Topraktan Beton Kalıbı

İnşaatçılar betonu geçici kalıplara dökerler. MIT (Massachusetts Institute of Technology) araştırmacıları, bu yapıları sahadaki topraktan üretmenin bir yolunu buldular.

Binalar artık çok pahalı ancak beton binalar inşa edilirken, onları daha az masraflı hâle getirebilecek başka bir malzeme daha var: Çamur.

MIT araştırmacıları, betonun döküldüğü “kalıp” olarak, bir inşaat sahasından alınan toprak da dâhil olmak üzere, hafifçe işlenmiş çamuru kullanma yöntemini geliştirdiler. Bu teknik, 3 boyutlu baskıyı kullanarak betonarme yapılar için karmaşık ahşap kalıplar inşa etme gibi daha maliyetli bir yöntemin yerini alabilir.

Projenin öncülüğünü yapan MIT Mimarlık Bölümünde doktora öğrencisi olan Sandy Curth, “Gösterdiğimiz şey, temelde üzerinde durduğumuz zemini veya bir inşaat sahasındaki atık toprağı alıp, onu özelleştirilmiş beton yapılar için doğru, oldukça karmaşık ve esnek bir kalıba dönüştürebileceğimizdir.” diyor.

Bu yaklaşım beton temelli inşaatın daha hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleşmesine yardımcı olabilir. Maliyetleri ve karbon emisyonlarını da azaltabilir. Programlanabilir Çamur Girişiminin direktörlüğünü de yapan Curth, “Anında etki yaratma potansiyeline sahip ve inşaat sektörünün doğasını değiştirmeyi de gerektirmiyor.” diyor.

Curth, bu yöntem hakkında çok sayıda makalenin ortak yazarlığını yaptı. “EarthWorks: Şekil açısından optimize edilmiş, betonarme inşaat için sıfır atık 3D baskılı toprak kalıp” başlıklı makalesi Construction and Building Materials dergisinde yayımlandı. Curth, bu makaleyi aralarında MIT öğrencileri Natalie Pearl, Emily Wissemann, Tim Cousin, Latifa Alkhayat, Vincent Jackow, Keith Lee ve Oliver Moldow ile Virginia Üniversitesinden Mohamed Ismail’in bulunduğu dokuz ortak yazarla birlikte kaleme aldı.

Makalenin son iki ortak yazarı, MIT Mimarlık Bölümünde profesör ve Hesaplama Grubu başkanı olan Lawrence Sass ve MIT Mimarlık Bölümü ile İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümünde doçent olan Caitlin Mueller’dir. Sass, Curth’ün yüksek lisans danışmanıdır.

Bir yapıyı bir kez inşa edin, iki kez değil

Bir binanın ahşap kalıbını yapmak masraflı ve zaman alıcıdır. Sektörde beton yapıların iki kez inşa edilmesi gerektiği yönünde bir söz vardır; birincisi ahşap kalıp, ikincisi de kalıba dökülen beton açısından.

Kalıpta toprak kullanılması bu süreci değiştirebilir. Ahşap kalıpların sağlamlığıyla kıyaslandığında alışılmadık bir malzeme gibi görünse de toprak, dökülen betonu kaldırabilecek kadar sağlamdır. EarthWorks yöntemi olarak bilinen yöntem, betonun içerisindeki suyun dışarı akmasını önlemek amacıyla saman gibi bazı katkı malzemeleri ve toprak malzemesinin üzerine mum benzeri bir kaplama eklenmesiyle gerçekleştiriliyor. Araştırmacılar, büyük ölçekli 3D baskı kullanarak bir inşaat sahasından toprak alıp onu özel olarak tasarlanmış bir kalıp şekline basabiliyorlar.

Curth, “Yaptığımız şey, büyük ölçüde basit, büyük ölçekli 3D baskı teknolojisini kullanarak ve bunu malzeme için oldukça işlevsel hale getirerek bir sistem oluşturmaktı.” diyor. “Sonsuz derecede geri dönüştürülebilir bir kalıp üretmenin yolunu bulduk. “Sadece toprak.”

Malzemelerin edinilmesinin maliyeti ve kolaylığının ötesinde, yöntem birbiriyle ilişkili en az iki  avantaj daha sunuyor. Bunlardan biri çevreseldir; Çimento, küresel karbon emisyonlarının yüzde 8’ine kadarını oluşturmaktadır ve bu yaklaşım, hem kalıp malzemesinin kendisi hem de ortaya çıkan betonun yalnızca yapısal olarak gerekli olanı kullanacak şekilde şekillendirilme kolaylığı sayesinde önemli emisyon azaltımlarını desteklemektedir. İsmail ve Mueller’in daha önce yaptıkları araştırmalarda betonarme için geliştirdikleri şekil optimizasyonu adı verilen yöntemle beton yapı iskeletlerinin karbon emisyonlarını yüzde 50’nin üzerinde azaltmak mümkünkür.

Mueller, “EarthWorks tekniği, dünyanın her yerinde uygulanabilen düşük maliyetli, düşük karbonlu bir kalıp üretim tekniği sunarak bu karmaşık, optimize edilmiş yapıları gerçekliğe çok daha yakın hâle getiriyor.” diyor.

Curth ise, “Bu, betonarme binaları maddi açıdan çok daha verimli hâle getiren, küresel karbon emisyonları üzerinde doğrudan etkisi olan bir teknolojidir.” diye ekliyor.

Genel olarak, EarthWorks yöntemi, kalıp malzemesinin esnekliği sayesinde mimarların ve mühendislerin özelleştirilmiş beton şekillerini daha kolay oluşturmalarına olanak tanır. Betonu toprakla kalıplayarak alışılmadık bir şekil vermek, ahşaptan daha kolaydır.

Curth, “Burada harika olan şey, doğrusal yapı elemanları yapmak için gereken zaman ve enerjiyle aynı miktarda şekil açısından optimize edilmiş yapı elemanları üretebilmemiz.” diyor.

Grup projesi

Curth’ün de belirttiği gibi Programlanabilir Çamur grubunun geliştirdiği projeler oldukça iş birlikçi. Hem düşük maliyetli konut geliştirmeye yardımcı olmak için hesaplama yönteminin kullanılmasında öncü olan Sass’ın hem de mimaride yenilikçi yapısal fikirleri değerlendirmek için yeni hesaplama yöntemleri kullanan Mueller’in oynadığı rollerin altını çiziyor.

Mueller, “Beton, düşünceli ve etkili bir şekilde kullanıldığında harika bir malzemedir ve bu, onun nasıl şekillendirildiğiyle doğal olarak bağlantılıdır ancak optimizasyondan çıkan minimal formlar, geleneksel inşaat mantığıyla çelişiyor. Bu varsayılan dengeyi ortadan kaldıran bir tekniği geliştirmek, performans odaklı karmaşıklığın düşük karbon emisyonları ve düşük maliyetle elde edilebileceğini göstermek çok heyecan verici.” diyor.

Curth, MIT’deki doktorasını tamamlarken aynı zamanda FORMA Systems adında bir şirket kurdu ve bu şirket aracılığıyla EarthWorks yöntemini inşaat sektörüne taşımayı umuyor. Bu yaklaşımın kullanılması, inşaatçıların şantiyede büyük bir 3D yazıcıya ihtiyaç duyacağı anlamına geliyor ancak, malzeme maliyetlerinden de önemli ölçüde tasarruf sağlayacaklarını söylüyor.

Curth, gelecekte bu yöntemin sadece kalıp yapımında değil, örneğin tamamen topraktan yapılmış iki katlı konut binalarının şablonlarının yapımında da kullanılabileceğini öngörüyor. Elbette, ABD de dâhil olmak üzere dünyanın bazı bölgelerinde kerpiç mimari yaygın olarak kullanılıyor, ancak buradaki fikir, bu tür evlerin üretimini sistematize etmek ve bu süreçte onları ucuz hâle getirmek olacaktır.

Curth, her iki durumda da, beton için kalıp olarak veya tek başına, toprağı inşaata uygulamanın yeni yollarına sahip olduğumuzu söylüyor. “İnsanlar binalara sahip olduğumuzdan beri eski evleri toprakla inşa ettiler, ancak kentsel beton binalara yönelik çağdaş talepler göz önüne alındığında, bu yaklaşım temelde maliyeti karmaşıklıktan ayırıyor. Daha az parayla daha yüksek performanslı binalar üretmeye başlayabileceğimizi garanti ediyorum.” diyor.

Proje, MIT’nin Leventhal İleri Kentsellik Merkezi tarafından yönetilen Sidara Kentsel Araştırma Tohum Fonu ve lyndaLABS tarafından desteklendi.

Kaynak: https://news.mit.edu/2025/how-good-old-mud-can-lower-building-costs-0124