アースバッグ建設

アースバッグ工法は、主に地元の土を使用して、強固で迅速に建設できる構造物を作成する安価な建築方法です。

これは、歴史的な軍事バンカー建設技術と一時的な洪水防止堤防建設方法から開発された自然な建築技術です。この技術には、現場で通常入手できる有機材料を詰めた丈夫な袋など、非常に基本的な建設資材が必要です。

標準的な土嚢充填材は内部安定性があります。土嚢を詰めると凝集性になるだけの粘土を含む湿った下層土、または耐水性の角張った砂利や砕いた火山岩を使用します。土嚢を何層にも重ねて、レンガ積みのように交互に配置することで、徐々に壁が築かれていきます。

壁は湾曲していたり​​直線だったり、土でドーム状にしたり、従来の屋根で覆ったりすることができます。湾曲した壁は横方向の安定性に優れ、円形の部屋やイグルーのようなドーム型の天井を形成します。

長さが5メートル（16.4フィート）を超える直線壁のある建物には、交差壁またはブレースバットレスが必要です。さまざまな種類の地震危険地域における土造建築のブレース壁のサイズと間隔に関する国際基準があり、最も有名なのは、ASTMインターナショナルの土造建築基準[2 ^]で推奨されているニュージーランドの性能基準^[1]です。静的せん断試験では、特定の土壌強度と補強により、アースバッグはニュージーランドの補強アドビ基準と同等の強度に達することができますが^[3]、補強されていない弱い土壌のアースバッグは、補強されていないアドビよりもせん断強度が低くなる可能性があります。

袋と壁の間の摩擦力を高めるため、通常、袋の層の間には有刺鉄線が張られます。また、袋の層を次の層に結び付けたり、進行中の構造物をまとめたり、層を有刺鉄線の突起にしっかりと固定したりするために、より糸を袋の周りに巻き付けることもあります。 ^[4]壁に 鉄筋を打ち込むことで、角や開口部の縁を強化し、転倒に対する抵抗力を高めることができます。

構造は通常、水をはじき、布地の紫外線による損傷を防ぐために、強力なメッシュ層の上にセメントスタッコを塗るか、アドベまたは石灰の漆喰で仕上げられます。仕上げは、保護された内部用途から露出した外部用途までさまざまです。

この建設技術は、最も用途の広い自然建築方法の 1 つであり、ベンチ、自立壁、緊急シェルター、一時的または恒久的な住宅、納屋、商業ビルなどに使用できます。アースバッグは、発展途上国の多くの中小規模の施設構造物でよく選択されます。地下および盛り土住居 (アースシップなど)、貯水槽、湧水箱、地下貯蔵庫、擁壁などの路床構造物は、安定化土壌充填、または追加の補強材と耐水性の砂利または砂充填を使用して構築できます。

ジョセフ・ケネディがアースバッグ（およびコンテインド・アース）という用語を発明したと思われるが、パウリナ・ヴォイチェホフスカは2001年にアースバッグ建築に関する最初の本「Building with Earth: A Guide to Flexible-Form Earthbag Construction 」を執筆した。ケリー・ハートは、アイデアの共有を促すアースバッグ情報の大規模なオンラインデータベースを開発した。カキ・ハンターとドニ・キフメイヤーは、カリリに師事した後、アースバッグを「フレキシブルフォームのラムド・アース」と呼び、さまざまなプロジェクトに取り組んだ。2004年の著書「Earthbag Building: the Tools, Tricks and Techniques」は電子書籍として入手可能である。^[5]

オーウェン・ガイガーやパティ・スタウターなど、さまざまな著者によって無料のオンライン小冊子が開発されています。これらには、農村地域向けに開発された構造研究や現場試験技術が含まれています。^[6]

2011年にガイガーが出版した電子書籍「アースバッグ建築ガイド：垂直壁のステップバイステップ」では、プロセスの写真説明と、リスクの低い地域向けの新しい技術についての議論が掲載されている。^[7]

日本の天理大学の井上明夫氏やアースン・ハンドのスコット・ハワード氏など、多くの人が建物をテストし、建設してきました。ハート氏はガイガー氏とともに^{[8] 、アースバッグをさまざまな文化や気候に適した形に発展させることを奨励しました。ロバート・シアー氏はユタ州で}アースシップにヒントを得たアースバッグハウスを建設し、サステイナブル・ライフ・スクールのモーガン・キャラウェイ氏もアースシップの設計原理を取り入れた家を建設しています。

ドイツの土建築学教授ゲルノト・ミンケが、壁を造るために軽石を詰めた袋を使う技術を最初に開発しましたが、建築家で建設者のナデル・ハリーリは、人道的活動（特に住宅建築）や自然の洪水制御のために、スーパーアドベと呼ばれる現代的な技術としてアースバッグ建築を再導入するのに貢献しました。 ^[9]

南アフリカのジョン・アンダートン博士は、砂のような非粘着性充填材に固有の沈下問題を軽減する3チャンネルバッグバージョンをテストし、^[10] E-khayaと呼ぶ狭壁封じ込め砂システムの研究を先駆的に行いました。

ブラジルのフェルナンド・パチェコは、より軽量なHDPEメッシュチューブをよりシンプルなハイパーアドベ壁に使用した先駆者でした。^[11]

世界中の自然災害や低所得地域での再建には、アースバッグ建築が取り入れられてきた。重い土壁は地震の際には危険だが、2015年春のネパールの地震では、破壊された建物の近くにアースバッグ建築が良好な状態で残された。

エンジニアのナビル・タハは、最も地震リスクの高い地域に適した、あるタイプの外部ピン留め補強材の一般仕様を初めて開発しました。^[12]数人の工学部の学生が未硬化または低強度の土嚢をテストし、Build Simpleは硬化した粘着性壁をテストしました。^[13]ネパールで建設を行っている組織は現在、エンジニアと協力して、耐震性土嚢の補強オプションを改善および改良しています。

建設は通常、手つかずの鉱物層まで溝を掘ることから始まり、その土を部分的に石や砂利で埋めて、石積み溝基礎を作ります。地震リスクの高い地域では、鉄筋コンクリートの土台や地盤梁が推奨される場合があります。アースバッグ建物は、従来のコンクリートスラブの上に建てることもできます(ただし、石積み溝基礎よりもコストがかかり、より多くのエネルギーを使用します)。また、アースシップのような盛り土や地下の「浮体式」基礎を持つこともできます。

二重に編んだ袋に砂利を何層か敷き詰めて、防水性のある基礎を作ります。各層の上には通常、袋に取り付けられた2本の有刺鉄線が付いており、滑りを防止し、ドームや長方形の壁が外側に広がるのを防ぎます。

上のコースのバッグは、450 mm (18 インチ) の壁幅の半分である 200 mm (8 インチ) ずつオフセットされており、石積みのランニング ボンドに似ています。バッグは事前に材料を詰めて吊り上げることも、バッグまたはチューブをその場で詰めることもできます。土の重みでバッグは下の有刺鉄線の所定の位置に固定されます。バッグまたはチューブを軽く突き固めると、湿った粘土を含む充填材が固まり、有刺鉄線に固定された連結バッグまたはチューブが作成されます。

最も人気があるのは、米やその他の穀物の輸送用に世界中で入手できる、しっかりとした織りのポリプロピレンです。ポリプロピレンは低コストで、水による損傷、腐敗、虫害に強いです。チューブは、バッグに縫い付けるメーカーから入手できる場合が多いです。柔らかいかぎ針編みのポリ繊維のメッシュチューブも使用されますが、硬い押し出しメッシュや織りメッシュのバッグも使用できます。

麻や黄麻布（「麻袋」など）などの有機/天然素材も使用できます。これらは腐る可能性があるため、突き固めると固まる塊になる粘着性充填材（粘土をかなりの割合で含む）と一緒にのみ使用してください。

アースバッグは現在、さまざまな技術で構成されています。充填材と容器の種類ごとに、強度と補強の要件が異なります。

危険な場所では、正確な用語が必要です。封じ込め土(CE) は、元の技術に基づいていますが、危険レベルに合わせて特定の土壌強度と補強材が選択されます。CE では、湿った粘着性のある突き固められた袋詰め材を使用します。これは、壁が硬化するにつれて、有刺鉄線やその他の補強材と強力に結合します。

CE は「土嚢」ではありません。封じ込め砂 (CS) は、砂または乾燥しすぎた、または構造的に土嚢のような性能を持つ凝集性の低い充填材を使用します。CS は、しっかりとした織りの布袋で構築する必要があり、布の損傷から十分に保護され、壁の強度は袋の布の強度に依存します。^[14] CS は、せん断強度と面外強度の両方で CE よりも多くの垂直補強が必要であり、構造スキンが必要な場合があります。一部のビルダーは、壁の充填材として封じ込め砂の狭い袋を使用します。

封じ込め式砂利（CG）は、粗い砂より大きい骨材を充填します。通常は二重の米袋に入れますが、強力なメッシュを使用することもできます。CG は、基礎からの湿気の伝達を制限します。

モジュラー CE は穀物袋または類似のチューブで構築されます。壁は、有刺鉄線のバーブ間の接続と、層間の追加ピンに依存します。ソリッド CE は、ある種のニット ラッシェルメッシュ チューブで構築されるハイパーアドベで、層間の湿った土の充填が固まります。

充填材として一般的には無機材料が使用されますが、金網のような強力なマトリックスで石膏を補強する場合は、一部の有機材料（籾殻など）も使用できます。

土盛り土には 5 ～ 50% の粘土が含まれる場合があり、「不適格細粒」、「路盤」、「人工盛土」、または現地の下層土である可能性があります。「生」または安定化されていない土壌は固体として硬化しますが、長時間の浸水には耐えられません。粘土を含む下層土はしっかりと固まり、有刺鉄線の突起や鉄筋にしっかりと付着します。

土詰めには、しっかりと突き固めて硬化する限り、骨材を多く含ませることができます。砕いたボトル、丈夫な瓦礫、プラスチックのゴミも使用できますが、骨材を多く含む混合物は鉄筋の挿入を妨げる可能性があります。

砂、石粉、砂利は、長期間の洪水にも耐えることができますが、ほとんどの場合、建設中に特別な補強と何らかの構造スキンが必要になります。砂の充填は、振動を減衰する建物の基礎を提供する複数の層に適している場合がありますが、高さが 60～100 cm (24～39 インチ) を超えると、通常の袋では不安定になります。

セメント、石灰、またはビチューメンによる安定剤を使用すると、粘土質の土壌が洪水に耐えられるようになり、また、非構造的な石膏皮膜を備えた従来の土嚢に砂を使用できるようになります。土嚢の壁は通常 38 cm (15 インチ) の厚さがあるため、大量の安定剤が必要になります。

断熱特性は、気温が極端に高い気候では重要です。材料の断熱値は、材料の多孔性と壁の厚さの両方に直接関係しています。砕いた火山岩、軽石、もみ殻は、粘土や砂よりも断熱値が高くなります。未処理の有機材料は腐敗する可能性があるため、充填材として使用することはできますが、構造壁の一部として使用しないでください。

ユナイテッド・アース・ビルダーズは、ハイパーアドベメッシュチューブに軽いわら粘土を入れて、ドームの外側に厚さ200mm（8インチ）の層を形成することを試みました。^[15]

土壁の蓄熱特性は、昼夜の温度変動が大きい気候でも温度変化を緩和します。この熱フライホイール効果により、土壁は温暖な気候や暑く乾燥した気候に最適です。粘土や砂は優れた保温性も備えており、家の外部から適切に断熱すれば、寒冷な気候のパッシブソーラー建築設計で蓄熱材として機能し、年間を通じて室内温度を安定させます。

低リスクエリアでは、層間の壁が固まるため、ソリッドCEは有刺鉄線を少なくして構築できます。編み袋またはチューブを使用したアースバッグは、バッグ同士の表面が滑りやすいため、あらゆるレベルの自然災害に対して有刺鉄線が必要です。層間のピンは、重要な線形面外強度には寄与しません。^[16]有刺鉄線付きアースバッグの壁はアドベよりも柔軟性があり、詳細を注意深く設計すれば倒壊を防ぐことができます。

鉄筋のない軟弱な土でできたアースバッグは、地震で簡単に損傷する補強されていないアドビの半分のせん断強度しかありません。ニュージーランドの規定と計画では、補強されていないアドビの壁はほぼ 0.6 g の力に耐えることができます (50 年以内に 2% の確率で破壊される Ss 値に相当)。しかし、アースバッグにはこの強度に匹敵するより強い土壌が必要です。ネパールのアースバッグは、2015 年初頭に 0.7 g を超える力に耐え、この強度をわずかに上回りました。 ^[17]カリフォルニアでテストされたドームは、直径 7 メートル (23 フィート) 未満の建物の安定した形状により、約 1 g の力に耐えました。^[18]

現在のアースバッグ技術では、基礎に固定せずに鉄筋を挿入し、接続せずに重ね合わせるため、非常に強い土を使用した場合でも、1.2 g以下しか耐えられません。特別な補強が必要です。

強固な土でできたソリッドCEは、モジュラーCEよりもせん断強度と面外強度が高い。^[19]また、有刺鉄線に加えて、または有刺鉄線の代わりに、水平補強用のメッシュを使用することもできる。

砂利や砂を封じ込める場合、直線壁セクションの側面にワイヤーを巻き付け、次の層では同じ直線セクションの下と上に有刺鉄線をギフトラッピングすると、最も効果的です。リスクの高い地域の CG のベース壁では、建設業者が鉄筋コンクリート (RC) グレードの梁や基礎を設置できない場合、基礎レベルで追加のバットレスが必要になることがあります。侵食防止用の枝によく使用される、より細いプラスチック製のメッシュ チューブに砂利を詰めて、幅の広い壁の下に半分の幅の RC リング ビームを設置することができます。

屋根は、壁を徐々に内側に傾斜させてドームを作ることで形成されます。アーチ型の屋根は型枠の上に建てることができます。または、伝統的な屋根タイプの下にはボンド ビームが使用されます。土壁にかかる外向きのストレスを軽減するには、寄棟屋根、切妻型トラス、またはビガが必要になる場合があります。

アースドームは安価に建設できますが、湿気の多い地域では防水処理が複雑であったり、費用がかかったりします。

窓やドアは、伝統的な石積みのまぐさ石、またはコーベルやレンガのアーチ技法を使用して、一時的な型枠の上に形成できます。また、建設中にバッグ層の間に置かれた天窓、ガラスで覆われたパイプ、またはボトルによって光を取り込むこともできます。

バッグが紫外線や湿気によって損傷するのを防ぐために、壁をセメント ベースのスタッコ、または石灰や土の漆喰で覆います。壁が「生の」土である場合は、わらを混ぜた土の充填漆喰を使用して、バッグや層の間のすき間を埋めます。その上に仕上げ漆喰を塗ります。

屋根の張り出しは、漆喰防水の必要性を減らすのに役立ちますが、下側の壁に塗られた漆喰は、上側の壁に塗られた漆喰よりも強度と耐水性が高くなります。

建物の中には、構造物の上部に植栽された土の「生きた屋根」（「緑の屋根」）を使用しているものもあれば、土嚢壁の上に置かれたより従来的な骨組みと屋根を使用しているものもあります。

アースバッグ建設は、他の耐久性のある建設方法に比べて、エネルギーをほとんど消費しません。コンクリート、レンガ、木材とは異なり、土を集める以外に、土を盛るために必要なエネルギーはありません。現地の土を使用する場合、輸送に必要なエネルギーはほとんどありません。押し固め土建設とは異なり、土を軽く突き固めるために人力エネルギーのみが必要です。使用されるエネルギー集約型の材料、つまりプラスチック (袋とより糸用)、鋼線、およびおそらく石膏またはスタッコの外殻は、他のタイプの建設に比べて比較的少量で使用され、多くの場合、合計で建築材料の 5% 未満です。建物はメンテナンスを行えば長持ちします。ただし、「生の」または安定していない土を盛土として使用すると、建物が不要になったときに、盛土を庭、埋め戻し、または新しい土造りの建物にリサイクルできます。 ^[要出典]

アースバッグ建築技術は、 2004年の津波後にスリランカでも研究された。^[20]ハイチでは複数のアースバッグ建築プロジェクトが完了しており、そのほとんどは地震後に行われた。^[21]ファースト・ステップス・ヒマラヤ^[22]と他の慈善団体は、2015年4月の地震の前にネパールで50以上のアースバッグ建築を建設していた。それ以来、地元の建設業者は、グッド・アース・グローバルによるものを含む継続的なアースバッグトレーニングの機会に群がり、その結果、ネパールの公式建築基準法で住宅にこの技術が認められるようになった。国際NPOもネパールで何百もの密閉型アースバッグ建築またはアースバッグ建築を建設しており、大規模な診療所や学校よりも住宅の方が多い。NPOは、地元の土壌強度と地震リスクに適した補強の種類と強度をより適切に選択できるように、より多くの構造情報を求めている。大学でのテストは始まっているが、さらなる研究が必要である。^[要出典]

カリリは、月や他の惑星に建造物を建設するためにアースバッグ建設技術を使用することを提案しました。現在、地球から正の質量のペイロードを持ち上げるには、かなりの費用がかかります。したがって、カリリの技術は、必要な物資が軽量のバッグと、それを詰めるためのいくつかのツールで構成されるため、理想的な解決策であると思われます。彼は、そのようなバッグには、有刺鉄線の代わりに、事前に縫い付けられた「フックとループ」（つまり、ベルクロ）ファスナーストリップが付いているだろうと述べました。^{[引用が必要]}

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