Építészet földből és agyagból

Földünk népességének körülbelül egyharmada földből készült házakban lakik – városok és falvak tízezrei abból a földből épültek fel, amelyen állnak.

A homokzsák/szupervályog/szuper-tömb szerkezetek egyszerű, mérföld hosszúságú homokzsákok, hozzájuk csatlakozó szögesdróttal. Évszázadokon keresztül ideiglenes építmények készítésére használták a homokzsákokat, például gátakat emeltek, vagy védőfalakat a harctéren, illetve számos kisebb építményt. Amikor az építmény kiszolgálta az ideiglenes célját, a homokzsákokat elvitték onnan, kiürítették és eldobták.

A homokzsák/szupervályog/szupertömb technológia a történelem folyamán használt homokzsákegységek három alapvető jellemzőjére alapozva tartós, maradandó építési rendszereket eredményez:

– A múltban a homokzsákok szerkezeti elemként való felhasználása ellen szólt, hogy egy rakás homokzsáknak nincs szakítószilárdsága, ami miatt az épületek alacsonyak maradtak. Szintén problémás volt a hajlított, boltíves és kupolás szerkezetek megvalósítása a súrlódás és a szakítószilárdság hiánya miatt. A szupervályog négypontú szögesdrótot használ a homokzsákrétegek között, így lehetségessé vált a nyírófeszültség kezelése. A szögesdrót növeli a zsákok közötti súrlódási tényezőt, szakítószilárdságot hozva létre a falban vagy a szerkezeti elemekben. Fontos jellegzetessége a szupervályognak, hogy lehetővé teszi a szakítószilárdság átvitelét egyik homokzsákról a másikra, mivel a szögesdrótot illesztőegységként alkalmazza a zsákok között, ezzel megoldva az alacsony nyírófeszültség problémáját akkor is, ha a zsákba földet töltünk. A szögesdrót használatával a homokzsákok alkalmasak lesznek magasabb falak, valamint hajlított felületek megtervezésére, mint például tartófalak, boltívek, kupolák és boltozatok.

– Eddig a homokzsákokat nem tekintették tartós szerkezetek alkotóelemének a töltőanyag – általában homok – laza állapota miatt, amelyet könnyen beletöltöttek, majd könnyen megszabadultak tőle, amikor az időleges építményre már nem volt szükség. A szupervályog, illetve a különálló homokzsákok különböző szemcsés anyagokkal vannak töltve. Ezek a “töltelékek” tartalmazhatnak földet, cementet, bio- és újrahasznosított anyagokat, és ezek tartós tömbbé állnak össze.

– A történelem folyamán a zsákok lehetséges tönkremenetele és annak hatása a szerkezetre eleve kizárta az állandó szerkezetek építését. A szupervályog-építkezés védőréteg felvitelével megóvja a zsákokat a természeti elemektől. Ezen túlmenően a töltőanyag önmagát képes megtartani, miután tömbbé formáltuk a csőbe töltés által (tubing).

A homokzsák/szupervályog/szupertömb rendszereket használjuk hagyományos szerkezetek alapjaiként (csőformába töltve), tartófalakként és válaszfalakként, illesztőgerenda által tartott hagyományos tetőrendszerekkel kombinálva, melyeket szintén a szupervályog cső alkot.

Régi-új szerkezeti rendszerek

A szupervályog-technikák lehetővé teszik monolit (egy tömbből álló) szerkezeti rendszerek teljesen földből való építését hajlított és görbülő formában is. A homokzsák rugalmassága miatt lehetséges ilyen elemek létrehozása. Amikor egyszerűen vagy duplán hajlított elemet alkalmazunk például boltív, boltozat, kupola, apszis (félkör alakú fülke), akkor a hagyományos tetőszerkezetek nagyobb részét mellőzhetjük. Fából készült építmények esetén ez a faanyag 95 százalékának megmentését jelenti, ami bölcsebb erdőfelhasználást, másrészt tűzbiztos épületeket eredményez. A gravitáció elvét figyelembe véve ezek az elemek különösebb zsaluzat nélkül is megépíthetők.

A próbáknak alávetett prototípusok sikeresen megfelelnek a kaliforniai földrengési építési szabályzatoknak, ennek eredményeként megkapták az engedélyeket. Ez mind a következő alapelveknek köszönhető:

– Az egyszerűen vagy duplán hajlított elemek az egész szerkezet felületére terjesztik ki a súlyukat, és nem elemről elemre, mint ahogy az oszlopos és gerendás épületeknél történik. Amikor az oszlopos és gerendás szerkezeteknél egyetlen elem is annyira túl van terhelve, hogy nem bírja tovább, akkor annak az elemnek az elvesztése hatással van a csatlakozó elemekre, így az elemek összessége sem tudja ellátni a feladatát (“kártyavár”-effektus). Sok esetben ez a teljes szerkezet összeomlásához vezet, mint ahogy látható volt a kaliforniai northridge-beli és a japán kobei földrengéseknél. Ezek a szerkezetek csak annyira erősek, amennyire a leggyengébb elem ereje futja. A kupola és kisebb mértékben a boltozat esetén is a felszínre kerülő túlságosan nagy terhek először lyukadási, szakadási hibát okoznak. A túlsúly csak lokális kárt okoz; a károsodás közelségében megmaradó súly a kárt szenvedett terület környékén szétsugárzik, a további terhelést a szerkezet minden probléma nélkül megtartja.

– Az önsúly (dead-load) és az élősúly (live-load) terhelései a talajra hárítódnak, a kupola vagy a tartófal kerületének vonalán egységesen elosztva. Egy gerenda- vagy oszlopszerkezet esetén a terhelések koncentráltak, és azokat minden egyes oszlop lábazata továbbítja a föld felé. Ez a helyzet két alapvető szerkezeti problémát okoz: talajsüllyedést különböző mértékben, illetve a fagy miatti felemelkedést, felhullámosodást. Ezek számos lokális feszültséget, nyomást váltanak ki a felső szerkezetekben, amelyek repedést és egyéb gondokat okozhatnak. A legtöbb épületet mélyen a fagyszint alatt alapozzák meg, hogy az ilyen problémákat minimálisra csökkentsék. Egy monolit (egy tömbből álló) épület tartófala, kupolája vagy boltozata esetén nem okoz jelentős problémát sem a talajsüllyedés különböző mértéke, sem a fagy miatti felemelkedés. A kupola vagy a tartófal alapja sokkal szélesebb területen osztja szét a szerkezeten a terhelést, a tartótalaj gyenge pontjai nem okoznak lokális problémákat, mivel azok könnyen áthidalhatók. A fagy hatása helyes tervezéssel elhanyagolható, amikor a kupola szinte szabadon “lebeg, úszik” a földön.

– A kupolás vagy boltozatos tartófal-szerkezetek legjelentősebb előnye a földrengések esetén mutatkozik meg. Nehéz olyan hagyományos szerkezetet tervezni, amely ellenáll a földrengés terheléseinek. Az alapvető alak jelent komoly problémát, mivel az épület súlya vagy egyenletesen terjed a tetőtől az alapig, vagy rosszabb esetben a felsőbb szinteken nagyobb a terhelés. Ezzel a felborulási hajlandósággal a mélyre helyezett lábazatok és alapozások az épület alapjánál hasadnak, repednek szét földrengés esetén, és problémamegelőzés helyett inkább problémát okoznak. Léteznek modern, földrengésbiztos tervek, amelyek magukban foglalják az alapzat elkülönítését is (foundation isolation), eltolódási képességekkel (shifting capabilities), de nagyon drágák.

Egy kupola vagy lebegő alapra épített tartófal, vagyis ahol egy réteg sóder vagy homok elkülöníti az alapot, ideális földrengésbiztos szerkezetet kínál. A folyamatos vagy kör alakú alap siklani képes a föld mozgása esetén, miközben a felső szerkezet, amely tömegében exponenciálisan csökken a csúcs felé, egységes tömbből álló egészként viselkedik, és elhárítja a lokális problémákat az épület felső részében.

Egyetemes alkalmazhatóság

Árvíz és erózió ellenőrzése, vizek szélei, hegyi lejtők és partok stabilizálása, támfalak építése, tájak megőrzése, infrastruktúrák biztosítása: a homokzsák/szupervályog/szupertömb rendszerek ezeken a területeken bizonyítottan nagy lehetőségeket nyitottak meg.

Az egyének újra képessé válnak saját otthonaik felépítésére, nehéz munkagépek nélkül. Az építkezéshez a helyben található anyagot használják fel. A szükséges készségeket egyszerűen elsajátíthatja bárki, aki szeretné. E rendszereknél a meglévő betonkeverőket és cementágyúkat fel lehet használni arra, hogy mechanikussá tegyük a töltőanyag betöltését a zsákokba.

Az új rendszereket az ENSZ már több országban alkalmazza szükségházak prototípusaiként, ezenkívül használják több kontinensen, és az Egyesült Államok számos államában is építkeznek a felhasználásával. Folyamatban van további engedélyek igénylése az építési és biztonsági joghatóságoknál Kaliforniában és a Délnyugaton. Ha 2000-ben beemelik a Nemzetközi építési szabályzatba (International Building Code), akkor mindenütt alkalmazzák majd az építkezéseken, beleértve a sürgősségi lakásépítést, az Egyesült Államokban pedig széleskörűen használják majd lakóházépítésre.

Nader Khalili, Phill Vittore (Rövidített változat)

Névjegy: Nader Khalili iráni származású építész, a California Institute of Earth Art and Architecture intézet (http://calearth.org/) alapítója, magasépítési szakértő. Az ENSZ tanácsadója volt, és a NASA-nak is dolgozott. A cikk a Building Standards folyóiratban jelent meg, 1998-ban.

Forrás: Építészet földből és agyagból

Kategória: Egyéb

Címke:

Megosztás:

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.