Het Mexicaanse architectenbureau RIMA Design Group heeft een ontwerp-bouwproject afgerond voor een kunstencentrum dat bestaat uit verschillende met elkaar verbonden constructies van aangestampte aarde. De aarden wallen passen zich aan de hellende topografie van het terrein aan en zijn gemaakt van aarde die is gewonnen uit de grond waarop ze staan.
Weinig materialen zijn zo contextueel als leem. Het gebruik van lokale grond kan structuren opleveren die de kleuren en texturen van een plaats dragen en als natuurlijke verlengstukken van hun plaats verschijnen. Maar hoe rauw bouwen met aarde ook lijkt, het is een technisch complex en arbeidsintensief proces, dat vaak beperkt is tot bepaalde klimaten, bodemomstandigheden en gebouwen van beperkte hoogte en gebruiksmogelijkheden.
Het woestijnachtige zuidelijke schiereiland Baja in Mexico is één locatie met het soort droge, kleiachtige en grindhoudende grond en de droge weersomstandigheden die geschikt zijn voor een dergelijke constructie. "Ontwerpers zijn hier pas onlangs begonnen met het verkennen van leem in projecten," zegt architect Gerry Rivero, die samen met Maritere Rivero de RIMA Design Group uit Los Cabos leidt. "Ik denk dat het komt doordat mensen zich er steeds meer van bewust worden dat de middelen daarvoor aanwezig zijn." Toen RIMA werd benaderd om een cultureel centrum en werkplaats voor bezoekende kunstenaars te ontwerpen, leek het de Rivero's het juiste gebouw om hun eigen verkenning van het materiaal te beginnen. "Dit is een product voor een kunstenaar, die een plek wilde maken voor andere kunstenaars om samen te werken," zegt Rivero. "We stelden al vroeg leem voor omdat het project zo ambachtelijk is."
Het voltooide Casa Ballena is een complex van rechthoekige lemen volumes, verbonden door houten pergola's. De structuren variëren in hoogte ten opzichte van het omringende uitzicht en de helling van het terrein. Ze lijken te dansen op de helling, sommige raken elkaar lichtjes om interne verbindingen te creëren, andere op afstand om royale buitenpatio's te creëren, afgewerkt met grind en steen en beplant met inheemse woestijnvegetatie. Het programma van het centrum bestaat uit drie werkplaatsen, een tentoonstellingsgalerij, eet- en woonzalen en een magazijn, elk in een volume dat is georiënteerd op zijn functie: de werkplaatsen liggen op het noorden, terwijl de woon- en eetzalen, de administratieve ruimte en de woningen op het zuiden liggen, met uitzicht op een nabijgelegen jachthaven.
Eigenschappen van leem
Muren van leem zijn typisch dik en dragend. Het materiaal is sterk in compressie en kan worden gebruikt in gebouwen met meerdere verdiepingen tot ongeveer 10 meter. Hoewel het net als beton duurzaam is, moet leem worden beschermd tegen slagregen en langdurige blootstelling aan vocht.
Het is bekend dat leem een uitstekende thermische massa heeft, maar een beperkt vermogen om te isoleren of de vochtigheid te beheersen. "De vochtigheid was een uitdaging. Het beïnvloedde ons voor de manier waarop de kunstenaar wilde werken met bepaalde soorten papier. We moesten ontvochtigers aanschaffen om de juiste binnencondities te bereiken," zegt Rivero.
Projecten met leem, waarbij lokale grond wordt gebruikt en weinig materiaal hoeft te worden getransporteerd, worden doorgaans geassocieerd met een lage hoeveelheid opgeslagen energie, vooral in vergelijking met projecten die met beton worden gebouwd. Maar dergelijke milieuvoordelen zijn niet altijd een garantie: zo moeten lemen muren worden ondersteund door sterkere funderingen dan gebruikelijk. "Omdat de muren zo breed zijn, worden de funderingen zwaarder en duurder," zegt Rivero. "De funderingen zijn ook stijver, omdat elke latere zetting de aarden wallen zal doen barsten."
Een methode om muren van aangestampte aarde te produceren is ze te prefabriceren als blokken die ter plaatse of in een fabriek kunnen worden gegoten. Voordelen van het bouwen in blokken zijn meer controle over de kwaliteit, kortere bouwtijd en lagere kosten in verband met bekisting. Blokkenbouw is vooral zinvol voor projecten in nattere klimaten of voor projecten die tijdens regenseizoenen worden gebouwd: net als beton drogen aarden mengsels niet voldoende bij guur weer. De blokken bereiken echter niet dezelfde esthetische homogeniteit als een in het werk gestorte muur. Blokmuren bevatten ook veel meer voegen, wat kan leiden tot problemen met de waterdichtheid.
Hoewel het grootste deel van Casa Ballena in de grond werd gestort, ontwierp RIMA de noordelijke gevels van het project met blokken. "We maakten ter plaatse een mal en konden ongeveer 80 stenen per dag produceren," zegt Rivero. Het formaat zorgde voor extra openingen voor licht en ventilatie bij deze muren en geeft een unieke textuur en visuele dynamiek die de noordkant van het gebouw animeren.
Omdat meer voegen meestal tot meer lekkage leiden, ontwierp RIMA bakken aan de onderkant van de blokmuren om water op te vangen dat langs de buitengevel naar beneden zou kunnen druppelen. Voor de zekerheid vermeden de architecten ook het timmerwerk en bepaalde binnenafwerkingen tegen deze muren te ontwerpen, omdat ze gevoeliger zijn voor vocht.
Voorbereiding en ontwerp van het mengsel
Aardwanden worden gewoonlijk gebouwd door het gieten van mengsels in bekistingsvormen. Dit proces wordt voltooid in lagen van 10 tot 16 centimeter, die met de hand of mechanisch kunnen worden aangestampt, zodat een gestreepte textuur ontstaat die vaak over de hele lengte van de muur loopt. Om aarde klaar te maken voor een werkbaar mengsel, moet deze soms na extractie in fijnere deeltjes worden gebroken. Het kan ook nodig zijn de aarde te draaien om het vochtgehalte te verlagen of te verhogen.
Het mengsel bestaat meestal uit een combinatie van grind, zand, slib en klei. Gecementeerde gestabiliseerde gestampte aarde, zoals gebruikt voor het Casa Ballena project, is een versie van gestampte aarde die wordt versterkt door de toevoeging van cement, dat gewoonlijk ongeveer vijf procent van het totale mengsel uitmaakt.
De aarde die werd afgegraven om het terrein van Casa Ballena bouwrijp te maken, werd gebruikt als basis voor het mengsel voor de structurele muren. Volgens Rivero werd de grond vroeg in de ontwikkeling van het project in het laboratorium getest en werd vastgesteld dat hij ideaal was: hij bevatte geen zout of organisch materiaal en was droog en rotsachtig. RIMA overlegde met plaatselijke bouwvakkers om het juiste mengsel te ontwerpen, dat de aarde van het terrein combineerde met zand van nabijgelegen kwekerijen en Portland cement voor de binding. De studio schakelde een bouwkundig ingenieur uit Mexico City in die ervaring had met soortgelijke projecten en de afmetingen van de muren van Casa Ballena kon bepalen, die doorgaans 40 tot 50 centimeter diep zouden zijn.
Aangezien de bodem- en terreinomstandigheden van elk project anders zijn, wordt over het algemeen aangeraden om ter plaatse mockups te testen om de juiste mengkwaliteit, kleur en afwerking te bepalen. RIMA produceerde een aantal monsters, waaronder drie deelwanden die werden gebruikt om kleur en accent te testen. Op basis van de monsters namen de architecten beslissingen zoals het toevoegen van een kleine hoeveelheid pigment aan de mix voor een sterkere gelaagdheid. De architecten kozen er ook voor om een afsluitende sealer op de muren aan te brengen om het materiaal verder te binden en erosie te voorkomen: "Aarde is broos, en het grind en de grond kunnen loslaten, zelfs als iemand er met zijn handen over wrijft. De sealer helpt de afwerklaag bijeen te houden," zegt Rivero.
Een uitdaging bij het bouwen met aangestampte aarde is het bereiken van een consistente kleur en textuur in de vele mallen en gietvormen van een project. "Als je eenmaal een mix hebt gemaakt, moet je je daaraan houden, net als aan een recept voor een taart, waarbij consistente dichtheid en timing belangrijk zijn om de kwaliteit van de lagen te controleren," voegt hij eraan toe.
Casa Ballena bouwen: al doende leert men
"Dit was de eerste keer dat we een lemen project deden. Het was dus nieuw voor ons en erg experimenteel," zegt Rivero. "Het vergde veel onderzoek en meerdere proeven om het juiste muurmonster te bepalen." Het eerste onderdeel van het project dat de architecten bouwden was het poortwachtershuisje, een klein volume van 3,6 bij 12 meter. "We merkten enkele fouten op in de koude voegen toen we hier de eerste muur bouwden," zegt hij. Koude voegen treden op wanneer een laag aangestampte aarde niet voldoende is verbonden met de volgende laag, waardoor scheuren ontstaan. Andere fouten zoals broosheid kunnen ook het gevolg zijn van fouten in de verdichting. "Toen leerden we hoe we moesten oplappen. Het is niet ideaal en het is niet iets wat we zouden aanraden, maar het kan gedaan worden." Patchen wordt over het algemeen uitgevoerd door beschadigde delen van muren op te vullen met een fijn vulmengsel dat dezelfde kleur en textuur heeft als die van de oorspronkelijke muur.
Om scheuren boven raamkozijnen en deuren te voorkomen, waren de architecten bijzonder voorzichtig met het dimensioneren van de openingen volgens de aanbevelingen van de bouwkundig ingenieur. De noord- en zuidgevels hebben een verscheidenheid aan verspringende ramen, die aan de ene kant uitkijken op het landschap en aan de andere kant op de zee. De oost- en westgevels zijn over het algemeen steviger en dragen het gewicht van de dakplaten.
Er waren ook beperkingen in de lengtes van de muren waar rekening mee moest worden gehouden. "We hadden wat problemen met de lange wanden, dus hebben we ze in delen gestampt en er een verbindingsdetail tussen ontworpen," zegt Rivero. De architecten tekenden de verbindingen van het multiplex uit om de verbindingen tussen het ene element van de bekisting en het volgende te regelen. "Een van de dingen die we leerden was dat, omdat we ons op een heuvel bevonden, de bekisting gecompliceerder was dan die op een vlakke ondergrond," zegt hij. De bekisting werd over meerdere getrapte niveaus gebouwd om muren van 4,5 tot 6 meter hoog te ondersteunen. "Dat was verrassend veel gecompliceerder dan verwacht," voegt hij eraan toe.
Om visuele consistentie te bereiken werden de muren één voor één gestort, met stops bij ramen en deuren. Een handvol L-vormige en C-vormige stortingen was nodig om zuivere strepen rond hoeken te krijgen. "We hebben geprobeerd eenvoudige vormen aan te houden. Als je het eenvoudig houdt, werkt de structuur ook eenvoudig en krijg je geen scheuren bij de voeglijnen," zegt Rivero.
Om muren van aangestampte aarde te beschermen tegen schade door vocht en waterinfiltratie is zorgvuldige aandacht nodig voor de details van het dak en de basis. Een betonnen basis is bijvoorbeeld meestal nodig om te voorkomen dat water omhoog kruipt in de verdichte grond.
Na de eerste grote regenbui tijdens de bouw, losten de architecten enkele potentiële waterdichtheidsproblemen op het dakniveau op door de betonnen perimeterbalk, die binnen de muren van gestampte aarde rust, om te keren. Hierdoor kon de waterdichting overgaan van horizontaal bij de vloerplaat naar verticaal bij de borstwering, waardoor de infiltratie bij de structurele voegen werd verminderd. "De grootste fout is om je muren van bovenaf nat te laten worden," zegt Rivero. "Ze kunnen aan de zijkant nat worden, maar als ze van bovenaf nat worden, kan het water in je constructie komen en in de ruimtes."
De bouw van de muren duurde ongeveer een jaar. "Los Cabos heeft een orkaanseizoen," zegt Rivero, wiens team in juli met het project begon en in september de eerste grote regenbui kreeg. "Tegen de regen van het volgende jaar hadden we alle muren van gestampte aarde al klaar, maar het liet ons weten welke details niet goed presteerden."
Risico en beloning
Het bouwen van een gebouw op een afgelegen locatie zonder speciale adviseurs is geen gemakkelijke taak. "Het was duidelijk een groot risico om dit project aan te nemen," zegt Rivero. "Je krijgt verdiensten als je een geweldig project realiseert. Maar als er dan iets niet werkt, krijg jij de schuld. Dat is het moeilijkste aan het zijn van een bouwer en dat is de reden waarom veel bouwers niet graag nieuwe methoden onderzoeken, omdat er meer risico's aan verbonden zijn." We hadden een zeer ondersteunende klant, die deze wederzijdse uitdaging aannam. In andere landen zoals de VS, waar ik eerder werkte, staat je verzekeringsmaatschappij misschien niet eens toe dat je met alternatieve bouwmethoden bouwt. "In andere landen staat de verzekeringsmaatschappij misschien niet eens toe dat je iets bouwt wat je nog nooit eerder hebt gedaan. We hadden een zeer ondersteunende klant."
