Tigle japoneze de lut: tipuri Kawara, artizanat și durabilitate

Tigle japoneze de lut , cunoscut colectiv ca kawara , sunt elemente de acoperiș din ceramică cu foc înalt care au adăpostit temple, castele și case japoneze de peste 1.400 de ani. Caracteristicile lor tehnice definitorii sunt o rată de absorbție a apei sub 3%, o rezistență la compresiune care depășește în mod obișnuit 20 MPa și o geometrie interconectată care rezistă atât la precipitațiile torenţiale din sezonul ploios, cât și la forțele de ridicare ale vântului taifun care depășește 60 de metri pe secundă. Spre deosebire de plăcile plate de lut obișnuite în acoperișurile mediteraneene, kawara japoneze sunt formate într-un profil tridimensional distinctiv - o curbă convexă peste o tigaie concavă - care creează o suprafață structural rigidă, auto-drenabilă. Gri-argintiu închis al unui acoperiș tradițional din țiglă afumată nu este o glazură aplicată pe suprafață; este carbon depus în porii microscopici ai corpului de argilă în timpul unui proces de ardere de reducere care transformă chimic stratul exterior al plăcilor într-o piele ceramică neporoasă, care vărsă apă.

Argila: selecția și prepararea materiei prime

Fundamentul performanței unei țigle japoneze este corpul de lut, care trebuie să îndeplinească trei cerințe concurente: plasticitate pentru formare, rezistență la uscat suficientă pentru manipulare în stare verde și vitrificare la temperatura de ardere pentru a obține porozitate scăzută. Depozitele de argilă folosite istoric pentru producția de kawara sunt argile secundare - argile care au fost transportate din sursa lor de intemperii și depuse în bazinele aluvionare - bogate atât în ​​caolinit pentru refractare, cât și în ilită sau montmorillonit pentru plasticitate. Un corp tipic de lut kawara conține 40-50% caolinit, 20-30% ilit și 15-25% cuarț fin , cu un conținut de oxid de fier de obicei între 2% și 5% care contribuie la culoarea arsă variind de la luciu pal la roșu intens, în funcție de atmosfera de ardere.

Producția modernă de kawara folosește un corp de lut rafinat în care argila brută este acoperită la intemperii în aer liber timp de șase până la douăsprezece luni - un proces numit nerashi în japoneză — în care ciclurile de îngheț-dezgheț și acțiunea bacteriană descompun materia organică și omogenizează conținutul de umiditate. Argila deteriorată este apoi zdrobită, cernută pentru a îndepărta pietrele și rădăcinile și amestecată cu apă și o cantitate mică de grog fin (corp de țiglă zdrobită în prealabil) pentru a controla contracția prin uscare. Adaosul de grog, de obicei 5% până la 10% în greutate, reduce contracția prin uscare liniară de la aproximativ 8-10% pentru un corp de argilă pură la 5-7% gestionabil, ceea ce previne crăparea pe măsură ce țigla formată se usucă înainte de ardere. Plasticitatea corpului preparat este măsurată folosind limitele Atterberg; o limită de plastic de 18-25% și o limită de lichid de 35-45% asigură lucrabilitatea necesară proceselor de extrudare și presare fără sensibilitate excesivă la uscare.

Tipurile de plăci și geometriile lor distincte

Acoperișul japonez este asamblat dintr-un sistem de forme distincte de țiglă, fiecare cu o funcție specifică în compoziția generală de impermeabilizare și estetică. Geometria de interconectare dintre aceste forme este cea care conferă unui acoperiș kawara capacitatea de a vărsa apă în timp ce rezistă la ridicarea vântului fără a utiliza adezivi sau elemente de fixare mecanice pe fiecare țiglă. Cele trei tipuri principale de țiglă care formează câmpul acoperișului sunt următoarele.

Dincolo de țiglele de câmp, un sistem complet de acoperiș kawara include țigle terminale și de tranziție specializate: nokigawara (plăci de streașină) cu o față decorativă pandantiv care duce apa acoperișului dincolo de linia peretelui și prezintă adesea o emblemă a familiei înălțată sau o emblemă a templului; onigawara (plăci pentru capătul coamei) sculptate sub forma unei fiare mitologice sau a unui motiv floral care acoperă creasta și protejează capătul frontonului de ploaia acționată de vânt; sumigawara (plăci de colț) care întorc colțul la intersecția streașină și coama; şi munegawara (tigle de coamă) care acoperă vârful acoperișului. Creasta este întărită în continuare cu a shikkui capac de mortar - o tencuială tradițională pe bază de var amestecată cu fibre de cânepă și extract de alge marine - care leagă plăcile de coamă într-o grindă monolitică rezistentă la intemperii.

Finisajul afumat: Ibushi-gawara și arderea de reducere

Culoarea emblematică gri-argintiu închis a plăcilor tradiționale japoneze de acoperiș este rezultatul unei tehnici specializate de ardere numită ibushi (fumat), care creează o suprafață care este simultan colorată, sigilată și modificată chimic. Procesul ibushi este o ardere de reducere controlată care are loc în etapa finală a ciclului cuptorului. Placile sunt mai întâi arse într-o atmosferă oxidantă până la aproximativ 1000-1100°C , care sinterizează corpul de argilă până la rezistența sa finală și dezvoltă culoarea de bază din conținutul de oxid de fier - de obicei un roșu portocaliu cald la oxidare. La temperatura de vârf, arzătorul cuptorului este reglat la un amestec bogat în combustibil, iar alimentarea cu aer este restricționată. Arderea lipsită de oxigen generează monoxid de carbon și particule de carbon libere. Atmosfera cuptorului trece de la oxidare la reducătoare, iar carbonul se depune în porii încă deschiși ai suprafeței plăcilor fierbinți.

Simultan, atmosfera reducătoare transformă chimic oxidul de fier roșu (Fe₂O₃, hematit) de pe suprafața plăcii în oxid de fier negru (Fe₃O₄, magnetit) și reduce în continuare o parte din fier în fier metalic într-o formă fin dispersată. Efectul combinat este un strat de suprafață dens, saturat cu carbon 0,1 până la 0,3 mm grosime care este neporos și hidrofob. Mărgelele de apă pe o suprafață de țiglă ibushi mai degrabă decât umezirea acesteia, iar absorbția de apă a feței afumate este redusă la sub 1%, chiar dacă corpul de țiglă de dedesubt are o absorbție de 2-3%. Procesul de afumare se încheie prin sigilarea cuptorului și lăsarea acestuia să se răcească în atmosfera reducătoare, ceea ce împiedică reoxidarea compușilor de carbon și fier. Suprafața rezultată are o calitate subtilă, luminoasă - nu un negru plat, ci un cărbune profund, cu un luciu metalic slab - care se întâlnește cu grație de-a lungul deceniilor, dezvoltând o patina moale și dezactivată.

Placi glazurate: Yusen-gawara și opțiuni de culoare

Alături de țigla ibushi afumată, produc cuptoare japoneze yusen-gawara — plăci ceramice smălțuite — în cazul în care un strat de sticlă este aplicat pe suprafața plăcii înainte de ardere și se topește într-un strat vitros, impermeabil în timpul ciclului cuptorului. Glazura este formulată dintr-o bază de feldspat, silice și argilă, cu adaosuri de oxizi metalici pentru culoare: cupru pentru verde, cobalt pentru albastru, fier pentru maro și chihlimbar și mangan pentru violet-negru. Glazura se aplică prin pulverizare sau scufundare a țiglei uscate, nearsă, și se maturizează în timpul aceluiași ciclu de ardere care sinterizează corpul de argilă. Stratul de glazură, de obicei 0,2 până la 0,5 mm grosime , are o absorbție de apă efectiv zero și oferă plăcilor o suprafață lucioasă, care reflectă lumina, care se autocurăță în ploaie.

Cea mai semnificativă culoare a țiglei glazurate din punct de vedere istoric este glazura de cupru albastru-verde văzută pe acoperișurile templelor din Kyoto și Nara, obținută cu un adaos de oxid de cupru de 2% până la 5% în greutate la lotul de glazură. Această glazură, arsă prin oxidare, produce un verde turcoaz strălucitor care a ajuns să simbolizeze arhitectura sacră în Japonia. Placile vitrate rezidențiale moderne sunt disponibile într-o paletă largă - negru mat, maro ciocolată, portocaliu teracotă, verde mușchi și albastru ardezie - și prezintă adesea un finisaj semi-mat care reduce strălucirea, păstrând în același timp beneficiile de întreținere redusă ale unei suprafețe vitrate. Glazura adaugă, de asemenea, o creștere măsurabilă rezistenței la încovoiere a plăcilor; pretensionarea compresivă pe care glazura o exercită asupra corpului de argilă subiacent pe măsură ce se răcesc cu viteze ușor diferite crește modulul de rupere cu aproximativ 10-15%.

Performanță mecanică: cutremure, taifunuri și sistemul de interblocare

Un acoperiș japonez din țiglă de lut este un sistem greu - un metru pătrat de acoperiș kawara, inclusiv țiglele, mortarul de lut și substratul de cherestea, impune o încărcătură moartă de 50 până la 70 kg pe metru pătrat . Această greutate, care ar putea părea dezavantajoasă în proiectarea seismică, contribuie de fapt la rezistența la cutremur a acoperișului prin principiul amortizarii masei reglate. Acoperișul greu scade frecvența naturală fundamentală a clădirii și, atunci când acoperișul este legat corespunzător de structura peretelui, masa inerțială ajută la rezistența forțelor laterale ale unui cutremur prin creșterea rigidității generale a structurii. Clădirile tradiționale din lemn, cu acoperișuri grele kawara au supraviețuit secolelor de evenimente seismice în Japonia, deși codurile moderne de construcție necesită acum fixarea mecanică pozitivă a fiecărei plăci, în plus față de instalația tradițională bazată pe gravitație și frecare.

Rezistența la taifun este cel mai solicitant caz de proiectare pentru țigle de acoperiș. Vântul care curge peste un acoperiș creează presiune negativă (aspirație) pe versantul sub vânt și la streașină și coamă, iar forța de ridicare a unei țigle de lut poate depăși greutatea proprie la vitezele vântului deasupra. 35 de metri pe secundă . Kawara tradițională a rezistat ridicării prin geometria interconectată a plăcilor tigăi și a acoperișului și a greutății substanțiale a plăcilor în sine, cu plăci de streașină asigurate suplimentar cu legături de sârmă de cupru de învelișul acoperișului. Instalarea modernă conform Legii japoneze privind standardele de construcții impune ca fiecare țiglă să fie fixată mecanic cu o clemă metalică rezistentă la coroziune sau cu o sârmă de legătură din oțel inoxidabil care se angajează în mod pozitiv în interblocarea țiglei și este fixată pe șipca de acoperiș. Sistemul de fixare trebuie să reziste la o forță de ridicare de cel puțin 1,2 kN pe metru pătrat pentru clădirile din zonele de expunere la vânt puternic. Testarea la scară largă în tunelul de vânt de la Institutul Japonez de Cercetare a Construcțiilor a validat că un acoperiș kawara instalat corespunzător cu fixare mecanică poate supraviețui vitezei vântului de peste 60 m/s, echivalent cu un taifun de categoria 4.

Durabilitate îngheț-dezgheț și standarde de absorbție a apei

Tiglele de lut din regiunile cu îngheț de iarnă sunt susceptibile la deteriorarea înghețului dacă absorbția lor de apă depășește un prag critic. Apa care a pătruns în corpul țiglei se extinde cu aproximativ 9% la îngheț, iar presiunea hidraulică rezultată poate sparge suprafața țiglei sau fractura complet țigla. Standard industrial japonez JIS A 5208 pentru țigle de lut specifică o absorbție maximă de apă de 3% pentru țiglele smălțuite și 5% pentru țiglele nesmălțuite (afumate) atunci când este testată prin imersie de 24 de ore în apă clocotită. Aceste praguri sunt în mod deliberat conservatoare în raport cu standardul european EN 1304, care permite până la 6% pentru plăci cu rezistență redusă și 10% pentru plăci cu rezistență medie în climă moderată.

Severitatea standardului japonez reflectă realitatea climatică: o mare parte din Japonia, inclusiv regiunile istorice producătoare de gresie din insula Awaji și coasta San'in, se confruntă cu zăpadă semnificativă și ciclism îngheț-dezgheț în timpul iernii. O țiglă cu o absorbție de apă mai mare de 5% va acumula daune pe parcursul sezoanelor succesive de iarnă, modul de defecțiune începând de obicei ca ruperea suprafeței pe plăcile de acoperire convexe, unde apa topită zăpada se bazează și se reîngheață. Suprafața fumurie a unei plăci ibushi oferă rezistență suplimentară la îngheț-dezgheț, deoarece stratul de suprafață umplut cu carbon, cu porozitate scăzută, împiedică intrarea apei lichide în corpul plăcii de pe fața expusă, creând eficient un material gradat cu un exterior dens, hidrofob și un interior mai poros, dar protejat.

Cuptoare regionale și proveniența plăcilor de lut

Producția japoneză de țigle de lut este concentrată în mai multe regiuni istorice ale cuptoarelor, fiecare asociată cu un corp de argilă distinctiv, un profil special de țiglă și un caracter estetic recunoscut. Cele mai importante trei centre de producție sunt:

• Insula Awaji (prefectura Hyogo): Cea mai mare și mai faimoasă regiune de producție de kawara, reprezentând aproximativ 60% din producția internă japoneză de plăci. Argila Awaji este un depozit aluvion marin cu granulație fină, cu plasticitate excelentă și un conținut scăzut de fier, care produce un corp palid, ideal pentru procesul de fumat ibushi. Ibushi-gawara lui Awaji sunt considerate standardul în funcție de care sunt judecate alte plăci afumate.
• Sanshu (prefectura Aichi): A doua regiune de producție ca mărime, cunoscută pentru Sanshu-gawara marca. Argila Sanshu este mai bogată în fier, producând un corp roșu mai intens, iar regiunea este specializată în plăci smălțuite. Orașul Takahama al companiei Mitsubishi din regiunea Sanshu a fost locul de naștere al țiglei integrate cu profil S, care este acum cel mai comun material de acoperiș rezidențial din Japonia.
• Sekishu (Prefectura Shimane): O regiune istorică de producție de pe coasta Mării Japoniei, cunoscută pentru Sekishu-gawara , care sunt arse dintr-o argilă care conține o proporție naturală mare de nisip siliciu fin. Textura nisipoasă conferă plăcilor Sekishu o granulație distinctivă a suprafeței și o rezistență excepțională la îngheț, făcându-le alegerea preferată pentru regiunile cu zăpadă abundentă de pe coasta Mării Japoniei.

Cuptorul de origine este de obicei ștanțat sau în relief pe partea inferioară a fiecărei plăci, împreună cu marca de certificare JIS și data producției. Pentru proiectele de restaurare a clădirilor istorice, potrivirea profilului de țiglă originală a cuptorului și a finisajului suprafeței este esențială atât pentru continuitatea estetică, cât și pentru compatibilitatea tehnică cu structura acoperișului existentă.

Instalare: Substratul lemnos și sistemul de fixare

Un acoperiș japonez din țiglă de lut este instalat peste o substructură din lemn constând din căpriori, șipci orizontale și un acoperiș continuu din scânduri de cedru sau, în construcția modernă, placaj structural. Înclinarea acoperișului pentru un acoperiș kawara este de obicei între 4/10 și 6/10 (aproximativ 22 până la 31 de grade) . Locurile mai puțin adânci riscă pătrunderea apei în condiții de vânt; Înclinațiile mai abrupte necesită o reținere mecanică suplimentară pentru a preveni alunecarea plăcilor. Placile sunt așezate în rânduri orizontale începând de la streașină și mergând în sus până la creastă. Fiecare țiglă de tigaie este agățată peste șipcă cu un vârf turnat pe partea inferioară, iar fiecare țiglă de acoperire este așezată într-o cantitate mică de mortar de lut sau, în practica modernă, asigurată cu o clemă cu arc din oțel inoxidabil care cuplează șipca.

Tigla de streasina este primul rand instalat si stabilesc alinierea pentru intregul acoperis. O margine de picurare din cupru sau din oțel inoxidabil este fixată pe placa fasciei, iar plăcile de streașină sunt conectate la manta prin găuri preformate în corpul plăcii. Coasta este ansamblul final: o placă de coamă de lemn înălțată este acoperită cu un pat continuu de mortar de var shikkui, plăcile de coamă sunt fixate în mortar cu legături de sârmă de cupru și un capac final de mortar este modelat peste plăci pentru a crea o tranziție lină, aerodinamică, care împiedică pătrunderea vântului sub plăcile de coamă. Ansamblul coamei este partea acoperișului cea mai vulnerabilă la daunele furtunii, iar practica modernă o întărește cu o curea de coamă din oțel inoxidabil care leagă țiglele de coamă mecanic de structura acoperișului.

Întreținere, controlul mușchilor și durata de viață

Un acoperiș japonez din țiglă de lut bine fabricat și instalat corespunzător are o durată de viață care poate depăși 50 până la 100 de ani pentru corpul de țiglă în sine, deși stratul de bază, tampoanele și mortarul de coamă au intervale de service mai scurte. Principala preocupare de întreținere este creșterea mușchilor și a lichenilor, care este deosebit de agresivă în mediile umede și umbrite din Japonia. Rizoizii de mușchi pătrund în porii microscopici ai suprafeței plăcilor afumate nesmălțuite și, de-a lungul deceniilor, pot provoca ruperea suprafeței pe măsură ce rădăcinile se extind și se contractă odată cu ciclurile de umiditate. Întreținerea tradițională a implicat răzuirea manuală periodică a mușchiului, o practică intensivă în muncă, care este din ce în ce mai înlocuită de aplicarea unui tratament biocid cu sulfat de cupru sau clorură de benzalconiu care inhibă creșterea mușchiului timp de câțiva ani.

Mortarul de coamă, expus la cele mai severe cicluri de umectare și uscare, necesită recaptură aproximativ fiecare 20 până la 30 de ani . Legăturile de sârmă de cupru de la streașină și coamă au o durată de viață similară înainte de coroziune, în special în mediile de coastă cu aer încărcat cu sare și ar trebui să fie inspectate și înlocuite atunci când coama este reamenajată. Plăcile individuale crăpate sau rupte pot fi înlocuite fără a deranja acoperișul înconjurător, prin glisarea țiglei deteriorate în afară și a unei noi țigle, cu condiția ca profilul țiglei să fie încă în producție. Pentru plăcile istorice care nu mai sunt fabricate, plăcile de salvare din clădirile demolate reprezintă sursa principală de material de înlocuire, iar un stoc de plăci de rezervă trebuie păstrat din instalația originală în acest scop.