The effect of natural additives on properties of earth-based materials for sustainable buildings

With traditional concrete buildings accounting for most of the greenhouse gas emissions, there is an emerging compulsion for an immediate shifting towards sustainable building materials. In recent years, there has been rigorous research being conducted on earth-based materials for constructions as they are highly promising in terms of least environmental impacts. This thesis revolves around two types of earth, T2 and ABS, along with incorporation of cellulose based additives in them and evaluating the performance characteristics during stabilization. As a preliminary analysis, adhesive strength test was conducted on earth-based specimens to determine the maximum vertical load sustained and to identify the effect of stabilization on adhesive strength. The second test conducted was capillary absorption test, to determine the water absorption capacity of earth which is an important parameter as water ingression is a major problem in earth-based structures. Tests were also conducted on the samples administered with additives to determine the effect of stabilization on moisture ingression. The above tests were planned to assess the reliability of earth-based materials as plasters and aesthetic components in building construction. The third test was direct shear test on T2 earth to determine the shear strength parameters of earth related to different water contents taken from the water retention curves. The shear strength parameters for different water content are important to understand as earth-based materials in construction are subjected to different moisture contents during its life cycle. Further, identifying shear strength parameters are inevitable in the usage of rammed earth as structural components in construction.

E’ noto che l’edilizia in calcestruzzo gioca un ruolo rilevante nelle emissioni di gas ad effetto serra, per questa ragione c'è una spinta emergente per un passaggio immediato verso materiali da costruzione ritenuti più sostenibili. Negli ultimi anni c’è stato un rinnovato interesse verso l’utilizzo della terra cruda come materiale da costruzione che viene considerato molto promettente in termini di riduzione dell’impatto ambientale. In questa tesi sono prese in considerazione due diversi tipi di terre italiane, T2 e ABS, e un insieme di additivi di origine naturale a base di cellulosa e derivati della cellulosa. Lo scopo del lavoro è valutare l’influenza degli additivi sulle caratteristiche prestazionali della terra cruda. In particolare, è stata effettuata una caratterizzazione di base dei materiali e successivamente sono state valutate le prove di adesione e di assorbimento capillare su un certo numero di formulazioni. La prova di assorbimento capillare è di particolare interesse in quanto l'ingresso di acqua è un grave problema nelle strutture in terra cruda. Sono state fatte diverse formulazioni con l’aggiunta di materiali cellulosici sviluppati ad hoc per valutarne l’efficacia. Le prove di cui sopra sono state pianificate per valutare l'affidabilità dei materiali a base di terra cruda come intonaci e componenti estetiche nella costruzione di edifici. La terza serie di prove consiste nella resistenza al taglio diretto; per ragioni contingenti le prove meccaniche sono state condotte solo su una terra, la T2, al variare del contenuto d’acqua determinato a partire dalle curve di ritenzione idrica. I parametri di resistenza al taglio in funzione del contenuto di acqua sono importanti in quanto i materiali a base di terra cruda sono soggetti a forti variazioni del contenuto di umidità durante il loro ciclo di vita. Inoltre, l'identificazione dei parametri di resistenza al taglio è fondamentale in applicazioni strutturali della terra battuta.