą się z kosztami. Koszt profesjonalnego budynku z ubitej ziemi jest porównywalny z innymi, bardziej konwencjonalnymi konstrukcjami murowanymi dobrej jakości, ale może być ponad dwukrotnie droższy niż otynkowana ściana z bloków AAC o szerokości 200 mm (patrz Autoklawizowany gazobeton).
Ubita ziemia jest szczególnie dobrze ugruntowana w Australii Zachodniej i dlatego stanowi ekonomiczną opcję w tym stanie. Większość stanów ma doświadczonych budowniczych, którzy rozumieją jej potencjał i ograniczenia, ale ponieważ nie jest ona powszechnym materiałem budowlanym poza Australią Zachodnią, jej względna rzadkość i specjalistyczny charakter znajduje odzwierciedlenie w jej stosunkowo wysokich kosztach. Wymaga on zazwyczaj wysokiego poziomu kontroli nad pozyskiwaniem i dozowaniem materiałów oraz kosztownych szalunków. Kluczowym elementem kontroli kosztów jest projektowanie ścian jako prostych paneli i unikanie zbędnej złożoności. Tradycyjna ziemia ubijana przy użyciu siły ludzkiej do ubijania i prostego drewnianego szalunku może być tania (i energooszczędna), ale rzadko jest to realistyczna opcja.
W Australii istnieją dobre sieci, w tym szeroka organizacja krajowa, Stowarzyszenie Budownictwa z Ziemi w Australii (EBAA), która jest organizacją non-profit „utworzoną w celu promowania stosowania Ziemi Nieopalanej jako medium budowlanego w całej Australii”.
Typowe budownictwo domowe
Proces budowy
Stabilizowana ziemia ubijana powstaje poprzez zagęszczanie mieszanki żwiru, piasku, mułu, gliny (i często cementu) pomiędzy szalunkami w serii warstw o grubości około 100 mm. Tradycyjna ziemia ubijana była właśnie taka i często była wykopywana z tego samego miejsca, co budynek, do którego była przeznaczona, ale materiały do nowoczesnej stabilizowanej ziemi ubijanej pochodzą głównie z kamieniołomów.
Nowoczesny proces wytwarzania stabilizowanej ziemi ubijanej jest zarówno pracochłonny, jak i wysoce mechaniczny, wymagający użycia napędzanych ubijaków.
Fot: Paul Downton
Ramming the earth.
Typowe szczegóły
Wszystkie projekty konstrukcyjne powinny być przygotowane przez kompetentną osobę i mogą wymagać przygotowania lub sprawdzenia przez wykwalifikowanego inżyniera. Wykwalifikowani specjaliści, architekci i projektanci wnoszą wieloletnie doświadczenie i dostęp do własności intelektualnej i mogą zaoszczędzić czas i pieniądze budującym domy, jak również pomóc w zapewnieniu wydajności środowiskowej. Wszystkie konstrukcje murowane muszą być zgodne z australijskim kodeksem budowlanym i normami australijskimi. Na przykład, wszystkie ściany murowane muszą mieć złącza ruchowe/rozszerzające w określonych odstępach.
Podłoża
Powszechnie stosowane są konwencjonalne betonowe stopy płytowe lub pasowe, w zależności od warunków glebowych.
Ramy i belki wiążące
Kompleksowe, bardziej skomplikowane konstrukcje mogą wymagać wzmocnienia lub ram, które współpracują z nośnością ubitej ziemi. Proste i powszechnie budowane budynki z ziemi ubijanej nie wymagają tego.
Ściany nośne
Ziemia ubijana ma dość dobrą do dobrej wytrzymałość na ściskanie i powszechne jest czynienie z niej konstrukcji nośnej.
Odkryte ściany z ziemi ubijanej.
Szalunki
Sklejka klasy morskiej i blachy stalowe są używane do wykonywania szalunków, które są powierzchownie podobne do szalunków używanych do betonu in situ, ale z własnymi specyficznymi wymaganiami.
W procesie budowy wymagane jest deskowanie i tymczasowe podpory, które mogą mieć wpływ na inne prace na budowie, jeśli konstrukcja zawiera elementy inne niż tylko ubita ziemia. Ściany budowane są w sekcjach, a wznoszenie każdego poziomu deskowania jest często widoczne w ostatecznym wykończeniu. W miarę wznoszenia się ściany możliwe jest usunięcie dolnych partii szalunku, o ile ściana jest wystarczająco mocna.
Złącza i połączenia
Ściany budowane są w panelach o długości około 3,5 m z elastycznymi złączami, aby spełnić wymagania przepisów budowlanych dla konstrukcji murowanych. Gdy ściana składa się z więcej niż jednego panelu, na końcu pierwszej ściany powstaje wgłębienie. Druga ściana następnie formuje się w tym miejscu, aby zablokować ściany razem dla stabilności bocznej.
Mocowania
Większość konwencjonalnych mocowań murarskich działa w przypadku ścian z ubitej ziemi; zazwyczaj muszą one być osadzone na głębokości około dwa razy większej niż normalnie używa się do betonu.
Otwory
Otwory mogą być wykonane bez nadproży o rozpiętości do 1m w ścianach stabilizowanych, z zastrzeżeniem wymagań wytrzymałościowych i inżynieryjnych. Specjalistyczne szalunki mogą być wykonane w celu stworzenia elementów takich jak spiczaste łuki lub okrągłe okna, a szalunki często mogą być ponownie wykorzystane.
Wykończenia
Wykończenie poza formą stabilizowanej ziemi zbrojonej na ogół nie wymaga dodatkowego wykończenia. W niektórych przypadkach może być potrzebna bezbarwna powłoka hydrofobowa, a niestabilizowane ściany z ubitej ziemi powinny być chronione okapami, nawisami lub tynkiem, ponieważ są bardziej podatne na erozję. Ściany mogą być szczotkowane krótko po zwolnieniu z szalunku, aby wyeliminować wizualny wpływ połączeń między szalunkami i uzyskać wygląd zbliżony do monolitycznego piaskowca. Wybór składników ziemi ubitej również wpływa na ostateczny wygląd.
Przypisy i lektura dodatkowa
Australian Institute of Architects (AIA). 2010. Przewodnik projektowania środowiska. Melbourne.
Earth Building Association of Australia. 2012. www.ebaa.asn.au
Easton, D. 2007. The rammed earth house. Chelsea Green, White River Junction, VT.
Lawson, B. 1996. Materiały budowlane, energia i środowisko: w kierunku ekologicznie zrównoważonego rozwoju. Royal Australian Institute of Architects, Red Hill, ACT.
Minke, G. 2009. Building with earth: design and technology of a sustainable architecture. Birkhäuser Architecture, Basel.
Rael, R. 2008. Architektura ziemi. Princeton Architectural Press, NY, NY.
Rael, R. 2012. Architektura ziemi – Australia & Nowa Zelandia.
Simmons, G i Gray, A (eds). 1996. The earth builder’s handbook. Earth Garden Books, Trentham, Vic.
Autor
Paul Downton, 2013
Learn More
-
Następny rozdział – Straw bale
.