Δευτέρα, 17 Μαΐου 2010

Η Γη ως Υλικό

1 Εισαγωγή

Έχοντας ως δεδομένο το σημερινό οικονομικό-κατασκευαστικό αδιέξοδο, μια προτεινόμενη λύση είναι η αρχιτεκτονική με τη γη.

Η αρχιτεκτονική με τη γη, παλαιότερα είχε ευρύ πεδίο εφαρμογής, μα σήμερα φαίνεται να έχει απαξιωθεί. Στην απαξίωσή της συνέβαλε και το γεγονός ότι δεν υπάρχει η σχετική βιομηχανία παραγωγής τεχνικών υλικών που να την υποστηρίζει. Γι αυτό και έχει χαρακτηριστεί «αρχιτεκτονική για τους φτωχούς».

Αναγνωρίζοντας όμως ότι είναι μια διαδικασία η οποία δημιουργεί εύκολα-γρήγορα-οικονομικά και οικολογικά ένα κέλυφος σε κάθε άνθρωπο, περιγράφεται με απλά λόγια, ένα συνοπτικό εγχειρίδιο για το πώς προκύπτει η γη ως υλικό.

Πριν όμως από την εισαγωγή στο κείμενο, διατυπώνονται οι παρακάτω επιφυλάξεις:

• Δεν υπάρχουν σχετικές ελληνικές προδιαγραφές που να καλύπτουν με κανονιστικά πλαίσια την δραστηριότητα της αρχιτεκτονικής με τη γη.
• Οι δοκιμές που θα αναφερθούν προκύπτουν από την μελέτη διεθνούς βιβλιογραφίας, είναι εμπειρικές και φαίνεται να περιέχουν αρκετά σφάλματα. Παρ’ όλα αυτά είναι χρήσιμοι, κατ‘ αρχήν, δείκτες της δραστηριότητας.

2 Η γη ως υλικό

2.1 Γενικά

Τα υλικά της γης διακρίνονται γενικά σε:

• χοντρά αδρανή

• άμμος

• ιλύς (αδρανές υλικό που μοιάζει με τον πηλό αλλά λειτουργεί σαν την άμμο επειδή αποτελείται από εξαιρετικά μικρούς κόκκους)

• οργανικά υλικά

• πηλός

Κανένα από τα υλικά που αναφέρονται (ούτε ο πηλός από μόνος του) δεν είναι κατάλληλα για να γίνει η γη δομικό υλικό και απαιτείται συνδυασμός τους.

From Earth as building material

Γενικά, αυτό-που-θέλουμε-απ’-τη-γη ώστε η γη να γίνει δομικό υλικό είναι ο πηλός (άργιλος) και η άμμος. Το ζητούμενο υλικό είναι η κατάλληλη λάσπη που ονομάζεται πηλο-κονίαμα (αργιλοκονίαμα).

Κάθε τεχνικό υλικό παρουσιάζει ιδιομορφίες ως προς την σύστασή του. Στην περίπτωση της αρχιτεκτονικής με τη γη, αυτό που επιθυμούμε είναι: να προδιαγράψουμε το υλικό έτσι ώστε να το βρίσκουμε παντού και μ’ αυτό να χτίζουμε.

2.2 Πηλός

Όταν ο πηλός είναι αρκετά «βρεγμένος» είναι εύπλαστος. Όταν μένει στον αέρα ξηραίνεται και στερεοποιείται. Ο πηλός είναι το υλικό που συνδέει σαν κόλλα (κονία) τα αδρανή υλικά (άμμο κ.α.) που περιέχονται στην λάσπη (πηλο-κονίαμα).

Κατά την ξήρανσή-στερεοποίησή του στον αέρα συστέλλεται και ανάλογα με την σύστασή του και την υγρασία που περιέχει, η συστολή μπορεί να είναι 10%-25%.

2.3 Αδρανή υλικά

Τα αδρανή υλικά (χαλίκια, άμμος) δημιουργούν ένα πλέγμα το οποίο θα «κολλήσει» ο πηλός. Το πλέγμα αυτό πρέπει να είναι τέτοιο ώστε: όταν ο πηλός χάσει το νερό του και ξεραθεί, να συσταλεί σε επαρκή όρια (χωρίς να παραμορφωθεί πολύ), να μην παρουσιάσει εμφανής ρηγματώσεις και να έχει επαρκής μηχανικές αντοχές.

2.4 Νερό

Ο πηλός μπορεί να απορροφήσει το 70% του βάρους του σε νερό (!). Επίσης μπορεί να βρίσκεται σε τέσσερις διαφορετικές φάσεις που εξαρτώνται από την περιεκτικότητά του σε νερό: παχύρρευστο υγρό, πλάσιμο στερεό, ημι-στερεό, ψαθυρό στερεό.

Κάθε εργασία διαμόρφωσής του, γίνεται όταν το υλικό είναι στην φάση του πλάσιμου στερεού με το ελάχιστο απαιτούμενο νερό (κανονικό νερό) ώστε να είναι εργάσιμος.

Σημειώνεται ότι, όσο περισσότερο νερό περιέχει ο πηλός για να είναι εργάσιμος, τόσο περισσότερο νερό θα χάσει κατά την διάρκεια της ξήρανσής του και τόσο μεγαλύτερες συστολές ξηράνσεως και ενδεχόμενες αστοχίες (ρηγματώσεις) θα παρατηρηθούν.

Ενδεχόμενες διορθώσεις που μπορούν να γίνουν σε περιπτώσεις εμφανίσεων ρηγματώσεων:
• κοσκίνισμα από τα χοντρά αδρανή (πέτρες)
• λιγότερο νερό
• προσθήκη άμμου

2.5 Πρόσθετα υλικά

Για την βελτιστοποίηση των μηχανικών αντοχών, της αντοχής στη διάβρωση, της συνεκτικότητας κ.α. παραμέτρων, μπορεί να χρησιμοποιηθούν διάφορα πρόσθετα στο υλικό όπως: άχυρο, μαλλί, ασβέστης, τσιμέντο, μελάσα, άσφαλτος, έλαιο λιναρόσπορου, ακρυλικό χρώμα, ορός γάλακτος, αίμα βοοειδών, κοπριά βοοειδών.

3 Δοκιμές

3.1 Γενικά

Ο πηλός, τα αδρανή και το νερό πρέπει να βρίσκονται σε ισορροπία για την χρήση της γης ως δομικού υλικού. Για να βρίσκονται σε ισορροπία, υπάρχουν προδιαγραφές οι οποίες περιγράφονται στον γερμανικό κανονισμό DIN 18123 κ.α.

Επειδή όμως η εφαρμογή των κανονισμών απαιτεί (γενικά) εργαστηριακή υποδομή η οποία στην αρχιτεκτονική με τη γή (αρχιτεκτονική για τους φτωχούς) δεν είναι διαθέσιμη, για να εξεταστεί η καταλληλότητα του υλικού, αναφέρονται οι παρακάτω εμπειρικές δοκιμές.

3.2 Δοκιμή μυρωδιών, αφής, υφής και χρώματος

Το υλικό θρυμματίζεται επάνω στην παλάμη και προσθέτουμε λίγο νερό.

• Αν προκαλούνται οσμές: μεγάλη συγκέντρωση οργανικών υλικών (ακατάλληλο).

• Αν είναι σαθρό και δεν συγκρατεί νερό: (αμμώδες- ακατάλληλο).

• Αν είναι γλιστερής υφής χωρίς συνεκτικότητα, εύκολα διαλυτό στο νερό: (πολύ νερό, ενδεχόμενη παρουσία ιλύος-ακατάλληλο).

• Αν είναι σταθερό, απορροφά νερό και κολλώδες,: περιέχει πηλό και είναι κατάλληλο.

Όταν το υλικό ξεραθεί στο χέρι:

• Είναι σταθερό και συνεκτικό: περιέχει πηλό.

• Έχει αμμώδη υφή χωρίς συνεκτικότητα: περιέχει άμμο.

• Φαίνεται να είναι συνεκτικό αλλά έχει αμμώδη υφή και θρυμματίζεται εύκολα: περιέχει ιλύ.

• Μετά την δοκιμή, το χέρι δεν «ξεπλένεται» εύκολα από τα υπολείμματα: περιέχει πηλό.

From Earth as building material

Άλλος δείκτης του υλικού είναι το χρώμα του.

Βαθύ κίτρινο, πορτοκαλί και κόκκινο έως το βαθύ καφέ είναι δείκτες αυξημένης περιεκτικότητας σιδήρου και σημαίνουν καλό χώμα.

Διαφόρων τύπων πηλοί μπορεί να έχουν γκρι ή θαμπό-πράσινο χρώμα έως και υπόλευκο.

Σκούρο καφέ και ανοιχτό πράσινο είναι δείκτες αυξημένης περιεκτικότητας σε οργανικά υλικά.

3.3 Δοκιμή κλωστής και μπάλας (κανονικό νερό και συνεκτικότητα)

Το υλικό διαμορφώνεται σε μπάλα 2-3 cm και η μπάλα πλάθεται έτσι ώστε να έρθει σε μορφή «νήματος» 3 mm διάμετρο.

Αν το νήμα από το υλικό που φτιάξαμε σπάσει ή αναπτύξει μεγάλες ρωγμές πριν φτάσει τα 3 mm προστίθεται νερό έτσι ώστε η διάμετρος να φτάσει τα 3 mm. Τότε το μίγμα περιέχει κανονικό νερό.

Το μείγμα της προηγούμενης δοκιμής διαμορφώνεται σε μπάλα.

• Αν το υλικό δεν μπορεί να διαμορφωθεί σε μπάλα: η περιεκτικότητα της άμμου είναι πολύ υψηλή.

• Αν η μπάλα παραμορφωθεί εύκολα μεταξύ του αντίχειρα και του δείκτη: η περιεκτικότητα του πηλού είναι πολύ υψηλή.

• Αν η μπάλα παραμορφωθεί εύκολα μεταξύ του αντίχειρα και του δείκτη αλλά παρουσιάσει ρωγμές-σπάζοντας διατηρώντας την συνεκτικότητά της: το υλικό έχει καλή περιεκτικότητα σε πηλό.

From Earth as building material

3.4 Δοκιμή του μαχαιριού (σύσταση του χώματος)

Αναμιγνύουμε το εξεταζόμενο μείγμα με νερό και δημιουργούμε μια μικρή σφαίρα διαμέτρου ≈ 3 cm η οποία διαμορφώνεται σε μορφή στρογγυλής πλάκας (διαμέτρου ≈ 5 cm πάχους ≈ 0,5 cm) επάνω σε βάση.

Η σφαίρα αυτή κόβεται στην μέση με ένα μαχαίρι.

• Αν η υφή της τομής είναι λεία και κολλώδης το δείγμα που εξετάζουμε περιέχει πηλό ή ιλύ.

o Αν η λάμα του μαχαιριού συγκρατεί λίγα υπολείμματα: περιέχει ιλύ.
o Αν η λάμα του μαχαιριού συγκρατεί αρκετά υπολείμματα: περιέχει πηλό.

• Αν η υφή της τομής είναι τραχιά και πορώδης: είναι αμμώδες.
o Αν η λάμα του μαχαιριού δεν συγκρατεί υπολείμματα: περιέχει άμμο.

From Earth as building material

3.5 Δοκιμή του βάζου (σύσταση του χώματος)

Τοποθετούμε θρυμματισμένο υλικό σε ένα βάζο και το αναμιγνύομε έως ότου να ομοιογενοποιηθεί.

Ανάλογα με το ειδικό τους βάρος και τον όγκο τους, τα βαρύτερα μέρη του υλικού (χοντρά χαλίκια) θα πάνε στο κάτω μέρος του βάζου, τα ελαφρύτερα (λεπτά χαλίκια-άμμος) πάνω απ’ αυτά και επάνω απ’ την άμμο θα διαμορφωθεί ένα στρώμα ιλύς και μετά πηλού.

Όταν το νερό γίνει διαυγές, μετρώντας την κάθε στρώση μπορούμε να υπολογίσουμε την % αναλογία του κάθε υλικού στο εξεταζόμενο δείγμα.

From Earth as building material

3.6 Δοκιμή μπάλας που πέφτει (συνεκτικότητα)

Το μίγμα που θα εξεταστεί πρέπει να είναι ξηρό, μετά να θρυμματιστεί, να βραχεί με κανονικό νερό και να μορφοποιηθεί σε μια μπάλα 4 cm διάμετρο.

Η σφαίρα τοποθετείται στο χέρι και «ζουλιέται»

• Αν πέσει αμέσως απ’ το χέρι: περιέχει πολύ άμμο.

• Αν μείνει λίγα δευτερόλεπτα κολλημένη στο χέρι και πέσει: έχει καλή αναλογία πηλού-άμμου.

• Αν μείνει περισσότερο από ≈ 10 δευτερόλεπτα κολλημένη στο χέρι: περιέχει πολύ πηλό.

From Earth as building material

Το υλικό διαμορφώνεται ως μπάλα διαμέτρου 4 cm και αφήνεται να πέσει από ύψος 1,5 m σε μία επίπεδη επιφάνεια. Τότε:

• Αν η μπάλα δεν παρουσιάζει ρωγμή και πλατειάζει υπερβολικά: περιέχει πολύ πηλό ή πολύ νερό.

• Αν η μπάλα διαλύεται: περιέχει πολύ άμμο και πρέπει να προστεθεί πηλός.

• Αν η μπάλα εμφανίσει ρηγματώσεις αλλά το υλικό είναι συγκροτημένο: περιέχει καλή αναλογία πηλού-άμμου και κανονικό νερό.

From Earth as building material

3.7 Δοκιμή του πούρου (συνεκτικότητα)

Η δοκιμή αυτή αναφέρεται και ως δοκιμή «του πούρου».

Το δείγμα θρυμματίζεται, υγραίνεται έτσι ώστε να βρεθεί στην φάση του πλάσιμου στερεού και ανακατεύεται. Αφαιρούνται τα χονδρά αδρανή.

Μισή ώρα μετά, μορφοποιείται σε σχήμα «πούρου» διαμέτρου 3 cm και μήκους περίπου 30 cm.

Το «πούρο» σπρώχνεται ελαφρά από την άκρη της βάσης της οποίας έχει διαμορφωθεί.

• Αν το «πούρο» σπάσει σε μήκος μικρότερο των 5 cm: το δείγμα είναι πολύ αμμώδες.

• Αν το «πούρο» σπάσει σε μήκος μεγαλύτερο των 20 cm: περιέχει πολύ πηλό.

• Αν το «πούρο» σπάσει μεταξύ 7 και 15 cm: περιέχει ικανοποιητική αναλογία πηλού-άμμου.

From Earth as building material

3.8 Δοκιμή του μπισκότου (συνεκτικότητα, συστολή ξήρανσης)

Η δοκιμή αυτή αναφέρεται και ως δοκιμή «του μπισκότου».

Παίρνουμε το υλικό που χρησιμοποιήθηκε στην δοκιμή του «πούρου» και το πλάθουμε.

Διαμορφώνουμε το υλικό σε δίσκους, με την βοήθεια κατάλληλου καλουπιού, έτσι ώστε η διάμετρος του κάθε δίσκου να είναι 5 cm και το πάχος του 1 cm.

Οι δίσκοι μένουν στην σκιά για να ξεραθούν και να στερεοποιηθούν.

Μετά την ξήρανσή τους (περίπου 1 εβδομάδα) μπορούμε να διακρίνουμε τα εξής:

• Εάν το υλικό
o δεν παρουσιάσει συρρίκνωση
o σπάει σε κομμάτια μόλις το σηκώσουμε
o σπάει εύκολα με τα χέρια χωρίς δύναμη
περιέχει άμμο.

• Εάν το υλικό
o παρουσιάσει συρρίκνωση
o σπάει εύκολα σε κομμάτια
o θρυμματίζεται εύκολα σε μορφή σκόνης
περιέχει ιλύ.

• Εάν το υλικό
o παρουσιάσει μεγάλη συρρίκνωση
o σπάει πολύ δύσκολα σε κομμάτια
περιέχει πολύ πηλό.

• Εάν το υλικό
o παρουσιάσει συρρίκνωση μικρότερη του 1 mm
o σπάσει αρκετά δύσκολα σε κομμάτια
περιέχει καλή περιεκτικότητα πηλού.

From Earth as building material

3.9 Δοκιμή διάβρωσης

Η δοκιμή αυτή ενδιαφέρει ιδιαίτερα σε περιπτώσεις στις οποίες η θέση του δομικού υλικού στην κατασκευή, είναι τέτοια ώστε, το υλικό έρχεται σε επαφή με το νερό (βροχή, επιφανειακό νερό κ.λπ).

Τοποθετούμε το υλικό που θα χρησιμοποιήσουμε μέσα σε τουλάχιστον 10 πλαστικά κύπελλα και δημιουργούμε 10 δοκίμια.

Μετά από μία ημέρα, βγάζουμε τα δοκίμια από τα κύπελλα.

Αφήνουμε τα δοκίμια να ξεραθούν και να στερεοποιηθούν σε σκιερό μέρος για τουλάχιστον 1 εβδομάδα.

Τοποθετούμε τα δοκίμια σε νερό για 3 ημέρες.

Μετά τις 3 ημέρες, τα δοκίμια πρέπει να έχουν συνοχή και να μην εμφανίζουν αλλοιώσεις. Στην περίπτωση που έχουν διαβρωθεί μπορεί να εξεταστεί η χρήση σταθεροποιητικού μέσου όπως τσιμέντο, ασβέστης, άσφαλτος κ.λπ. με δημιουργία νέων δοκιμίων.

3.10 Δοκιμή μηχανικών αντοχών

Αφαιρούνται τα χονδρά αδρανή και δημιουργούνται τουλάχιστον 3 μικροί σβόλοι διαμέτρου 2 cm.

Μετά από 24 ώρες, τα δείγματα τοποθετούνται μεταξύ δείκτη και αντίχειρα και προσπαθούμε να τα συνθλίψουμε.

Αν κανένας από τους σβόλους που έχουμε φτιάξει δεν συνθλίβεται τότε η γη είναι κατάλληλη ως δομικό υλικό.

From Earth as building material

Αν μπορούμε να κάνουμε τις σχετικές δοκιμές σε εργαστήριο, η μέση θλιπτική αντοχή που προβλέπεται για ένα πλήρως ξηρό-στερεοποιημένο δοκίμιο πρέπει να είναι μεγαλύτερη των 2 MPa.

Για να ελεγχθεί η θλιπτική τάση των δοκιμίων μπορεί να γίνει ο παρακάτω έλεγχος.

Δημιουργούμε ένα κυβικό δοκίμιο με διαστάσεις 5Χ5Χ5 cm το οποίο το αφήνουμε τουλάχιστον 1 εβδομάδα να ξεραθεί και να στερεοποιηθεί σε σκιά.

Τοποθετούμε ένα μαδέρι 2 m κάτω από το αυτοκίνητο και έξω από αυτό, τοποθετούμε το δοκίμιο όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα . Μεταξύ μαδεριού και δοκιμίου τοποθετείται κόντρα πλακέ πάχους 21mm διαστάσεων 10X10 cm. Το δοκίμιο τοποθετείται έτσι ώστε η επιφάνεια του δοκιμίου να εφάπτεται στο κόντρα πλακέ. Κάτω από το δοκίμιο και ανάλογα με τη θέση του εδάφους, πρέπει να τοποθετηθεί κατάλληλη βάση έτσι ώστε, η κάτω επιφάνεια του δοκιμίου να εφάπτεται και αυτή.

Ένας άνθρωπος (περίπου 80 κιλών) βρίσκεται στην άκρη του μαδεριού και ανάλογα με το μήκος της απόστασης του δοκιμίου από την άκρη του αυτοκινήτου υπολογίζεται (περίπου) η θλιπτική αντοχή του δοκιμίου.

From Earth as building material

4 Τεχνικές κατασκευής

4.1 Γενικά

Οι τεχνικές που θα αναφερθούν, χρησιμοποιούν υλικό (λάσπη από πηλό και άμμο) όπως αυτή προδιαγράφηκε στην προηγούμενη ενότητα.

Πριν την χρήση, το υλικό θρυμματίζεται και μετά κοσκινίζεται.

Στην συνέχεια προστίθεται κανονικό νερό έτσι ώστε το υλικό να είναι εργάσιμο, στην φάση του πλάσιμο στερεού.

Η ποσότητα του νερού εξαρτάται και από την τεχνική που θα εφαρμοστεί.

From Earth as building material

4.2 Πλίνθος

Λάσπη και άχυρο μορφοποιείται σε καλούπι που ξεραίνεται στον ήλιο. Το δομικό στοιχειό που προκύπτει είναι ένα συμπαγές τούβλο.

From Earth as building material

4.3 Τσατμάς

Πλαίσιο από ξύλο επενδύεται μεταξύ των ανοιγμάτων, με καλαμωτή. Η λάσπη τοποθετείται πεταχτά (σαν σοβάς) επάνω στην καλαμωτή και στερεοποιείται.

Η τεχνική αυτή, έχει πολύ καλή αντισεισμική συμπεριφορά.

From Earth as building material

4.4 Ζυμωτός πηλός (cob)

Μεγάλοι σβόλοι λάσπη τοποθετούνται ως «σβολιαστό» νωπό τούβλο, ο ένας πάνω απ’ την άλλο. Οι σβόλοι «ζυμώνονται»-συσσωματώνονται, δημιουργώντας μια μονολιθική κατασκευή.

From Earth as building material

4.5 Συμπυκνωμένη γη

Κατασκευάζεται ξύλινο καλούπι κατάλληλων διαστάσεων. Μέσα σε αυτό τοποθετούμε την λάσπη η οποία συμπυκνώνεται. Μετά την συμπύκνωση και όταν το υλικό έχει ξεραθεί-στερεοποιηθεί το καλούπι απομακρύνεται

From Earth as building material

4.6 Σάκοι με γη
Σάκοι (τσουβάλια) γεμίζονται με λάσπη. Τα τσουβάλια τοποθετούνται επάλληλα (σαν μεγάλα τούβλα) και συμπυκνώνονται. Μεταξύ των τσουβαλιών τοποθετείται αγκαθωτό συρματόπλεγμα. Το συρματόπλεγμα «μπλέκεται» με το τσουβάλι και σταθεροποιεί την κατασκευή.

From Earth as building material

4.7 Άλλες τεχνικές
Εκτός των παραπάνω εφαρμογών, έχουν εφευρεθεί ποικίλες τεχνικές έτσι ώστε η λάσπη να διαμορφώνεται σε διαφόρων τύπων καλούπια τα οποία ενδεχομένως να ενσωματώνονται τελικά και μέσα στην ίδια την κατασκευή (π.χ. λάσπη σε μπουκάλια κ.α.).

Άλλη εφαρμογή είναι οπλισμός του υλικού (όπως για παράδειγμα στην συμπυκνωμένη γη) για την ενίσχυση της κατασκευής.



Υ.Γ. 1
Βλ. σχετικές εργασίες για την αρχιτεκτονική με την γη
Υ.Γ. 2
Βλ. άλλα κείμενα του ιστολογίου σχετικά με το περιβάλλον