Nghiên cứu một số đặc trưng cơ lý đất dùng làm nhà trình tường tại khu vực mèo vạc tỉnh hà giang

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 Nghiên cứu số đặc trưng lý đất dùng làm nhà trình tường khu vực Mèo Vạc, tỉnh Hà Giang Đặng Văn Luyến1,*, Nguyễn Quang Huy2, Trần Mạnh Liểu3 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ban Xây dựng, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Trung tâm nghiên cứu đô thị, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 10 tháng 10 năm 2014 Chỉnh sửa ngày 08 tháng 11 năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 22 tháng 12 năm 2014 Tóm tắt: Nhà trình tường loại kiến trúc đất toàn khối với nhiều kiểu dáng đa dạng phong phú, không phổ biến khu vực vùng núi phía Bắc nước ta mà biết đến Trung Quốc, châu Âu, châu Úc, châu Mỹ từ vài trăm tới hàng ngàn năm trước Ở nước ta nghiên cứu chuyên sâu đất đầm nện tiêu chuẩn qui phạm xây dựng nhà trình tường nhiều lý chưa quan tâm thực Bài báo thực nhằm bước đầu nghiên cứu: i) đặc trưng thạch học, khống vật tính chất lý loại đất nguồn gốc phong hóa trầm tích khu vực huyện miền núi Mèo Vạc, tỉnh Hà Giang; ii) đặc tính đất đầm nện sau trộn thêm chất phụ gia iii) đề xuất ứng dụng tiến khoa học - kỹ thuật công nghệ xây nhà trình tường giới sử dụng hợp lý đất trầm tích - phong hóa để đắp tường nhà đất nện xây dựng đời sống nông thôn Đây cơng việc khơng có ý nghĩa việc gìn giữ, bảo tồn phát triển loại hình di sản vật thể quốc gia - nhà trình tường mà giúp giảm thiểu nạn khai thác đá trái phép làm vật liệu xây dựng diễn nhằm bảo vệ di sản địa chất cảnh quan môi trường Cao nguyên đá Đồng Văn - Cơng viên Địa chất tồn cầu Việt Nam cơng viên địa chất tồn cầu thứ khu vực Đông Nam Á vừa UNESCO công nhận Với cách đặt vấn đề trên, thời gian khảo sát thực địa tập thể tác giả sâu tìm hiểu trạng nhà trình tường thị trấn Mèo Vạc, xóm Pả Vi làng văn hóa Sủng Máng; nghiên cứu diện lộ thành phần thạch học lấy mẫu đại diện cho đất trầm tích phong hóa từ đá có nguồn gốc khác Các thí nghiệm xác định tính chất vật lý đầm chặt tiến hành phòng để làm sở đánh giá khả phù hợp 13 loại đất đắp chỗ cho xây dựng nhà trình tường Từ khóa: Nhà trình tường, kiến trúc đất nện, phong hóa, phụ gia, di sản địa chất Tổng quan nhà trình tường* Nhà trình tường (Rammed earth house) cịn gọi tiếng Pháp Pisedeterre đơn giản Pise sử dụng từ xa xưa toàn giới nhiều kỹ thuật đất khác Nhà trình tường tìm thấy di thời kỳ đồ đá địa điểm khảo cổ Yangshao 1.1 Lịch sử xây dựng nhà trình tường giới _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84- 989539192 Email: luyendang53@gmail.com 11 12 Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 Longshan đại diện cho văn hóa dọc theo sơng Hồng Hà Trung Quốc, có niên đại 5000 trước Cơng ngun Thành phố Jericho, Palestine coi thành phố xây dựng đất Sau nhiều đền chùa, nhà thờ hồi giáo thiên chúa giáo xây dựng gạch đất khu vực Trung Đông Các Pha ông Ai Cập cai quản nhiều thành phố xây dựng đất đầm nện Kỹ thuật đất đầm nện cịn sử dụng khơng để xây nhà mà cịn dùng cơng trình qn cổ đại Vạn Lý Trường Thành, Trung Quốc Người La Mã cổ đại người Phê ni xi mang kỹ thuật xây dựng tới châu Âu sử dụng vào xây dựng cơng trình từ 2000 năm trước Các tòa lâu đài hùng vĩ từ tầng tới nhiều tầng xuất lịch sử xây dựng nhà trình tường Di sản tuyệt vời tìm thấy nước như: Mỹ, Ca ri bê, Tây Phi, Bắc Phi, Pháp, Tây Ban Nha, nước khu vực Himalaya, Trung Quốc nước Đơng Nam Á (Hình 1) Vào cuối kỷ 19, nhà trình tường phổ biến Hoa Kỳ thông qua sách kinh tế nông thôn Tây Johnson Phương pháp sử dụng để xây dựng đồn điền Thánh Giáo Hội Nam Carolina Sau chiến II, nhà trình tường xây dựng khơng tốn cung cấp nhà có giá trị cho gia đình có thu nhập thấp Trong 50 năm qua có nhiều nước Úc, New Zeland, Mỹ, Zimbabwe, Đức Tây Ban Nha xuất ấn phẩm tiêu chuẩn quốc gia sách hướng dẫn qui phạm xây dựng nhà trình tường Trong số sớm Úc Đức ban hành vào năm 1952 1970 Sau New Zelaand Zimbabwe vào 1998 2000 Ngồi nước kể cịn có số nước xem xét xây dựng văn làm tiền đề cho tiêu chuẩn xây dựng là: Pháp, Ý, Tan Za nia, Mơ Dăm Bích, Ma Rốc, Tuy Ni Zi, Kenia, Bờ Biển Ngà, Mexico, Braxin, Pê Ru, Thổ Nhĩ Kỳ Costa Rica Hình Các khu vực giới dùng kỹ thuật trình tường kỹ thuật xây dựng [1] Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 1.2 Lịch sử xây dựng nhà trình tường Việt Nam Thành Cổ Loa gắn liền với câu chuyện lịch sử An Dương Vương nhà nước Âu Lạc, xây dựng từ kỷ thứ trước CN Đây khu di tích lớn di tích cịn lại đến thủ phủ thiết lập đồng Bắc Bộ Chính kiến trúc đất đầm nện tổ 13 tiên sử dụng để xây thành Cổ Loa huyền thoại lịch sử giữ nước từ hai ngàn năm trước (Hình 2c) [3] : Ngồi truyền thống đắp thành người Việt diện di tích khác thành Hoa Lư (Ninh Bình) kỷ 10, thành Thăng Long (Hà Nội) thể kỷ 11 – 18 (Hình 2d) a) Thành phố Jericho, Palestine coi thành phố xây đất cổ [2] b) Mặt cắt Taipa, Vạn Lý Trường Thành, Trung Quốc, xây dựng từ kỷ thứ trước Công nguyên [2] c) Mặt cắt ngang cơng trình Thành Cổ Loa , Hà Nội (Theo Nam C Kim et al., 2010 [3] d) Các kiến trúc đất đắp Hoàng Thành Thăng Long (Theo http://www.baomoi.com) Hình Các cơng trình cổ giới Việt Nam xây dựng đất đầm nện 14 Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 Bảng Một số thông số khảo cổ qui mô Thành Cổ Loa, Đông Anh, Hà Nội [3] Giai đoạn Loại cơng trình Tường móng đất sét Đất đắp Lớp đất trình tường dày Đất đắp Lớp đất trình tường mỏng Chiều cao max (m) >1 2.5 Khách du lịch đến số huyện vùng cao tỉnh Lạng Sơn, Hà Giang, Lào Cai,… điều ấn tượng quan sát từ xa ngơi nhà trình tường độc đáo đồng bào người Tày, người Mông, người Hà Nhì thấp thống sườn đồi cao Đó khơng phải ngơi nhà sàn thường thấy mà nhà tường làm từ đất nện có kiến trúc độc đáo Tại thị trấn Đồng Văn bảo tồn hẳn khu phố gồm phần lớn nhà trình tường, có ngơi nhà tồn ngồi trăm năm nên cần quan tâm di tu bảo dưỡng thường xuyên Hiện trạng nhà trình tường khu vực Mèo Vạc Do tỉnh miền núi phía bắc nước ta có phần lớn diện tích đồi núi khí hậu lạnh khắc nghiệt nên điều ảnh hưởng tới kiến trúc nhà số dân tộc sinh sống Ngồi yếu tố mơi trường, quan niệm sống, lối sống, phong tục tập quán bà dân tộc… làm hình thành nên nét độc đáo văn hóa kiến trúc ngơi nhà trình tường Nhà làm đất, lợp ngói tranh với ưu điểm vừa giữ ấm mùa đơng, mát mẻ mùa hè lại chống kẻ gian, thú Nhà trình tường người Mơng cao ngun đá nói chung khu vực Mèo Vạc nói riêng lưu giữ nét độc đáo kiến trúc Chiều rộng (m) 1.8 17 24 24-25 26 Thời gian xây dựng Thế kỷ trước CN Thế kỷ trước CN Thế kỷ Thế kỷ 15-16 tương đối thống theo khn mẫu, dù to hay nhỏ phải có ba gian hai cửa, gồm cửa chính, cửa phụ tối thiểu hai cửa sổ Ngơi nhà có hai chái nhà, khơng liên quan trực tiếp đến ba gian nhà Ba gian nhà xếp sau: Gian bên trái dùng để đặt bếp nấu nướng buồng ngủ vợ chồng gia chủ; gian bên phải dùng để đặt bếp sưởi giường khách; gian thường rộng hai gian bên gian để bàn thờ tổ tiên, đồng thời nơi tiếp khách, ăn uống gia đình Ngồi ra, sàn gác cịn làm nơi ngủ nhà đông khách Gần khu vực thị trấn Mèo Vạc lại số nhà trình tường xây dựng 100 năm; số nhà khơng có người xuống cấp nghiêm trọng (Hình 3a,b) Những ngơi nhà cổ cần sửa chữa nâng cấp, bảo tồn để phục vụ du lịch Không nhà cổ mà ngơi nhà xây dựng sau làng văn hóa Sủng Mang Pả Vi Thượng bắt đầu bị hư hại theo thời gian Các hư hỏng nhà trình tường thường là:nước mưa làm xói chân tường mặt tường đặc biệt tường đầu hồi; xuất vết nứt có chiều rộng từ vài cm chí tới gần chục cm đất trình tường có hàm lượng hat sét cao (> 45-50%) gây co ngót lớn tường khô thời gian sử dụng… Các cơng trình nhà trình tường cần tu bảo dưỡng sửa chữa chống xuống cấp thường xuyên đảm bào an toàn cho Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 người dân sống nhà mùa mưa bão đến Hiện nhà trình tường nhiều khu vực miền núi Việt Nam xây dựng 15 cách tự phát tình trạng cịn kéo dài có qui định hướng dẫn cụ thể nguyên vật liệu kỹ thuật xây dựng từ quan chức (Hình 3c,d) (a) Nhà trình tường 100 năm tuổi dịng họ Vương thơn Chúng Pả A bị xuống cấp mạnh (Ảnh Đặng Văn Luyến., 2013) (b) Bức tường đầu hồi nhà bị hư hại nặng sửa chữa nhỏ (Ảnh Đặng Văn Luyến., 2013) c) Phối trộn đất trình tường Chúng Pả A d) Nhà trình tường sau sửa chữa xong (Ảnh Đặng Văn Luyến., 2013) (Ảnh Đặng Văn Luyến., 2013) Hình Hiện trạng số nhà trình tường khu vực Mèo Vạc, Hà Giang 16 Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 Trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt khu vực miền núi phia bắc nước ta công trình đất thường bị phá hủy một vài nguyên nhân sau: i) Thiếu hụt thành phần vật liệu; ii) Sự cố móng; iii) Giãn nở nhiệt; iv) Tác dụng nước; v) Đất có tinh dẻo cao, độ co ngót lớn; vi) Hoạt động sinh học vii) Tác dụng gió tai biến thiên nhiên Trong số nguyên nhân kể chất lượng đất trình tường góp phần đáng kể Sau ta xem xét kỹ yêu cầu cần có cho ngun liệu đất làm nhà trình trường Ưu nhược điểm nhà trình tường 3.1 Ưu điểm Như biết, đất làm nhà trình tường vật liệu tìm thấy nhiều tự nhiên khơng cần công cụ đặc biệt nào, ngoại trừ dụng cụ hàng ngày sử dung như: dao, xẻng, thuổng… khơng tốn tiền bạc, dựa vào nỗ lực người cộng đồng Do đất làm nhà trình tường phù hợp với nước nghèo nước phát triển Nhà trình tường có đặc điểm bật tường dày, bảo vệ khơng gian bên biến động bên ngồi nhiệt độ, độ ẩm… Do nhà trình tường mát vào mùa hè ấm ấp vào mùa đông Điều quan trọng trường hợp khí hậu ẩm ướt dài ngày mưa lớn, để bảo vệ tường khỏi bị tác động nên làm mái nhà rộng cho thêm lượng vừa đủ xi măng vào đất đầm nện trước trình tường đặc biệt cần dùng vật liệu hoàn thiện mặt bên tường Với bề dày tường khoảng 30cm, nhà trình tường chịu lửa Đây lý đất trình tường đưa vào Bộ Luật Xây dựng Úc để làm vật liệu xây dựng cho khu vực có nguy cháy cao Đất trình tường cịn có khả giảm tiếng ồn, sử dụng khu vực đông đúc, ồn Mối trùng khác quan tâm đến tường đất trình, điều giúp giảm chi phí xây dựng chi phí bảo trì năm sử dụng sau Nhà trình tường khơng độc hại, đa dạng kiến trúc, màu sắc, phương pháp hoàn thiện, dễ trạm khắc, dễ mở cửa sổ, dễ làm tủ tường kết hợp hài hòa với chi tiết đá Xây dựng nhà trình tường cơng trình đất khác khu vực Cơng viên đá Đồng Văn-Mèo Vạc phù hợp thân thiện mơi trường giúp địa phương phát triển bền vững 3.2 Nhược điểm Sự lựa chọn cho đất trình tường có ý nghĩa đất thực địa phương, cơng trình xây dựng thân gần Đó hạn chế lớn cơng trình xây dựng nhà trình tường Với bề dày tương đối lớn (40-60cm) nên địi hỏi thời gian tương đối dài để khô lớp đất Đây lý kích thước nhà trình tường thường nhỏ Nhà trình tường thường thích hợp với khu vực khơ cằn sa mạc, phù hợp với khu vực có khí hậu ẩm ướt mưa nhiều Một số yêu cầu nguyên liệu làm nhà trình tường 4.1 Thành phần hạt Thành phần hạt lý tưởng dùng cho tường đất đầm nện đề xuất sở tính tốn 17 Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 để sau đầm nện đất đạt số tiêu chí sau (Houben & Guiland, 1994) [4]: - Đất cần phải giảm độ lỗ rỗng tức mức độ tiếp xúc hạt đất tăng lên Về lý thuyết đất có độ rỗng % hạt có hình cầu lý tưởng hạt đất phân bố theo công thức Fuller: P = 100 x (d/D) n Trong đó: P- tỷ lệ hạt có kích thước hạt nhỏ đường kính d d- đường kính hạt nhóm hạt có giá trị P D- đường kính hạt nhóm hạt có kích thước hạt lớn n- hệ số độ hạt - Nếu tất hạt đất hình cầu n = 0.5; nhiên thống kê cho thấy đất xây dựng thường có n dao động khoảng 0.5 đến 0.25 Thành phần hạt biến thiên, mối quan hệ thành phần hạt độ bền tường đất sau đầm nện vấn đề chưa làm sáng tỏ Rất nhiều loại đất tầng mặt dùng làm nhà trình tường trừ cát hạt thô đồng sạn sỏi không chứa hạt mịn thành phần gắn kết Theo Norton (1997) cần phải loại bỏ thành phần hạt có kích thước hạt lớn 5-10mm Rất nhiều tác giả đưa giới hạn giới hạn sử dụng để chọn vật liệu đầm nện có thành phần hạt phù hợp (Hình 4) Theo Hình tỷ lệ phần trăm tối thiểu hỗn hợp sét bụi nằm khoảng 20-25%, giới hạn tối đa đạt tới 30-35% Tương tự tỷ lệ phần trăm tối thiểu cát 50-55% giới hạn tối đa 70-75% 4.2 Tính dẻo đất Theo Houben & Guillaud (1994) giới hạn chảy đất cần nằm khoảng 25% đến 50% (tốt 30-35%) giới hạn dẻo nằm khoảng 10-25% (tốt 12-22%) Chỉ số dẻo PI cho biết hàm lượng thành phần hạt sét mẫu đặc trưng đất Chỉ số dẻo cao hàm lượng sét cao hoặc/và hạt tính đất sét lớn đất có độ co ngót lớn phơi khơ Đối với đất trình tường, Alley (1948) đề xuất giá trị PI phù hợp thấp 6%, Tuy nhiên nghiên cứu gần lại giá trị PI đất cao 20 45 65 50 65 45 50 15 30 25 70 30 10 10 15 20 T ỷ lệ cấp h ạt T ỷ lệ c ấ p h t 10 75 75 70 Bụi a) 70 80 80 30 30 35 30 0 35 25 20 Bụi 30 30 15 Sét Sét 70 Cát sạn Cát sạn b) Hình Giới hạn (a) giới hạn (b) loại cấp hạt cho đất đầm tự nhiên [4] 18 Đ.V Luyến nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 11-24 Bảng Yêu cầu thành phần đất dùng làm đất đầm nện [5] - Theo kết thí nghiệm tiến hành ngồi trường Đặc trưng Yêu cầu Thành phần sạn sỏi cát Thành phần bột 45- 80 % theo khối lượng Một số thí nghiệm đơn giản thực ngồi trường giúp đồng bào lựa chọn đất đầm nện thích hợp mà khơng thể thực thí nghiệm phịng Thành phần sét 5- 20 % theo khối lượng Chỉ số dẻo 2-30% (LL