Đất nện (Rammed Earth) là gì? Cách thi công và đặc điểm nổi trội

Đất nện được biết đến là một giải pháp thi công tường đất trang trí có thành phần tự nhiên, giúp hoàn thiện bề mặt tường thay thế các giải pháp khác. Đất nện đã được ứng dụng từ xa xưa nhưng đến nay vẫn được biết đến là một vật liệu xây dựng bền vững. Cùng tìm hiểu thêm về đất nện ở bài viết dưới đây!

Đất nện là gì?

Đất nện (tên tiếng Anh là Rammed Earth) là một kỹ thuật được sử dụng để xây dựng móng, sàn và tường nhà bằng những vật liệu thô tự nhiên như đất, đá phấn, vôi, hay sỏi. Đây là một kỹ thuật có từ thời cổ đại, tuy nhiên mới chỉ được phục hồi gần đây với tư cách là một giải pháp xây dựng bền vững.

Công trình sử dụng tường đất nện (Ảnh: Sưu tầm)

Những công trình lớn được xây lên từ đất nện hiện nay đã có trên mọi lục địa (ngoại trừ Nam Cực) và trên mọi địa hình khí hậu từ ôn đới, ẩm ướt, sa mạc bán khô cằn hay núi cao đến các vùng nhiệt đới. Sự sẵn có của loại đất và thiết kế xây dựng phù hợp với điều kiện khí hậu tại địa phương là những yếu tố thuận lợi cho việc sử dụng nó.

Quy trình thi công tường đất nện

Bước 1: Trộn hỗn hợp đất

Sử dụng hỗn hợp ẩm của đất cái đã được pha trộn tỉ lệ cát, sỏi, đất sét và chất ổn định thích hợp (nếu có) để đúc thành một ván/ khuôn (một khung hay khuôn được gia cố bên ngoài). Ngày xưa người ta dùng những chất phụ gia như vôi hoặc máu động vật để cố định ván khuôn này.

Bước 2: Nén hỗn hợp đất nện

Hỗn hợp đất sẽ được đổ vào một ván khuôn có độ sâu 10 đến 25 centimet, và được nén lại bằng khoảng 50 phần trăm thể tích ban đầu của nó.

Đất sẽ được nén đi nén lại, theo từng mẻ hoặc lớp để dựng tường từ dưới lên trên cho tới khi đầy ván khuôn. Thay vì đầm đất thủ công với một cây cột dài và tốn nhiều công sức như trước đây, việc xây dựng các công trình hiện đại trở nên dễ dàng hơn bằng cách sử dụng các máy đầm chạy bằng khí nén.

Bước 3: Tháo dỡ khuôn và hoàn thiện tường đất nện

Sau khi hoàn thành, phần tường đã đủ chắc chắn để có thể dỡ bỏ ván khuôn ngay lập tức. Việc này đặc biệt cần thiết nếu công trình cần thi công tạo nhám bề mặt, như sử dụng chổi cọ, chạm khắc hoặc lấy dấu khuôn, vì bề mặt tường sẽ lì lại sau một giờ đồng hồ.

Thông thường, cường độ nén của đất nện tăng khi nó đóng rắn.Sau khi hoàn thành, tường đủ chắc chắn để đóng rắn bằng xi măng ổn định trong thời gian tối thiểu là 28 ngày.

Trong những tòa nhà hiện đại bằng đất nện, tường được dựng trên móng nhà thông thường hoặc bệ bê tông cốt thép được gia cố thêm.

Tường đất nện sau khi hoàn thiện (Ảnh: Sưu tầm)

Việc xây dựng một bức tường bắt đầu bằng việc dựng một khung tạm thời, còn được gọi là ván khuôn, thường được làm bằng gỗ hoặc ván ép, làm khuôn cho hình dạng và kích thước mong muốn của từng phần tường.

Kết cấu của nó phải bền và được giằng tốt, hai mặt đối phải được kẹp chặt vào nhau để tránh phồng hoặc biến dạng do lực nén lớn gây ra. Ván khuôn đóng vai trò quan trọng trong xây dựng tường đất.

Trước đây, những tấm ván gỗ được buộc chặt vào nhau bằng thừng để xây dựng tường. Những công nhân hiện đại sử dụng ván ép, thép hoặc cả hai để xây dựng khuôn.

Một số đặc điểm nổi bật của đất nện

1. Tuổi thọ cao

Cường độ nén của đất nện được quyết định bởi những yếu tố như loại đất, sự phân bố theo kích thước hạt, lượng đầm nén, độ ẩm của hỗn hợp và chủng loại cũng như lượng chất ổn định được sử dụng.

Tường đất bằng xi măng tốt có thể vào khoảng 5 đến 20 MPa (Megapascal). Cường độ nén cao có thể cần nhiều xi măng hơn. Nhưng thêm xi măng có thể ảnh hưởng đến độ thấm nước của tường.

Thật vậy, đất nện được xây dựng đúng cách có thể tồn tại hàng nghìn năm, như minh chứng rằng rất nhiều công trình cổ đại trên toàn thế giới vẫn còn trụ vững. Tường đất được gia cố thêm cốt thép ở những khu vực có hoạt động địa chấn cao.

Tường đất nện được biết đến với tính bền vững, tuổi thọ cao (Ảnh: Sưu tầm)

Thêm xi măng vào hỗn hợp có ít đất sét có thể tăng sức chịu tải của những công trình xây dựng lớn bằng đất nện. Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã quan sát vào năm 1925 rằng các kết cấu được xây dựng bằng đất nện có tuổi thọ kéo dài vô định hạn và chỉ tốn bằng hai phần ba chi phí của nhà khung tiêu chuẩn.

2. Khả năng cân bằng nhiệt

Một lợi ích đáng kể của đất nện là khối lượng tác dụng nhiệt lớn: giống như gạch hoặc bê tông, nó có thể hấp thụ nhiệt vào ban ngày và giải phóng nhiệt vào ban đêm. Quy trình này điều hòa nhiệt độ ban ngày và giảm việc sử dụng thiết bị làm lạnh và sưởi ấm.

Ở những nơi có khí hậu lạnh hơn, tường đất còn có thể cách nhiệt bằng cách chèn vật liệu như xốp hoặc tấm sợi thủy tinh cứng vào những lớp trong và lớp ngoài của tường. Tùy thuộc vào chủng loại và hàm lượng của chất kết dính, tường cũng phải được bảo vệ khỏi mưa và cách nhiệt bằng màng chắn hơi nước.

3. Khả năng điều hòa độ ẩm

Đất nện có thể điều hòa độ ẩm hiệu quả nếu tường trần chứa đất sét tiếp xúc với không gian bên trong. Độ ẩm sẽ rơi vào khoảng 40 đến 60 phần trăm.

Tuy nhiên, khối lượng vật liệu và thành phần đất sét có trong đất nện giúp ngôi nhà đất trở nên thông thoáng hơn so với một ngôi nhà bê tông thông thường, có thể ngăn chặn những vấn đề ẩm ướt, nhưng cũng đồng thời ngăn chặn sự mất nhiệt đáng kể.

Tường đất nện giúp không gian trong nhà ở nên thoáng mát hơn (Ảnh: Sưu tầm)

Tường đất có màu sắc và kết cấu của đất tự nhiên. Những lớp phủ không thấm nước, chẳng hạn như xi măng không được sử dụng vì chúng làm giảm khả năng khử ẩm của tường, chính là đặc tính cần thiết để duy trì độ bền của tường.

4. Dễ dàng làm sạch và xóa đi các vết bẩn

Những vết nhọ của tường có thể xóa bằng cách sử dụng hỗn hợp đất như một lớp trát và được nhám sạch.

5. Khả năng cách âm

Độ dày của tường rất đa dạng tùy thuộc vào khu vực và quy định xây dựng. Có thể mỏng chỉ 6 inch (150mm) cho những bức tường không chịu lực, và tối đa là 24 inch (600mm) cho những bức tường chịu lực. Độ dày và độ đặc của tường đất làm chúng phù hợp trong việc cách âm.

Ngoài ra, tường đất nện cũng có khả năng chống cháy, chống mối mọt và không độc hại.

Hiệu ứng môi trường và tính bền vững

Những công trình làm từ đất nện có độ bền vững cao và thân thiện với môi trường hơn những phương thức xây dựng khác sử dụng nhiều các loại hóa chất và xi măng. Bởi những công trình đất nện sử dụng những vật liệu tự nhiên sẵn có, thường có năng lượng hao tổn thấp và tạo ra rất ít rác thải.

Những loại đất được sử dụng để làm đất nện là loại đất cái thường được sử dụng để bảo vệ lớp đất mặt trong canh tác đất nông nghiệp. Đất được đào lên trong quá trình chuẩn bị móng có thể được sử dụng ngay trong công trình, do đó, chi phí và năng lượng tiêu tốn để vận chuyển được giảm tới mức tối thiểu.

Đất nện là vật liệu và kỹ thuật xây dựng ít gây hại cho môi trường nhất hiện nay, có sẵn trên địa bàn và thị trường để xây dựng các công trình kiên cố. Đất nện có tiềm năng tác động sản xuất thấp, tùy thuộc vào lượng xi măng và lượng đất có sẵn tại khu vực, chúng thường là cốt liệu chứ không phải đất.

Hiệu ứng của tường đất nện sau khi hoàn thiện (Ảnh: Sưu tầm)

Ván khuôn có thể tháo rời và tái sử dụng, hạn chế quy trình xẻ gỗ.

Đất nện góp phần tăng hiệu quả năng lượng của những công trình: độ đặc, độ dày, và sự dẫn nhiệt của đất nện khiến nó trở thành một vật liệu đặc biệt phù hợp để sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động. Quá trình sưởi ấm cần gần 12 giờ để dẫn nhiệt qua một bức tường dày 35 centimet (14 inch).

Trộn xi măng với đất có thể làm phản lợi ích bền vững của công trình như năng lượng tiêu tốn thấp bởi bản thân việc sản xuất xi măng đã sản sinh ra 1,45 tấn các-bon cho mỗi tấn xi măng được sản xuất.

Mặc dù trên lý thuyết, nó có lượng phát khí thải nhà kính thấp, nhưng việc vận chuyển và sản xuất xi măng có thể góp phần đáng kể vào lượng phát thải tổng thể của công trình xây dựng đất nện hiện đại. Loại đất nện cơ bản truyền thống có lượng khí thải nhà kính rất thấp, nhưng loại đất nện công nghiệp và đã qua xử lý có khả năng phát thải cao.

Một số hạn chế khi thi công tường đất nện

1. Tường đất nện đòi hỏi kinh nghiệm cao

Để xây dựng một bức tường đất nện kiên cố đòi hỏi nắm vững kiến thức và hiểu biết nhất định về đặc tính các loại đất. Một số các yếu tố ảnh hưởng tới độ chắc chắn và bền vững của những kết cấu đất nện cần trải qua những kiểm tra nghiêm ngặt về chất lượng.

Vì vậy, các công trình bằng đất nện yêu cầu ít nhất một người có tay nghề cao để kiểm soát chất lượng.

2. Đòi hỏi thêm bộ phận cách nhiệt ở nơi khí hậu lạnh

Tường đất đòi hỏi những bộ phận cách nhiệt ở những nơi có khí hậu lạnh hơn (nếu theo những quy chuẩn và kỹ thuật xây dựng hiện đại).

Tường đất nện với nhiều dải màu sắc (Ảnh: Sưu tầm) 

3. Hạn chế tiếp xúc với mưa trong thời gian dài

Mặc dù mưa không làm hỏng tường đất ngay lập tức, chúng cần mái hiên để bảo vệ tường không bị xói mòn. Điều này quan trọng với những nơi có tỉ lệ mưa quanh năm cao.

4. Có thể tốn nhiều thời gian và chi phí trong 1 số trường hợp nhất định

Xây dựng tường đất là một quy trình lao động chuyên sâu. Có thể tốn nhiều chi phí hơn trong một số trường hợp cụ thể.

Các công trình xây dựng bằng đất có thể mất nhiều thời gian hơn để được các cơ quan quản lý tòa nhà, chủ ngân hàng và công ty bảo hiểm chấp thuận.

5. Khó sửa chữa và thay đổi

Một khi một bức tường được xây dựng, nó không thể dễ dàng sửa chữa thay đổi được như một công trình bằng gạch.

Lịch sử và nguồn gốc của tường đất nện

1. Đất nện được ứng dụng ở Trung Quốc

Bằng chứng về việc sử dụng đất nện vào thời kỳ cổ đại đã được tìm thấy trong các địa điểm khảo cổ học thời kỳ đồ đá như ở Lưỡi liềm Màu mỡ, có niên đại từ thiên niên kỷ 9 đến 7 TCN, và của các nền văn hóa Ngưỡng Thiều và Long Sơn ở Trung Quốc, có niên đại 5000 năm TCN. Đến 2000 năm TCN, kỹ thuật kiến trúc bằng đất nện (夯土 Bát Thổ) được sử dụng phổ biến cho tường và móng ở Trung Quốc.

Một phần tường đất nện ở Vạn Lý Trường Thành - Trung Quốc (Ảnh: Sưu tầm)

2. Đất nện được ứng dụng tại Hoa Kỳ và Canada

Vào những năm 1800, cuốn sách Kinh tế Nông thôn (Rural Economy) của S. W. Johnson đã làm đất nện phổ biến ở Hoa Kỳ. Kỹ thuật này được sử dụng để xây dựng Borough House Plantation và Nhà thờ Holy Cross Episcopal ở Stateburg, Nam Carolina, cả hai đều là Địa danh Lịch sử Quốc gia.

Nhà thờ Holy Cross Episcopal ở Stateburg, Nam Carolina (Ảnh: Sưu tầm)

Được xây dựng vào năm 1821, khu phức hợp Borough House Plantation chứa bộ sưu tập các tòa nhà phong cách thượng lưu lớn nhất và lâu đời nhất ở Hoa Kỳ. Sáu trong số 27 phần phụ thuộc và các phần của ngôi nhà chính được xây dựng bằng kỹ thuật cổ xưa này đã được du nhập vào đất nước này vào năm 1806 qua cuốn sách Kinh tế nông thôn (Rural Economy) của S. W. Johnson.

Dinh thự Borough House Plantation với tường đất nện được xây dựng từ năm 1821 (Ảnh: Sưu tầm)

Việc xây dựng bằng đất nện ở Mỹ đã được nghiên cứu từ những năm 1920 đến 1940. Trường Cao đẳng Bang Nam Dakota đã nghiên cứu chuyên sâu và xây dựng gần một trăm bức tường phong hóa bằng đất. Trong hơn 30 năm, trường cao đẳng đã nghiên cứu việc sử dụng sơn và bột trét liên quan đến chất keo trong đất.

Năm 1945, Trường Cao đẳng Nông nghiệp Clemson ở Nam Carolina đã công bố kết quả nghiên cứu của họ về đất nện trong một cuốn sách nhỏ có tiêu đề Xây dựng công trình đất nện (Rammed Earth Building Construction).

Năm 1936, trên một ngôi nhà gần Gardendale, Alabama, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã cùng với kiến ​​trúc sư Thomas Hibben xây dựng một dinh thự bằng đất được xây dựng thử nghiệm. Những ngôi nhà được xây dựng với giá rẻ và được bán cho công chúng cùng với đủ đất để làm vườn và những mảnh đất nhỏ để chăn nuôi. Dự án đã thành công khi cung cấp nhà cho các gia đình có thu nhập thấp.

Cơ quan Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ đang làm việc với các nước đang phát triển để cải thiện kỹ thuật của những ngôi nhà bằng đất. Cơ quan này cũng tài trợ cho tác giả cuốn Sổ tay về đất nện bởi Đại học Texas A&M và Viện Giao thông vận tải Texas.

‘Cơn sốt’ đất nện nguội dần sau Thế chiến thứ hai khi chi phí của vật liệu xây dựng hiện đại giảm. Đất nện được coi là không đạt tiêu chuẩn, và bị nhiều nhà thầu, kỹ sư và thợ buôn phản đối. Nhận thức phổ biến rằng các vật liệu và kỹ thuật như vậy hoạt động kém ở những vùng dễ xảy ra động đất đã ngăn việc sử dụng chúng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Ví dụ ở Chile, các công trình đất nện thường không được bảo hiểm theo quy ước chống lại thiệt hại hoặc thậm chí được chính phủ phê duyệt.

Một ví dụ đáng chú ý về việc sử dụng đất nện vào thế kỷ 21 là mặt tiền của Trung tâm Văn hóa Sa mạc Nk'Mip ở miền nam British Columbia, Canada. Tính đến năm 2014, nó là bức tường đất nện dài nhất ở Bắc Mỹ.

Trung tâm văn hóa xa mạc Nk'Mip (Ảnh: Sưu tầm)

Nguồn: Rammed earth - Wikipedia

Người dịch: Diệp Linh

Biên tập: Thùy Dung