Bí mật về lâu đài cát giúp khôi phục kỹ thuật xây dựng cổ đại

Bí mật của một lâu đài cát thành công có thể hỗ trợ cho việc khôi phục lại một kỹ thuật xây dựng thân thiện với môi trường, theo một nghiên cứu mới của trường đại học Durham.

Các nhà nghiên cứu do trường Ứng dụng thuộc đại học Durham, đã tiến hành một nghiên cứu về sức mạnh của đất nện, một nguyên liệu ngày càng phổ biến và được xem là một phương pháp xây dựng bền vững.

Giống như một lâu đài cát cần có nước trong thành phần vật liệu để có thể đứng vững, các kĩ sư thuộc đại học Durham đã phát hiện ra rằng sức mạnh của đất nện phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng nước bên trong nó.

Đất nện là một vật liệu được làm từ cát, sỏi và đất sét được làm ẩm và đóng khuôn thành các khối để xây tường. Đôi khi các chất giữ ổn định như xi măng chẳng hạn được sử dụng thêm, nhưng trong nghiên cứu này các nhà khoa học chỉ quan tâm tới các thành phần vật liệu không giữ ổn định.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu Khoa học Vật lý và Ứng Dụng (EPSRC) và được công bố trên tờ Geotechnique. Kết quả nghiên cứu cho thấy một phần sức mạnh mà loại vật liệu này có được là do sự có mặt của một lượng nước nhỏ bên trong nó.

Các mẫu hình trụ đã trải qua một thử nghiệm “ba trụ”, trong đó có các áp lực bên ngoài tác động vào để thử khả năng chống đỡ của loại tường làm từ vật liệu này. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng sức hút giữa các phân tử đất với sự có mặt của một lượng nước nhỏ chính là nguồn gốc sức mạnh của loại vật liệu này.

Các nhà khoa học cho biết tường đất nện được để khô sau khi xây, trong điều kiện khí hậu thích hợp, có thể khô đi nhưng không mất hết nước. Lượng nước nhỏ còn lại cung cấp một sức mạnh đáng kể cho bức tường qua thời gian.

Các nhà khoa học nói rằng công trình của họ là gợi mở cho việc xây dựng các công trình sử dụng vật liệu đất nện trong tương lai, khi mối liên hệ giữa sức mạnh của loại vật liệu này và hàm lượng nước trong nó được làm sáng tỏ hơn nữa.

Người ta dành ngày càng nhiều nhiều sự quan tâm cho việc sử dụng kỹ thuật này vì nó giúp giảm bớt sự lệ thuộc vào xi măng trong xây dựng (sản xuất xi măng chiếm tới 5% lượng khí CO2 con người thải vào không gian (1)). Đồng thời, các nguyên liệu để tạo ra đất nện có thể được huy động ngay tại vùng quanh công trình xây dựng, góp phần giúp giảm bớt nhu cầu vận chuyển.

Song song với việc công bố về những kỹ thuật xây dựng mới trong tương lai, nhóm nghiên cứu cũng hi vọng các phát hiện của họ có thể hỗ trợ cho công cuộc bảo tồn các công trình cổ đại xây bằng đất nện với việc xem xét các phương pháp bảo vệ không có quá nhiều nước xâm nhập và làm yếu công trình. Paul Jaquin, một nhà nghiên cứu thuộc dự án hiện đang làm việc cho một công ty tư vấn ứng dụng (Ramboll, vương quốc Anh) về các dự án xây dựng với vật liệu đất trên khắp thế giới.

Trưởng dự án nghiên cứu, tiến sĩ Charles Augarde thuộc trường Ứng dụng đại học Durham, phát biểu: “Chúng ta biết rằng đất nện có thể chống chọi lại với thời gian, nhưng tới nay vẫn chưa hiểu được nguồn gốc sức mạnh của loại đất này một cách thấu đáo.”

“Nếu không hiểu được, chúng ta không thể bảo vệ hiệu quả các công trình đất nện cổ đại, cũng không thể lên kế hoạch xây dựng những công trình mới bằng loại vật liệu này một cách kinh tế.”

“Các thử nghiệm ban đầu của chúng tôi cho thấy nguồn gốc sức mạnh của loại vật liệu này có liên hệ với hàm lượng nước trong đó.”

“Với việc hiểu thêm về vấn đề này, chúng ta có thể bắt đầu xem xét việc sử dụng đất nện như một vật liệu xanh trong xây dựng các công trình mới cũng như bảo tồn các công trình cổ đại từng được xây dựng bằng kỹ thuật này.”

Đất nện đã được phát triển trong xã hội Trung Quốc cổ đại khoảng 2000 năm trước công nguyên, khi người ta sử dụng kỹ thuật này để xây tường quanh các khu định cư và nó đã nhanh chóng lan đi khắp thế giới – trích một công bố mới khác của nhóm nghiên cứu liên kết với tiến sĩ Chris Gerrard thuộc khoa Khảo cổ trường đại học Durham (*). Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc và quần thể cung điện Alhambra ở Granada, Tây ban Nha đã được xây dựng bằng vật liệu đất nện.

Ở Anh, kỹ thuật này đã được sử dụng trong xây dựng thử nghiệm các ngôi nhà giá rẻ ở Amesbury, Wiltshire sau thế chiến thứ nhất, và đây cũng là phương pháp xây dựng được công nhận ở một số vùng thuộc Mỹ và Australia.

Sự phổ biến của những ngôi nhà thân thiện với môi trường được trình chiếu trên các chương trình truyền hình như Grand Designs cũng đã gây ra sự chú ý trong cộng đồng.

Tiến sĩ Augarde, đồng sáng lập Hiệp hội Xây dựng với Vật liệu Đất (EBUK), một hiệp hội mới được thành lập năm nay để cổ vũ cho việc bảo vệ, tìm hiểu và phát triển các công trình bằng vật liệu đất ở vương quốc Anh.

EBUK tập hợp các nhà xây dựng, nhà nghiên cứu, thành viên học viện, kiến trúc sư, nhà sản xuất và nhiều thành phần khác cùng làm việc trong các lĩnh vực quan tâm chung ở cấp độ quốc gia và khu vực.

Tom Morton, quyền Thư ký của hiệp hội EBUK nói: “Loại hình nghiên cứu này rất có giá trị khi ngành xây dựng đang phân tích các biện pháp truyền thống hợp lý và áp dụng chúng vào xây dựng bền vững trong thế kỷ 21.”

“Các công nghệ ít sản sinh cácbon như thế này có nhiều khả năng thành công nhất do có sự kết hợp kiến thức của các trường đại học nghiên cứu, như Durham chẳng hạn, với hiểu biết thương mại của các thành viên trong ngành xây dựng, và thực tế là chúng ta đang thấy những bước phát triển rất sôi động trong lĩnh vực này.”

Tham khảo:
P.A. Jaquin, C.E. Augarde, D. Gallipoli, D.G. Toll. The strength of unstabilised rammed earth materials. Géotechnique, 2009; 0 (0): 090505015147034 DOI: 10.1680/geot.2007.00129