Ziemia jako materiał budowlany, stosowany od lat, charakteryzuje się szczególnymi właściwościami energetycznymi i plastycznymi. W artykule przedstawiono przykłady budownictwa w Islandii, przez wiele lat opartego głównie na wykorzystaniu zasobów naturalnych, zwłaszcza torfu.
Ogromna różnorodność materiału, który określamy ogólnym pojęciem „ziemia”, sprawia, że jej wykorzystywaniu towarzyszy znaczna ilość środków i sposobów modyfikacji konstrukcji i technologii.
Historyczne uwarunkowania budownictwa ekologicznego
Budownictwo tradycyjne ekologiczne to przede wszystkim budownictwo z ziemi. W Polsce oraz wielu krajach Europy stosowano budownictwo masywne z ziemi ubijanej w szalunkach (z ang. rammed earth). Konstrukcje takie nazywano ścianami bitymi lub ziemnościanami [1]. Budynki miały ściany warstwowe, pierwsza warstwa o grubości 30–40 cm ubijana była w oszalowaniu z desek. Do ubijania ścian używano ziemi zmieszanej ze żwirem i wapnem. W celu usztywnienia ściany kolejne warstwy przekładano gałązkami jałowca. Całkowita grubość ścian wynosiła 0,5–1,0 m. Nieco innym rozwiązaniem było stosowanie ścian ubijanych bez szalunków, tzw. glinobitka. W tej technologii używano układanych na mokro brył ziemi wymieszanych z sieczką, następnie konstrukcję uklepywano płaskimi deszczułkami. Ściany bite w celu ochrony przed wilgocią budowano na wysokiej podmurówce z płaskich kamieni, a od strony zewnętrznej tynkowano zaprawą wapienno-żwirową lub deskowano. Ze względu na masywność konstrukcji ściana ubijana wymagała długiego czasu schnięcia kolejnych warstw, wykonywano ją przez okres letni [1].
W XIX w. w wielu krajach rozwinęło się budownictwo z bloczków ziemnych, które kształtowano w formach. Materiałem używanym w tej technologii była glina. W celu wzmocnienia materiału stosowano zbrojenie rozproszone, dodawano np. słomę, która zabezpieczała elementy przed pękaniem w trakcie wysychania. Elementy były stypizowane, choć miały różną wielkość: długość 26–32 cm, szerokość 15–18 cm i grubość 8–14 cm. Aby uniknąć problemów z zawilgoceniem, bloczki murowano na wysokiej kamiennej podmurówce i pokrywano z zewnątrz tynkiem wapienno-żwirowym.
Zupełnie nową technologią były ściany nośne budynków wykonane z cegły suszonej, zwanej surówką lub cegłą egipską. Elementy o wymiarach 38x19x15 cm wyrabiano w drewnianych formach, a następnie suszono. Mur składał się z bloczków i zaprawy, którą stanowił piasek i glina. Zalecana grubość murów dla budynków o wysokości do jednej kondygnacji wynosiła 1,5 cegły (około 58 cm) [1]. W kolejnych latach technologia ewoluowała, a najbardziej rozpowszechnioną ekologiczną konstrukcją było budownictwo szkieletowe. O regionalnym zróżnicowaniu budownictwa z ziemi decydowały zasadniczo warunki ekologiczne.
Fot. 1 Budynki zielone – kościół i domki dla elfów, Islandia
Już wiele wieków temu, zanim nastała moda na zielone budownictwo, używano materiałów, które były darem natury (fot. 1). W Islandii z powodu braku zasobów leśnych stosowano na szeroką skalę budownictwo na bazie torfu i kamieni. Materiały te stały się głównym budulcem kościołów, budynków gospodarczych oraz domów zarówno dla bogatych, jak i biednych mieszkańców Islandii.
W porównaniu z budynkami wykonywanymi na bazie drewna i kamienia wypełnianie ścian i dachu torfem stanowiło doskonałą izolację przed surowym klimatem. Materiały naturalne wykorzystywali już także Rzymianie, zwłaszcza w północnej części swego Imperium. Budynki zielone ewoluowały w ciągu wieków, były bardzo popularne w Norwegii, Szkocji, Irlandii. Na terenie Islandii można znaleźć wiele domów opierających się na szkielecie drewnianym z wypełnieniem torfem w tzw. jodełkę (fot. 2).
Początkowo budowano małe domy, w IX w. (era wikingów) popularne stały się domy typu longhouse. Domy te były proste w formie i wielofunkcyjne, służyły ludziom do spania i pracy, przechowywano w nich żywność i zwierzęta. Longhouse składa się z dużej, centralnie umieszczonej izby z „kominkiem” oraz najczęściej dwóch dodatkowych pomieszczeń po bokach domu. Z powodu braku miejsca dla mieszkańców od XIV w. zaczęto budować gospodarstwa, w których pojawiło się więcej miejsca do życia codziennego oraz spiżarnie czy toalety. Całość gospodarstwa składała się z kilku mniejszych budynków połączonych ze sobą wspólnym korytarzem. W XVI w. miał miejsce na Islandii duży kryzys związany z brakiem drewna, co spowodowało m.in. brak opału. Projektowano budynki typu szeregowego. Wszystkie pomieszczenia w budynku łączył długi korytarz (fot. 3).
Pod koniec XVIII w. zaproponowano ulepszenie dotychczasowych domów z torfu, rozpowszechniły się budynki typu burstabær. Powstały farmy, które składały się z osobnych mniejszych budynków, każdy z osobnym dachem dwuspadowym, często z drewnianym szczytem ustawianym od frontu (fot. 4). Ten typ budynku rozpowszechniono głównie na południu Islandii ze względu na lżejsze warunki klimatyczne. Domy torfowe cieszyły się dużą popularnością do XIX w., w pierwszej połowie XX w. wiele z nich poddano modernizacji i wprowadzono udogodnienia dla mieszkańców. Od XVIII w. zaczęto wznosić także wiele budynków kamiennych, zwłaszcza pełniących funkcje reprezentacyjne. Od XX w. w budownictwie islandzkim coraz częściej kryto dachy blachą falistą oraz stosowano beton.
Fot. 2 Budynki z torfu, układ w jodełkę, Skagafjordur
Ziemia jako materiał budowlany
W zasadzie brak ogólnych kryteriów oceny przydatności danego rodzaju ziemi jako materiału budowlanego. W budownictwie definiujemy grunt budowlany jako część skorupy ziemskiej, która współpracuje z obiektem budowlanym, stanowi jego element lub służy jako tworzywo do wykonania z niego budowli ziemnych. Grunt, którego szkielet powstaje w wyniku procesów geologicznych, np. wietrzenia, erozji i sedymentacji w wyniku procesów eolicznych (działanie wiatru) oraz fluwialnych (działanie płynącej wody), nazywamy gruntem naturalnym. Działanie tych czynników sprawia, że ze zwartych skał powstaje materiał rozdrobniony o różnym uziarnieniu, a przede wszystkim o różnych właściwościach fizycznych. Wyróżnia się grunty naturalne [2]:
– skaliste – zbudowane z litych lub spękanych bloków o minimalnych wymiarach ponad 10 cm;
– nieskaliste mineralne – zawartość części organicznych (roślinnych i zwierzęcych) mniejsza niż 2%;
– nieskaliste organiczne – zawartość części organicznych większa niż 2%.
Najpopularniejszym materiałem są piaski, żwiry, glina, nieco kontrowersyjnym jest torf. Należy on do gruntów organicznych, nieskalistych, o zawartości części organicznych ponad 30%. Wyróżnia się m.in. torf słabo rozłożony, średnio rozłożony i silnie rozłożony. Według PN-85/G-02500 [4] Torf jest to utwór akumulacyjny pochodzenia organicznego, głównie roślinnego, powstały w wyniku procesu torfienia przebiegającego w określonych warunkach wodnych, powietrznych i mikrobiologicznych, składający się ze szczątków roślinnych w różnym stopniu zmumifikowanych oraz humusu torfowego.
Fot. 3 Budynki glaumbær, muzeum w Skagafjordur
Przykład gospodarstwa islandzkiego
Typowym przykładem tradycyjnego budownictwa islandzkiego jest stare gospodarstwo Glaumbær w Skagafjordur. Obecnie znajduje się tam skansen. Domy torfowe powstały na przełomie XVIII i XIX w. Gospodarstwo zamieszkiwane do 1947 r. od 1952 r. udostępnione jest zwiedzającym [6, 7].
W Islandii torf jako materiał budowlany znalazł szerokie zastosowanie szczególnie ze względu na fakt, że stanowi dobry izolator oraz jest ogólnie dostępny i prosty w obróbce. Na wyspie jest wiele obiektów krytych darnią, które są wspaniale zachowane i można je podziwiać. Zasadniczą wadą jest wilgotność panująca wewnątrz budynków. Domy te stanowić jednak mogą ekologiczne i energooszczędne przykłady budynków z dawnych lat. Ekologiczne rozwiązania nawiązujące do już „występującej w naturze technologii” wyznaczają drogę rozwoju nowoczesnego, będącego w zgodzie z naturą, budownictwa.Obecnie podstawową miarą ekologii w budownictwie jest optymalne wykorzystanie materiałów pochodzących z otaczającego nas środowiska, powierzchni użytkowania oraz energii pierwotnej. Wiele krajów ogranicza zanieczyszczenia niszczące środowisko naturalne, wprowadzając ekologiczne materiały, technologie oraz sposoby pozyskiwania energii. Nawrót do różnorodnych technik budownictwa z ekologicznych materiałów jest jednym z głównych czynników oceny w systemach certyfikacji. Rozwój budownictwa ekologicznego sprawia, że pojawiają się coraz to nowe technologie i materiały oparte na naturze. Przykładem tego są chociażby płyty trzcinowo-jutowo-gliniane, które pełnią funkcję podobną do płyt gipsowych.
Fot. 4 Budynku typu burstabær, Skogar Folk Muzeum
Współczesne budownictwo z ziemi
Ziemia formowana mechanicznie jest obecnie wytwarzana na szerszą skalę przede wszystkim w USA, Ameryce Południowej i Indiach. W Europie produkcja „zimnej” cegły rozwijana jest m.in. w Niemczech, Danii, Belgii i Francji.
Systemy produkcji są różne. Zależnie od przyjętej technologii cegły wytwarzane są z ziemi plastycznej lub półpłynnej. Ziemia przygotowywana do wyrobu cegieł adobe wymaga na ogół domieszek wiążących. Stosowane są domieszki różnych włókien, ciętych mechanicznie na odpowiednią długość. Ziemia, podobnie jak w innych technologiach, musi być dobrze wymieszana, co najłatwiej jest osiągnąć, używając zmechanizowanych mikserów. Zasadą jest mieszanie masy wokół osi pionowej lub poziomej, dlatego zwykłe betoniarki wymagają przeróbki.
Właściwości ziemi (czyli gruntów naturalnych) i zmodernizowana technologia jej obróbki – jako surowca do wyrobu materiału budowlanego – pozwalają na wykonywanie trwałych i nowoczesnych mieszkań w pełni odpowiadających współczesnym wymaganiom technicznym.
Surowiec do wyrobu materiału budowlanego wydobywa się z warstwy gruntu zalegającego pod warstwą humusu. Nowoczesne technologie pozwalają na użycie każdego rodzaju ziemi, zarówno gliniastej (zawartość gliny do 30%), jak i piaszczystej, po odpowiednim przygotowaniu. Ziemia, w której skład wchodzi piasek, żwir, iły i glina, zwana jest również chudym betonem z ziemi. Ponieważ piasek i żwir znajdujące się w masie ziemi nie zapewniają kohezji (spójności) materiału, niezbędny jest dodatek spoiwa naturalnego lub sztucznego. W betonie funkcję tę spełnia cement, a w technologii z ziemi surowej – glina. Nawet niewielka ilość gliny wystarcza do uzyskania spójności, przy czym jej duża zawartość niekorzystnie wpływa na jakość materiału (glina ulega znacznym zmianom objętościowym pod wpływem wody). Dla zapewnienia trwałości konstrukcji chudy beton z ziemi powinien być odpowiednio zagęszczony, wrobiony i zabezpieczony przed wilgocią.
Budownictwo z ziemi ma wiele zalet:
– mury z ziemi cechuje niski współczynnik przewodzenia ciepła i jednocześnie duża zdolność akumulacyjna, na ogrzanie pomieszczeń zużywa się minimalną ilość energii;
– mury z ziemi charakteryzują się pochłanianiem i wyparowywaniem wilgoci w sposób naturalny, ponadto konstrukcje te stanowią przegrodę przepuszczalną dla energii słonecznej (źródła ciepła) oraz dodatkowo zabezpieczają przed szkodliwym promieniowaniem UV.
– produkcja materiałów budowlanych nie wymaga dużej ilości energii, m.in. dzięki wyeliminowaniu procesu wypalania;
– odpady, które powstają przy wytwarzaniu, w czasie budowy oraz jako efekt rozbiórki z wyeksploatowanych budynków, nie powodują zanieczyszczenia środowiska; ziemne materiały budowlane samoistnie wracają do natury.
Fot. 5 Wnętrze budynku w Skagafjordur
Opis technologii budowy domów z darni
Niezależnie od projektu materiały budowlane używane do budowy budynków były takie same w całej Islandii. Do budowy ścian konstrukcyjnych stosowano darń. Materiał ten składał się w 60% z substancji roślinnych, a 40% stanowił humus. Podczas cięcia darń nasycano wodą, następnie suszono – przede wszystkim po to, żeby była lżejsza. Na ściany nośne używano bloków o wymiarach 8x20x60 cali układanych w jodełkę, grubość całkowita ścian miała około 2 m [5]. Budynki stawiano na kamiennej podmurówce, stosowano kamienie płaskie służące jako podwalina dla ochrony przed wilgocią drewnianych elementów. Ruszty drewniane pokrywano warstwami darni. Stosowano drewno z brzóz lub dębów, najczęściej jednak drewno odzyskiwane z rozbitych u wybrzeży łodzi. Nowego drewna zwykle używano do wykonania elementów ozdobnych lub drzwi zewnętrznych. Dach zawsze miał kształt trójkątny, dwuspadowy. Elementem nośnym dachu były krokwie oraz belka kalenicowa. W celu zapewnienia odpowiedniej wentylacji pokrycia stosowano naprzemienne układanie drobnych gałęzi drzew, dzięki czemu tworzono przestrzeń buforową. Rozwiązanie takie stanowiło zabezpieczenie przed zawilgoceniem drewna oraz rozwojem grzybów i pleśni. Spodnią warstwę stanowiła kora z drzewa, a wierzchnią warstwą dachu była darń. Taki rodzaj dachu był prekursorski wobec obecnie stosowanych dachów zielonych. Niekiedy stosowano dodatkowo żwir, który pełnił dwie funkcje: wzmacniał mur i służył do odprowadzenia wody z dachu (drenaż). W niektórych domach budowano także poddasze. Większość budynków nie miała okien, za doświetlenie służyły otwory w murze przy okapie oraz otwór kominowy. Trwałość pokrycia ścian i dachu była zależna od wielu czynników: składu gleby, umiejętności rzemieślników i warunków atmosferycznych. Mogła ona sięgać nawet 70 lat [3].
dr inż. Barbara Ksit
dr inż. Marlena Kucz
Zdjęcia Marlena Kucz
Literatura
1. http://www.biohabitat.pl/tradycyjne.html.
2. PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.
3. http://www.earthhomesnow.com/icelandic-turfhouses.htm.
4. PN-85/G-02500 Torf. Genetyczny podział surowca.
5. http://www.hurstwic.org/history/articles/daily_living/text/Turf_Houses.htm.
6. http://www.glaumbaer.is/is/information/glaumbaer-farm/glaumbaer-polski-1.
7. Informacje od przewodników lokalnych.
