9 Minute
Material durabil nou din carton, pământ și apă
Ingineri de la RMIT University din Australia au dezvoltat un material de construcție fără ciment, realizat exclusiv din carton, pământ şi apă. Denumit cardboard-confined rammed earth (pământ bătut confinat în carton), materialul oferă aproximativ un sfert din amprenta de carbon a betonului convențional, reducând totodată cantitatea de carton ce ajunge la groapă de gunoi. Potrivit cercetătorilor, materialul este suficient de rezistent pentru a forma ziduri portante în construcţii de mici înălţimi şi aduce beneficii termice care pot diminua necesarul de răcire în climat cald.
Acest concept combină tehnici tradiţionale de zidărie din pământ cu inovaţii moderne în ceea ce priveşte formwork-ul uşor şi reciclabil. Termenul tehnic cardboard-confined rammed earth reflectă natura hibridă: pământ compactat intern, confinat de un înveliş din carton care acţionează ca cofraj şi suport temporar. În practică, soluţia urmăreşte simultan reducerea emisiilor, economisirea costurilor şi stimularea unei economii circulare prin reutilizarea cartonului.
De ce contează pentru construcţiile cu emisii reduse
Producţia de ciment şi beton contribuie cu aproximativ 8% din emisiile globale de CO2, iar aceeaşi realitate subliniază necesitatea unor alternative de construcţie cu amprentă redusă de carbon. În acelaşi timp, Australia scapă anual peste 2,2 milioane de tone de carton şi hârtie la depozite. Echipa RMIT a combinat conceptul bine-cunoscut de rammed earth — ziduri din sol compactat — cu cofraje uşoare din carton pentru a crea un element structural reutilizabil şi reciclabil care elimină complet necesitatea cimentului.
Avantajele ecologice sunt dublate de beneficii logistice: reducerea volumului şi greutăţii materialelor transportate către şantier poate reduce consumul de combustibil, costurile de transport şi emisiile aferente. Acest lucru este deosebit de important pentru proiectele din zone îndepărtate sau pentru reconstrucţii post-dezastru, unde lanţurile de aprovizionare sunt limitate şi transportul materialelor grele (cărămizi, beton, oţel) este costisitor.
Dr. Jiaming Ma, autor principal al studiului, explică avantajul practic al inovației: „Construcţia modernă cu pământ bătut adaugă ciment la sol pentru a obţine rezistență. Utilizarea cimentului este excesivă în raport cu grosimea naturală a pereţilor din pământ bătut.” Proiectul RMIT elimină complet necesitatea cimentului și, conform rapoartelor echipei, atinge performanţe structurale comparabile pentru multe aplicaţii de clădiri joase la sub o treime din costul betonului.
Cum se produce și ce avantaje practice oferă
Pământul bătut confinat în carton se produce pe şantier prin plasarea unui amestec de sol şi apă în tuburi sau cofraje din carton, urmată de compactarea manuală sau mecanizată. Cartonul confinează solul compactat pe durata prizării şi uscării, iar ulterior poate fi reutilizat sau reciclat. Metoda reduce nevoia de cofraje din lemn sau metal, precum şi timpul şi costurile asociate cu acestea.
Prof. emerit Yi Min „Mike” Xie, autor corespondent şi expert în optimizarea structurală, remarcă: „În loc să aduci tone de cărămizi, oţel şi beton, constructorii ar aduce doar carton uşor, deoarece aproape toate materialele pot fi obţinute la faţa locului. Aceasta ar reduce semnificativ costurile de transport, ar simplifica logistica și ar diminua necesarul de materiale imediat.” Practic, reutilizarea cartonului ca formwork temporar transformă o componentă considerată de obicei deşeu într-un element funcţional al construcţiei.
Procesul permite adaptări locale: pământul folosit poate proveni din săpături de pe amplasament (de exemplu excavaţii pentru fundaţii), reducând astfel necesarul de materiale aduse. Adaptarea reţetei de amestec (proporţia de argilă, nisip, pietriş fin şi apă) poate optimiza proprietăţile mecanice şi de durabilitate ale elementului bătut. Pentru aplicări rezidenţiale sau comunitare, această flexibilitate oferă un avantaj competitiv semnificativ.
Masa termică și reziliența climatică
Structurile din pământ bătut au o masă termică ridicată — adică absorb şi eliberează treptat căldura — astfel încât pereţii realizaţi prin această metodă temperează natural temperatura şi umiditatea interioară. În climatele calde, acest lucru reduce dependenţa de aparatele de aer condiţionat şi emisiile asociate, ceea ce face abordarea atractivă pentru zonele regionale sau izolate unde solurile roşii adecvate sunt frecvente.
Masa termică contribuie şi la confortul acustic, deoarece masele mari de material absorb şi atenuează zgomotul. În plus, pereţii groşi din pământ pot oferi izolaţie pasivă în timpul iernii, reţinând căldura interioară pe timpul nopţii. Această capacitate de moderare a microclimatului interior este esenţială pentru proiectele care urmăresc reducerea consumului energetic pe durata funcţionării clădirii (operational carbon), nu doar reducerea emisiilor incorporate.
Performanţă structurală și consideraţii de proiectare
Rezistenţa mecanică a pământului bătut confinat în carton depinde de grosimea formelor din carton şi de calitatea compactării. Echipa RMIT a dezvoltat o formulă de proiectare care corelează grosimea tubului de carton cu rezistenţa la compresiune anticipată, permiţând inginerilor să specifice cofraje potrivite pentru condiţii de încărcare determinate. Această abordare bazată pe parametri oferă predictibilitate şi facilitează integrarea în procesul de proiectare structurală.
În lucrări conexe, Ma a combinat armarea cu fibră de carbon cu pământul bătut şi a demonstrat performanţe comparabile cu betonul de înaltă performanţă în anumite teste — ceea ce sugerează că există căi pentru extinderea aplicaţiilor dincolo de construcţiile de mică înălţime. Armarea cu materiale uşoare, precum fibrele de trestie, fibră de sticlă sau matrice polimerice, poate îmbunătăţi ductilitatea, capacitatea la tracţiune şi rezistenţa la fisurare, deschizând posibilităţi pentru utilizări structurale mai extinse.
Producţia la faţa locului reduce energia încorporată asociată transportului şi, datorită naturii uşoare a cartonului adus, logistica devine mai simplă, în special în comunităţile izolate sau în operaţiunile de reconstrucţie. În plus, materialul sprijină obiectivele economiei circulare prin devierea cartonului de la depozitele de deşeuri şi folosirea solurilor locale, reducând extracţia de materiale noi.
Totuşi, proiectarea trebuie să ia în calcul factori precum calitatea solului local (granulaţie, conţinut de argilă, stabilitate), potenţialul de contracţie la uscare, comportamentul la umiditate şi necesitatea protecţiilor exterioare (e.g. tencuieli hidrofuge, parasolare). Inginerii trebuie să includă evaluări geotehnice, teste de compresie pe probe reprezentative şi analize de durabilitate la cicluri de umiditate/uscăciune şi la cicluri termice.
Perspective experte
Dr. Hannah Reyes, cercetătoare în ştiinţa materialelor, specializată în construcţii durabile, comentează: „Această abordare readuce la viaţă tehnicile seculare de construire cu pământ, cu o adaptare pragmatică modernă. Prin cuantificarea modului în care cofrajul din carton influenţează performanţa structurală, RMIT face legătura între cercetarea de laborator şi aplicabilitatea pe teren. Pentru regiile cu lanţuri de aprovizionare limitate, economiile de carbon şi cost pot fi semnificative — cu condiţia ca constructorii să adopte proceduri standardizate de testare şi controlul calităţii.”
Comentariile experţilor subliniază necesitatea unor protocoale clare: standarde de testare a materialelor, proceduri de compactare, specificaţii pentru grosimea şi tipul cartonului utilizat, precum şi recomandări pentru protecţia la umezeală. Adoptarea pe scară largă va depinde de capacitatea actorilor din industrie (ingineri, arhitecţi, constructori şi autorităţi de reglementare) de a valida performanţa în condiţii reale şi de a integra astfel de materiale în codurile de construcţie existente.
Perspective viitoare și adoptare în industrie
Echipa de cercetare este deschisă la parteneriate cu industria pentru pilotarea materialului în proiecte reale şi pentru rafinarea metodelor de producţie. Implementarea la scară largă va necesita validarea în codurile de construcţie, teste de durabilitate pe parcursul anotimpurilor şi tratamente sau adaptări de design pentru a face faţă umidităţii în locaţii expuse. Dacă aceste etape vor fi parcurse cu succes, pământul bătut confinat în carton ar putea fi integrat în locuinţe sustenabile, infrastructură comunitară şi sisteme modulare de construcţie.
Adoptarea industrială implică şi dezvoltarea lanţurilor de aprovizionare pentru carton de calitate adecvată, instruirea forţei de muncă în tehnicile de compactare şi construcţie cu pământ şi crearea unor propuneri economice clare pentru dezvoltatori. Studiile viitoare ar putea include evaluări detaliate ale ciclului de viaţă (LCA), analize cost-beneficiu pe termen lung şi pilotări care să compare performanţa energetică a clădirilor realizate cu această tehnologie faţă de soluţii tradiţionale.
De asemenea, există oportunităţi pentru integrarea cu sisteme moderne: combinaţii cu panouri prefabricate, module uşoare pentru acoperiş, sisteme de colectare a apei pluviale sau elemente pasive de răcire. Modularitatea şi simplitatea materialului fac din el un candidat atrăgător pentru soluţii rapide de locuire şi pentru proiecte cu buget restrâns care urmăresc rezilienţa climatică şi neutralitate de carbon.
Concluzie
Pământul bătut confinat în carton reprezintă o alternativă cu cost redus şi cu amprentă de carbon scăzută faţă de betonul convenţional pentru multe aplicaţii de clădiri joase. Folosind carton, pământ şi apă, tehnica reduce emisiile, deviază deşeuri de carton de la depozite, scade necesarul de transport şi oferă beneficii termice care îmbunătăţesc confortul ocupanților. Formulele de proiectare care leagă grosimea cofrajului de rezistență şi studiile preliminare de armare indicând opţiuni cu performanţe ridicate fac din această inovaţie un pas practic către o arhitectură mai verde şi mai rezilientă.
Pe măsură ce cercetarea avansează şi proiectele pilot validează comportamentul pe termen lung, această propunere ar putea deveni o soluţie viabilă în toolbox-ul arhitecţilor şi inginerilor interesaţi de construcţii cu emisii reduse. Într-un context global care cere urgent scăderea emisiilor din sectorul construcţiilor, dezvoltări precum cardboard-confined rammed earth demonstrează potenţialul transformator al combinaţiei dintre cunoştinţele tradiţionale şi inovaţia materială modernă.
Sursa: sciencedaily
Lasă un Comentariu