Земляное сооружение — это здание или другое сооружение, построенное в основном из почвы . Поскольку почва является широко доступным материалом, ее использовали в строительстве с доисторических времен . Его можно комбинировать с другими материалами, прессовать и/или запекать для придания прочности.
Почва по-прежнему является экономичным материалом для многих применений и может оказывать незначительное воздействие на окружающую среду как во время, так и после строительства.
Материалы для земляных работ могут быть такими же простыми, как грязь или грязь, смешанная с соломой, чтобы получить глыбу . Прочные жилища также можно построить из дерна или дерна. Почву можно стабилизировать добавлением извести или цемента и уплотнить в утрамбованную землю . Строительство происходит быстрее, если использовать предварительно сформированные сырцовые или сырцовые кирпичи , блоки из прессованной земли , мешки с землей или обожженные глиняные кирпичи . [а]
Типы земляных построек включают земляные убежища , где жилище полностью или частично замуровано в землю или заключено в почву. Примерами могут служить земные ложи коренных американцев . В домах из плетня и глины используется «плетень» из шестов, переплетенных палками, чтобы обеспечить устойчивость глиняных стен. Дома из дерна были построены на северо-западном побережье Европы, а позже европейскими поселенцами в прериях Северной Америки. Здания из самана или сырцового кирпича строятся по всему миру и включают дома, многоквартирные дома, мечети и церкви. Фуцзянь Тулус — это большие укрепленные земляные постройки на юго-востоке Китая , в которых проживают до 80 семей. Другие типы земляных сооружений включают курганы и пирамиды, используемые в религиозных целях, дамбы , механически стабилизированные земляные подпорные стены, форты, траншеи и насыпные плотины .
Почва создается из породы, которая подверглась химическому или физическому выветриванию, транспортировке, отложению и осаждению. [2] Частицы почвы включают песок , ил и глину . Частицы песка самые крупные - от 2 до 0,05 миллиметров (от 0,0787 до 0,0020 дюйма) в диаметре, а самые маленькие - глины - менее 0,002 миллиметра (7,9 × 10 -5 дюймов) в диаметре. [3] И песок, и ил представляют собой в основном инертные частицы горных пород, включая кварц , кальцит , полевой шпат и слюду . [4]
Глины обычно представляют собой слоистые силикатные минералы с пластинчатой структурой. [3] Очень мелкие частицы глины взаимодействуют друг с другом физически и химически. Даже небольшая доля глины влияет на физические свойства почвы гораздо сильнее, 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, например смектиты , значительно расширяются или сжимаются во влажном или сухом состоянии и непригодны для строительства. [3]
Суглинок представляет собой смесь песка, ила и глины, в которой ни один из них не преобладает. Почвам дают разные названия в зависимости от относительных пропорций песка, ила и глины, например «Илистый суглинок», «Глинистый суглинок» и «Илистая глина». [5] Строительство из суглинка, предмет этой статьи, называемое глинобитным строительством, когда в нем используются необожженные глиняные кирпичи, является древней строительной технологией. Его использовали в ранних цивилизациях Средиземноморья , Египта и Месопотамии , в долинах рек Инд , Ганг и Хуанхэ , в Центральной и Южной Америке . По состоянию на 2005 год в домах, построенных из суглинков, проживало около 1,5 миллиарда человек. [6] [б]
В последние годы в развитых странах возродился интерес к суглинному строительству. Это рассматривается как способ свести к минимуму использование ископаемого топлива и загрязнений, особенно углекислого газа, во время производства, а также создать комфортную среду обитания за счет большой массы и высокой абсорбции материала. [7] Двумя основными технологиями являются утрамбованная земля, глина или суглинок, называемый по-французски pise de terre , и саман , в котором обычно используются высушенные на солнце кирпичи, изготовленные из смеси глины и соломы. [7] [с]
Земля обычно требует какой-то обработки для использования в строительстве. Его можно смешивать с водой для приготовления грязи , можно добавлять солому, можно использовать некоторые виды стабилизирующих материалов, таких как известь или цемент, для упрочнения земли, а землю можно уплотнять для увеличения прочности. [8]
Строительство из глины — один из старейших подходов к возведению стен. Влажную грязь формируют вручную, чтобы сделать основание стены, и дают ей высохнуть. Добавляют еще грязи и дают высохнуть, образуя последовательные ряды, пока стена не будет завершена. Из лужи грязи форму, сделанную вручную, наполняют более влажной грязью и дают ей высохнуть. [9] В Иране глиняные стены из луж называют строительными скулами . Каждый ряд имеет толщину от 18 до 24 дюймов (от 460 до 610 мм) и высоту от 18 до 24 дюймов (от 460 до 610 мм). Обычно этот метод используется для возведения садовых стен, но не для строительства домов, предположительно из-за беспокойства по поводу прочности стен, построенных таким способом. [10] Недостатком этого подхода является то, что можно потратить много времени на ожидание высыхания каждого слоя. [11] Другой метод, используемый в районах, где много древесины, заключается в строительстве деревянного каркасного дома и заполнении его глиной, в первую очередь для обеспечения изоляции. В некоторых частях Англии аналогичная техника использовалась с початком. [9]
Глыба , иногда называемая «монолитным саманом», [12] представляет собой природный строительный материал, изготовленный из почвы, включающей глину, песок или мелкие камни и органический материал, такой как солома . Глыбовые стены обычно строятся рядами, не имеют растворных швов и требуют 30% или более глины в почве. Глыба может использоваться в качестве заполнителя в балочных зданиях, но часто используется для несущих стен и может выдерживать до двух этажей. Глыбовая стена должна иметь толщину не менее 16 дюймов (410 мм), а соотношение ширины к высоте должно быть не более одного к десяти. [12] Обычно его оштукатуривают внутри и снаружи смесью извести, почвы и песка. Коб пожаробезопасен, а его тепловая масса помогает стабилизировать температуру в помещении. [12] Испытания показали, что початок обладает некоторой устойчивостью к сейсмической активности. Однако строительные нормы и правила в развитых странах могут не признавать глыбу одобренным материалом. [13]
.jpg/1280px-Sod_House_Detail_(4245555122).jpg)
Из нарезанных дерновых кирпичей, называемых по-испански терроне , можно построить прочные и долговечные стены. Дерн вырезается из почвы с тяжелым слоем корней травы, которую можно найти в поймах рек. Перед использованием в строительстве его ставят на ребро для просушки. [11] Европейские поселенцы в североамериканских прериях обнаружили, что дерн, наименее подверженный разрушению из-за замерзания или дождя, происходит из высохших болот. [14] Когда-то газон широко использовался для стен домов в Ирландии, Шотландии и Исландии, где до сих пор можно найти некоторые дома с газоном. Дом из дерна может прослужить пятьдесят лет или дольше, если его поддерживать в хорошем состоянии в холодном климате. [15] Исландцы считают, что газон лучшего качества — это Strengur , верхние 5 сантиметров (2,0 дюйма) травяного газона. [16]
Глина обычно твердая и прочная в сухом состоянии, но становится очень мягкой, когда впитывает воду. Сухая глина помогает скрепить земляную стену, но если стена подвергается прямому воздействию дождя или воды, стекающей с крыши, она может пропитаться водой. [17] Землю можно «стабилизировать», чтобы сделать ее более устойчивой к погодным условиям. Практика стабилизации земли путем добавления жженой извести имеет многовековую историю. [18] В землю, предназначенную для строительства, также можно добавлять портландцемент или битум , что повышает прочность, хотя стабилизированная земля не так прочна, как обожженная глина или бетон. [18] Для стабилизации также можно использовать смеси цемента и извести или пуццолана и извести. [19]
Предпочтительно содержание песка в почве будет составлять 65–75%. Почвы с низким содержанием глины или с содержанием нерасширяющейся глины не более 15% подходят для стабилизированного грунта. [20] Процент глины можно уменьшить, добавив песок, если таковой имеется. [21] Если в нем содержится более 15% глины, для стабилизации почвы может потребоваться более 10% цемента, что увеличивает стоимость. [20] Если земля содержит мало глины и содержит 10% или более цемента, это, по сути, бетон. Цемент не особенно экологичен, поскольку в процессе производства выделяется большое количество углекислого газа. [22] Стабилизированная земля низкой плотности будет пористой и слабой. Поэтому землю необходимо уплотнять либо машиной, производящей блоки, либо внутри стены, используя технику «трамбованной земли». [19]
Утрамбованная земля — это метод строительства стен с использованием природного сырья, такого как земля, мел , известь или гравий . Утрамбованную земляную стену возводят путем помещения влажного грунта во временную форму. Грунт вручную или механически уплотняют, а затем форму снимают. [23] Утрамбованная земля обычно изготавливается без большого количества воды, поэтому ей не требуется много времени для высыхания по мере подъема здания. Он чувствителен к влаге, поэтому его следует укладывать на поверхность, препятствующую повышению влажности, его необходимо накрыть крышей или накрыть, чтобы не допустить попадания воды сверху, и, возможно, потребуется защита с помощью какой-либо штукатурки, краски или обшивки. [22]
В Китае утрамбованные земляные стены были построены народом Луншань в 2600–1900 гг. до н. э., в период, когда в регионе впервые появились города. Толстые наклонные стены из утрамбованной земли стали характерной чертой традиционных буддийских монастырей по всей территории Гималаев и стали очень распространены в северных районах Индии, таких как Сикким . [24] Техника распространилась на Ближний Восток и в Северную Африку, а город Карфаген был построен из утрамбованной земли. Оттуда технологию привезли в Европу римляне. [25] Утрамбованные земляные конструкции могут прослужить долго. Большая часть Великой Китайской стены была сделана из утрамбованной земли, как и Альгамбра в Королевстве Гранада . В Северной Европе есть утрамбованные земляные постройки высотой до семи этажей и возрастом двести лет. [22]
Римляне изготавливали прочный бетон, достаточно прочный для несущих стен. [26] Римский бетон содержит обломки битого кирпича и камней, залитых раствором. В состав раствора входили известь и пуццолан , вулканический материал, который в значительной степени способствовал его прочности. [27] Римские бетонные конструкции, такие как Колизей , построенный в 80 году нашей эры, все еще стоят. [28] Их долговечность можно объяснить тем фактом, что строители использовали относительно сухую смесь строительного раствора и заполнителя и уплотняли ее, растирая, чтобы устранить воздушные карманы. [29] Несмотря на то, что бетонные конструкции производятся из земляных изделий, они обычно не считаются земляными конструкциями. [1]
Сырцовые 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 из кирпича позволяет избежать задержек, пока высыхает каждый ряд лужи грязи. Настенные росписи показывают, что к 2500 году до нашей эры в Египте технологии производства самана были очень развиты. [11] Сегодня строительство из самана распространено на большей части территории Африки. [31] Саманные кирпичи традиционно изготавливаются из песка и глины, смешанных с водой до пластичной консистенции, с использованием соломы или травы в качестве связующего вещества. [32] [d] Грязь готовят, помещают в деревянные формы, утрамбовывают и выравнивают, а затем вынимают из формы для высыхания в течение нескольких дней. Затем кирпичи ставят дыбом для отверждения на воздухе в течение месяца или более. [32]
На юго-западе США и Мексики глинобитные здания имели массивные стены и редко превышали высоту двух этажей. Миссионерские церкви Adobe никогда не были выше 35 футов (11 м). [33] Поскольку саманные поверхности хрупкие, для их защиты используются покрытия. Эти периодически обновляемые покрытия включают глиняную штукатурку, известковую штукатурку, побелку [e] или штукатурку. [34] Саманные стены исторически делались путем укладки кирпичей на глиняный раствор, который набухает и сжимается с той же скоростью, что и кирпичи, при намокании или высушивании, нагревании или охлаждении. Современный саман можно стабилизировать цементом и склеить цементными растворами, но цементные растворы приводят к разрушению нестабилизированных сырцовых кирпичей из-за различных скоростей теплового расширения и сжатия. [33]
Блоки прессованной земли (CEB) традиционно изготавливались путем утрамбовки почвы в деревянную форму палкой. Сегодня их обычно изготавливают из недр, спрессованных с помощью ручных или механических машин. В развивающихся странах ручные машины могут быть экономически эффективным решением для изготовления однородных строительных блоков, в то время как более сложные и дорогие моторизованные машины вряд ли подойдут. Несмотря на трудоемкость, строительство CEB позволяет избежать затрат на покупку и транспортировку материалов. [35] Машины для изготовления блоков могут формовать блоки, имеющие взаимосвязанную форму, чтобы уменьшить потребность в строительном растворе. Блок может иметь отверстия или канавки, в которые можно вставить стержни, например бамбуковые, для повышения сейсмостойкости. [36]
Необходимо использовать подходящую землю с достаточным количеством глины, чтобы скрепить блок и противостоять эрозии, но не слишком много экспансивной глины. [37] Если блок изготовлен из стабилизированной земли, содержащей цемент, бетону необходимо дать примерно три недели для затвердевания. В это время блоки следует складывать стопками и предохранять их от высыхания, поливая их водой. Это может быть проблемой в жарком и сухом климате, где не хватает воды. Плотная укладка блоков и накрытие их полиэтиленовым листом может помочь уменьшить потерю воды. [38]
Строительство из мешков с землей – это естественная технология строительства , которая развилась из исторических военных технологий строительства бункеров . [39] Можно использовать местный грунт практически любого состава, хотя предпочтительнее будет глинобитная смесь. Почву увлажняют, поэтому она уплотняется в устойчивую структуру при упаковке в тканые полипропиленовые или мешковины или трубки. Иногда используют пластиковую сетку. Мешки из полипропилена (ПП) наиболее распространены, поскольку они долговечны в закрытом виде, дешевы и широко доступны. [39] Мешки укладывают рядами, между каждым рядом прокладывают колючую проволоку, чтобы предотвратить скольжение. Каждый ряд утрамбовывается после укладки. [40] Структура полипропиленовых пакетов аналогична глинобитной, но более гибкая. Конструкция сетчатых труб напоминает утрамбованную землю. [39] Мешки с землей можно использовать для строительства куполообразных или вертикальных стеновых зданий. При стабилизации грунта их также можно использовать для возведения подпорных стенок. [41]
Техника обжига глиняных кирпичей в печи датируется примерно 3500 годом до нашей эры. К 1200 году до нашей эры обожженный кирпич использовался для строительства прочной кладки по всей Европе, Азии и Северной Африке и до сих пор остается важным строительным материалом. [42] Современные обожженные глиняные кирпичи формуются из глины или сланца, формуются, а затем обжигаются в печи в течение 8–12 часов при температуре 900–1150 ° C. [43] [f] В результате получается керамика , состоящая в основном 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 гнить из-за кристаллизации солей на кирпиче или в его порах, от воздействия мороза и кислых газов. [45]
Кирпичи укладываются рядами, скрепленными раствором, смесью портландцемента, извести и песка. [46] Стена толщиной в один кирпич будет включать в себя носилки с открытой длинной узкой стороной и верхние кирпичи, пересекающиеся из стороны в сторону. Существуют различные «связки» кирпичной кладки или образцы подрамников и коллекторов, включая английские, голландские и фламандские связки. [47]
Земляные укрытия использовались на протяжении тысячелетий для строительства энергоэффективных жилищ. [48] Существуют различные конфигурации. С одной стороны, защищенное от земли жилище находится полностью под землей, возможно, с открытым двором, обеспечивающим воздух и свет. Земляной дом может быть построен на склоне с окнами или дверными проемами на одной или нескольких сторонах, или здание может находиться на уровне земли, но с земляными насыпями на стенах и, возможно, с земляной крышей. [49]
Ямные дома, построенные фермерами Хохокама между 100 и 900 годами нашей эры на территории нынешнего юго-запада США, представляли собой конструкции с бермами, частично встроенные в южные склоны. Их успешная конструкция использовалась на протяжении сотен лет. [50] В Матмате, Тунис , большинство древних домов были построены на глубине 12 метров (39 футов) ниже уровня земли и окружены дворами площадью около 12 метров (39 футов). [51] [g] До домов можно было добраться через туннели. Другие примеры подземных, полуподземных жилищ или жилищ на скалах 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 в скалах или пещерах в гималайских районах, таких как Тибет , Бутан , Непал и северная Индия, часто расположены в опасных местах. Начиная с 1970-х годов интерес к этому методу возродился в развитых странах. [48] Если установить земляной дом в землю, в нем 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 деревянных столбов и балок и имеют куполообразную форму. [53] Типичная конструкция будет иметь четыре или более центральных столбов, вкопанных в землю и соединенных сверху поперечными балками. Дымовое отверстие останется открытым в центре. Вокруг центральной конструкции располагалось большее кольцо из более коротких столбов, также соединенных поперечными балками. Стропила расходились от центральных поперечных балок к внешним поперечным балкам, а затем разделенные доски или балки образовывали наклонные или вертикальные боковые стены. [54] Конструкция была покрыта палками, кустарником или травой, покрытыми, в свою очередь, толстым слоем земли или дерна . Некоторые группы обмазали всю конструкцию грязью, которая высохла и образовала ракушку. [54]
Плетение и мазня — это старая техника строительства, при которой лозы или более мелкие палки вплетаются между вертикальными столбами, а затем стена обмазывается глиной, смешанной с соломой и травой. [55] Эта техника встречается по всему миру, от дельты Нила до Японии, где для изготовления плетня использовался бамбук. [56] В Кахокии , сейчас в Иллинойсе, США, дома из плетня и глины были построены с полом, опущенным на 1–3 фута (0,30–0,91 м) под землю. Вариант техники в Колумбии называется бахареке . [55] В доисторической Британии простые круглые укрытия из плетня и глины строились везде, где было достаточно глины. [57] Плетень и мазня до сих пор встречаются в качестве панелей в зданиях с деревянным каркасом. [58] Как правило, стены не являются структурными, и при внутреннем использовании в развитых странах эта техника была заменена обрешеткой и штукатуркой, а затем гипсовыми стеновыми панелями . [56]
Европейские фермеры-пионеры в прериях Северной Америки, где нет древесины для строительства, часто строили свой первый дом в выкопанной 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] Полоски дерна были сложены травой вниз, в шахматном порядке, так же, как кирпичная кладка, в три ряда рядом, в результате чего получилась стена толщиной более 3 футов (0,91 м). Дерновая стена была построена вокруг дверных и оконных рам, а углы стены были закреплены стержнями, пропущенными через них вертикально. Крышу делали из шестов или кустарников, покрывали прерийной травой, а затем запечатывали слоем дерна. [60] Дерновые дома были прочными и часто простояли много лет, но они были сырыми и грязными, если внутренние стены не были оштукатурены. [59] Крыши имели тенденцию протекать, а иногда и рухнули во время ливня. [60]
Во всем мире существует бесчисленное множество примеров зданий из сырцового кирпича или самана. Город-крепость Шибам в Йемене, внесенный в список Всемирного наследия в 1982 году, известен своими десятиэтажными неармированными зданиями из сырцового кирпича. [61] Мечеть Джингеребер в Тимбукту , Мали, была впервые построена в начале 14 века нашей эры (8 век хиджры) из круглых сырцовых кирпичей и смеси камня и глины, а затем несколько раз перестраивалась, постоянно увеличиваясь в размерах. [62] Дальше на юг, в Мали, находится Великая мечеть Дженне , яркий пример архитектуры из сырцового кирпича Сахеля. была построена в 1907 году по проекту более ранней Великой мечети, впервые построенной на этом месте в 1280 году. Сырцовый кирпич требует ухода, а правитель-фундаменталист Секу Амаду позволил предыдущей мечети рухнуть. [63]
Руины Каса -Гранде , ныне национальный памятник в Аризоне, защищенные современной крышей, представляют собой массивное четырехэтажное глинобитное сооружение, построенное народом Хохокам между 1200 и 1450 годами нашей эры. [64] Первым европейцем, записавшим этот великий дом, был священник-иезуит отец Эусебио Кино , который посетил 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 стояло пустым и необслуживаемым в течение сотен лет. [66]
Уака-де-ла-Луна на территории современного северного Перу представляет собой большой глинобитный храм, построенный народом моче . Здание прошло ряд этапов строительства и в конечном итоге выросло до высоты около 32 метров (105 футов) с тремя основными платформами, четырьмя площадями и множеством небольших комнат и ограждений. Стены были покрыты яркими разноцветными фресками и фризами; те, что видны сегодня, датируются примерно 400–610 годами нашей эры. [67]
Фуцзянь Тулоу — тип сельского жилища народа хакка в горных районах юго-восточной провинции Фуцзянь , Китай. [68] В основном они были построены между 13 и 20 веками. [69] Тулоу — это большое закрытое и укрепленное земляное здание прямоугольной или круглой формы с очень толстыми несущими утрамбованными земляными стенами высотой от трех до пяти этажей. В Тулу может проживать до 80 семей. Небольшие внутренние здания часто окружены этими огромными периферийными стенами, в которых могут быть залы, склады, колодцы и жилые помещения. Строение напоминает небольшой укрепленный город. [70] Стены формируются 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 вентилируемое, ветро- и сейсмостойкое здание, теплое зимой и прохладное летом. [70]
Зиккураты представляли собой возвышенные храмы, построенные шумерами между концом 4-го тысячелетия до нашей эры и 2-м тысячелетием до нашей эры, возвышающиеся серией террас до храма на высоте до 200 футов (61 м) над уровнем земли. Зиккурат Ура содержал около трех миллионов кирпичей длиной не более 15 дюймов (380 мм), поэтому строительство было бы огромным проектом. [71] Самый большой зиккурат находился в Вавилоне, и некоторые полагают, что это Вавилонская башня, упомянутая в Библии . Он был разрушен Александром Великим , и от него остался только фундамент, но первоначально 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 курганы-платформы . Среди самых крупных и самых известных из этих сооружений — Монашеский курган на месте Кахокии в штате Иллинойс, построенный около 1100 года нашей эры, основание которого больше, чем у Великой пирамиды в Гизе. Многие курганы через определенные промежутки времени претерпевали несколько этапов строительства, некоторые из которых становились довольно большими. Считается, что они играли центральную роль в религиозной жизни людей, строивших курганы, и задокументированные варианты использования включают платформы полуобщественных домов вождя , платформы общественных храмов , платформы моргов , платформы склепов , платформы земляных домиков / городских домов, жилые дома. платформы, квадратные площадки и площадки-ротонды, а также танцевальные площадки. [74] [75]
Строительство пирамиды Солнца высотой 207 футов (63 м) в Теотиуакане , Мексика, было начато в 100 году нашей эры. В каменном сооружении находится два миллиона тонн утрамбованной земли. [25]
Земляные работы — это инженерные работы, выполняемые путем перемещения или обработки большого количества почвы или неоформленной горной породы. Материал можно переместить в другое место и придать ему желаемую форму для определенной цели. [76] Дамбы , насыпи и плотины являются видами земляных работ. Дамба, отмель или отмель — это удлиненный естественный гребень или искусственно построенная земляная насыпная стена, регулирующая уровень воды. Обычно он земляной, часто проходит параллельно течению реки в ее пойме или вдоль низменной береговой линии. [77]
Для насыпей можно использовать подпорные стены из механически стабилизированного грунта (MSE). [78] Стены MSE включают в себя бетонную выравнивающую подушку, облицовочные панели, карниз, армирование грунта и выбранную засыпку. [79] Можно использовать различные конструкции стеновых облицовочных панелей. [79] После того, как уложена выравнивающая подушка, уложен и закреплен первый ряд панелей, за стеной закладывается и уплотняется первый слой земляной засыпки. Затем на землю укладывают первый комплект арматуры. [80] К облицовочным панелям крепятся армирующие элементы, которые могут представлять собой натянутые полимерные или оцинкованные металлические полосы или решетки. [81] Этот процесс повторяется с последовательными слоями панелей, земли и арматуры. Таким образом, панели привязываются к земляной насыпи, образуя устойчивую конструкцию со сбалансированными нагрузками. [82]
Хотя строительство с использованием основных принципов MSE имеет долгую историю, MSE в его нынешнем виде был разработан 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 названия компании Reinforced Earth, но в других странах общепринятым термином является Reinforced Soil. [78] Строительство MSE является относительно быстрым и недорогим, и хотя оно трудоемко, оно не требует высокого уровня квалификации. Поэтому он подходит как для развивающихся, так и для развитых стран. [83]
Земля использовалась для строительства укреплений на протяжении тысячелетий, в том числе крепостей и стен, часто защищенных рвами. Аэрофотосъемка в Европе выявила следы земляных укреплений римской эпохи и более позднего средневековья. [84] Дайк Оффы — это огромный земляной вал, протянувшийся вдоль спорной границы между Англией и Уэльсом. [85] Мало что известно об этом периоде и строителе, короле Мерсии Оффе , который умер в 796 году нашей эры. [86] Раннее деревянное и земляное укрепление могло позже смениться кирпичным или каменным сооружением на том же месте. [87]
Траншеи использовались осаждающими для приближения к укреплению, защищенного от ракет. Саперы строили «сапы» или траншеи, которые зигзагами шли к атакуемой крепости. Они складывали выкопанную землю в кучу, чтобы построить защитную стену или габион. Суммарная глубина траншеи и высота габионов могут составлять от 8 до 10 футов (от 2,4 до 3,0 м). Иногда сок представлял собой туннель, вырытый на несколько футов под поверхностью. Саперы были высококвалифицированными и высокооплачиваемыми из-за крайней опасности их работы. [88]
Во время Гражданской войны в США (1861–1865 гг.) 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, завершились созданием обширной сети траншей, построенных во время Первой мировой войны (1914–1918 гг.), которая к концу 1914 года простиралась от Швейцарии до Северного моря. [90] Две линии траншей были обращены друг к другу, укомплектованы людьми. солдатами, живущими в ужасающих условиях холода, сырости и грязи. [91] Хуже всего условия были в окопах союзников. Немцы были более склонны воспринимать траншеи как долгосрочные позиции и использовали бетонные блоки для строительства надежных укрытий глубоко под землей, часто с электрическим освещением и отоплением. [92]
Набережная плотина представляет собой массивную искусственную водную преграду . Обычно он создается путем закладки и уплотнения сложной полупластической насыпи из почвы различного состава, песка, глины и/или камня. Он имеет полупостоянное естественное водонепроницаемое покрытие на поверхности и плотную водонепроницаемую сердцевину. Это делает такую плотину невосприимчивой к поверхностной или просачивающейся эрозии . [93] Сила водохранилища создает нисходящую тягу на массу плотины, значительно увеличивая вес плотины на ее фундаменте. Эта дополнительная сила эффективно герметизирует и делает водонепроницаемым фундамент плотины на границе между плотиной и руслом реки . [94] Такая плотина состоит из фрагментированных независимых материальных частиц. Трение и взаимодействие частиц связывают частицы вместе в стабильную массу, а не за счет использования цементирующего вещества. [95]
Дайк хвостохранилища Синкруд -Милдред-Лейк 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 по состоянию на 2001 год это считалось крупнейшим земляным сооружением в мире. [96]
Регионы с низким сейсмическим риском безопасны для большинства земляных построек, но исторические методы строительства часто не могут эффективно противостоять даже средним уровням землетрясений из-за трех крайне нежелательных качеств земляных построек как сейсмического строительного материала: относительной «слабости, тяжести и хрупкости». Однако земляные постройки могут быть построены так, чтобы противостоять сейсмическим нагрузкам. [97]
Ключевыми факторами улучшения сейсмических характеристик являются прочность грунта, качество строительства, надежная планировка и сейсмическое усиление. [98]
Более прочная почва делает более прочные стены. Строители Adobe могут проверить затвердевшие блоки на прочность, упав с определенной высоты или сломав их рычагом. [99] Строители, использующие непосредственные методы, такие как мешки с землей, глыба или утрамбованная земля, могут предпочесть приблизительные испытания на раздавливание на более мелких образцах, которые можно высушить в печи и раздавить небольшим рычагом. [100]
Строители должны понимать процессы строительства и уметь обеспечивать стабильное качество прочных зданий. [101]
Прочная планировка означает, что здания скорее квадратные, чем вытянутые, симметричные, а не Г-образные, [102] а также отсутствие «мягких» первых этажей (этажи с большими окнами, здания на неподкосных колоннах). Новозеландские рекомендации по земляному строительству проверяют достаточную длину несущих стен в каждом из двух основных направлений, исходя из толщины стены, высоты этажа, расстояния между несущими стенами, а также веса крыши, чердака и второго этажа над земляными стенами. [103]
Строительные методы, которые являются более пластичными, чем хрупкими, например, мешки с землей или стены земных кораблей , могут лучше избежать обрушения, чем хрупкая неармированная земля. Основания из гравия могут повысить потенциал изоляции основания .
Удержание стен можно добавить к таким методам, как саман, чтобы предотвратить потерю материала, которая приводит к обрушению. [104] Замкнутая каменная кладка эффективна для самана при землетрясении силой 0,3 g. [105] [106] может быть полезной для земляной кладки.
Прочность стены могут увеличить многие типы армирования, например, пластиковая или проволочная сетка, а также армирующие стержни из стали, стекловолокна или бамбука. Земля хорошо сопротивляется сжатию, но слаба при скручивании. Растянутая арматура должна охватывать точки потенциального повреждения и быть хорошо закреплена для повышения устойчивости вне плоскости. Связывающие балки на верхушках стен имеют жизненно важное значение и должны быть хорошо прикреплены к стенам. [107]
Строители должны знать, что органическая арматура, встроенная в стены, может быть разрушена до списания здания. Детали крепления арматуры имеют решающее значение для сопротивления более высоким силам. Наилучшая прочность самана на сдвиг достигается при использовании горизонтальной арматуры, прикрепленной непосредственно к вертикальному арматурному стержню, простирающемуся от фундамента до связующей балки. [108]
Переплетенная древесина в земляных стенах уменьшает ущерб от землетрясения, если древесина не повреждена сухой гнилью или насекомыми. Тимберлейсинг включает в себя тонко перепончатые даджи [109] и другие типы. [110]
