Сдерживаемая земля - Contained earth

Сдерживаемая земля (CE) является конструктивно спроектированным натуральный строительный материал который сочетает в себе герметичность, недорогое армирование и прочное сцепление земляные стены. CE - это строительство мешков с землей который может быть откалиброван для нескольких сейсмический риск уровни основаны на прочности почвы и стандартах плана для адекватного крепления.

Существует признанная потребность в структурном понимании альтернативных строительных материалов.[1] Строительные директивы для CE в настоящее время находятся в стадии разработки на основе норм Новой Зеландии, основанных на эксплуатационных характеристиках для сырца и утрамбованной земли.[2]

CE отличается от содержащий гравий (CG) или содержащийся песок (CS) за счет использования влажного, утрамбованного, отвержденного связного наполнителя. CE может быть модульным, встроенным полипропилен мешок риса контейнеры для материалов или твердые, встроенные в сетчатые трубы, которые позволяют земляному заполнителю затвердевать между рядами.

Типы содержащейся земли

CG, заполненный пемза или обычный гравий и / или мелкие камни, часто используется в качестве водостойких базовых стен согласно CE, что также обеспечивает эффективную капиллярный разрыв. Мешки с грунтом, используемые в основном в горизонтальных приложениях инженеры-строители содержат рыхлую заливку, которая включает как CG, так и CS Трассы CG, как и мешки с грунтом, могут способствовать изоляции основания и / или гашению вибрации,[3][4] хотя прочность вне плоскости требует исследования.

Для ясности, мешки с землей, построенные с наполнителем с низким уровнем сцепления или заполненные сухой почвой, которая не затвердевает, относятся не к CE, а к CS. Неотвержденный CE также структурно работает как CS.

Вариации Earthbag

Строители, привыкшие работать без инженеров, гордятся неограниченными вариациями Earthbag. Некоторые инструкторы обсуждают уровни риска строительных площадок или рекомендуют точные испытания прочности грунта, хотя прочность грунта является ключевым фактором улучшения сейсмических характеристик земляных стен.[5]

Необходимость или использование металлических компонентов оспаривается, в том числе арматура вбитый в стены[6] и колючая проволока между рядами, хотя статическое трение гладких поверхностей мешков тяжелых модульных стенок CE составляет 0,4 без сцепления.[7]

Инженерные знания о мешке с землей постоянно растут.[8] О характеристиках стен, сделанных из песка или сухой или неотвержденной почвы, известно больше, чем о подавляющем большинстве зданий из мешков с землей, в которых использовалась влажная, связная почва. Отчеты, основанные на испытаниях мешков с грунтом и рыхлого или гранулированного наполнителя (или неотвержденного наполнителя), предполагают, что прочность грунта менее важна для прочности стенок, чем прочность ткани мешка для них.[9] Тем не менее, испытания на сдвиг ясно показывают, что более прочное отверждение связного наполнителя существенно снижает прочность грунтовых стен.[10]

Earthbag для сред с высоким риском

Earthbag развивался постепенно без структурного анализа, сначала для небольших куполов,[11] затем для зданий с вертикальными стенами разных форм. Хотя купола прошли структурные испытания в Калифорнии, никакой структурной информации не было извлечено из испытаний изначально стабильных форм.[12] Строители позаимствовали инструкции для Adobe, чтобы рекомендовать детали плана,[13] но кодекс, разработанный в штате Нью-Мексико с низким сейсмическим риском, не решает проблемы для зон повышенного риска.[14] Уровень сейсмического риска в Калифорнии почти в три раза выше, чем в Нью-Мексико,[15] и риск во всем мире возрастает намного выше.

Earthbag часто испытывают после стихийных бедствий в развивающихся странах, в том числе в Шри-Ланке. Цунами 2004 года,[16] Гаити Землетрясение 2010 г.[17] и Непала Землетрясение 2015 г..[18]

Стены CE проваливаются испытания на сдвиг когда зазубрины сгибаются или загибаются назад, или (при слабом заполнении почвой) раскалыванием затвердевшего мешка. Стены CS или неотвержденные стены CE разрушаются по-разному, разрезая ткань мешка, когда зазубрины проходят через неплотный наполнитель.

Поскольку ни одно здание из мешков с землей не было серьезно повреждено сейсмической нагрузкой до 0,8 г / дюйм. Землетрясения в Непале в 2015 году, Строительный кодекс Непала распознает мешок с землей,[19] хотя в кодексе не обсуждается прочность грунта или улучшенное армирование. В Непале здания должны выдерживать риск 1,5 г, хотя карты опасностей показывают более высокие значения. Лучшие инструкторы предполагают использование связного грунта и колючей проволоки и рекомендуют вертикальную арматуру, контрфорсы и связующие балки,[20] но практические методы с использованием мешков с землей следует отличать от замкнутой земли, которая следует более полному руководству.

CE по сравнению с прочностью стен Новой Зеландии

Результаты ущерба, нанесенного землетрясением, подтверждают применимость подробных стандартов Новой Зеландии для непроработанного самана и утрамбованной земли.[21] которые позволяют зданиям без армирования выдерживать нагрузку до 0,6 г.

Хотя мешок с землей без конкретных указаний часто может быть таким прочным, обычным саман может иметь серьезные повреждения при уровнях силы ниже 0,2 g.[22] Нетрадиционный грунтовый мешок, построенный из колючей проволоки, едва связного грунта и без арматуры, может иметь половину прочности на сдвиг неармированного самана Новой Зеландии.[23] Нормы CE становятся важными при силе между 0,3 и 0,6 г.

На основе испытаний на статический сдвиг (Стаутер, П., май 2017 г.): В следующих приблизительных рекомендациях предполагается, что один этаж имеет стены шириной 380 мм (15 дюймов) с двумя прядями по 4 точки. колючая проволока за курс. Проверьте NZS 4299 на информацию о расстоянии между стенками и размерах стен и / или контрфорсов. Вертикальный арматурный стержень должен располагаться в среднем на расстоянии 1,5 м (5 футов) по центру и заделываться в стену во влажном состоянии. Соблюдайте ограничения NZS 4299 по размеру здания, уклону площадки, климату и использованию. Обсудите проблемы с фундаментом с инженером, поскольку NZS 4299 предполагает полностью железобетонное основание.

Для сравнения с 4299 новозеландскими долларами следующие уровни риска основаны примерно на 0,2-секундном спектральном ускорении (Ss) из 2% вероятности превышения через 50 лет. Строители могут обратиться к Справочнику по унифицированным объектам в Интернете.[24] для этих значений для некоторых городов мира. Эти уровни риска основаны на предельной прочности, но пределы деформации могут потребовать более жесткой детализации или более низких уровней риска.

Уровни сейсмического риска - Восточное полушарие
Уровни сейсмического риска - Западное полушарие

Грунт средней прочности: 1,7 МПа (250 фунтов на кв. Дюйм) без ограничения прочности на сжатие

  • Риск ± 0,75 г, если 2 отдельных куска арматуры вставлены внахлест
  • Риск 1,6 г, если вся внутренняя арматура простирается от основания до соединительной балки

Прочный грунт: прочность на безусловное сжатие 2,2 МПа (319 фунтов на кв. Дюйм)

  • Риск ± 1,6 г, если 2 отдельных куска арматуры вставлены внахлест
  • Риск ± 2,1 г, если один арматурный стержень проходит от основания до соединительной балки

Для создания действительных руководств CE необходимы дополнительные исследования и инженерный анализ.

Рекомендации

  1. ^ Schildkamp, ​​Martijn (2015) Результаты исследования по упрощенным исследованиям землетрясений. SmartShelterResearch.com, 74% из почти 90 профессиональных респондентов в опросе 2015 года выразили потребность в структурной информации об альтернативных строительных материалах.
  2. ^ Стандарты Новой Зеландии (1998) 4299: Земляные постройки, не требующие особого проектирования
  3. ^ Лю, Сихонг, Ю. Ван, Дж. Гао и Ю. Цзинь (2011) Циклические испытания на простой сдвиг при изоляции основания с использованием мешков с грунтом Advanced Materials Research Vols. 243–249 с. 893–896
  4. ^ Ямамото, Харуюки и Х. Ченг (2012) «Исследование разработки устройства для снижения сейсмической реакции с использованием сборок грунтовых мешков», в «Исследования, разработки и практика в проектировании конструкций и строительстве», В. Сингх и А. Яздани (ред. ), ASEA-Sec-1, Перт, 28 ноября - 2 декабря 2012 г.
  5. ^ Король, Брюс (2008) Ренессанс земляной архитектуры
  6. ^ Гейгер, Оуэн (2011) Руководство по строительству Earthbag: вертикальные стены, шаг за шагом (электронная книга)
  7. ^ Пелли, Ральф (2009) Предел пластичности конструкций из мешков с грунтом. Батский университет (диссертация) с. 21 год
  8. ^ Резюме исследования испытаний мешков с землей
  9. ^ Канадель, Сэмюэл, А. Бланко и С. Кавалеро (2016) «Комплексный метод проектирования для Earthbag и Superadobe». Материалы и дизайн 96 (2016) 270–282
  10. ^ Стаутер, П. (май 2017 г.) Расчетная прочность на сдвиг изолированных земных стен[постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ Харт, К. История EarthbagBuilding.com
  12. ^ Халили и Виттори
  13. ^ Хантер, К. и Д. Киффмайеры (2004) Строительство мешков с землей: инструменты, приемы и методы. Издательство "Новое общество", остров Габриола, Канада
  14. ^ Департамент регулирования и лицензирования штата Нью-Мексико (2015 г.)Строительные нормы штата Нью-Мексико, 2015 г. В архиве 14 июня 2017 года в Wayback Machine
  15. ^ Геологическая служба США (2014 г.) Сейсмичность: совпадающая карта США с вероятностью 2% через 50 лет спектрального ускорения 0,2 секунды[постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ Жилье из мешков с землей: поведение конструкции и применимость в Шри-Ланке. Инженерная устойчивость [сериал онлайн]. Декабрь 2011 г.; 164 (4): 261–273. Доступно по адресу: Academic Search Premier, Ipswich, MA. По состоянию на 5 декабря 2015 г.
  17. ^ http://www.earthbagbuilding.com/projects/haiti.htm
  18. ^ Информационная служба по землетрясениям в Непале (2015) Выступление школ Earthbag В архиве 3 сентября 2017 г. Wayback Machine. Институт инженерных исследований землетрясений
  19. ^ Гейгер, О. (7 апреля 2017 г.) Кодекс строительства здания Earthbag получил одобрение в Непале
  20. ^ Технология Earthbag (интернет сайт)
  21. ^ Моррис, Хью, Р. Уокер и Т. Друпстин (2011) «Современные и исторические земные постройки: наблюдения землетрясения в Дарфилде 4 сентября 2010 г.», Труды Девятой Тихоокеанской конференции по сейсмостойкости, 14–16 апреля 2011 г., Окленд, Новая Зеландия
  22. ^ Тарк Руис, Сабино (2008) Оценка сейсмического риска жилых домов из самана Университет Павии (диссертация).
  23. ^ Стаутер, П. (2016) Информация о конструкции для мешков с землей / стен из изолированного грунта. Build Simple Inc. www.BuildSimple.org
  24. ^ Ядро инженеров армии США, инженерное командование военно-морских сил и инженерный центр ВВС. (2012) Единые критерии объектов: структурное проектирование. стр. 134–158