Наука, стоящая за устойчивостью построек из земли

Земляная архитектура построена на далеко идущей истории. Ее история продолжает рассказываться через старые постройки, выдержавшие испытание временем. Во всем мире местные методы строительства из земли были впервые применены многими древними цивилизациями. Сообщества изначально строили убежища из земли — наиболее доступного для них материала — и передавали свои строительные технологии из поколения в поколение. Земляная архитектура развивалась с тщательным изучением почв и местности. С практиками, усовершенствованными десятилетия назад, интересно наблюдать, как земляная архитектура остается устойчивой к невзгодам.

То, что кажется хрупкой конструкцией из необработанной земли, на самом деле очень прочно благодаря строительным технологиям, изготовленным опытными строителями. Земляная архитектура считается одним из первых методов, разработанных людьми для создания укрытий. В настоящее время около одной трети населения мира живет в земляных постройках, состоящих из сырцовой кладки и утрамбованной земли. Эти сооружения выдержали землетрясения, ураганы и экстремальные погодные явления по всему миру.

Древние общины глубоко понимали способы работы с землей и передавали традиции из поколения в поколение. Строители усовершенствовали искусство проектирования вневременных земных сооружений. В то время как методы строительства и формы архитектуры различаются в зависимости от географического положения, научные принципы, лежащие в основе устойчивости, являются общими для всех стран.

Укладка частиц

Образец необработанной земли может содержать различные формы и размеры минералов в зависимости от региона, в котором он находится. Именно этот материал позволяет необработанной земле хорошо держаться и сопротивляться внешним силам. Земляная стена прочна благодаря чрезвычайной плотности частиц, плотно уложенных с минимальными промежутками между ними.

Для этого строители контролируют зернистость материала, следя за тем, чтобы все пустое пространство было заполнено. Даже небольшая пустота в стене может стать потенциальной точкой разрыва. В смеси каждая частица расположена таким образом, чтобы обеспечить однородность. Полученная конфигурация гарантирует, что построенные стены будут прочными и смогут выдержать собственный вес, когда они стоят в вертикальном положении.

Трение

Шероховатость частиц земляного материала играет важную роль в создании прочных и упругих конструкций. Однако шероховатость и детальную текстуру частицы можно заметить только в атомарном масштабе. Когда эти шероховатые поверхности трутся друг о друга внутри смеси материалов, возникает трение. Сила трения препятствует скатыванию частиц друг с друга, что может привести к разрушению стены. Именно эта сила заставляет рыхлый и сухой песок формировать коническую насыпь, а не растекаться в плоскость.

Когезия (Сцепление)

Когезия или сила сцепления — сила, которая удерживает частицы тесно связанными друг с другом — также значительно влияет на прочность земляной архитектуры. Сцепление вызывает притяжение между частицами материала и тем самым усиливает силу трения. Способность минеральных частиц оставаться вместе укрепляет структурные элементы и связана с пластичностью здания. Сцепление гарантирует, что здание способно противостоять внешним силам, таким как напряжение при растяжении и сжатии. Когда местная почва недостаточно прочна, ее можно улучшить с помощью таких добавок, как верхний слой почвы или трава.

Капиллярная когезия

В присутствии влаги частицы земли лучше связываются друг с другом. Например, влажный песок обладает большей связностью, чем сухой, и держится дольше. Вода конденсируется в узких промежутках между частицами, склеивая смесь материалов. При растекании воды по поверхности смеси создается поверхностное натяжение, притягивающее частицы друг к другу. Эта форма когезии называется капиллярной.

Степень капиллярного сцепления в смеси материалов зависит от относительной влажности воздуха и количества воды, добавляемой в смесь. При наличии атмосферной влажности силы притяжения между частицами усиливаются. Это свойство позволяет земной архитектуре адаптироваться к изменяющимся погодным условиям. Утрамбованная земляная стена, которая может противостоять экстремальной влажности, станет более прочной в очень сухих условиях.

Уходя своими корнями в древние цивилизации по всему миру, земляное строительство развивается как устойчивая и экономичная альтернатива промышленным строительным материалам. Принципы, лежащие в основе строительства, могут вдохновить на инновации, направленные на широкое использование этого строительного материала.

Источник: Ankitha Gattupalli. "The Science Behind the Resilience of Earth Architecture" 17 Oct 2022. ArchDaily.