При влаштуванні нубийских циліндричних склепінь, поширених багато століть в Верхньому Єгипті, опалубку не застосовували. Склепіння викладали з саманного цегли похилими арками. На малюнку 1 зображено нубійський звід, якому вже 3200 років.
Він знаходиться на території храму Рамзеса II, біля Луксора. Вивчені історичні споруди показали, що стародавні майстри при влаштуванні склепінь застосовували цеглу, який мав такі розміри: ширина 15 см, довжина 25 см і товщина 5-6 см. При незначній масі цеглини мали велику площу спирання, яка перешкоджала зісковзуванню цегли, покладеного в похиле становище. Кут нахилу арки приймався безпосередньо в момент її пристрою і знаходився в межах 65-70 ° по горизонталі. Натурними випробуваннями було доведено, що якщо кут нахилу арки менше вказаного значення, то нижня частина зводу може зруйнуватися в процесі його кладки, а якщо кут нахилу більше, то відбувається зісковзування цегли.
Для нубийских склепінь потрібно одна або дві вертикальні стіни, які служать опорою для похилих арок. В якості опори може також служити центральна опорна арка, викладена за допомогою опалубки (рис. 2).
При кладці склепінь їх форму рекомендують вибирати таким чином, щоб конструкція працювала тільки на стиск. Традиційний спосіб кладки нубійського зводу був удосконалений співробітниками лабораторії FEB. По-перше, в нижній частині склепіння застосовували цеглу розміром 20x20x6 см, а у верхній частині - цеглу конічної форми, зі зменшеною на 1,5 см стороною. Таким чином вдалося скоротити витрати праці і заощадити розчин. Емпіричним шляхом було доведено, що при кладці склепінь на розчині оптимальної консистенції можна застосовувати цегла товщиною до 10 см. Це також призводить до економії розчину і скорочує трудовитрати. Другим удосконаленням стало використання при кладці зводу натягнутих мотузок для контролю його форми. Мотузки натягували від однієї «опорної стіни» до іншої, але закріплювали тільки з одного боку, при цьому інший кінець мотузки пропускали через кільце, і на нього підвішували камінь. Завдяки вантажу мотузка в разі удару або поштовху не рветься і її натяг не слабшає. При влаштуванні похилих арок рекомендують цеглу укладати таким чином, щоб вони стосувалися один одного внутрішніми ребрами, а шви з зовнішнього боку зводу зміцнюють клинами з уламків каменю (рис. 3).
Нубийский звід з грунтового цегли розміром 10x10x20 см, викладений «в ялинку», представлений на малюнку 4. Його випробування, проведені в лабораторії FEB, показали високу стійкість конструкції. Однак під час виконання робіт було докладено значних зусиль для дотримання правильної геометричної форми зводу, незважаючи на те, що вона спочатку моделювалася.
Афганські і перські купола
В Афганістані куполоподібні дахи зводять без застосування опалубки. При цьому плоскі грунтові цегли укладають під кутом 30 ° до горизонту. 5-6 будівельників викладають покриття будівлі розміром 4X4 м за півдня.
При кладці арок грунтові цеглини стикаються нижніми ребрами, а в верхній зазор вставляються клини. Укладені в розпір на несхватівшемся розчині цеглини утворюють стійку і міцну конструкцію, яка не руйнується від власної ваги, а також дозволяє витримувати навантаження від працюючих на ній фахівців. У лабораторії FEB створені різні моделі, які доводять можливість застосування цих способів зведення. Можливо також їх поєднання з іншими способами при покритті будівель різноманітних геометричних форм (рис. 5).
На малюнку 6 зображена різновид афганського куполоподібного покриття, яке раніше було широко поширене в Персії, тому його часто називають перським куполом. Похилі арки мають опори в усіх чотирьох кутах конструкції. На цій моделі в верхній частині представлені чотири склепінних отвору, які служать в якості припливної вентиляції.
Спосіб зведення нубийских куполів був відомий в Верхньому Єгипті протягом тисячоліть. Грунтовий цегла викладали в кругові ряди за допомогою шаблону (рис. 7) під кутом відносно центральної осі.
Цей спосіб кам'яної кладки дозволяв уникнути зісковзування викладених цегли і вимагав застосування спеціального клинчастого цегли (рис. 8). Оскільки трудовитрати даного способу кам'яної кладки високі, при зведенні куполів цегла не розгортали, а викладали радіально.
Нубийский купол можна викласти тільки сферичної форми, що є головним недоліком. Кільцеві напруження розтягу в сферичних куполах виникають в нижній секції. Тому при перекритті великих прольотів слід додатково посилювати нижнє опорне кільце сталевими смугами або влаштовувати залізобетонні кільцеві балки. В іншому випадку купол може зруйнуватися, як вже траплялося на практиці.
Група «Development Workshop», Лозерт (Франція) звела вищеописаним способом купола на неяк-ких житлових будинках, адміністративних і громадських будівлях в Нігері (рис. 9). При виконанні робіт замість традиційного поворотного шаблону був використаний поворотний шаблон з ексцентриситетом, завдяки чому досягнуто форма, що дозволяє уникнути кільцевих напруг, що розтягують в нижній частині конструкції. Проте, ці напруги можуть виникнути при влаштуванні великих віконних або дверних прорізів.
Купол оптимальної форми
Фахівцями лабораторії FEB була вдосконалена технологія зведення куполів. За допомогою нового поворотного шаблону вдалося уникнути недоліків, що виникають при зведенні куполів традиційним способом, а також домогтися оптимальної форми купола без використання опалубки. При такій формі вдається уникнути як розтягують, так і стискають кільцевих зусиль. Методика отримання даної форми описується в статті 44 «Планування і розрахунок склепінних і куполоподібних дахів».
На вершині купола встановлений 16-сторонній світловий ліхтар у формі піраміди. Товщина стінок купола становить 20 см. Оптимальна форма купола була отримана за допомогою комп'ютерної програми, що дозволило уникнути кільцевих зусиль.
Для того щоб не допустити зісковзування цегли у верхніх рядах, їх укладати не прямо перпендикулярно поверхні купола, а з меншим ухилом, через що кут нахилу верхнього ряду кладки на 20 ° менше в порівнянні з традиційним зведенням куполів. Даний спосіб зведення має ще одну перевагу: звук не фокусується. Грунтові цеглини конічної форми виготовлені на пресі зі спеціальним мундштуком.
Випал грунтових куполів
Перська архітектор Надер Халілі звів в Ірані і США кілька ґрунтових куполів, які потім обпалювали зсередини.
Застосування чотирьох стихій - землі, води, повітря і вогню при зведенні будинків надає їм деякі недоліки. При спалюванні колод, гілок та лози відбувається викид шкідливих речовин в атмосферу, при цьому також витрачається багато енергії. Більш того, вогонь не можна повністю контролювати, отже, даний процес не можна вважати оптимальним. В результаті нерівномірного нагрівання цегли можуть з'явитися тріщини, що в свою чергу може привести до втрати міцності конструкції. До того ж більшість часу в цеглі при випалюванні закривається, при цьому здатність матеріалу поглинати і віддавати вологу значно зменшується, отже, втрачається головна перевага глінобетона як будівельного матеріалу.