Soil mechanical stabilization and determination of its position in vernacular materials of hot and dry climate

Document Type : Research Article

Authors

1 Sessional Lecturer, Master of Architecture, Faculty of Engineering, Department of Architecture, University of Torbat Heydarieh, Razavi-Khorasan Province, Iran

2 Assistant Professor, Conservation of Architectural Heritage Department, Faculty of Architectural and Urban Development. Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran

10.29252/smb.5.6.29

Abstract

Soil has been one of the oldest and most widely building materials utilized by humans, especially in hot and dry areas. Therefore, recognizing the historical methods of stabilization and strengthening of earthen materials, which have been used in the regions with hot and dry climate of Iran, can cause the reuse of earthen materials in contemporary architecture. In the process of soil preparation for the production of vernacular materials in hot and dry climate, there is an important stage for kneading and throwing of mud, which results in relative density, porosity reduction and consequently, improved properties of earthen material. This method is known as mechanical stabilization in building engineering knowledge and, although its effect on the improvement of mech­­­anical properties of earthen materials is well-known and studied, research on the ability of kneading and throwing of mud, has not been considered.
So, the present study aims to determin the position of mechanical stabilization in the structure of vernacular materials of hot and dry climate, and an overview on the types of mechanical stabilization methods and the factors affecting it, as well as the earthen materials produced in this way, is carried out. The present study is carried out in the form of an applied research, based on combinatory methods (descriptive and field studies). For this purpose, after the library studies, as well as field surveys, the process of applying mechanical stabilization on earthen materials were considered. The results of the study on mechanical stabilization in earthen materials, indicate the desired effect of kneading and throwing of mud with sufficient moisture content compared to the current method of mechanical stabilization, ie, low moisture compressed soils. Therefore, it can be concluded that the traditional architects of this climate have implicitly been aware of the correct method of mechanical stabilization and the existence of a positive relationship between this technique and mechanical properties of vernacular material of hot and dry climate. Considering the desired effect of mechanical stabilization on the improvement of mechanical properties of earthen materials, if the correct incorporation of this technique with the method of traditional earthen production materials is carried out, the earthen materials in the present age can be applied in the architecture of hot and dry climate.

Keywords

References

-  ابراهیمی، افشین. (1380). مطالعه میدانی- آزمایشگاهی نقش فرآورده‌های بوم­آورد در تثبیت و استحکام­بخشی خشت­خام و اندود کاه‌گل (مطالعه موردی ذیقورات چغازنبیل). پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته مرمت اشیا تاریخی و فرهنگی. دانشگاه هنر اصفهان.
-  اسرافیلی، آزاده، (1385)، معرفی فعالیت­های آزمایشگاه مکانیک خاک ارگ بم، پروژه نجات­بخشی ارگ بم، بم.
-  اسماعیلی، علیرضا؛ قلعه‌نوی، منصور. (1391). اثر الیاف نخل خرما و آهک به عنوان تثبیت‌کننده طبیعی، بر خصوصیات مکانیکی خشت (در شرایط محیطی با 35 درصد رطوبت). نشریه مسکن و محیط روستا، دوره 31، شماره 138، 62-53.
-  اهری، زهرا، ارجمندنیا، اصغر، حبیبی، محسن، خسروخاور، فرهاد، (1367)، مسکن حداقل، تهران، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن.
-  آدامووا، آدل. (2008). نگاره‌های ایرانی گنجینه ارمیتاژ: سده پانزدهم تا نوزدهم میلادی؛ مترجم: زهره فیضی. وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی، انتشارات فرهنگستان هنر، 1387.
-  بایرام، منصوره، بهمنی، امید. (1394). تأثیر نوع خاک و وضعیت تراکم بر منحنی مشخصه رطوبتی خاک. نشریه: حفاظت منابع آب‌وخاک، دوره 4، شماره 4: 78- 65.
-  پیرنیا، محمدکریم. (1381). مصالح ساختمانی (آژند، اندود، آمود). انتشارات تعاون سازمان میراث فرهنگی کشور، چاپ اول.
-  ﺣﺎﻣﻰ. ﺍﺣﻤﺪ، (1382). ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﻰ، ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﺗﻬﺮﺍﻥ، ﭼﺎپ ﺩﻫﻢ، ﺗﻬﺮﺍﻥ.
-  حجازی، مهرداد. هاشمی، محمود. جمالی­نیا، الهه. باتوانی، محمود. (1394). ﺗﺄﺛﻴﺮ ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﻲ ﺑﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖﻫﺎی ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺧﺸﺖ ساخته‌شده از ﺧﺎک اﺻﻔﻬﺎن، فصلنامه مسکن و محیط روستا; ۳۴ (۱۵۱): ۶۷-۸۰.
-  خواجه­تراب، جواد؛ مهدی­نژاد گودرزی، زهرا. (1392). استفاده از الیاف پلی­پروپیلن برای تقویت خشت­های گلی. نخستین همایش فناوری و سازه­های سنتی با محور گنبد، تهران، موسسه آموزش عالی علوم و فنون تهران.
-  رحیم­نیا، رضا. حیدری­بنی، داریوش. (1390). تأثیر دامنه خمیری خاک (PI) بر مقاومت فشاری و کششی خشت‌های تثبیت‌شده با سیمان برای استفاده در حفاظت از سازه‌های خشتی، مرمت آثار و بافت‌های تاریخی فرهنگی، شماره دوم، سال اول.
-  رحیمی، حسن. (1385). مصالح ساختمانی. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
-  زمرشیدی، حسین. (1377). معماری ایران، مصالح شناسی سنتی. انتشارات زمرد، چاپ اول.
-  طبسی، محسن. (1384). ارائه ترکیب بهینه برای استحکام‌بخشی خشت‌های مصرفی در مرمت بناهای تاریخی کوه خواجه سیستان. مجله هنرهای زیبا، شماره بیست و سوم، ص 53-58.
-  فلامکی، محمد منصور. (1387). تکنولوژی مرمت معماری. نشر فضا، تهران.
-  قبادیان، رسول؛ رحیمی، حسن. (1385). مقایسه تأثیر روش‌های آزمایشگاهی تراکم استاتیکی و دینامیکی بر مقاومت برشی خاک‌های رسی در شرایط زهکشی نشده. مجله علمی کشاورزی، دوره 29، شماره 2.
-  قرینه، مجید؛ اولی­پور، مسعود. (1392). بررسی مقاومت کششی خاک رسی و پارامترهای مؤثر بر آن با استفاده از دستگاه جدید کشش مستقیم خاک. اولین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه محقق اردبیلی. آبان 1392.
-  گروه مؤلفان. (1385). مصالح ساختمانی یادنامه استاد حامی. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
-  لانت، ام، جی. (1360). خشت­های تثبیت­شده برای ساختمان. ترجمه مقالات علمی و فنی شماره 13. ترجمه فروز روشن­بین، تهران: سازمان تحقیقات ساختمان و مسکن.
-  مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، کمیته دائمی بازنگری آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله. (1384). استاندارد 2800، آئین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله. نشر مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران.
-  مسرت، حسین، (1394). از خاک تا خشت (خشت از دیدگاه مردمی و مردم­شناسی). نشر یزدا. چاپ اول.
-  مینکه، گرنوت. (2000). راهنمای ساخت‌وساز با خاک، کاربرد مصالح خاکی در معماری مدرن. ترجمه‌ی شاهین طلوع آشتیانی. ۱۳۸۸. تهران: سازمان میراث فرهنگی، صنایع‌دستی و گردشگری، اداره کل روابط عمومی، امور فرهنگی و اجتماعی، اداره برنامه‌ریزی نشر‏‫‏.
-  وارن، جان. (1387). حفاظت سازه­های گلین، ترجمه مهرداد وحدتی، چاپ اول، تهران: رسانه پرداز.
-  وطنی اسکویی، اصغر؛ افضلی، محمد؛ مددی­پور، محمدرضا. (1396). تأثیر تسلیح ملات بر عملکرد دیوارهای خشتی، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 49، شماره 2، صفحات 403 تا 4.
-  وطنی اسکویی، اصغر؛ افضلی، محمد؛ مددی­پور، محمدرضا؛ بخشی، علی. (1395). بررسی آزمایشگاهی دیوار خشتی تحت کشش قطری با رویکرد تقویت خشت و ملات. نشریه مسکن و محیط روستا، شماره ۱۵۴، صفحات ۱۰۷-۱۲۴.
-   Alavéz-Ramírez. R, Montes-García, P. Martínez-Reyes, J. Altamirano-Juárez, D. C. & Gochi-Ponce, Y. (2012). The use of sugarcane bagasse ash and lime to improve the durability and mechanical properties of compacted soil blocks. Construction and Building Materials, 34, 296-305.
-   Anupam, Aditya Kumar, and Praveen Kumar. (2013). Use of Various Agricultural and Industrial Waste Materials in Road Construction. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 104, 264-273.
-   Avrami, Erica. Hubert. Guillaud, and Mary. Hardy. (2008), TERRA literature Review. Los Angeles: Getty Publication.
-   Bouhicha, M. Aouissi, F. Kenai, S. (2005). Performance of composite soil reinforced with barely straw. Cement and Concrete Composites. 27(5). pp. 617-621.
-   Calatan, Gabriela, G. Hegyi, A. Dico, C. & Mircea, C. (2016). Determining the Optimum Addition of Vegetable Materials in Adobe Bricks. Procedia Technology, 22, 259-265.
-   Corrêa, Andréa Aparecida Ribeiro, Lourival Marin Mendes, Normando Perazzo Barbosa, Thiago de Paula Protásio, Nathalia de Aguiar Campos, & Gustavo Henrique Denzin Tonoli. (2015). Incorporation of bamboo particles and “synthetic termite saliva” in adobes. Construction and Building Materials, 98, 250-256.
-   CRAterr, (1991), “Basics of Compressed Earth Blocks”, A publication of Deutsches Zentrum fur Entwicklungstechnologien – GATE, Eschborn.
-   Degirmenci, N. (2008). The using of waste phosphogypsum and natural gypsum in adobe stabilization. Construction and Building materials. 22(6). pp. 1220-1224.
-   Doat, P & Hays, A & Houben, H & Matuk, S & Vitoux, F. (1991). “Building with earth”. Published by The mud village society, New dehli, India.
-   Eires, R. & Camões, A. & Jalali, S. (2013). Earth architecture: ancient and new methods for durability improvement. Structures and Architecture: Concepts, Applications and Challenges, Taylor & Francis Group, London.
-   El-Mahllawy, Medhat S, and Ayman M. Kandeel. (2014). Engineering and mineralogical characteristics of stabilized unfired montmorillonitic clay bricks. HBRC Journal, 10(1), 82-91.
-   Fontaine, L., & Anger, R. (2009). Bâtir en terre: du grain de sable à l’architecture. France: Belin.
-   Gottelannd, P. H. and Benoit, O. 2006. Sinkage tests for mobility study, modeling and experimental validation. Journal of Terramechanics. 43: 451-467.
-   Grube, Ernst J. Michell, George. (1978). Architecture of the Islamic world: its history and social meaning, with a complete survey of key monuments. The University of Michigan, Morrow.
-   Guettala, A. A. Abibsi and H. Houari, 2006. Durability study of stabilized earth concrete under both laboratory and climatic conditions exposure. Construction and Building Materials, 20(3): 119-127.
-   Guillaud, Hubert & Joffroy, Thierry & Odul, Pascal & CRATerre- EAG, (1985). “Compressed earth blocks: Manual of design and construction, A Publication of the Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien – GATE.
-   Harper, Doug, (2011), "Alternative Methods of Stabilisation for Unfired Mud Bricks", School of Civil Engineering & Geosciences, Newcastle University.
-   Houben, H. & Guillaud, H, (1994), “Earth construction – A comprehensive guide”, Intermediate Technology publications, London.
-   Houben, Hugo & Rigassi, Vincent & Garnier, Philippe. (1996). “Compressed earth blocks, production equipment”, CDI & CRATerre-EAG Publication.
-   Ilberg, Antje, Rollins, Chris, (2007), LOW COST HOUSE Construction Manual, RISD (Rwanda Initiative for Sustainable Development).
-   Jimenez Delgado, M. Carmen & Guerrero, Ignacio Canas. (2007). Construction and Building Materials. Vol 21.237–251.
-   King, B. (1996). Buildings of earth and straw: structural design for rammed earth and straw-bale architecture. Ecological Design Press, California, USA.
-   Kouakou, C.H. Morel, J.C. (2009). Strengths and elasto-plastic properties of non-industrial building materials manufactured with clay as a natural binder. Applied Clay Science. 44(102). pp. 27-34.
-   Miqueleiz, L; Ramirez, F; Oti, J.E; Seco, A; Kinuthia, J.M; Oreja, I & Urmeneta, P. (2013). Alumina filler waste as clay replacement material for unfired brick production. Engineering Geology, 163, 68–74.
-   Norton, J. (1997). Building with earth: A handbook (2nd edition). Intermediate Technology Publications, London, UK.
-   Nwankwor, N. A. (2011). Justification for the Combination of Organic and Inorganic Stabilizers to Stabilize Traditional Earth Materials (Mud) for Quality and Capacity Utilization in Africa. In Terra 2008: The 10th International Conference on the Study and Conservation of Earthen Architectural Heritage, Getty Publications, 239-246.
-   Rigassi, Vincent & CRATerre-EAG. (1985). “Compressed earth blocks: Manual of production, A Publication”, A Publication of the Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien - GATE in: Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH in coordination with BASIN.
-   Trivedi, Jyoti S. Sandeep Nair, and Chakradhar Iyyunni. (2013). Optimum utilization of fly ash for stabilization of subgrade soil using genetic algorithm. Procedia Engineering 51, 250-258.
-   Vroomen, R. (2007). Gypsum stabilised Earth - Research on the Properties of cast Gypsum-stabilised Earth and its Suitability for Low Cost Housing Construction in Developing Countries. Final thesis for MSc Architecture, Building & Planning, Eindhoven University of Technology, The Netherlands.
-   Walke, Peter. (1997). Characteristics of pressed earth blocks on compression. 11th international brick/block masonry conference Tongji University, Shanghai, China.
-   Walker, P. Keable, R. Martin, J. and Maniatidis, V. (2005). Rammed earth: Design and Construction Guidelines. BRE Bookshop, Zimbabwe.
-   Zami, Mohammad Sharif, Lee, Angela, (2010), Contemporary earth construction in urban housing - stabilised or unstabilised? 5th International Conference on Responsive Manufacturing- Green Manufacturing (ICRM 2010).
-   Zhang, J; Chen, W; Li, Z; Wang, X; Guo, Q & Wang, N. (2015). Study on workability and durability of calcined ginger nutsbased grouts used in anchoring conservation of earthen sites. Journal of Cultural Heritage, 16, 831–837.
Journal of Architecture in Hot and Dry Climate
Volume 5, Issue 6
January 2018
Pages 29-49

Files

Share

How to cite

Statistics