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土構造物は、主に土で作られた建物やその他の構造物です。土は広く入手可能な材料であるため、先史時代から建築に使用されてきました。強度を高めるために、他の材料と組み合わせたり、圧縮したり、焼いたりすることもあります。
土壌は、多くの用途において依然として経済的な材料であり、建設中および建設後の両方において環境への影響が少ない可能性があります。
土構造の材料は、泥のように単純なものから、泥と藁を混ぜてコブを作るものまで様々です。頑丈な住居は芝土や芝で建てられることもあります。土は石灰やセメントを加えて安定させ、押し固めて土固めすることもできます。あらかじめ成形した日干しレンガや泥レンガ、圧縮土ブロック、土嚢、焼成粘土レンガを使用すると、建設がより迅速になります。[a]
土構造物の種類には、住居の全部または一部が地面に埋め込まれたり、土で覆われているアースシェルターが含まれます。ネイティブアメリカンのアースロッジがその一例です。ワトルアンドダブハウスは、泥壁の安定性を確保するために、棒を編み込んだ「ワトル」と呼ばれる棒を使用します。ソッドハウスはヨーロッパの北西海岸で建てられ、後にヨーロッパ人入植者によって北米の草原に建てられました。アドベまたは日干しレンガの建物は世界中で建てられており、住宅、アパート、モスク、教会などがあります。福建土楼は、中国南東部にある大規模な要塞化された土壁建築物で、80世帯もの住居として使用されています。その他の土構造物の種類には、宗教目的で使用されるマウンドやピラミッド、堤防、機械的に安定化された土擁壁、砦、溝、盛土ダムなどがあります。
土壌
土壌は、化学的または物理的に風化、輸送、堆積、沈殿した岩石から生成されます。[2] 土壌粒子には、砂、シルト、粘土が含まれます。砂粒子は直径2〜0.05ミリメートル（0.0787〜0.0020インチ）で最も大きく、粘土は 直径0.002ミリメートル（7.9 × 10 −5インチ）未満で最も小さいです。 [3]砂とシルトはどちらも、石英、方解石、長石、雲母 などの不活性な岩石粒子です。[4]
粘土は典型的にはシート状の構造を持つフィロケイ酸塩鉱物である。 [3] 非常に小さな粘土粒子は物理的、化学的に相互作用する。粘土の少量でも、土壌の物理的性質に予想以上に影響を及ぼす。[4]カオリナイト などの粘土は、湿潤または乾燥時に膨張または収縮しないため、レンガ作りに適している。スメクタイトなどの他の粘土は、湿潤または乾燥時に大幅に膨張または収縮するため、建築には適していない。[3]
ロームは砂、シルト、粘土が混ざったもので、どれかが優勢ではありません。土壌は、砂、シルト、粘土の相対的な割合に応じて、「シルトローム」、「粘土ローム」、「シルト粘土」など、さまざまな名前で呼ばれています。[5] この記事の主題であるローム建築は、未焼成の粘土レンガを使用する場合はアドベ建築と呼ばれ、古代の建築技術です。地中海、エジプト、メソポタミアの初期文明、インダス川、ガンジス川、黄河の渓谷、中央アメリカ、南アメリカで使用されていました。2005年現在、約15億人がロームで建てられた家に住んでいました。[6] [b]
近年、先進国ではローム建築への関心が再燃している。ローム建築は、製造時に化石燃料の使用と汚染、特に二酸化炭素を最小限に抑え、材料の質量と吸収性が高いため快適な生活環境を作り出す方法と考えられている。[7] 2つの主な技術は、フランス語でピス・ ド・テールと呼ばれる粘土またはロームと、通常は泥と藁の混合物から作られた日干しレンガを使用するアドベである。 [7] [c]
材料
土を建築に使うには、通常、何らかの処理が必要です。土を水と混ぜて泥を作ったり、藁を加えたり、石灰やセメントなどの安定剤を使って土を固めたり、土を圧縮して強度を高めたりします。[8]
泥
積み上げ泥工法は、壁を建てる最も古い方法の 1 つです。湿った泥を手で成形して壁の土台を作り、乾燥させます。さらに泥を追加して乾燥させ、壁が完成するまで連続した層を形成します。パドル泥工法では、手作りの泥型に湿った泥を詰めて乾燥させます。[9] イランでは、パドル泥壁はチャイン工法と呼ばれています。各層の厚さは約 18 ～ 24 インチ (460 ～ 610 mm)、高さは約 18 ～ 24 インチ (460 ～ 610 mm) です。通常、この技法は庭の壁に使用されますが、住宅の建設には使用されません。これは、この方法で作られた壁の強度に関する懸念があるためと考えられます。[10] この方法の欠点は、各層が乾くのを待つのに多くの時間を費やす可能性があることです。[11] 木材が豊富な地域で使用されている別の技法は、木造の家を建て、主に断熱材として泥を充填することです。イングランドの一部では、コブに同様の技術が使われていました。[9]
コブ
コブは「モノリシックアドベ」とも呼ばれ、[12]粘土、砂、小石、わらなどの有機物を含む土から作られた天然の建築材料です。コブ壁は通常、層状に積み上げられ、モルタルの目地はなく、土に 30% 以上の粘土が必要です。コブは柱梁構造の建物の充填材として使用できますが、耐荷重壁に使用されることが多く、2 階建てまで耐えることができます。コブ壁の厚さは少なくとも 16 インチ (410 mm) で、幅と高さの比率は 1 対 10 以下にする必要があります。[12]通常は、石灰、土、砂を混ぜたもので内外を塗ります。コブは耐火性があり、その熱質量は室内温度を安定させるのに役立ちます。[12] 試験により、コブは地震活動に対してある程度の耐性があることがわかっています。ただし、先進国の建築基準では、コブが承認された材料として認められない場合があります。[13]
芝または芝生
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スペイン語でテローネと呼ばれる芝レンガは、丈夫で耐久性のある壁を作るのに使用できます。芝は、川底の土地で見つかることがある、草の根が密集した土から切り取られます。建設に使用する前に、端に立てて乾燥させます。[ 11] 北米のプレーリーに移住したヨーロッパ人は、乾燥した沼地から採れる芝は凍結や雨による劣化が最も少ないことを発見しました。[14]かつて、アイルランド、スコットランド、アイスランドでは、芝が家の壁として広く使用されており、現在でも芝の家がいくつか見られます。寒冷な気候で芝の家をよく手入れすれば、50年以上もつことがあります。[15] アイスランド人は、芝の中で最も質の良い芝は、芝の上から5センチメートル（2.0インチ）のストレングルであると考えています。[16]
安定した地球
粘土は乾燥すると硬く強くなるが、水を吸収すると非常に柔らかくなる。乾燥した粘土は土壁を固めるのに役立つが、土壁が雨や屋根からの水漏れに直接さらされると、土が飽和状態になることがある。[17] 土は「安定化」されて耐候性を高めることができる。焼いた石灰を加えて土を安定化させる方法は、何世紀も前から行われている。[18]建設用の土に ポートランドセメントやビチューメンを加えて強度を高めることもできるが、安定化した土は焼いた粘土やコンクリートほど強くはない。[18]セメントと石灰、またはポゾランと石灰の混合物も安定化に使用できる。[19]
土壌の砂含有量は 65% ～ 75% が望ましい。粘土含有量の低い土壌、または非膨張性粘土が 15% 以下の土壌は、安定土に適している。[20]粘土含有量は、入手可能な場合は砂を加えることで減らすことができる。[21] 粘土含有量が 15% を超える場合、土壌を安定させるには 10% を超えるセメントが必要になる可能性があり、コストが増加する。[20] 粘土含有量が少なく、セメント含有量が 10% 以上ある土壌は、実質的にコンクリートである。セメントは、製造過程で大量の二酸化炭素が発生するため、特に環境に優しいとは言えない。[22] 低密度の安定土は多孔質で弱い。したがって、土はブロックを作る機械で圧縮するか、壁の中で「押し固め土」技術を使用して圧縮する必要がある。[19]
版築土
版築とは、土、白亜、石灰、砂利などの天然の原材料を使用して壁を造る技術である。版築壁は、湿った土を仮の型枠に入れて造られる。土は手作業または機械で圧縮され、型枠は取り除かれる。[23] 版築壁は一般に水をあまり使わずに造られるため、建物が建つにつれて乾燥するのにそれほど時間を必要としない。版築壁は湿気に弱いため、湿気の上昇を防ぐ層の上に敷設する必要があり、上から水が入らないように屋根やカバーを付ける必要があり、漆喰、塗料、または下地材による保護が必要になる場合もある。[22]
中国では、龍山族が紀元前2600年から1900年にかけて、その地域に初めて都市が出現した時期に、版築壁を建設した。版築壁で作られた厚い傾斜壁は、ヒマラヤ山脈一帯の伝統的な仏教寺院の特徴となり、シッキムなどの北インド地域では非常に一般的になった。[24]この技術は中東、北アフリカに広がり、カルタゴの街は版築壁で建てられた。そこからローマ人によってこの技術がヨーロッパにもたらされた。[25] 版築構造は長持ちする可能性がある。万里の長城のほとんどは版築壁で作られており、グラナダ王国のアルハンブラ宮殿も同様である。北ヨーロッパには、高さ7階建て、200年前の版築建物がある。[22]
コンクリート
ローマ人は、耐力壁に十分な強度を持つ耐久性のあるコンクリートを作りました。[26]ローマのコンクリートは、壊れたレンガや岩の瓦礫をモルタルに固めたものです。モルタルには石灰とポゾランが含まれており、ポゾランは強度に大きく貢献した火山性物質です。[27]紀元後80年に完成したコロッセオなどのローマのコンクリート構造物は、今でも残っています。 [28] それらの長寿命は、建設者がモルタルと骨材を比較的乾燥した状態で混ぜ、それを叩いて空気ポケットをなくして圧縮したという事実によって説明できます。[29]コンクリート構造物は土製品から作られていますが、通常は土構造物とは見なされません。[1]
建物ユニット
日干しレンガまたは日干しレンガ
泥レンガまたはアドベレンガは、文明が発展するにつれて、世界のさまざまな地域でさまざまな時期に発明された、天日干しの泥で作られたモジュール式の石積みユニットです。[30]レンガを使った建設では、泥を混ぜた層が乾燥するまでの遅延がありません。壁画は、アドベの製造技術が紀元前2500年までにエジプトで高度に発達していたことを示しています。[11] アドベ建築は、今日アフリカの多くの地域で一般的です。[31] アドベレンガは、伝統的に砂と粘土を水と混ぜてプラスチックの粘稠度になるまで混ぜ、わらや草を結合剤として使用します。[32] [d] 泥を準備し、木製の型に入れ、突き固めて平らにしてから、型から取り出して数日間乾燥させます。その後、レンガを立てて1か月以上空気硬化させます。[32]
アメリカ南西部とメキシコの日干しレンガの建物は壁が重厚で、2階建てを超えることはめったになかった。日干しレンガのミッション教会は高さが35フィート（11メートル）を超えることはなかった。[33] 日干しレンガの表面はもろいので、保護のためにコーティングが使用される。定期的に塗り替えられるこれらのコーティングには、泥漆喰、石灰漆喰、白塗り[e]、スタッコなどがある。[34] 日干しレンガの壁は歴史的に泥モルタルでレンガを積むことで作られており、泥モルタルは濡れたり乾いたり、加熱したり冷却したりするとレンガと同じ割合で膨張したり収縮したりする。現代の日干しレンガはセメントで安定化され、セメントモルタルで接着されるが、セメントモルタルは熱膨張率と熱収縮率の差により、安定化されていない日干しレンガを劣化させる。[33]
圧縮土ブロック
圧縮土ブロック（CEB）は、伝統的には木型に土を棒で押し込んで作られていた。今日では、通常、手動または電動の機械で圧縮された下層土から作られる。発展途上国では、均一な建築ブロックを作るのに手動の機械が費用対効果の高い解決策となる可能性があるが、より複雑で高価な電動の機械は適切ではない可能性が高い。労働集約的ではあるが、CEB建設は材料の購入と輸送のコストを回避できる。[35] ブロック製造機は、モルタルの必要性を減らすために、連結形状のブロックを形成することがある。ブロックには穴や溝があり、竹などの棒を挿入して耐震性を高めることができる。[36]
適切な土を使用し、ブロックをまとめ、浸食に耐えるだけの粘土が必要ですが、膨張性粘土は多すぎてはいけません。[37] ブロックがセメントを含む安定化土で作られた場合、コンクリートは硬化するのにおそらく3週間かかります。この間、ブロックを積み重ね、水を撒いて乾燥しないようにする必要があります。これは、水が不足する暑く乾燥した気候では問題になる場合があります。ブロックを密に積み重ね、ポリエチレンシートで覆うと、水分の損失を減らすことができます。[38]
アースバッグ
アースバッグ建設は、バンカーの歴史的な軍事建設技術から発展した自然な建築技術です。[39] ほぼあらゆる組成の地元の下層土を使用できますが、アドベ混合物が望ましいでしょう。土壌は湿らせておくと、織り込まれたポリプロピレンまたは黄麻布の袋またはチューブに詰めたときに圧縮されて安定した構造になります。プラスチックメッシュが使用されることもあります。ポリプロピレン（PP）袋は、カバーすると耐久性があり、安価で、広く入手できるため、最も一般的です。[39] 袋は層状に敷かれ、各層の間には滑り止めのために有刺鉄線が張られます。各層は敷かれた後、突き固められます。[40] PP袋の構造はアドベに似ていますが、より柔軟性があります。メッシュチューブを使用すると、構造は押し固められた土のようになります。[39] アースバッグは、ドーム型または垂直壁の建物を作るために使用できます。土壌安定化により、擁壁にも使用できます。[41]
焼成粘土レンガ
窯で粘土レンガを焼く技術は紀元前3500年頃に遡る。焼成レンガは紀元前1200年までにヨーロッパ、アジア、北アフリカの各地で耐久性のある石積み建築に使用されており、現在でも重要な建築材料である。 [42]現代の焼成粘土レンガは粘土または頁岩から形成され、成形された後、窯で900～1150℃の温度で8～12時間焼成される。[43] [f] その結果、シリカとアルミナを主成分とし、石英砂などの他の成分を含むセラミックが生成される。レンガの多孔度は材料と焼成温度および期間によって異なる。レンガの色は、使用される材料に含まれる鉄と炭酸カルシウムの量、および窯内の酸素の量によって異なる。[43] レンガは、霜の作用や酸性ガスにより、レンガの表面または細孔内の塩の結晶化により腐敗することがある。[45]
レンガは、ポートランドセメント、石灰、砂を混ぜたモルタルで固められ、層状に積まれます。[46]レンガ1枚分 の厚さの壁には、長くて狭い側面が露出したストレッチャーレンガと、左右に交差するヘッダーレンガが含まれます。レンガ積みの「結合」には、イギリス式、オランダ式、フランドル式など、ストレッチャーとヘッダーのパターンが様々あります。[47]
例
地球保護
アースシェルターは、エネルギー効率の良い住居を作るために何千年も前から使われてきました。[48] さまざまな構成があります。極端な例では、アースシェルター住宅は完全に地下にあり、空気と光を確保するために中庭が開いている場合があります。アースハウスは斜面に建てられ、1つまたは複数の側面に窓やドアの開口部がある場合や、建物が地上レベルにある場合でも、壁に沿って土が盛り上げられ、おそらく土の屋根が付いている場合があります。[49]
西暦100年から900年の間に、現在の米国南西部にあたる地域でホホカム族の農民が建てた竪穴式住居は、南向きの斜面に部分的に埋め込まれた盛り土構造であった。その優れた設計は何百年もの間使われた。 [50]チュニジアのマトマタ では、古代の住居のほとんどが地面から12メートル（39フィート）下の場所に建てられ、約12メートル（39フィート）四方の中庭を囲んでいた。[51] [g] 住居へはトンネルを通って行った。その他の地下、半地下、または崖の住居の例は、暑い気候と寒い気候の両方でトルコ、中国北部、ヒマラヤ、米国南西部に見られる。[51]チベット、ブータン、ネパール、北インドなどのヒマラヤ地域の崖の側面や洞窟に土やその他の材料で建てられた仏教寺院の多くは、危険な場所にあることが多い。 1970年代から、先進国ではこの技術への関心が再燃しました。[48]土の中に土の家を作ることで、暖かい季節には涼しく、寒い季節には暖かくなります。[49]
ネイティブアメリカンのアースロッジ
アースロッジは、北米のネイティブアメリカンの一部が作った円形の建物です。木製の柱と梁で造られ、ドーム型です。 [53] 典型的な構造は、地面に4本以上の中央の柱が植えられ、上部が横梁で接続されています。煙突は中央に開いたままになっています。中央の構造の周りには、横梁で接続された短い柱の大きなリングがあります。垂木は中央の横梁から外側の横梁に放射状に伸び、分割された厚板または梁が斜めまたは垂直の側壁を形成しました。[54] 構造は枝やブラシまたは草で覆われ、次に厚い土または芝で覆われました。一部のグループは構造全体を泥で塗り、それが乾燥して殻を形成しました。[54]
ワトルとダブ
ワトル・アンド・ダウブは、垂直の柱の間に蔓や小枝を編み込み、わらや草を混ぜた泥を壁に塗りつける古い建築技術である。[55] この技術は、ナイル川デルタから日本まで世界中で見られ、日本では竹がワトルを作るのに使われていた。[56]現在米国イリノイ州にあるカホキア では、床を地面から1～3フィート（0.30～0.91メートル）下げたワトル・アンド・ダウブの家が建てられた。この技術の派生は、コロンビアではバハレクと呼ばれている。[55] 先史時代の英国では、粘土が十分に手に入る場所であればどこでも、単純な円形のワトル・アンド・ダウブのシェルターが建てられた。[57] ワトル・アンド・ダウブは現在でも木造建築のパネルとして使われている。[58]一般的に壁は構造的なものではなく、先進国では室内での使用においてはこの技術はラスと漆喰に置き換えられ、その後石膏ボードに置き換えられました。[56]
プレーリーソッドハウス
建築用の木材がない北アメリカの大草原に住むヨーロッパの開拓農民は、丘や渓谷の側面に掘った洞穴に最初の家を建てることが多かった。入り口には覆いがあった。時間があれば、彼らは芝の家を建てた。農民は鋤を使って芝を1×2フィート（0.30×0.61メートル）のレンガに切り、それを積み上げて壁を作った。[59] 芝の細片は、レンガ積みと同じように芝側を下にして3列にずらして積み上げられ、厚さ3フィート（0.91メートル）を超える壁になった。芝の壁はドアや窓枠の周りに建てられ、壁の角は垂直に貫通する棒で固定された。屋根は棒やブラシで作られ、草原の草で覆われ、さらに芝の層で密閉された。[60] 芝土の家は丈夫で長持ちすることが多かったが、内壁を漆喰で塗らない限り湿気が多く汚れていた。[59] 屋根は雨漏りしやすく、暴風雨で崩れ落ちることもあった。[60]
日干しレンガ造りの建物
世界には日干しレンガや日干しレンガの建築物が無数に存在する。1982年に世界遺産に指定されたイエメンの城壁都市シバームは、補強されていない10階建ての日干しレンガの建物で知られている。 [61]マリのトンブクトゥにある ジンゲレバー・モスクは、14世紀初頭（ヒジュラ暦8世紀）に丸い日干しレンガと石と泥の混合物から最初に建てられ、その後何度も再建され、着実に規模を拡大してきた。[62] マリのさらに南には、サヘルの日干しレンガ建築のドラマチックな例であるジェンネの大モスクがある。1280年にこの場所に最初に建てられた以前の大モスクの設計に基づいて、1907年に建てられた。日干しレンガはメンテナンスが必要であり、原理主義の統治者セク・アマドゥは以前のモスクを崩壊させた。[63]
カサ・グランデ遺跡は、現在はアリゾナ州の国定記念物となっており、現代の屋根で保護されている。これは、1200年から1450年の間にホホカム族によって建てられた4階建ての巨大な日干しレンガ造りの建物である。 [64]この大邸宅を記録した最初のヨーロッパ人は、1694年にこの場所を訪れた イエズス会の司祭、エウゼビオ・キノ神父である。当時、この建物は長い間放置されていた。 [65] 1903年に仮の屋根が設置されるまで、日干しレンガ造りの建物は何百年もの間、空き家のままメンテナンスもされずに立っていた。[66]
現在のペルー北部にあるワカ・デ・ラ・ルナは、モチェ族が建てた大きな日干しレンガ造りの寺院である。この建物は一連の建設段階を経て、最終的には高さ約32メートル（105フィート）にまで成長し、3つの主要なプラットフォーム、4つの広場、そして多くの小さな部屋や囲い地があった。壁は印象的な多色の壁画やフリーズで覆われており、今日見られるものは西暦400年から610年頃のものである。[67]
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シバムの高層日干しレンガ造りの建物 -
トンブクトゥの土壁とモスク -
マリの古い泥造りの住居と現代の泥造りのモスク -
マリ、ジェンネの大モスク、1972年 -
アリゾナ州のカサグランデ遺跡国定公園 -
ニューメキシコ州ランチョス・デ・タオスのサンフランシスコ・デ・アシス・ミッション教会 -
ワカ デ ラ ルナ、トルヒーリョ、ペルーの内部 -
西ベンガル州ボルプールのシャンティニケタン大学の日干しレンガの建物に描かれたアート
トゥールース
福建土楼は、中国福建省南東部の山岳地帯に住む客家人の田舎の住居の一種である。 [68] 土楼は主に13世紀から20世紀の間に建てられた。[69] 土楼は、長方形または円形の、3階から5階建ての非常に厚い耐荷重性の土壁で囲まれた、大きくて囲まれた要塞化された土造りの建物である。土楼には最大80世帯が住むことができる。より小さな内部の建物は、ホール、倉庫、井戸、居住エリアを含むこれらの巨大な周囲の壁で囲まれることが多い。その構造は、小さな要塞都市に似ている。[70] 壁は、石、竹、木、その他の入手しやすい材料を混ぜた土を圧縮して形成され、厚さは最大6フィート（1.8メートル）である。その結果、明るく風通しがよく、防風性と耐震性に優れ、冬は暖かく、夏は涼しい建物が誕生した。[70]
塚とピラミッド
ジッグラトは、紀元前4千年紀末から紀元前2千年紀の間にシュメール人が建設した高台の神殿で、一連の段々になって地上200フィート（61メートル）の高さの神殿までそびえ立っていました。ウルのジッグラトには約300万個のレンガが使われ、長さはどれも15インチ（380ミリメートル）以下だったので、建設は大規模なプロジェクトだったはずです。[71]最大のジッグラトはバビロンにあり、聖書に出てくるバベルの塔 であると考える人もいます。アレキサンダー大王によって破壊され、基礎だけが残っていますが、もともとは高さ300フィート（91メートル）で、約660フィート（200メートル）四方の土台の上に立っていました。[72 ] 内部には天日干しレンガが使用され、外壁には窯焼きレンガが使用されました。レンガは粘土またはビチューメンで固定されていました。[73]
コロンブス以前の古代北アメリカの多くのネイティブアメリカン社会は、プラットフォーム・マウンドとして知られる大きなピラミッド型の土構造物を建設した。これらの構造物の中で最大かつ最もよく知られているのは、イリノイ州のカホキアの遺跡にあるモンクス・マウンドで、西暦1100年頃に完成し、ギザの大ピラミッドよりも大きな基部を持っている。マウンドの多くは、定期的に複数回のマウンド建設が行われ、中にはかなり大きなものもあった。マウンドはマウンド建設者の宗教生活において中心的な役割を果たしたと考えられており、文書化された用途には、半公的な首長の家のプラットフォーム、公的な寺院のプラットフォーム、遺体安置所のプラットフォーム、納骨堂のプラットフォーム、土のロッジ/タウンハウスのプラットフォーム、住居のプラットフォーム、正方形の地面と円形のプラットフォーム、ダンスのプラットフォームなどがある。[74] [75]
メキシコのテオティワカンにある高さ207フィート（63メートル）の太陽のピラミッドは、西暦100年に建設が開始されました。この石造りの構造物は、200万トンの土を固めて作られています。[25]
土塁
土工とは、大量の土や未加工の岩石を移動または加工することによって作られる土木工事である。材料は別の場所に移動され、目的に応じて望ましい形状に成形される。[76] 堤防、盛土、ダムは土工の一種である。堤防、洪水堤防、または防潮堤は、水位を調節する細長い自然の尾根または人工的に構築された土盛り壁である。通常は土でできており、氾濫原では川の流れと平行に、低地の海岸線に沿って走ることが多い。[77]
機械的に安定化された土（MSE）擁壁は、盛土に使用できます。[78] MSE 壁は、コンクリートのレベリング パッド、壁面パネル、コーピング、土壌補強材、および厳選された埋め戻し材を組み合わせています。[79] 壁面パネルにはさまざまなデザインを使用できます。[79] レベリング パッドを敷き、最初のパネル列を配置して補強した後、最初の土の埋め戻し層を壁の後ろに運び込み、圧縮します。次に、最初の補強材セットを土の上に敷きます。[80] 補強材は、張力をかけられたポリマーまたは亜鉛メッキされた金属ストリップまたはグリッドであり、面パネルに取り付けられます。[81] このプロセスは、パネル、土、補強材の連続した層で繰り返されます。このようにして、パネルは土の盛土に結び付けられ、バランスの取れた応力を持つ安定した構造を形成します。[82]
MSE の基本原理を用いた建設には長い歴史があるが、現在の形態の MSE が開発されたのは 1960 年代である。使用される補強要素は様々であるが、鋼鉄やジオシンセティックスが含まれる。MSE という用語は、米国では通常、Reinforced Earth Company の商標である「Reinforced Earth」と区別するために使用されるが、他の地域では Reinforced Soil という用語が一般的に受け入れられている。[78] MSE 建設は比較的迅速かつ安価であり、労働集約的ではあるが高度なスキルを必要としない。そのため、発展途上国にも先進国にも適している。[83]
砦と塹壕
土は何千年もの間、要塞や壁などの要塞を建設するために使われてきました。それらはしばしば溝で保護されていました。ヨーロッパの航空写真により、ローマ時代、そして中世後の時代の土塁の痕跡が明らかになりました。[84] オファの堤防は、イングランドとウェールズの係争中の国境に沿って伸びる巨大な土塁です。[85]この時代や、建設者であるマーシアのオファ王（796年に死去） についてはほとんどわかっていません。[ 86] 初期の木材と土の要塞は、後に同じ場所にレンガや石の構造物に引き継がれた可能性があります。[87]
塹壕は、包囲軍がミサイルから身を守りながら要塞に近づくために使われた。工兵は、攻撃を受ける要塞に向かってジグザグに伸びる「塹壕」を建設した。工兵は掘削した土を積み上げて防護壁や蛇籠を作った。塹壕の深さと蛇籠の高さを合わせると、8～10フィート（2.4～3.0メートル）になる。時には、塹壕は地表から数フィート下に掘られたトンネルだった。工兵は高度な技術を持ち、その仕事の極度の危険のため高給だった。[88]
アメリカ南北戦争（1861−1865）では、塹壕は戦闘中ずっと防御陣地として使われていたが、ここ2年間の戦役ではますます重要な役割を果たすようになった。[89]軍の土塁工事は、第一次世界大戦（1914−1918） 中に建設された広大な塹壕網で頂点に達したのかもしれない。この塹壕は1914年末までにスイスから北海まで伸びていた。 [90] 2列の塹壕は互いに向かい合っていて、兵士たちは寒さ、湿気、不潔さという劣悪な環境で生活していた。[91] 連合軍の塹壕の状況は最悪だった。ドイツ軍は塹壕を長期の陣地として受け入れる姿勢で、コンクリートブロックを使って地下深くに安全なシェルターを建設し、電気照明や暖房を備えることが多かった。[92]
堤防ダム
堤防ダムは、巨大な人工の防水壁です。通常は、土、砂、粘土、岩石などのさまざまな成分からなる複雑な半塑性マウンドを定置して圧縮することで作られます。表面には半永久的な天然の防水カバーがあり、中核は高密度で防水性があります。これにより、このようなダムは表面浸食や浸透浸食の影響を受けません。[93]堤防の力により、ダムの質量に下向きの推力が生まれ、基礎上のダムの重量が大幅に増加します。この追加された力により、ダムと川床 の境界にあるダムの基礎が効果的に密閉され、防水されます。[94] このようなダムは、断片化された独立した材料粒子で構成されています。粒子の摩擦と相互作用により、セメント物質を使用するのではなく、粒子が安定した塊に結合されます。[95]
カナダのアルバータ州にあるシンクルード・ミルドレッド・レイク鉱滓堤防は、長さ約18キロメートル（11マイル）、高さ40～88メートル（131～289フィート）の盛土ダムである。2001年時点では、盛土量で世界最大の土構造物と考えられていた。[96]
構造上の問題
地震に備えた設計
地震リスクが低い地域では、ほとんどの土造りの建物は安全ですが、土造りの建物は耐震建築材料として「比較的弱い、重い、もろい」という3つの非常に望ましくない性質があるため、歴史的な建築技術では中程度の地震にも効果的に耐えられないことがよくあります。しかし、土造りの建物は地震の負荷に耐えられるように建てることができます。[97]
耐震性能を向上させるための重要な要素は、土壌の強度、建設品質、堅牢なレイアウト、耐震補強です。[98]
土が強ければ壁も強くなります。アドビ建築者は、硬化したブロックを特定の高さから落としたり、てこで割ったりして強度をテストすることができます。[99]アースバッグ、コブ、または土固めなどの即時技術を使用する建築者は、オーブンで乾燥させて小さなてこで押しつぶすことができる小さなサンプルで大まかな破砕テストを行うことを好むかもしれません。[100]
建設業者は建設プロセスを理解し、強固な建物を一貫した品質で生産できなければなりません。[101]
堅牢なレイアウトとは、建物が細長い形ではなく四角く、L字型ではなく対称的であること、[102]また、1階部分が「柔らかい」もの（大きな窓のある階、支柱のない柱の上の建物）がないことを意味します。ニュージーランドの土壁建築ガイドラインでは、壁の厚さ、階の高さ、支柱の間隔、土壁の上の屋根、ロフト、2階の重量に基づいて、2つの主要な方向のそれぞれで支柱の長さが十分であるかどうかを確認します。[103]
耐震建築技術
土を封じ込めたタイプのアースバッグや、アースシップのタイヤ壁など、脆さよりも延性が高い建築技術は、脆くて補強されていない土よりも崩壊を防ぐ効果があります。砂利を封じ込めた基礎層は基礎分離の可能性を高める可能性があります。
壁の封じ込めは、崩壊につながる材料の損失を防ぐために、アドビのような技術に追加することができます。[104]封じ込められた石積みは、0.3gの地震力に対してアドビに効果的です[105] [106]土積みにも役立つ可能性があります。
プラスチックや金網、鉄筋、グラスファイバー、竹などの補強材は、壁の強度を高めるのに効果的です。土は圧縮に強いのですが、ねじれると弱くなります。引張補強材は、損傷の可能性がある箇所にまたがってしっかりと固定し、面外安定性を高める必要があります。壁上部の接合梁は重要であり、壁にしっかりと固定する必要があります。[107]
建築者は、建物が廃棄される前に壁に埋め込まれた有機補強材が破壊される可能性があることに注意する必要があります。補強材の取り付け詳細は、より大きな力に耐えるために重要です。最高のアドベせん断強度は、基礎からボンドビームまで垂直の鉄筋に直接取り付けられた水平補強材から得られました。[108]
土壁の木材を組み合せることで、木材が乾燥腐朽や虫害を受けていない場合は地震による被害を軽減できる。木材組みには、細かい網目模様のダジ[109]やその他の種類がある。[110]
参照
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- 封じ込め土 – アースバッグ建設材料と方法
- アースバッグ工法 – 建築方法
- アースシップ – 地元の素材やリサイクル素材を使って家を建てる建築様式
- 土質工学 – 工学上の問題における土質材料の科学的研究
- グリーンビルディング – より環境に配慮した建築構造とプロセス
- 自然建築 – 持続可能な建築実践
- 田舎の工芸品
- 石工 – 石を使った建物、構造物、彫刻の作成
- タビーコンクリート - 焼いた貝殻から作った石灰を使ったコンクリートの一種で、土造りの建築物とも呼ばれる。
- 地下生活 – 地表の下での生活
- ヤオドン – 黄土高原の土塁住居の一種、中国の洞窟住居
注記
- ^ 焼成レンガやコンクリートは土から作られていますが、これらの材料で建てられた構造物は通常、土構造物とは見なされません。[1]
- ^ ある情報源によれば、30億人もの人々が土造りの建物に住んでいると推定されている。[1]
- ^ 「アドビ」という言葉は、古代エジプト語で「レンガ」を意味する「トブ」に由来する。アラブ人はこの言葉を「アットタブ」または「アトゥバ」として採用し、スペイン人はこれを「アドビ」とした。[7]
- ^ 日干しレンガに含まれる藁や草は、長期的にはレンガの強度を高めるものではありませんが、レンガが乾燥するにつれて均一に収縮することを保証します。[32]
- ^ 白塗りは、粉砕した石膏と水と粘土を混ぜて作られ、古代から土壁を保護するために使われてきました。[34]
- ^ イエローダッチレンガはアイセル川やその他の川から浚渫された粘土や泥から作られ、成形され、泥炭窯で3～4週間焼かれました。その後、レンガは取り出される前に約3週間冷却されました。[44] 現代のプロセスでは、より高い温度とはるかに短い焼成時間が使用されています。[43]
- ^ スターウォーズのオープニングシーンは、チュニジアのマトマタにあるシディ・ドリス・ホテルで撮影された。このホテルは深く沈んだ中庭を囲むように建てられた、土で覆われた住居である。[52]
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