Человек использовал землю в различных формах в течение тысячелетий для строительства жилья. Однако после Второй мировой войны использование земли в промышленно развитых странах было практически прекращено из-за распространения бетона и стали. Эта тенденция была обращена вспять только в последние десятилетия, когда землеустройство начало вновь вызывать интерес у архитекторов, инженеров и политиков из-за своих экологических прерогатив.
Земля является обильным и пригодным для вторичной переработки материалом, который не производит много строительного мусора. Земля также менее энергоемка, чем традиционные строительные материалы, такие как, например, бетон и сталь. Тем не менее, одной из основных причин, препятствующих внедрению сырья в основную строительную практику, является отсутствие международно признанных стандартов для оценки теплогигромеханических характеристик и долговечности материала.
Для правильного понимания этих двух аспектов необходимо принимать во внимание большую изменчивость материалов грунта, которая в основном обусловлена:
a) различными геологическими характеристиками участков, откуда берется земля
b) различными методами строительства, которые могут варьироваться в зависимости от типа почвы и производственного инструмента.
Оценка гигротермических характеристик
В строительстве гигроскопичность материала определяется как его способность действовать в качестве пассивной системы регулирования влажности. Для этого скорость адсорбирования молекул воды не менее важна, чем общее количество молекул воды, которое может быть адсорбировано. Термин "гигротермальный" обычно используется для обозначения соединений между массопереносом водных фаз, включая их фазовые изменения, и теплопередачей. Таким образом, эти две концепции взаимосвязаны, и материал с хорошей влагопоглощающей способностью также обладает хорошими гигротермическими свойствами.
Измерение свойств материала
Значения сухой теплопроводности глиняных материалов, приведенные в литературе, весьма разрозненны, и четкой тенденции в отношении сухой плотности не прослеживается. Аналогичным образом, измеренное увеличение теплопроводности с содержанием воды сильно зависит от исследуемого материала и протокола испытания. Одно из объяснений этих различий может заключаться в изменчивости материала, а другое - в большом количестве методов тестирования.
Наиболее распространенными из них являются "Охраняемая горячая плита", которая является стационарным методом измерения теплопроводности, признанным рядом международных стандартов, и переходные процессы, такие как "Игловой зонд", "Источник линии" или "Горячий провод", описанные в международных стандартах и "Источник плоского диска 33" или "Международный".
Последние могут быть использованы для оценки как теплопроводности, так и теплоемкости. Однако, на сегодняшний день ни в одном из исследований четко не указано влияние этих методов на полученные результаты по глиняным материалам. Наконец, "Дифференциальная сканирующая калориметрия" является одним из наиболее распространенных методов измерения теплоемкости материалов, однако с помощью этого аппарата на глиняных материалах было проведено меньше исследований. Одна из них была реализована в 80-е годы.
Оценка гидромеханических характеристик
В предыдущем разделе подчеркивается чувствительность земли к воде и решающее значение имеет связь с температурным режимом. Аналогичным образом, вода оказывает большое влияние на механическое поведение земных материалов. Например, влияние относительной влажности воздуха. Такая же зависимость наблюдалась и между прочностью уплотненного грунта и содержанием воды.
Поэтому все механические испытания на земле должны проводиться в соответствии с процедурой обработки воды (жидкости или пара). Обычно испытания проводятся на "сухих образцах", которые имеют два основных недостатка. Действительно, определение сухого состояния варьируется от одного автора к другому. Все они помещают образцы в печь до стабилизации их веса. Тем не менее, установленная температура печи варьируется от 40 до 105°C.
Нагрев образца при 105°C изменит его поведение и снизит прочность материала по сравнению с фактическим значением в здании. С другой стороны, слишком низкие температуры не дадут воспроизводимых результатов, так как на них может повлиять влажность в помещении, в котором находится печь. Поэтому наилучшим способом было бы проведение испытаний для данного диапазона относительной влажности, а не в "сухом состоянии". В этом случае испытание должно быть как можно более коротким, чтобы не допустить резкого изменения относительной влажности образца. В идеале, испытательное устройство должно находиться в контролируемой среде с контролем относительной влажности и контролем температуры.
Основные механические параметры материала
Прежде чем определить механические параметры, необходимо определить рамки, в которых будут учитываться механические характеристики грунта. С начала 1990-х годов наиболее подходящим подходом, по-видимому, является подход, разработанный для ненасыщенных почв. Однако этот подход имеет дело с определенной степенью сложности и, например, требует проведения трехосных испытаний для определения гидромеханического поведения.
В геотехнической инженерии почвы обычно ограничены весом выше заданной глубины, в то время как земляные стены в здании таковыми не являются. Кроме того, в настоящее время проектировщикам нужны соответствующие проектные параметры для расширения рынка глинобитного строительства. Таким образом, необходимо найти баланс. Поскольку мы находимся в раннем возрасте инженерного проектирования земляных конструкций, все еще необходимо завышать размеры таких конструкций с механической точки зрения и, следовательно, допускать их проектирование с простыми механическими параметрами.