Cet article fournit des informations détaillées sur la construction et l'utilisation de cette écope ainsi qu'une certaine conception. Une discussion sur l'application de ce système et de ses balles est également incluse ainsi qu'une brève introduction aux machines alternatives.
La mise en balles de matériaux tels que le foin, la paille ou les feuilles présente de nombreux avantages, car ces balles sont généralement utilisées pour stocker les excédents de matériaux ou pour nourrir les animaux. Les bottes de paille sont également utilisées comme matériau de construction. Cette pratique a débuté en Amérique du Nord dès les années 1800 et a récemment connu une résurgence dans le cadre du mouvement de construction écologique et naturelle. Les bottes de paille sont un matériau de construction bon marché et disponible, car la paille est un sous-produit agricole omniprésent. Ces balles peuvent fournir à la fois une isolation du bâtiment et un support structurel. La disponibilité de ce matériau de construction potentiel rend sa considération comme une technologie appropriée. Les coûts élevés associés aux moissonneuses-batteuses mécaniques et les agriculteurs possédant de petites parcelles de terrain nécessitent une alternative peu coûteuse. De nombreuses options sont disponibles et cet article examine une presse à balles de foin et de feuilles à commande manuelle fabriquée par Larry McWilliams et présente sur le CD3WD . Le but du projet CD3WD est d'aider le tiers monde à s'aider lui-même, le contenu peut être consulté ici . Cet article fournit des informations beaucoup plus détaillées sur la construction et l'utilisation de cette écope ainsi qu'une certaine conception. Une discussion sur l'application de ce système et de ses balles est également incluse ainsi qu'une brève introduction aux machines alternatives.
Contenu
Considérations
Accès aux matériaux de mise en balles
Les matériaux à mettre en balles existent dans toutes les régions du monde où il s'agit d'agriculture. Les plantes céréalières poussent dans toutes les régions du monde, à l'exception des déserts très secs et des pôles recouverts de glace. [1] Mais plus spécifiquement, la paille est un sous-produit des plantes céréalières ; les balles de paille sont utilisées comme matériau de construction. La paille est ce qui reste après que le grain et la balle ont été retirés ; on l'appelle aussi la tige de la plante. L'Afrique abrite de nombreuses plantes céréalières indigènes, et la colonisation a amené de nombreuses autres espèces dans la région. [2] En d'autres termes, cette technologie peut être utile dans presque toutes les régions du monde.
Accès aux matériaux de construction et capacité de construire
La presse à balles décrite ci-dessous a été fabriquée à l'aide d'outils électriques et de bois de qualité nominale. En effet, ce sont les matériaux et les outils disponibles et ceux avec lesquels j'ai développé des compétences de travail. Ils ne sont pas disponibles partout dans le monde, mais il est possible de fabriquer cette structure à partir de différents matériaux tout en utilisant des outils plus simples. Dans la section construction, il y a un tableau des outils suggérés et potentiels pour construire cette presse à balles. Un artisan qualifié serait capable de recréer cette structure. Dans le cas où un groupe se rendrait dans une région où ces outils et matériaux ne seraient pas disponibles, une solution simple serait de les prédécouper et de les transporter en laissant l'assemblage final jusqu'à ce que le site final soit atteint. Une analyse complète des presses à balles alternatives devrait être effectuée avant que cela ne se produise.
Applicabilité des balles
Les bottes de paille peuvent être utilisées dans la construction et sont généralement utilisées pour des logements à faible coût et à faible impact environnemental. Le logement est une disposition apparemment fondamentale qui offre aux familles un endroit où rester au chaud, dormir, interagir les unes avec les autres, ainsi qu'un endroit où se mettre à l'abri des dangers potentiels de l'environnement, notamment des maladies. Avoir une maison présente de nombreux avantages et en posséder une constitue un tremplin vers la réussite future. Les bâtiments en bottes de paille sont une utilisation bon marché et efficace des ressources renouvelables et locales. La paille est également un sous-produit couramment brûlé, [3] son utilisation comme matériau de construction séquestre le carbone qui pourrait potentiellement se retrouver dans l'atmosphère. Les balles ont également des utilités agricoles, car elles constituent une source potentielle de nourriture ou de litière pour les animaux. Le stockage des balles peut être utile pendant les mois d’hiver ou les périodes de sécheresse dans les applications agricoles. Il est important de noter que quelle que soit l’utilisation, les balles doivent être conservées au sec et exemptes d’insectes, car elles pourriraient.
Principes d'ingénierie
L’utilisation d’une balle pour des applications structurelles repose sur quelques paramètres. [4] Teneur en humidité puisque les balles doivent être sèches pour éviter la pourriture, tandis que la densité sèche détermine la résistance des balles. L'équation de la densité, [kg/m 3 ] se trouve ici :
ρ =mV{\displaystyle \rho \ ={\frac {m}{V}}}
La densité d'une balle dépend de la compressibilité du matériau et de la contrainte exercée par le piston. Des études ont montré que lorsqu'elles sont posées à plat, les balles ayant une densité plus élevée se brisent sous une charge ultime plus élevée. [5] D'autres études ont montré une corrélation entre la densité et le module des balles, mais l'orientation a un effet plus important sur les propriétés mécaniques. [6] Des bottes de paille sont utilisées pour former un mur composite avec du plâtre de chaque côté des balles. Lorsque ces murs en plâtre sont soumis à une charge de compression concentrique, ils agissent comme une colonne composite, le plâtre supportant la majorité de la charge. La paille assure principalement le renforcement latéral des peaux de plâtre, tout en supportant une petite partie de la charge de compression. Si le contreventement latéral est insuffisant, un flambement local de la fine couche de plâtre entraînera une rupture. Les bottes de paille fournissent également une isolation dans ces systèmes composites. [4] Pour la fabrication de balles, la chose importante à noter est qu'une force de piston importante se traduira par des balles plus denses, ce qui fournira des balles plus solides. Les balles plus denses devraient avoir des propriétés isolantes réduites en raison de la proximité des molécules, mais des tests supplémentaires sont nécessaires dans ce domaine.
Les autres facteurs qui influent sur l'utilité sont l'historique, car les balles ne doivent pas avoir été à proximité d'humidité ou de moisissure, la longueur des fibres et la composition du matériau. Les balles de paille sont plus adaptées à la construction car les glucides ont été éliminés. Le foin, qui contient des glucides, pourrit naturellement lorsque les insectes et les animaux s'en nourrissent.
Pour cette structure, toutes les charges sont négligeables par rapport à la résistance fournie par la section transversale des éléments. Conception régie par l’utilité, plutôt que par la solidité ou la facilité d’entretien.
Construction
Un prototype de presse à foin et à feuilles actionnée à la main a été réalisé à l’aide des outils répertoriés dans le tableau ci-dessous. La figure 1a montre une image du prototype qui a été construit en plus du dessin original et de la disposition recommandée. Des modifications ont été apportées à la conception originale à des fins de simplification et des modifications supplémentaires sont reflétées dans la conception représentée à la figure 1b.
Figure 1 : Original
Fig 1a : Prototype
Fig 1b : recommandé
Le tableau ci-dessous présente les outils utilisés pour construire le prototype ainsi que les outils de base pouvant être utilisés pour produire la même presse. Bien que le prototype ait été construit avec des outils électriques, des outils de base entre les mains d'artisans qualifiés suffiront pour accomplir cette tâche.
| Outils préférés | Outils de base |
|---|---|
| Scie circulaire | Marteau |
| Percer | Scie à main |
| Marteau | Mètre ruban |
| Mètre ruban | Établi/pince de travail |
| Carré | |
| Établi/pince de travail |
Liste des pieces
| Partie | Nom | Taille nominale | Longueur du prototype | Quantité | Longueur recommandée | Quantité |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Bas | 2X4 | 6'10" | 2 | 6'10" | 2 |
| 2 | Support latéral | 2X4 | 2' 1 ¼" | 8 | 4' | 6 |
| 3 | Connecteur supérieur | 2X4 | 1' 6 ½" | 4 | 1' 6 ½" | 4 |
| 4.a | Côté chambre | 2X4 | 3' 4" | 4 | 3' 4" | 4 |
| 4.b | Côté chambre | 2X4 | 3' 10" | 4 | ||
| 5 | Chambre supérieure | 2X4 | 2' 4" | 4 | 2' 4" | 4 |
| 6 | Fond de la chambre | 2X4 | 4' 8" | 3 [1] | 4' 8" | 3 [1] |
| 7 | Connecteur inférieur | 2X4 | 1'3 ½" | 4 | 1'3 ½" | 3 |
| 8 | Support arrière | 2X4 | 39½" | 2 | 39½" | 2 |
| 9 | Retenue | 2X4 | 3' 9 ½" | 2 | 3' 9 ½" | 2 |
| dix | Support de porte | 2X4 | 1' 6 ½" | 1 | 1' 6 ½" | 1 [2] |
| 11 | Piston | 2X4 | 8' | 2 | 8' **2 | 2 |
| P1 | Piston arrière | Pli ½" | 12"x 14" | 1 | 12"x 14" | 1 |
| P2 | Insert de piston | Pli ½" | 12"x 12" | 1 | 12"x 12" | 1 |
| P3.a | Bloc à pistons | 2x2 | 4" | 8 | 5" | 8 |
| P3.b | Bloc à pistons | 2x2 | 3" | 8 | 3" | 8 |
| P4 | Support de piston | 2x6 | 14" | 2 | 14" | 2 |
| Porte | Pli ½" | 18"x18" | 1 | 18"x18" | 1 |
Procédure
Pour accélérer le processus de construction, il est préférable de prédécouper de nombreuses pièces. Bien que cela soit conseillé, assurez-vous de construire le piston une fois la chambre et les autres pièces assemblées. Cela garantira que le piston s'intègre réellement à ce que vous avez construit. S'il y a eu des modifications dans la conception ou dans l'assemblage des pièces, elles deviendront apparentes au moment de l'assemblage final de la presse à balles. Tout au long des étapes, développez les images pour voir les noms et l'espacement des pièces plus en détail.
Pour toutes les étapes, l'utilisation d'une équerre permet de s'assurer que les pièces individuelles sont correctement fabriquées, ce qui facilite l'assemblage. Des clous ou des vis peuvent être utilisés, mais les vis ont été utilisées pour des raisons de préférence personnelle et parce qu'elles sont plus indulgentes en cas d'erreurs ou pendant le processus de prototypage itératif. Les pièces plus petites, comme celles trouvées sur la tête du piston, sont également plus faciles à fixer avec des vis. Les facteurs environnementaux entrent en jeu pour déterminer la durée de vie de cette structure. Si elle doit être utilisée indéfiniment, des vis extérieures et une peinture ou une teinture préserveront l'écope et empêcheront les intempéries et autres usures environnementales.
Fig 2 : Bois prédécoupé
Fig 2a : Utilisation d'une équerre et marquage du bois
Cette opération peut être réalisée par un artisan intermédiaire, mais un ouvrier plus qualifié sera en mesure de la réaliser plus rapidement et avec plus de précision. Quelle que soit votre connaissance des outils, veuillez suivre les procédures de sécurité appropriées. Si vous n'êtes pas aussi qualifié, travailler avec un partenaire ou trouver quelqu'un avec plus d'expérience vous permettra de garantir que la presse à balles sera fabriquée avec précision et en toute sécurité.
Veuillez lire toutes les étapes avant de tenter la construction.
Construisez le dessus de la chambre. Il y a un espacement de 1/2" entre les pièces car la ficelle passera par ces espaces.
Construisez les deux côtés de la chambre. La pièce 2, le support latéral, se trouve du côté opposé pour le côté de la deuxième chambre. Sinon les deux pièces sont identiques. Il y a également un espace de 1/2" entre les pièces. Dans les dessins recommandés, les supports latéraux ont été augmentés à mi-hauteur pour un homme moyen. Cela permet à l'utilisateur de se tenir debout pendant le pressage et le liage, réduisant ainsi la tension exercée sur le l'utilisateur est de retour.
Construisez le fond de la chambre de la même manière que le haut. Les emplacements des connecteurs sont indiqués sur la figure 7 et doivent s'aligner avec les supports latéraux une fois assemblés. Les deux pièces de revêtement sur les côtés peuvent être fabriquées en déchirant un 2x4 en deux. La pièce inférieure du prototype, illustrée sur la figure 8, n'inclut pas de modifications de conception de la structure.
Assemblez la chambre en plaçant la pièce supérieure entre les deux côtés. Une fois cette opération terminée, le fond peut être déposé en retournant la structure. Une pince garantira que la chambre est carrée. La figure 10 montre où la pince a été utilisée lors de la construction du prototype.
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Après avoir redressé la presse, construisez l'arrière de la presse en fixant le support arrière, le dispositif de retenue et le connecteur supérieur dans cet ordre. De cette façon, les nouvelles pièces ne tomberont pas pendant la construction. Une aide est utile pour maintenir les pièces, mais si vous n'en avez pas, utilisez un clou ou une vis pour fixer une pièce près de l'endroit où elle doit être, puis fixez correctement l'autre extrémité, puis fixez enfin le côté d'origine.
Il existe deux options pour construire la porte. Une porte avec charnière peut être installée, mais si les charnières ne sont pas disponibles, essayez l'option montrée dans le prototype. Une section du support de porte doit être découpée pour maintenir la porte. Si cette deuxième option est choisie, le connecteur supérieur doit être retiré et une section découpée sur toute la longueur de la fente de la porte. Une fois coupées, ces deux pièces doivent être fixées de manière à ce qu'elles soient au ras des pièces existantes, permettant à la fois à la porte de s'ouvrir et à la balle de sortir librement de la chambre. Les encoches de ces pièces de support de porte doivent être coupées avec une tolérance appropriée pour que la porte puisse glisser. Une encoche de ¾' a été utilisée pour une porte de ½". Ces coupes doivent être faites à la scie, un ciseau peut être utilisé pour enlever le matériau entre les coupes. Les chutes de bois peuvent être utilisées comme poignée de porte.
Si des 2x2 sont disponibles, l'option la plus compliquée pour la tête de piston doit être utilisée. Les blocs de piston permettent d'utiliser un insert (non représenté) pendant le processus de mise en balles. Lorsque la balle est prête à être liée, cet insert peut être retiré et les blocs laissent de la place pour que les mains puissent atteindre la chambre de mise en balles. Les blocs peuvent être ajustés à la taille de la main de l'utilisateur. Une tolérance dans les découpes de P3.a doit garantir que l'insert peut être retiré facilement. La fin de P3.b doit également correspondre au début des découpes de P3.a. Pour réaliser cette découpe, les gabarits peuvent être placés ensemble dans un gabarit similaire à celui illustré à la figure 15.
Les blocs doivent être fixés par l'arrière, comme vous pouvez le voir sur la figure 16. Deux vis empêcheront les blocs de tourner. En vissant une vis et en serrant la seconde, les blocs resteront là où se trouvent les marques. Le perçage de avant-trous garantira que le contreplaqué et les blocs ne seront pas fendus à cette étape. Alternativement, le dos du piston peut être utilisé seul, mais il sera plus difficile de maintenir l'extrémité des balles compacte.
Les supports de piston doivent être percés avant d'être fixés à l'arrière du piston. Comme les blocs, ils doivent être fixés par l'arrière, après avoir percé un trou pilote. Les vis doivent être placées dans les grands espaces entre les blocs, pour faciliter la construction.
Les deux pièces du piston doivent être coupées et percées selon les dessins. La découpe, située à 47" de l'avant, permet au piston de se verrouiller pendant que la ficelle est attachée. Cela garantit que la balle reste comprimée dans la chambre. L'angle de coupe à l'avant permet une grande amplitude de mouvement pendant le processus de pressage. .
Fixez les deux pistons à la tête du piston en plaçant un boulon de carrosserie ou un axe entre les deux pièces. Des rondelles doivent être utilisées à toutes les interfaces (entre le bois et les écrous). Un morceau de bois de récupération doit être placé directement sous les pistons une fois fixés. Cela empêche la tête du piston de tomber. Alternativement, si les boulons, les écrous et les rondelles ne sont pas disponibles, le piston peut être directement fixé à la tête du piston. Cela supprime la fonction de pivotement.
Coût
| Article | Quantité | Prix unitaire | Plein tarif |
|---|---|---|---|
| 2"x4"x8' | 20 | 1,77 $ | 35,40 $ |
| 2"x6"x8' | 1 | 4,29 $ | 4,29 $ |
| 2"x2"x8' | 1 | 2,26 $ | 2,26 $ |
| Pli ½" | 3 coupures | 3 $ | 9 $ |
| Boulon 4" 5/16" | 2 | 0,69 $ | 1,38 $ |
| Rondelle 5/16" | 6 | 0,11 $ | 0,66 $ |
| Écrou 5/16" | 2 | 0,14 $ | 0,28 $ |
| Total | 53,27 CAD | ||
Les coûts prévus pour la construction de la presse recommandée à partir de bois entièrement neuf s'élevaient à environ 55 $. Les coûts réels du prototype construit étaient bien inférieurs. Cela est dû au fait que le prototype a été construit à partir de matériaux recyclés. Si ce prototype devait être construit dans une ferme, il est probable qu'il y ait un excédent de bois, ce qui réduirait les coûts. En comparaison, les vérins agricoles , qui ne sont qu'un des composants des technologies alternatives, commencent à environ 55 $. Comme pour tous les projets de construction, une provision doit être prévue pour les erreurs de coupe potentielles ou la perte de matériaux, ce qui est inclus dans le bois mentionné ci-dessus. Une autre façon de réduire considérablement les coûts est de regarder les sections coupées dans les magasins (si elles sont disponibles). Les chutes d'autres projets constituent une source bon marché de petits matériaux et permettent également de détourner les matériaux des déchets. Les vis ou les clous ne sont pas inclus dans cette estimation des coûts car ils sont généralement achetés en gros.
Mise en balles
Procédure:
- Enfiler la ficelle dans les interstices
- 2, 4 ou 6 pièces peuvent être utilisées selon le matériau
- Enfiler la ficelle uniquement près de la porte
- Coupez suffisamment de ficelle pour enrouler toute la balle, 6 pieds sont recommandés, mais assurez-vous qu'il y en a suffisamment au départ car il est difficile d'ajouter de la ficelle supplémentaire par la suite.
- Fermez la porte et commencez à presser en poussant le piston.
- Utiliser de petites quantités pour assurer un bon compactage
- Retirer l'insert lorsque suffisamment de matériau a été mis en balles
- Enfiler la ficelle autour de la balle et l'attacher
- Porte ouverte
- Retirer la balle en poussant le piston
Veuillez regarder la vidéo suivante pour la procédure de mise en balles :
Remarque : cette vidéo montre la toute première fois que j'ai créé une balle sur le prototype. L'ensemble du processus a pris moins de 20 minutes. Avec un assistant et plus de pratique, ce temps sera considérablement réduit, de sorte qu'en une journée, suffisamment de balles pourraient être fabriquées pour une petite maison. Le matériau mis en balles est également vieux et humide, deux propriétés inutiles. Cela a été fait simplement parce que ce matériau était disponible.
Recommandations spécifiques à la machine
Comme le montre la vidéo, il est possible qu'une seule personne fasse fonctionner cette presse, mais il est plus efficace d'en avoir deux. Une personne peut charger le matériau à mettre en balle pendant que la seconde actionne le piston. Le changement réduit la monotonie du processus tout en garantissant qu'aucun des travailleurs ne se fatigue.
D'autres améliorations à la presse à balles consisteraient à la rendre mobile en ajoutant des roues. Ces roues devraient se relever pendant la procédure de mise en balles pour garantir que l'appareil ne bouge pas. Cela permettrait de déplacer la presse à balles dans un champ pour ajouter du matériel supplémentaire à mettre en balles. En plaçant deux roues à l'extrémité de la porte, cet appareil pourrait être poussé ou tiré par un humain ou de préférence par un animal. Étant donné qu'une force importante est appliquée pendant la procédure de mise en balles, toute la structure est susceptible de se déplacer dans cette direction. Si cela constitue une nuisance ou entrave le processus de mise en balles, un poids mort peut être ajouté à la base de la structure, ce qui augmente la force de friction qui résiste au mouvement. Alternativement, des cales ou des pointes fixées à la structure résisteraient à ce mouvement car elles agissent comme des ancrages.
Les balles se dilatent une fois qu'elles ont quitté la chambre de mise en balles. Si une taille de balle spécifique est requise, des expérimentations ou des travaux supplémentaires peuvent être effectués pour faire correspondre les tailles de la chambre aux tailles de balle réelles. Toutes les balles fabriquées à partir de méthodes non conventionnelles ou de presses mécaniques doivent être soumises à des tests pour évaluer leur adéquation à la construction. Des indicateurs de teneur en humidité, de densité sèche, d'historique de mouillage, de longueur de fibre et de constitution du matériau sont tous nécessaires pour déterminer l'utilité en tant que matériau de construction. [4] Des problèmes supplémentaires surviennent lors de l'utilisation de balles produites par des machines comme celle-ci pour des applications structurelles. La nature de la machine produit des balles avec une certaine variabilité. Les changements de densité des balles peuvent être attribués à la force de compactage différente du piston et à la quantité de matériau mise en balles à la fois. Le liage manuel dans une zone fermée introduit également une variabilité. Des informations supplémentaires sur la construction en balles de paille peuvent être trouvées ici sur appropedia, tandis que le Wikibook sur la construction en balles de paille est une ressource légèrement plus complète.
Technologies alternatives
Il existe d’autres engins de mise en balles à faible coût. La mise en balles en caisses est une méthode simple, avec une méthode explicite. Une simple presse à foin de forêt peut être trouvée sur le CD3WD. Une étude menée par le ministère britannique du Développement international dans le cadre du programme de production animale a démontré les avantages du fourrage mis en caisse pour les producteurs de lait en Tanzanie. Il existe des appareils comme la presse à paille de pin mobile de Clark Dorman , mais bien que nettement plus petite et moins chère que les moissonneuses-batteuses, elle est toujours propulsée par un moteur à essence. La meilleure alternative est utilisée et développée par l’ organisation Pakistan Straw Bale and Appropriate Building (PAKSBAB). PAKSBAB s'efforce d'appliquer des méthodes de construction appropriées dans cette région d'activité sismique pour créer des maisons résistantes aux tremblements de terre. Pour la fabrication de bottes de paille, un moule à compression et un cric agricole à commande humaine sont utilisés. Cet appareil est probablement plus cher que le modèle de Larry McWilliams car il est en acier, mais il est plus simple, plus rapide, nécessite moins d'effort humain et réduit la variabilité des balles.
Les références
- ^ BBC. Saviez-vous? Céréales. http://www.bbc.co.uk/gardening/gardening_with_children/didyouknow_cereals.shtml (consulté le 13 avril 2010).
- ^ Conseil sur la science et la technologie pour le développement international, Bureau des affaires internationales, Conseil national de recherches. Récoltes perdues d'Afrique : Volume I : Céréales . Washington, DC : National Academy Press, 1996.
- ↑ Gouvernement de l'Alberta. « Using Straw as a Farm Heating Fuel » (Utilisation de la paille comme combustible de chauffage agricole). Agriculture and Rural Development (Agriculture et développement rural). 6 janvier 2010. http://web.archive.org/web/20170109090115/http://www1.agric.gov.ab.ca:80/$department/deptdocs.nsf/all/eng3127 (consulté le 13 avril 2010).
- ↑Aller jusqu'à :4.0 4.1 4.2 King, Bruce. Conception de bâtiments en bottes de paille. San Rafael, CA : Green Building Press, 2006.
- ↑ Bou-Ali, G. Balles de paille et systèmes de murs en balles de paille. Thèse de maîtrise, Tucson : Université de l'Arizona, 1993
- ↑ Tattersall, Graeme H. EFFETS DE LA DENSITÉ SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES BALLES DE PAILLE. Thèse, Kingston : Queen's University, 2010.