Земляная конструкция — это здание или другая конструкция, сделанная в основном из почвы . Поскольку почва является широко доступным материалом, она использовалась в строительстве с доисторических времен . Она может быть объединена с другими материалами, сжата и/или обожжена для придания прочности.
Грунт по-прежнему является экономичным материалом для многих сфер применения и может оказывать незначительное воздействие на окружающую среду как во время, так и после строительства.
Материалы для строительства земляных конструкций могут быть такими простыми, как глина или глина, смешанная с соломой, чтобы сделать саман . Прочные жилища могут быть также построены из дерна или торфа. Почва может быть стабилизирована добавлением извести или цемента и может быть уплотнена в утрамбованную землю . Строительство идет быстрее с предварительно сформированными саманными или глиняными кирпичами , блоками сжатой земли , мешками с землей или обожженными глиняными кирпичами . [a]
Типы земляных сооружений включают земляные убежища , где жилище полностью или частично заглублено в землю или заключено в почву. Примерами являются земляные домики коренных американцев. Дома из лозы и мазанки используют «плетень» из столбов, переплетенных с палками, для обеспечения устойчивости глиняных стен. Дома из дерна строились на северо-западном побережье Европы, а позже европейскими поселенцами в североамериканских прериях. Здания из самана или глинобитного кирпича строятся по всему миру и включают дома, многоквартирные дома, мечети и церкви. Фуцзяньские тулоу — это большие укрепленные здания из утрамбованной земли на юго-востоке Китая , в которых размещается до 80 семей. Другие типы земляных сооружений включают курганы и пирамиды, используемые в религиозных целях, дамбы , механически стабилизированные подпорные стены из земли, форты, траншеи и насыпные плотины .
Почва создается из горной породы, которая была химически или физически выветрена, перенесена, отложена и осаждена. [2] Частицы почвы включают песок , ил и глину . Частицы песка являются самыми большими, их диаметр составляет от 2 до 0,05 миллиметров (от 0,0787 до 0,0020 дюйма), а частицы глины — самыми маленькими, их диаметр составляет менее 0,002 миллиметра (7,9 × 10−5 дюйма). [3] И песок, и ил в основном являются инертными частицами горных пород, включая кварц , кальцит , полевой шпат и слюду . [4]
Глины обычно представляют собой филлосиликатные минералы с пластинчатой структурой. [3] Очень маленькие частицы глины взаимодействуют друг с другом физически и химически. Даже небольшая доля глины влияет на физические свойства почвы гораздо больше, чем можно было бы ожидать. [4] Такие глины, как каолинит, не расширяются и не сжимаются при намокании или высыхании и полезны для изготовления кирпича. Другие, такие как смектиты , значительно расширяются или сжимаются при намокании или высыхании и не подходят для строительства. [3]
Суглинок представляет собой смесь песка, ила и глины, в которой ни один из них не преобладает. Почвы имеют разные названия в зависимости от относительных пропорций песка, ила и глины, например, «Суглинок илистый», «Суглинок глинистый» и «Силовая глина». [5] Строительство из суглинка, предмет этой статьи, называемое саманным строительством, когда оно использует необожженные глиняные кирпичи, является древней строительной технологией. Она использовалась в ранних цивилизациях Средиземноморья , Египта и Месопотамии , в долинах Инда , Ганга и Желтой реки, в Центральной и Южной Америке . По состоянию на 2005 год около 1,5 миллиарда человек жили в домах, построенных из суглинка. [6] [b]
В последние годы интерес к строительству из глины возродился в развитых странах. Это рассматривается как способ минимизировать использование ископаемого топлива и загрязнение, особенно углекислого газа, во время производства, а также создать комфортную среду обитания за счет большой массы и высокой абсорбции материала. [7] Две основные технологии — это утрамбованная или утрамбованная земля, глина или суглинок, называемая по-французски pise de terre , и саман , обычно использующий высушенные на солнце кирпичи, сделанные из смеси глины и соломы. [7] [c]
Земля обычно требует некоторой обработки для использования в строительстве. Она может быть смешана с водой для получения грязи , может быть добавлена солома, может быть использована некоторая форма стабилизирующего материала, такого как известь или цемент, для укрепления земли, и земля может быть уплотнена для увеличения прочности. [8]
Строительство из глиняных полос — один из старейших подходов к возведению стен. Влажная глина формируется вручную, чтобы сделать основание стены, и ей дают высохнуть. Добавляется больше глины и ей дают высохнуть, чтобы сформировать последовательные слои, пока стена не будет завершена. При использовании глиняной лужицы вручную сделанная глиняная форма заполняется более влажной грязью и ей дают высохнуть. [9] В Иране глиняные стены из глиняных полос называются строительством ущелий . Каждый слой имеет толщину около 18–24 дюймов (460–610 мм) и высоту около 18–24 дюймов (460–610 мм). Обычно этот метод используется для садовых стен, но не для строительства домов, предположительно из-за опасений по поводу прочности стен, сделанных таким образом. [10] Недостатком подхода является то, что много времени может быть потрачено на ожидание высыхания каждого слоя. [11] Другой метод, используемый в районах, где много древесины, заключается в строительстве деревянного каркасного дома и заполнении его грязью, в первую очередь для обеспечения изоляции. В некоторых частях Англии аналогичная техника использовалась с саманом. [9]
Саманный кирпич , иногда называемый «монолитным саманом», [12] — это натуральный строительный материал, изготовленный из почвы, в состав которой входит глина, песок или мелкие камни, а также органический материал, такой как солома . Саманные стены обычно возводятся рядами, не имеют растворных швов и требуют 30% или более глины в почве. Саманный кирпич можно использовать в качестве заполнения в зданиях с балочно-стоечным строением, но часто его используют для несущих стен, и он может выдерживать до двух этажей. Саманная стена должна быть толщиной не менее 16 дюймов (410 мм), а соотношение ширины к высоте не должно превышать один к десяти. [12] Обычно ее оштукатуривают изнутри и снаружи смесью извести, почвы и песка. Саманный кирпич огнестойкий, а его тепловая масса помогает стабилизировать температуру в помещении. [12] Испытания показали, что саманный кирпич обладает некоторой устойчивостью к сейсмической активности. Однако строительные нормы в развитых странах могут не признавать саманный кирпич одобренным материалом. [13]
.jpg/1280px-Sod_House_Detail_(4245555122).jpg)
Резаные кирпичи из дерна , называемые по-испански terrone , можно использовать для создания прочных и долговечных стен. Дерн вырезают из почвы, которая имеет толстый слой корней травы, которые можно найти в поймах рек. Его ставят на ребро, чтобы высохнуть, прежде чем использовать в строительстве. [11] Европейские поселенцы в североамериканских прериях обнаружили, что дерн, который меньше всего подвержен заморозкам или дождям, добывают из высохших болот. [14] Когда-то дерн широко использовался для стен домов в Ирландии, Шотландии и Исландии, где до сих пор можно найти некоторые дома из дерна. Дом из дерна может прослужить пятьдесят лет или дольше, если за ним хорошо ухаживать в холодном климате. [15] Исландцы считают, что лучшим по качеству дерном является Strengur , верхние 5 сантиметров (2,0 дюйма) травяного дерна. [16]
Глина обычно твердая и прочная в сухом виде, но становится очень мягкой, когда впитывает воду. Сухая глина помогает удерживать земляную стену вместе, но если стена подвергается прямому воздействию дождя или воды, протекающей с крыши, она может пропитаться. [17] Землю можно «стабилизировать», чтобы сделать ее более устойчивой к погодным условиям. Практика стабилизации земли путем добавления негашеной извести насчитывает столетия. [18] В землю, предназначенную для строительства, также можно добавлять портландцемент или битум , что добавляет прочности, хотя стабилизированная земля не такая прочная, как обожженная глина или бетон. [18] Смеси цемента и извести или пуццолана и извести также могут использоваться для стабилизации. [19]
Предпочтительно, чтобы содержание песка в почве составляло 65% - 75%. Почвы с низким содержанием глины или не более 15% нерасширяющейся глины подходят для стабилизированной земли. [20] Процент глины можно уменьшить, добавив песок, если он доступен. [21] Если глины больше 15%, для стабилизации почвы может потребоваться более 10% цемента, что увеличивает стоимость. [20] Если в земле мало глины и содержится 10% или более цемента, то это по сути бетон. Цемент не особенно экологичен, так как в процессе производства выделяется большое количество углекислого газа. [22] Стабилизированная земля низкой плотности будет пористой и слабой. Поэтому землю необходимо уплотнять либо с помощью машины, которая делает блоки, либо внутри стены с использованием техники «трамбованной земли». [19]
Утрамбованная земля — это метод строительства стен с использованием натурального сырья, такого как земля, мел , известь или гравий . Стена из утрамбованной земли строится путем помещения влажной почвы во временную форму. Почва вручную или механически уплотняется, а затем форма удаляется. [23] Утрамбованная земля обычно изготавливается без большого количества воды, и поэтому не требует много времени для высыхания по мере того, как здание поднимается. Она восприимчива к влаге, поэтому должна быть уложена на курс, который останавливает поднимающуюся сырость, должна быть покрыта крышей или накрыта, чтобы не допустить попадания воды сверху, и может нуждаться в защите с помощью какой-либо штукатурки, краски или обшивки. [22]
В Китае стены из утрамбованной земли были построены народом Луншань в 2600–1900 гг. до н. э., в период, когда города впервые появились в регионе. Толстые наклонные стены из утрамбованной земли стали характерной чертой традиционных буддийских монастырей по всем Гималаям и стали очень распространены в северных индийских районах, таких как Сикким . [24] Эта техника распространилась на Ближний Восток и в Северную Африку, а город Карфаген был построен из утрамбованной земли. Оттуда эта технология была привезена в Европу римлянами. [25] Сооружения из утрамбованной земли могут быть долговечными. Большая часть Великой Китайской стены была сделана из утрамбованной земли, как и Альгамбра в королевстве Гранада . В Северной Европе есть здания из утрамбованной земли высотой до семи этажей и возрастом двести лет. [22]
Римляне делали прочный бетон, достаточно прочный для несущих стен. [26] Римский бетон содержит щебень из битого кирпича и камней, закреплённых в растворе. Раствор включал известь и пуццолан , вулканический материал, который внес значительный вклад в его прочность. [27] Римские бетонные сооружения, такие как Колизей , завершённый в 80 году нашей эры, стоят до сих пор. [28] Их долговечность может быть объяснена тем фактом, что строители использовали относительно сухую смесь раствора и заполнителя и уплотняли её, утрамбовывая, чтобы устранить воздушные карманы. [29] Хотя бетонные сооружения были получены из продуктов из земли, их обычно не считают земляными сооружениями. [1]
Глиняные кирпичи или саманные кирпичи представляют собой предварительно сформированные модульные каменные блоки из высушенной на солнце глины, которые были изобретены в разное время в разных частях мира по мере развития цивилизации. [30] Строительство с использованием кирпичей позволяет избежать задержек, пока высыхает каждый ряд луженой глины. Настенные фрески показывают, что методы производства самана были высокоразвиты в Египте к 2500 году до нашей эры. [11] Саманное строительство распространено на большей части территории Африки сегодня. [31] Саманные кирпичи традиционно изготавливаются из песка и глины, смешанных с водой до пластичной консистенции, с соломой или травой в качестве связующего вещества. [32] [d] Глину готовят, помещают в деревянные формы, утрамбовывают и выравнивают, а затем вынимают из формы для просушки в течение нескольких дней. Затем кирпичи ставят вертикально для затвердевания на воздухе в течение месяца или более. [32]
На юго-западе США и в Мексике глинобитные здания имели массивные стены и редко были выше двух этажей. Глинобитные миссионерские церкви никогда не были выше примерно 35 футов (11 м). [33] Поскольку глинобитные поверхности хрупкие, для их защиты используются покрытия. Эти покрытия, периодически обновляемые, включают глиняную штукатурку, известковую штукатурку, побелку [e] или лепнину. [34] Исторически глинобитные стены возводились путем укладки кирпичей на глиняный раствор, который разбухает и сжимается с той же скоростью, что и кирпичи при намокании или высыхании, нагревании или охлаждении. Современный глинобитный кирпич можно стабилизировать цементом и скрепить цементными растворами, но цементные растворы приведут к ухудшению состояния нестабилизированных глинобитных кирпичей из-за разных скоростей теплового расширения и сжатия. [33]
Блоки из сжатой земли (CEB) традиционно изготавливались с помощью палки для трамбовки почвы в деревянную форму. Сегодня их обычно изготавливают из подпочвы, сжатой в ручном или механизированном станке. В развивающихся странах ручные станки могут быть экономически эффективным решением для изготовления однородных строительных блоков, в то время как более сложные и дорогие моторизованные станки вряд ли будут подходящими. Несмотря на трудоемкость, строительство CEB позволяет избежать затрат на покупку и транспортировку материалов. [35] Станки для изготовления блоков могут формировать блоки, имеющие взаимосвязанные формы, чтобы снизить потребность в растворе. Блок может иметь отверстия или пазы, чтобы можно было вставлять стержни, например бамбуковые, для повышения сейсмостойкости. [36]
Необходимо использовать подходящую землю с достаточным количеством глины, чтобы удерживать блок вместе и противостоять эрозии, но не слишком большим количеством расширяющейся глины. [37] Когда блок сделан из стабилизированной земли, которая содержит цемент, бетону нужно дать, возможно, три недели, чтобы застыть. В течение этого времени блоки следует складывать и предохранять от высыхания, разбрызгивая на них воду. Это может быть проблемой в жарком, сухом климате, где воды мало. Плотная укладка блоков и покрытие их полиэтиленовой пленкой может помочь уменьшить потерю воды. [38]
Строительство мешков с землей — это естественная строительная техника, которая развилась из исторических методов военного строительства бункеров . [39] Можно использовать местный грунт практически любого состава, хотя предпочтительнее будет смесь самана. Почва увлажняется, чтобы она уплотнилась в устойчивую структуру при упаковке в тканые полипропиленовые или джутовые мешки или трубки. Иногда используется пластиковая сетка. Мешки из полипропилена (ПП) являются наиболее распространенными, так как они долговечны, когда покрыты, дешевы и широко доступны. [39] Мешки укладываются рядами, с колючей проволокой между каждым рядом для предотвращения скольжения. Каждый ряд утрамбовывается после укладки. [40] Структура в мешках из ПП похожа на саман, но более гибкая. С сетчатыми трубками структура похожа на утрамбованную землю. [39] Мешки с землей можно использовать для строительства куполообразных или вертикальных стеновых зданий. При стабилизации почвы их также можно использовать для подпорных стен. [41]
Техника обжига глиняных кирпичей в печи датируется примерно 3500 годом до нашей эры. Обожженные кирпичи использовались для строительства прочной кладки по всей Европе, Азии и Северной Африке к 1200 году до нашей эры и до сих пор остаются важным строительным материалом. [42] Современные обожженные глиняные кирпичи изготавливаются из глины или сланца, формуются и затем обжигаются в печи в течение 8–12 часов при температуре 900–1150 °C. [43] [f] В результате получается керамика , которая в основном состоит из кремнезема и глинозема, а также других ингредиентов, таких как кварцевый песок. Пористость кирпича зависит от материалов, температуры и продолжительности обжига. Кирпичи могут различаться по цвету в зависимости от количества железа и карбоната кальция в используемых материалах, а также количества кислорода в печи. [43] Кирпичи могут разрушаться из-за кристаллизации солей на кирпиче или в его порах, от воздействия мороза и кислотных газов. [45]
Кирпичи укладываются рядами, скрепленными раствором, комбинацией портландцемента, извести и песка. [46] Стена толщиной в один кирпич будет включать ложковые кирпичи с их длинной, узкой стороной, открытой для обзора, и тычковые кирпичи, пересекающиеся из стороны в сторону. Существуют различные «связи» кирпичной кладки или образцы ложковых и тычковых кирпичей, включая английскую, голландскую и фламандскую связи. [47]
Земляное укрытие использовалось в течение тысяч лет для создания энергоэффективных жилищ. [48] Существуют различные конфигурации. С одной стороны, земляное укрытие полностью находится под землей, возможно, с открытым двором для обеспечения воздуха и света. Земляной дом может быть установлен на склоне, с окнами или дверными проемами на одной или нескольких его сторонах, или здание может находиться на уровне земли, но с землей, насыпанной у стен, и, возможно, с земляной крышей. [49]
Земляные дома, построенные фермерами племени хохокам между 100 и 900 годами нашей эры на территории нынешнего юго-запада США, представляли собой обнесенные бермами сооружения, частично встроенные в склоны, обращенные на юг. Их успешная конструкция использовалась в течение сотен лет. [50] В Матмате, Тунис , большинство древних домов были построены на глубине 12 метров (39 футов) под землей и окружали дворы площадью около 12 метров (39 футов). [51] [g] В дома можно было попасть через туннели. Другие примеры подземных, полуподземных или основанных на скалах жилищ как в жарком, так и в холодном климате можно найти в Турции, северном Китае и Гималаях, а также на юго-западе США. [51] Ряд буддийских монастырей, построенных из земли и других материалов на склонах скал или в пещерах в таких гималайских районах, как Тибет , Бутан , Непал и северная Индия, часто расположены в опасных местах. Начиная с 1970-х годов интерес к этой технике возродился в развитых странах. [48] При установке земляного дома в землю в доме будет прохладнее в теплое время года и теплее в прохладное время года. [49]
Земляной домик — это круглое здание, построенное некоторыми коренными американцами Северной Америки. Они имеют конструкцию из деревянных столбов и балок и имеют форму купола. [53] Типичное строение имело четыре или более центральных столбов, вбитых в землю и соединенных наверху поперечными балками. Дымовое отверстие оставалось открытым в центре. Вокруг центрального строения располагалось большее кольцо более коротких столбов, также соединенных поперечными балками. Стропила расходились от центральных поперечных балок к внешним поперечным балкам, а затем расколотые доски или балки образовывали наклонные или вертикальные боковые стены. [54] Строение было покрыто палками и хворостом или травой, покрытыми в свою очередь толстым слоем земли или дерна . Некоторые группы оштукатуривали все сооружение грязью, которая высыхала, образуя оболочку. [54]
Плетение и мазанка — это старая строительная техника, при которой лозы или более мелкие палки переплетаются между вертикальными столбами, а затем грязь, смешанная с соломой и травой, оштукатуривается на стене. [55] Эта техника встречается по всему миру, от дельты Нила до Японии, где для изготовления плетня использовался бамбук. [56] В Кахокии , ныне в Иллинойсе, США, глинобитные дома строились с полом, опущенным на 1–3 фута (0,30–0,91 м) ниже уровня земли. Вариант этой техники в Колумбии называется бахареке . [55] В доисторической Британии простые круглые глинобитные убежища строились везде, где было достаточно глины. [57] Плетение и мазанка до сих пор встречаются в виде панелей в зданиях с деревянным каркасом. [58] Обычно стены не являются несущими, и при внутреннем использовании эта техника в развитых странах была заменена дранкой и штукатуркой, а затем гипсокартоном . [56]
Европейские фермеры-пионеры в прериях Северной Америки, где нет древесины для строительства, часто строили свой первый дом в вырытой пещере на склоне холма или оврага с навесом над входом. Когда у них было время, они строили дом из дерна . Фермер использовал плуг, чтобы разрезать дерн на кирпичи размером 1 на 2 фута (0,30 на 0,61 м), которые затем складывались в кучу, образуя стены. [59] Полосы дерна укладывались травой вниз, смещенными так же, как и кирпичная кладка, в три ряда бок о бок, в результате чего получалась стена толщиной более 3 футов (0,91 м). Стена из дерна была построена вокруг дверных и оконных рам, а углы стены были закреплены прутьями, вбитыми вертикально через них. Крыша была сделана из шестов или кустарника, покрыта травой прерий, а затем запечатана слоем дерна. [60] Дома из дерна были прочными и часто стояли много лет, но они были сырыми и грязными, если внутренние стены не были оштукатурены. [59] Крыши имели тенденцию протекать, а иногда и обрушались во время ливня. [60]
В мире существует бесчисленное множество примеров строительства из глиняного кирпича или самана. Город-крепость Шибам в Йемене, признанный объектом Всемирного наследия в 1982 году, известен своими десятиэтажными неармированными зданиями из глиняного кирпича. [61] Мечеть Джингеребер в Тимбукту , Мали, была впервые построена в начале XIV века нашей эры (VIII век по хиджре) из круглых глиняных кирпичей и смеси камня и глины, и впоследствии несколько раз перестраивалась, постоянно увеличиваясь в размерах. [62] Дальше на юге в Мали Великая мечеть Дженне , яркий пример архитектуры из глиняного кирпича Сахеля, была построена в 1907 году на основе проекта более ранней Великой мечети, впервые построенной на этом месте в 1280 году. Глинобитные дома требуют обслуживания, а фундаменталистский правитель Секу Амаду позволил предыдущей мечети разрушиться. [63]
Руины Каса -Гранде , ныне национальный памятник в Аризоне, защищенный современной крышей, представляют собой массивное четырехэтажное глинобитное сооружение, построенное народом хохокам между 1200 и 1450 годами нашей эры. [64] Первым европейцем, записавшим этот большой дом, был иезуитский священник отец Эусебио Кино , посетивший это место в 1694 году. В то время оно уже давно было заброшено. [65] К тому времени, когда в 1903 году была установлена временная крыша, глинобитное здание пустовало и не обслуживалось в течение сотен лет. [66]
Уака-де-ла-Луна в том, что сейчас является северным Перу, — это большой глинобитный храм, построенный народом моче . Здание прошло через ряд этапов строительства, в конечном итоге достигнув высоты около 32 метров (105 футов), с тремя основными платформами, четырьмя площадями и множеством меньших комнат и ограждений. Стены были покрыты поразительными разноцветными фресками и фризами; те, что видны сегодня, датируются примерно 400–610 гг. н. э. [67]
Фуцзянь тулоу — это тип сельского жилища народа хакка в горных районах юго-восточной провинции Фуцзянь , Китай. [68] Они были построены в основном между 13 и 20 веками. [69] Тулоу — это большое, закрытое и укрепленное земляное здание, прямоугольное или круглое, с очень толстыми несущими стенами из утрамбованной земли высотой от трех до пяти этажей. Тулоу может вместить до 80 семей. Меньшие внутренние здания часто окружены этими огромными периферийными стенами, которые могут содержать залы, склады, колодцы и жилые помещения. Конструкция напоминает небольшой укрепленный город. [70] Стены образованы путем уплотнения земли, смешанной с камнем, бамбуком, деревом и другими легкодоступными материалами, и имеют толщину до 6 футов (1,8 м). В результате получается хорошо освещенное, хорошо проветриваемое, ветронепроницаемое и сейсмостойкое здание, в котором тепло зимой и прохладно летом. [70]
Зиккуратами были возвышенные храмы, построенные шумерами между концом 4-го тысячелетия до н. э. и 2-м тысячелетием до н. э., поднимающиеся серией террас к храму на высоту до 200 футов (61 м) над уровнем земли. Зиккурат Ура содержал около трех миллионов кирпичей, ни один из которых не был длиннее 15 дюймов (380 мм), поэтому строительство было бы огромным проектом. [71] Самый большой зиккурат находился в Вавилоне, и, как полагают некоторые, это Вавилонская башня, упомянутая в Библии . Он был разрушен Александром Македонским , и от него остались только фундаменты, но изначально он имел высоту 300 футов (91 м) на основании площадью около 660 футов (200 м). [72] Для внутренней отделки использовались высушенные на солнце кирпичи, а для облицовки — обожженные в печи кирпичи. Кирпичи скреплялись глиной или битумом. [73]
Многие доколумбовые индейские общества древней Северной Америки строили большие пирамидальные земляные сооружения, известные как платформенные курганы . Среди самых больших и известных из этих сооружений — курган Монахов на месте Кахокии в том, что стало Иллинойсом, построенный около 1100 г. н. э., основание которого больше, чем у Великой пирамиды в Гизе. Многие из курганов претерпели несколько эпизодов строительства курганов с периодическими интервалами, некоторые из них стали довольно большими. Считается, что они играли центральную роль в религиозной жизни людей, строящих курганы, и задокументированные варианты их использования включают полуобщественные платформы домов вождей, общественные платформы храмов , платформы погребальных палат , платформы земляных домиков /городских домов, платформы резиденций, квадратные платформы и платформы ротонд, а также танцевальные платформы. [74] [75]
Пирамида Солнца высотой 207 футов (63 м) в Теотиуакане , Мексика, была начата в 100 году нашей эры. Каменная облицовка здания содержит два миллиона тонн утрамбованной земли. [25]
Земляные работы — это инженерные работы, создаваемые путем перемещения или обработки большого количества грунта или несформированной породы. Материал может быть перемещен в другое место и сформирован в желаемую форму для определенной цели. [76] Дамбы , насыпи и плотины — это типы земляных работ. Дамба, насыпь или дамба — это удлиненный естественный гребень или искусственно возведенная стена из грунтовой насыпи , которая регулирует уровень воды. Обычно она земляная и часто проходит параллельно течению реки в ее пойме или вдоль низменных береговых линий. [77]
Подпорные стенки из механически стабилизированного грунта (MSE) могут использоваться для насыпей. [78] Стены MSE объединяют бетонную выравнивающую подушку, облицовочные панели, карниз, армирование грунта и выборочную обратную засыпку. [79] Могут использоваться различные конструкции облицовочных панелей. [79] После того, как выравнивающая подушка была уложена, а первый ряд панелей был размещен и закреплен, первый слой земляной засыпки заносится за стену и уплотняется. Затем поверх земли укладывается первый набор арматуры. [80] Арматура, которая может быть натянутым полимером или оцинкованными металлическими полосами или сетками, крепится к облицовочным панелям. [81] Этот процесс повторяется с последовательными слоями панелей, земли и арматуры. Таким образом, панели связываются с земляной насыпью, чтобы создать устойчивую конструкцию со сбалансированными напряжениями. [82]
Хотя строительство с использованием основных принципов MSE имеет долгую историю, MSE был разработан в его нынешнем виде в 1960-х годах. Используемые армирующие элементы могут быть разными, но включают сталь и геосинтетику . Термин MSE обычно используется в США, чтобы отличить его от «Reinforced Earth», торгового наименования компании Reinforced Earth Company, но в других местах общепринятым термином является Reinforced Soil. [78] Строительство MSE относительно быстрое и недорогое, и хотя оно трудоемкое, оно не требует высокого уровня квалификации. Поэтому оно подходит как для развивающихся, так и для развитых стран. [83]
Земля использовалась для строительства укреплений на протяжении тысяч лет, включая крепости и стены, часто защищенные рвами. Аэрофотосъемка в Европе выявила следы земляных укреплений со времен Римской империи и более поздних времен Средневековья. [84] Вал Оффы — это огромное земляное сооружение, которое тянется вдоль спорной границы между Англией и Уэльсом. [85] Мало что известно о периоде или о строителе, короле Оффе Мерсийском , который умер в 796 году нашей эры. [86] Раннее деревянное и земляное укрепление позже могло быть заменено кирпичным или каменным сооружением на том же месте. [87]
Траншеи использовались осаждающими войсками для подхода к укреплениям, будучи защищенными от снарядов. Саперы строили «сапы» или траншеи, которые зигзагом шли к атакуемой крепости. Они складывали выкопанную землю, чтобы сделать защитную стену или габион. Общая глубина траншеи и высота габиона могли составлять от 8 до 10 футов (от 2,4 до 3,0 м). Иногда сап представлял собой туннель, вырытый на несколько футов ниже поверхности. Саперы были высококвалифицированными и высокооплачиваемыми из-за чрезвычайной опасности их работы. [88]
В Гражданской войне в США (1861−1865) траншеи использовались в качестве оборонительных позиций на протяжении всей борьбы, но играли все более важную роль в кампаниях последних двух лет. [89] Военные земляные работы, возможно, достигли своей кульминации в обширной сети траншей, построенных во время Первой мировой войны (1914−1918), которая простиралась от Швейцарии до Северного моря к концу 1914 года. [90] Две линии траншей были обращены друг к другу, укомплектованные солдатами, живущими в ужасных условиях холода, сырости и грязи. [91] Условия были худшими в траншеях союзников. Немцы были более склонны принимать траншеи как долгосрочные позиции и использовали бетонные блоки для строительства надежных укрытий глубоко под землей, часто с электрическим освещением и отоплением. [92]
Плотина насыпи представляет собой массивный искусственный водный барьер . Обычно она создается путем размещения и уплотнения сложной полупластичной насыпи из различных составов почвы, песка, глины и/или камня. Она имеет полупостоянное естественное водонепроницаемое покрытие для своей поверхности и плотное водонепроницаемое ядро. Это делает такую плотину непроницаемой для поверхностной или просачивающейся эрозии . [93] Сила насыпи создает направленную вниз тягу на массу плотины, значительно увеличивая вес плотины на ее основании. Эта дополнительная сила эффективно герметизирует и делает водонепроницаемым нижележащее основание плотины на границе между плотиной и ее руслом потока . [94] Такая плотина состоит из фрагментированных независимых материальных частиц. Трение и взаимодействие частиц связывают частицы вместе в стабильную массу, а не с помощью цементирующего вещества. [95]
Дамба хвостохранилища озера Синкруд Милдред в Альберте , Канада, представляет собой насыпную плотину длиной около 18 километров (11 миль) и высотой от 40 до 88 метров (от 131 до 289 футов). По объему заполнения в 2001 году она считалась крупнейшим земляным сооружением в мире. [96]
Регионы с низким сейсмическим риском безопасны для большинства земляных зданий, но исторические методы строительства часто не могут эффективно противостоять даже средним уровням землетрясений из-за трех крайне нежелательных качеств земляных зданий как сейсмического строительного материала: они относительно «слабые, тяжелые и хрупкие». Однако земляные здания могут быть построены так, чтобы выдерживать сейсмические нагрузки. [97]
Ключевыми факторами улучшения сейсмостойкости являются прочность грунта, качество строительства, надежная планировка и сейсмическое усиление. [98]
Более прочные почвы делают стены более прочными. Строители из самана могут проверить прочность выдержанных блоков, бросая их с определенной высоты или разбивая их рычагом. [99] Строители, использующие непосредственные методы, такие как мешки с землей, саман или утрамбованная земля, могут предпочесть приблизительные испытания на дробление на меньших образцах, которые можно высушить в печи и раздавить под небольшим рычагом. [100]
Строители должны понимать строительные процессы и уметь обеспечивать стабильное качество для прочных зданий. [101]
Прочная планировка означает, что здания скорее квадратные, чем вытянутые, и симметричные, а не Г-образные, [102] , а также отсутствие «мягких» первых этажей (этажи с большими окнами, здания на неукрепленных колоннах). Руководящие принципы новозеландского земляного строительства проверяют достаточную длину распорных стен в каждом из двух основных направлений, основываясь на толщине стен, высоте этажа, расстоянии между распорными стенами и весе крыши, чердака и второго этажа над земляными стенами. [103]
Строительные технологии, которые являются более пластичными, чем хрупкими, как тип замкнутой земли earthbag или стены шин earthships , могут лучше избегать обрушения, чем хрупкая неармированная земля. Замкнутые гравийные слои основания могут добавить потенциал изоляции основания .
Удержание стены может быть добавлено к таким технологиям, как саман, чтобы противостоять потере материала, которая приводит к обрушению. [104] Ограниченная кладка эффективна для самана при сейсмических силах 0,3 g [105] [106] может быть полезна с земляной кладкой.
Многие типы арматуры могут повысить прочность стены, например, пластиковая или проволочная сетка и арматурные стержни из стали, стекловолокна или бамбука. Земля хорошо сопротивляется сжатию, но слаба при скручивании. Растягивающая арматура должна охватывать потенциальные точки повреждения и быть хорошо закреплена для повышения устойчивости вне плоскости. Связующие балки на вершинах стен жизненно важны и должны быть хорошо прикреплены к стенам. [107]
Строители должны знать, что органическая арматура, встроенная в стены, может быть разрушена до того, как здание будет списано. Детали крепления арматуры имеют решающее значение для сопротивления более высоким силам. Лучшая прочность на сдвиг самана была получена от горизонтальной арматуры, прикрепленной непосредственно к вертикальной арматуре, проходящей от фундамента до связующей балки. [108]
Сплетенная древесина в земляных стенах уменьшает ущерб от землетрясения, если древесина не повреждена сухой гнилью или насекомыми. Сплетение древесины включает в себя тонко перепончатую Dhajji, [109] и другие типы. [110]
