As the effects of global warming and the exhaustion of natural resources become more and more evident, the importance of low-impact construction alternatives is becoming increasingly apparent. Conventional construction not only irreversibly drains natural resources; it is also responsible for the great amount of energy consumed in the production of building materials. Natural renewable materials that offer low-impact, low-embodied energy construction alternatives have promising potential for the construction industry. This thesis provides an insight into construction with natural materials, with particular emphasis on straw bale construction, by undertaking an embodied energy analysis. Firstly, the existing published sources were studied to obtain the embodied energy values of various construction materials relevant to conventional residential and straw bale construction. The embodied energy values for straw bales were found to have great variation from source to source. To obtain the value appropriate for the Canadian situation, the analysis completed in this thesis utilizes published material on straw and biomass. Secondly, a comparative analysis of embodied energy for various wall systems was completed. This analysis proves that straw bale construction is an effective low impact alternative to conventional residential construction styles. In particular, the embodied energy of the straw bale wall section is six times smaller than that of the most common conventional construction style - wood-frame with brick siding. Finally, the component of the straw bale wall that has the highest embodied energy – plaster – was examined to investigate further reduction of the embodied energy of the straw bale wall. As a result of this investigation it was found that the plaster mix containing increased amounts of cementitious materials (for example, equal parts of cement and lime) has smaller embodied energy value. The findings of this work can be utilized both in the conventional construction industry as a guide to making environmentally mindful decisions, as well as for natural building construction to further improve the performance of straw bale structures. / Thesis (Master, Environmental Studies) -- Queen's University, 2010-01-28 16:18:47.585

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Proposta: o setor da construção civil é responsável por grande parte do consumo de energia e recursos e da geração de resíduos, provocando impactos significativos sobre o meio ambiente. Algumas alternativas para se construir, reduzindo os impactos, envolvem o uso de materiais renováveis, como a palha, e de materiais minimamente processados, como a terra. Contudo, estes materiais pouco são referidos nos sistemas de classificação de edifícios ambientalmente amigáveis. Muitos edifícios, rotulados como sustentáveis, apenas refletem esforços para reduzir a energia incorporada e são, em muitos outros aspectos, convencionais. Objetivo: considerando a lacuna identificada, o objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação de sustentabilidade de uma habitação de interesse social, construída no meio rural, com fardos de palha, terra e cobertura verde. Metodologia de pesquisa: a estratégia geral de pesquisa utilizada foi o levantamento de um caso. A definição dos critérios de avaliação foi embasada naqueles tradicionalmente incluídos em métodos existentes, porém as formas de caracterização foram adaptadas a dados e procedimentos acessíveis ao contexto nacional. Além de critérios ambientais, foram incluídos outros, econômicos e sociais, devido à importância de uma abordagem pluridimensional. A apresentação dos resultados dos critérios ambientais em três escalas (da edificação, dos subsistemas e dos materiais) permite identificar os subsistemas e materiais com maior potencial de impactos, explicitando os pontos fracos da habitação, além de facilitar a comparação, total ou parcial, com os resultados obtidos em pesquisas semelhantes. Resultados: verificou-se a incorporação de grande quantidade de materiais que produzem emissões tóxicas, além de apresentarem um alto consumo energético para transporte. Em contrapartida, devido à utilização, predominante, de recursos pouco processados, identificou-se um baixo dispêndio de energia para manufatura de materiais e um potencial de reaproveitamento satisfatório. Os custos iniciais da edificação são baixos, em relação a habitações de interesse social construídas com materiais convencionais, e medianos, em relação àquelas que empregam materiais não convencionais. Em termos sociais, verificou-se que as soluções adotadas são adequadas para a autoconstrução e para o resgate da capacidade de trabalho em mutirão, e que o projeto não atende requisitos mínimos de acessibilidade. / Proposal: the construction industry is responsible for a large consumption of energy and resources, and produces a large amount of wastes, determining considerable environmental impacts. Some alternatives to build in a way to reduce environmental impacts include the use of renewable materials and the use of materials which require minimum amount of processing, such as straw and earth. Nevertheless, these materials are hardly ever referred to in green building classification systems. Many buildings classified as environmentally friendly or green may simply reflect efforts to reduce the embodied energy and are, in most other aspects, conventional. Objective: considering the identified gap, this work’s aim is to evaluate a low-income rural house, built with straw bales, earth and a green roof. Methods: the assessment criteria definition was based on those traditionally included in existent methods, but adapted in accordance to national acessible data and proceedings. Besides environmental criteria, others like social and economics, were included. The results presentation in three analysis scales (of the construction, as a whole, of the subsystems and of the materials) allows the identification of the potencially most impacting materials and subsystems, expliciting the dwelling weak points, and facilitates total or partial comparision with other similar researchs results. Findings: a large number of materials that emit toxic gases, besides having a high energy consumption for materials transport, was identified. However, due to the predominant use of materials with a minimum processing, a low energy consumption for materials production and a sactisfatory reuse potential was identified. The dwelling’s initial costs are low, if compared to low-income houses built with conventional materials, becoming average, in regard to those built with non-convetional materials. In social terms, it was verified that the construction solutions are suitable to self-building and to rescue the ability of working cooperatively, and that the dwelling’s design does not supply the minimum requirement for spatial acessibility.

Proposta: o setor da construção civil é responsável por grande parte do consumo de energia e recursos e da geração de resíduos, provocando impactos significativos sobre o meio ambiente. Algumas alternativas para se construir, reduzindo os impactos, envolvem o uso de materiais renováveis, como a palha, e de materiais minimamente processados, como a terra. Contudo, estes materiais pouco são referidos nos sistemas de classificação de edifícios ambientalmente amigáveis. Muitos edifícios, rotulados como sustentáveis, apenas refletem esforços para reduzir a energia incorporada e são, em muitos outros aspectos, convencionais. Objetivo: considerando a lacuna identificada, o objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação de sustentabilidade de uma habitação de interesse social, construída no meio rural, com fardos de palha, terra e cobertura verde. Metodologia de pesquisa: a estratégia geral de pesquisa utilizada foi o levantamento de um caso. A definição dos critérios de avaliação foi embasada naqueles tradicionalmente incluídos em métodos existentes, porém as formas de caracterização foram adaptadas a dados e procedimentos acessíveis ao contexto nacional. Além de critérios ambientais, foram incluídos outros, econômicos e sociais, devido à importância de uma abordagem pluridimensional. A apresentação dos resultados dos critérios ambientais em três escalas (da edificação, dos subsistemas e dos materiais) permite identificar os subsistemas e materiais com maior potencial de impactos, explicitando os pontos fracos da habitação, além de facilitar a comparação, total ou parcial, com os resultados obtidos em pesquisas semelhantes. Resultados: verificou-se a incorporação de grande quantidade de materiais que produzem emissões tóxicas, além de apresentarem um alto consumo energético para transporte. Em contrapartida, devido à utilização, predominante, de recursos pouco processados, identificou-se um baixo dispêndio de energia para manufatura de materiais e um potencial de reaproveitamento satisfatório. Os custos iniciais da edificação são baixos, em relação a habitações de interesse social construídas com materiais convencionais, e medianos, em relação àquelas que empregam materiais não convencionais. Em termos sociais, verificou-se que as soluções adotadas são adequadas para a autoconstrução e para o resgate da capacidade de trabalho em mutirão, e que o projeto não atende requisitos mínimos de acessibilidade. / Proposal: the construction industry is responsible for a large consumption of energy and resources, and produces a large amount of wastes, determining considerable environmental impacts. Some alternatives to build in a way to reduce environmental impacts include the use of renewable materials and the use of materials which require minimum amount of processing, such as straw and earth. Nevertheless, these materials are hardly ever referred to in green building classification systems. Many buildings classified as environmentally friendly or green may simply reflect efforts to reduce the embodied energy and are, in most other aspects, conventional. Objective: considering the identified gap, this work’s aim is to evaluate a low-income rural house, built with straw bales, earth and a green roof. Methods: the assessment criteria definition was based on those traditionally included in existent methods, but adapted in accordance to national acessible data and proceedings. Besides environmental criteria, others like social and economics, were included. The results presentation in three analysis scales (of the construction, as a whole, of the subsystems and of the materials) allows the identification of the potencially most impacting materials and subsystems, expliciting the dwelling weak points, and facilitates total or partial comparision with other similar researchs results. Findings: a large number of materials that emit toxic gases, besides having a high energy consumption for materials transport, was identified. However, due to the predominant use of materials with a minimum processing, a low energy consumption for materials production and a sactisfatory reuse potential was identified. The dwelling’s initial costs are low, if compared to low-income houses built with conventional materials, becoming average, in regard to those built with non-convetional materials. In social terms, it was verified that the construction solutions are suitable to self-building and to rescue the ability of working cooperatively, and that the dwelling’s design does not supply the minimum requirement for spatial acessibility.

Proposta: o setor da construção civil é responsável por grande parte do consumo de energia e recursos e da geração de resíduos, provocando impactos significativos sobre o meio ambiente. Algumas alternativas para se construir, reduzindo os impactos, envolvem o uso de materiais renováveis, como a palha, e de materiais minimamente processados, como a terra. Contudo, estes materiais pouco são referidos nos sistemas de classificação de edifícios ambientalmente amigáveis. Muitos edifícios, rotulados como sustentáveis, apenas refletem esforços para reduzir a energia incorporada e são, em muitos outros aspectos, convencionais. Objetivo: considerando a lacuna identificada, o objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação de sustentabilidade de uma habitação de interesse social, construída no meio rural, com fardos de palha, terra e cobertura verde. Metodologia de pesquisa: a estratégia geral de pesquisa utilizada foi o levantamento de um caso. A definição dos critérios de avaliação foi embasada naqueles tradicionalmente incluídos em métodos existentes, porém as formas de caracterização foram adaptadas a dados e procedimentos acessíveis ao contexto nacional. Além de critérios ambientais, foram incluídos outros, econômicos e sociais, devido à importância de uma abordagem pluridimensional. A apresentação dos resultados dos critérios ambientais em três escalas (da edificação, dos subsistemas e dos materiais) permite identificar os subsistemas e materiais com maior potencial de impactos, explicitando os pontos fracos da habitação, além de facilitar a comparação, total ou parcial, com os resultados obtidos em pesquisas semelhantes. Resultados: verificou-se a incorporação de grande quantidade de materiais que produzem emissões tóxicas, além de apresentarem um alto consumo energético para transporte. Em contrapartida, devido à utilização, predominante, de recursos pouco processados, identificou-se um baixo dispêndio de energia para manufatura de materiais e um potencial de reaproveitamento satisfatório. Os custos iniciais da edificação são baixos, em relação a habitações de interesse social construídas com materiais convencionais, e medianos, em relação àquelas que empregam materiais não convencionais. Em termos sociais, verificou-se que as soluções adotadas são adequadas para a autoconstrução e para o resgate da capacidade de trabalho em mutirão, e que o projeto não atende requisitos mínimos de acessibilidade. / Proposal: the construction industry is responsible for a large consumption of energy and resources, and produces a large amount of wastes, determining considerable environmental impacts. Some alternatives to build in a way to reduce environmental impacts include the use of renewable materials and the use of materials which require minimum amount of processing, such as straw and earth. Nevertheless, these materials are hardly ever referred to in green building classification systems. Many buildings classified as environmentally friendly or green may simply reflect efforts to reduce the embodied energy and are, in most other aspects, conventional. Objective: considering the identified gap, this work’s aim is to evaluate a low-income rural house, built with straw bales, earth and a green roof. Methods: the assessment criteria definition was based on those traditionally included in existent methods, but adapted in accordance to national acessible data and proceedings. Besides environmental criteria, others like social and economics, were included. The results presentation in three analysis scales (of the construction, as a whole, of the subsystems and of the materials) allows the identification of the potencially most impacting materials and subsystems, expliciting the dwelling weak points, and facilitates total or partial comparision with other similar researchs results. Findings: a large number of materials that emit toxic gases, besides having a high energy consumption for materials transport, was identified. However, due to the predominant use of materials with a minimum processing, a low energy consumption for materials production and a sactisfatory reuse potential was identified. The dwelling’s initial costs are low, if compared to low-income houses built with conventional materials, becoming average, in regard to those built with non-convetional materials. In social terms, it was verified that the construction solutions are suitable to self-building and to rescue the ability of working cooperatively, and that the dwelling’s design does not supply the minimum requirement for spatial acessibility.

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Although rice straw and other grains have been used in building since pre-history, in the past two decades, there has been a move to utilize this rapidly renewable, locally available, agricultural byproduct as part of the sustainable construction movement. Up to this point, this has been done by simply stacking up the full straw bales. Stak Block, invented by Oryzatech, Inc., is a modular, interlocking block made of a composite of rice straw and binding agent that serves as an evolution in straw construction. This study investigates the feasibility of using these Stak Blocks as a structural system. The report was divided into four main parts: material testing, development of effective construction detailing, full-scale physical shear wall testing, and a comparison with wood framed shear walls. The first section investigated the feasibility of using the Stak Blocks in a load-bearing wall application. Constitutive properties of the composite straw material such as yield strength and elastic stiffness were determined and then compared to conventional straw bale. Next, the decision was made to prestress the walls to create a more effective structural system. Various construction detailing iterations were evaluated upon the full-scale shear wall testing using a pseudo-static cyclic loading protocol. Finally, the available ductility of the prestressed Stak Block walls in a lateral force resisting application is quantified along with an approximation of potential design shear forces. It was determined that the Stak Block material performed satisfactorily in gravity and lateral force resisting applications, in some respects better than conventional wood-framed construction, and has great potential as a seismically-resistant building material.