Zemljana gradnja ima dugu povijest i u Hrvatskoj, posebno u istočnom dijelu. Upotreba zemlje kao građevinskog materijala ima brojne prednosti, uključujući lokalnu dostupnost, prikladnost za klimu i održivost. Nažalost, mnoge tradicionalne zemljane kuće danas su zapuštene, a nedostatak mjera sanacije i stručnjaka prisiljava vlasnike na gradnju novih kuća s modernim materijalima. Tako ostajemo bez svojih autohtonih etno sela, ali gubimo i alternativu za zdravo življenje.
Iako je zemljana gradnja globalno popularna, u Hrvatskoj još uvijek nema nacionalnih normi za projektiranje novih zemljanih kuća. Ivan Kraus, profesor na Građevinskom i arhitektonskom fakultetu Osijek, istražuje primjenu zemlje kao građevinskog materijala u okviru projekta RE-forMS. Razgovarali smo s njim o prednostima zemljane arhitekture, njenoj primjeni u svijetu te izazovima certificiranja zemlje kao građevinskog materijala u Hrvatskoj.
Kako zemlja funkcionira kao građevinski materijal i koje su tradicionalne metode za odabir prikladne zemlje za gradnju?
“Zemlja, konkretnije tlo, koristi se kao građevinski materijal, koliko je meni poznato, poslijednjih 9000 godina. Jezgra Piramide sunca u Teotihuacanu u Meksiku sadrži 2 mijuna tona nabijene zemlje, dijelovi Kineskog zida u cijelosti su izrađeni od nabijene zemlje. Moram samo u početku razjasniti da se za građenje, u načelu, koristi tlo. Tlo je materijal koji se dobiva iskapanjem jama (bunari, jame za napajanje stoke, podrumi i sl.) u okolici gradilišta. Odabire se prikladno tlo za građenje, što se onda naziva zemljom. Tako razgovaramo o kućama od nabijene zemlje (eng. rammed earth) i zemljanom arhitekturom (earthen architecture). Prikladno tlo za građenje prvo se odabire jednostavnim, priručnim metodama, odnosno opipom, vizualnim pregledom, njuhom, ali i kušanjem. Tlo se može trljati između dlanova i gnječiti kako bi se ustanovilo sadrži li ono pijesak i/ili šljunak. Tlo koje sadrži organsku materiju (npr. korijenje, humus) nije prikladno za građenje. Takvo tlo ima određen, da tako kažem, neugodan miris. A ako se ipak takvo tlo iskoristi pri građenju, moguće je očekivati plijesan, klijanje i neugodan miris u prostoriji. Tla koja sadrže veliku količinu gline teško je isprati s ruku i mogu se koristiti za izradu zemlajne žbuke i primjerice ćerpića, dok tla koja sadrže pijesak i šljunak stvaraju nelagodan osjećaj u ustima, odluči li se graditelj na taj test. Tla koja sadrže veću količinu pijeska i ⁄ili šljunka prikladna su za građenje tehnikom nabijanja unutar oplate. Naravno, postoje i brojna normirana laboratorijska ispitivanja za tlo, kakva danas koristimo u okviru projekta koji vodim. A riječ je o uspostavnom istraživačkom projektu RE-forMS ( Nabijena zemlja za modeliranje i normizaciju u potresno aktivnim područjima) koji financira Hrvatska zaklada za znanost. Projekt je vrijednosti 265.000,00 eura i traje od kraja 2020. godine, a završit će krajem 2025. godine. Trenutno pregovaramo s istraživačima iz Japana o mogućnostima pokretanja zajedničkog japansko-hrvatskog projekta, te nastavku naših istraživanja kroz novi projekt.
Može li se zemlja koristiti kao nosivi materijal ili samo kao ispuna u konstrukcijama?
Zemlja se može koristiti kao materijal u nosivim, bolje rečeno konstrukcijskim elementima građevina. I danas je u Hrvatskoj moguće pronaći brojne zemljane kuće (izvedene u cijelosti od zemlje) koje više od 100 godina uspješno odolijevaju vremenskim neprilikama te silama vjetra i potresa. U Hrvatskoj je moguće pronaći kuće od nabijene zemlje te ćerpiča (kolokvijalno: prijesna cigla) koje pored ta dva materijala ne sadrže drugi građevinski materijal (npr. opeku, beton, armaturu i sl.). Te kuće, tj. njihovi zidovi koji su izvedeni od čiste zemlje uspješno nose opterećenje tavanskih prostorija, težinu stropne konstrukcije i krova, te sile vjetra, ali i potresa. Govoreći o krutosti i čvrstoći, samo usporedbe radi, mogu istaknuti da se za betoniranje često koristi beton čvrstoće 20-25 MPa, a zemlja uglavnom postiže čvrstoću od oko 2 MPa. Međutim, to ne znači da zemlja ima malu nosivost. To samo znači da zidovi od zemlje trebaju biti debeli. Takvi zidovi ujedno pogoduju stvaranju ugode u prostoru jer izvrsno pohranjuju toplinu, ali i izvrsno štite od topline, pa je u tim kućama ljeti hladno, a zimi toplo. Osim toga, zemljani zidovi su, da tako kažem, živi. Naime, oni neprestano prihvaćaju i otpuštaju vlagu pa su, prema nekim istraživanjima, idealni za građenje pregrada između kupaonica i spavaćih soba. Da istaknem jednu zanimljivu činjenicu, 100 kg zemljanog zida gotovo tijekom cijelog svog životnog vijeka sadrži između 2.5 i 3.5 litre vode. Ta voda, u tako maloj količini, osigurava zidu njegovu stabilnost djelujući na čestice gline. Samo da pojasnim, tlo se sastoji od četiri osnovna tipa čestica: gline, praha, pijeska i šljunka. Glina unutar tla, tj. zemlje, služi kao ljepilo, tj. vezivo, dok sve ostale čestice, a naročito pijesak i šljunak, čine kostur, odnosno daju na čvrstoći tom materijalu. Što se tiče ispuna, smatram da se unutaraemiranobetonskih ili čeličnih okvirnih konstrukcija može graditi zemljani ispun jer u tom slučaju svo opterećenje preuzima, da tako kažem, moderna konstrukcija, dok zemljani ispun ima ulogu pregradnog zida koji je po potrebi moguće ukloniti. Pored toga samo ću istaknuti da zemljani zidovi mogu biti debeli od 3 centimetra (japanska tehnika građenja pregradnih zidova), oko 50 centimetara (uobičajeno za zidove od nabijene zemlje) pa sve do nekoliko metara, ako bi se gradile kuće višekatnice.
Na koji način se zemlja priprema i obrađuje za gradnju?
Za potrebe građenja dovoljno je napraviti dublju jamu u neposrednoj okolici buduće kuće te napraviti prvih nekoliko jednostavnih testova (opipom, njuhom i sl.) kako bi se utvrdilo je li zemlja prikladna za građenje. Obično se za građenje koristi tlo s dubine veće od jednog metra jer je u tom tlu manja količina humusa. Ako tlo na gradilištu nije prikladno za građenje, moguće je nabaviti tlo s pozajmišta i eventualno mu promijeniti sastav, a time i svojstva dodavanjem pijeska ili šljunka. U tlo je moguće dodati i vapno ili cement kako bi mu se povećala čvrstoća i/ili trajnost, tj. otpornost na atmosferilije. Međutim, dodavanjem cementa udaljavamo se od prirodnog materijala. Zid od nabijene zemlje, koji je izrađen bez dodatka cementa ili drugih umjetnih dodataka, moguće je u cijelosti vratiti prirodi. Ipak, može se reći i da je zemljani zid s relativno malom količinom cementa prihvatljivije rješenje za prirodu, usporedi li se taj materijal s armiranim betonom.
Koje su prednosti gradnje zemljom, a koje mane?
Prednosti građenja zemljom su što se koristi prirodni, lokalno dostupan material. Gradnja zahtjeva znatno manje trošenje električne i druge energije u usporedbi s korištenjem cementa i opeke, a i smanjeni su troškovi transporta. Osim toga zidovi od zemlje imaju visoku termalnu masu. Pohranjuju toplinu i osiguravaju ugodnu unutarnju temperaturu, smanjujući potrebu za grijanjem. Tu je i otpornost na požar i relativno dobra otpornost na potres jer su zemljane kuće uglavnom niske s debelim zidovima.
Što se mana građenja zemljom tiče mogla bi se istaknuti potreba za čestom provjerom kvalitete materijala prilikom građenja, osjetljivost na vlagu i kišu, ograničenje visine zidova od čiste zemlje, te potreba za relativno velikom ljudskom snagom za građenje kao i nedotatak stručnog osoblja. Uz sve to, još uvijek postoji nedostatak nacionalnih normi i dovoljno dobro razrađenih nacionalnih smjernica za građenje.
Kako se zemlja može koristiti u suvremenoj gradnji? Postoje li možda neki inovativni načini primjene zemlje u modernim konstrukcijama?
Smatram da se danas zemlja može koristiti u gradnji, prvenstveno u kontekstu izrade pregradnih zidova i ispuna. Naravno, to na sebe veže rigoroznu kontrolu kvalitete materijala. Na žalost, još uvijek ne postoje nacionalne norme koje bi omogućile projektiranje novih zemljanih kuća. Osim toga, nedovoljno su razrađene smjernice koje bi osigurale kvalitetne sanacije postojećih zemljanih kuća. Jedan od veliki problema, kako barem ja to vidim, je i često povezivanje pojma zemljane kuće sa siromaštvom, s neurednim i prašnim zidovima i podovima te povezivanje sa ‘zastarjelim’. Međutim, danas u svijetu, konkretno u Australiji i Novom Zelandu, ali i drugim tehnološki visoko naprednim državama, postoje norme za građenje zemljom. U tim državama od zemlje grade se stambene kuće, muzeji, škole i drugo. S druge strane, postoji i građevinska firma u Austriji koja se specijalizirala za građenje zemljom. Ta tvrtka gradi stambene kuće, crkve, galerijske prostore i to u cijelosti izvedene od čiste zemlje. Proizvodi i zemljane zidove u dužini od 60 metara koji se režu na manje komade, potom transportiraju i onda slažu, odnosno više sastavljaju, u razne tipove građevina. Međutim, u svakoj takvoj građevini potrebno je uložiti puno ljudskog rada za popunjavanje reški između blokova. Ovdje ću samo istaknuti da se od nedavno zemlja koristi i kao material za izradu takozvanih printanih kuća. Nedavno smo svjedočili 3D printanju jedne zemljane kuće u našem susjedstvu, točnije Mađarskoj.
Može li se zemlja kombinirati s drugim prirodnim materijalima?
Zemlju je moguće kombinirati s drugim prirodnim materijalima. Primjerice, u Japanu se kombinira bambusovo pruće i rižino vlakno za potrebe izrade pregradnih zidova koji mogu biti debeli čak 3 centimetra. Od bambusa se izrađuje rešetka unutar drvenog okvira. Komadi bambusa se međusobno povezuju rižinim vlaknom pa se ta kruta konstrukcija premazuje žitkom smjesom tla s dodatcima. U Hrvatskoj postoje brojni primjeri primjene vinove loze, slame, trstike, šiblja vrbe ili lijeske koji su se postavljali između slojeva nabijene zemlje. Mogu samo pretpostaviti da su taj materijal hrvatski graditelji nekada koristili (intuitivno ili empirijski) kako bi povećali stabilnost zida ili smanjili veličinu pukotina. Zašto staviti šiblje između slojeva zemlje? Pa pokušajte od vlažnog pijeska izraditi toranj onako kako to djeca rade na plaži. E sada u taj isti pijesak u svaki sloj debljine par centimetar po dubini postavite grančice, ili jednostavno komad papira. Stanete li na toranj od pijeska koji je pojačan grančicama ili papirom izdržat će puno veće opterećenje od čistog pijeska.
Dakle, u zemlju se mogu dodati komadi cerade, geotekstil ili geomreža, komadi jute, vlakna industrijske konoplje, armatura kakva se inače ugrađuje u beton. Mogućnosti su brojne, a mnoge od toga još uvijek su u fazi istraživanja. Mi smo u okviru projekta koji trenutno vodim testirali nosivost nabijene zemlje u koju smo u raznim omjerima ugrađivali 5 različitih vrsta slame, vlakna industrijske konoplje te vapno. U načelu, nastojali smo se koristiti onim materijalima koje je moguće pronaći u okolici, a sve kako bismo utjecali na poboljšanja fizikalno-mehaničkih svojstava zemlje. Prva ispitivanja su pokazala da slama pšenice te vlakna industrijske konoplje mogu utjecati na povećanje čvrstoće, no to je još potrebno detaljno istražiti kako bismo donijeli sigurne zaključke.
Koje su prepreke u certificiranju zemlje kao građevinskog materijala?
Ne bih puno o preprekama u certificiranju. Za sada u Hrvatskoj nemamo norme niti standarde po kojima bi se projektiralo i gradilo zemljom. Moj tim i ja radimo na nacrtu norme, no smatram da bi morao postojati i veći interes javnosti za građenjem zemljom da bi norma uopće mogla pronaći svoj put ka usvajanju. Pored toga, smatram da certificiranju i normiranju zemlje kao građevinskog materijala ne može biti prepreka činjenica da je zemlja, tj. tlo, materijal koji je različit od lokacije do lokacije. Ako postoji europska norma za projektiranje drvenih konstrukcija, koju i mi slijedimo u Hrvatskoj, pri čemu je drvo prirodni materijal, različit od lokacije do lokacije,sa svim svojim prednostima i manama, godovima i neravninama, smatram da je moguće izraditi europsku i/ili nacionalnu normu za projektiranje zemljanih konstrukcija. Postoje neki nagovještaji za to.
Treba li više poraditi na promociji zemljane gradnje kao održive opcije?
U poslijednjih pet godina intenzivno radimo na promidžbi zemlje kao održivog prirodnog materijala koji je moguće lako reciklirati i koji omogućava građenje zdravih stambenih rješenja. Prema navodima mnogih stranih znanstvenika, zemlja, tj. tlo, građevinski je materijal koji izvrsno podržava “Ciljeve održivog razvoja”, prihvaćenih od strane Ujedinjenih naroda, što je danas okosnica većine razvijenih i nerazvijenih zemlja u borbi s negativnim klimatskim promjenama, siromaštvom, nejednakosti te degradacijom prirodnog okoliša.
Koji su europski trendovi i koja se istraživanja provode kad je u pitanju zemlja kao građevinski materijal?
Puno istraživanja u kontekstu razumijevanja ponašanja zemlje kao građevinskog materijala provodi se u Francuskoj, Velikoj Britaniji, Portugalu, ali i drugim državama Europe. Provode se istraživanja u kontekstu energetskih i hidrotermalnih svostava zemlje kao građevinskog materijala, istraživanja ponašanja zemljanih zidova opterećenih silama potresa, te istraživanja koja će ponuditi odgovore za evaluacijom postojećih ispitnih metoda i usklađivanja praksi. Mi smo u Hrvatskoj ušli u područje istraživanja zemljanih materijala taman u trenutku kada su se u Europi počeli intenzivirati istraživanja. Za sada imamo izvrsne kontakte u Velikoj Britaniji, Japanu, Portugalu i Kolumbiji s kojima razgovaramo o budućim projektima i nastavku istraživačkih poduhvata. Slijedeće godine provest ćemo prvo ispitivanje modela zemljanih kuća u Hrvatskoj primjenom simulatora za generiranje potresa u laboratoriju u Žrnovici, nedaleko od Splita. O tome, koliki je interes za građenjem zemljom govore i mnoge međunarodne konferencije koje okupljaju istraživače i inženjere iz cijeloga svijeta, koji se bave isključivo zemljom. Nedavno smo izlagali rad na The Second International Conference on Earthen Construction (2. međunarodna konferencija o zemljanoj gradnji) u Edinburgu, Škotska, a u rujnu izlažemo rad na skupu LEHM 2024 (9. međunarodna konferencija o građenju zemljom) u Weimaru, Njemačka. Područje bavljenja zemljom vrlo je interesantno i samo po sebi inspirativno te nam je cilj postati jedan od centara za istraživanje zemljane arhitekture u Europi.
Kako ste usavršavali svoje vještine na radionicama, jeste li primijetili neke ključne principe ili inovativne pristupe koji bi mogli doprinijeti održivom građenju zemljanih kuća u Hrvatskoj?
Članovi tima i ja usavršavali smo se na više radionica o građenju zemljom (Regio Earth Festival, GlinArt i drugo) te posjedujemo ECVET potvrde o osposobljenosti za odabir tla za građenje. Kao znanstvenicima koji često sudjeluju na konferencijama i radionicama u modernim zgradama, bilo nam je zanimljivo sudjelovati na predavanjima koja su okviru Regio Earth Festivala bila organizirana u obnovljenoj štali, a radionice održane u hladu stabala, pri čemu su nedaleko nas bili parkirani neki od najskupljih električnih automobile, dok se u njihovoj blizini 3D printala zemljana kuća. Pored toga, zanimljivo je da su mnogi polaznici radionica o građenju zemljom bili, da tako kažem, obični ljudi bez ikakvog iskustva u građenju zemljom, no visoko obrazovani, a koji su na radionicama sudjelovali samo kako bi stekli osnovno zanje jer bi sami pokušali izgraditi svoju zemljanu kuću. Usavršavat ćemo se i dalje i nastojati izgraditi novo znanje o građenju zemljom za potrebe građenja novih i sanacija postojećih zemljanih kuća u Hrvatskoj, sve s ciljem da se očuva autohtono etno selo ali i pruži alternativa za zdravo življenje- ističe za kraj profesor Kraus.
