NO165305B - Fremgangsmaate til aa forsterke en partikkelholdig grunnmasse. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til å forsterke en partikkelholdig grunnmasse, omfattende å innleire et betydelig antall hovedsakelig flate stykker av en bøyelig, åpen nettkonstruksjon pr. m 3 grunnmasse tilfeldig fordelt i denne uten at der dannes noen vesentlig mengde ekstra tomrom i grunnmassen. At grunn-

massen "forsterkes" innbefatter at den armeres og/eller stabi-

liseres .

Generelt kan grunnmassen være en hvilken som helst partikkel-

holdig grunnmasse, enten den bærer en last eller ikke. De struk-

turer som dannes, kan f.eks. være geotekniske strukturer, kon- I struksjonsdeler for bygninger eller overflatematerialer.. Grunn-

massen kan ha en hvilken som helst egnet beskaffenhet og inne-

holde f.eks. jordsmonn (herunder store og små steiner, grus-

sorter, sandsorter, leiresorter og lignende, cementstabilisert jordsmonn og cementbundne kornformede materialer (normalt inne-holdende 2-12% cement) samt gruveavfall eller slagg), stoffer som inneholder et hydrokarbon-bindemiddel såsom asfalt, bitu-

minøs asfalt eller tjære, stoffer som inneholder et hydraulisk bindemiddel eller en fyllmasse såsom cement, betong, mager betongblanding eller gips (som er å betrakte som partikkelhol-

dig), stoffer som inneholder et pozzolan-bindemiddel, og stof-

fer som inneholder et harpiksholdig bindemiddel, f.eks. spon-

plater. Grunnmassen kan være partikkelholdig og ikke-sammen-

hengende eller sammenhengende eller av natur være hovedsakelig stiv. Et materiale som f.eks. leire eller tjære kan være vis-

køst og være i stand til å beveges eller deformeres, mens idet et materiale som f.eks. cement eller betong kan være stivt og ute av stand til å beveges eller deformeres vesentlig. Partikkelholdige grunnmasser vil ha naturlige, frie hulrom eller tomrom som f.eks. kan fylles med vann og/eller luft.

GB-A 2 073 090 beskriver en fremgangsmåte til å forsterke jord-

masser hvor lange og meget brede stykker av bøyelige nettkonstruksjoner av plast blir innleiret i grunnmassen, idet styk-

kene er anordnet i parallelle lag og stykkene ligger parallelt med hverandre i hvert lag, slik at hele laget blir dekket. Nettkonstruksjonen har sterke forbindelses- eller krysnings-

punkter og høy dimensjonsstabilitet i sitt plan. Denne fremgangsmåte er meget effektiv for de fleste anvendelser, men krever dyktighet og forsiktighet ved bruk, foruten at den krever en spesielt fremstilt nettkonstruksjon.

CH 592 219 beskriver en fremgangsmåte til å forsterke cement, tjære eller asfalt, omfattende tilfeldig fordelt innleiring

av et stort antall bøyelige stykker av en nettkonstruksjon av plast i grunnmassen uten at der dannes noen vesentlig mengde ekstra tomrom, idet overflaten av hvert stykke har et areal som er lite i forhold til størrelsen av grunnmassen, samtidig som hvert stykke omfatter flere enn én maskeåpning. Imidlertid blir stykkene til å begynne med tilført i form av korte, tvin-nede tråder, som er innrettet til å åpne seg opp eller tvinne seg ut ved blanding. Blandingsprosessen må tidsinnstilles slik at trådene er fullt uttvinnet, men ikke er begynt å tvinne eller på annen måte lukke seg igjen. Det menes at det vil være meget vanskelig å sikre at trådene tvinner seg ut og åpner seg på en passende måte, og å unngå at noen stykker som er blitt åpnet, lukker seg igjen - idet stykkene vil ha en tendens til å rulle seg opp dersom der forekommer rullende bevegelser .ved blandingen (noe som normalt finner sted). Dessuten synes det som om nettkonstruksjonen blir fremstilt ved dannelse av parallelle slisser i plastfilmen, som deretter blir åpnet opp ved sideveis strekking, eventuelt med noe varmefiksering. Denne konstruksjon vil ha liten tverrstyrke og vil virke som en meget dårlig forsterkning.

En artikkel på sidene 47-52 i CR. Coll. Int. Renforcement

des Sols, Paris 1979,'omtaler små strimler til å forsterke jordmasse, men strimlene gir ikke den optimale forsterkende virkning, fordi de ikke har noen vesentlig tverrstyrke, og de vil derfor bare i liten grad forbedre jordmassens mekaniske egenskaper.

GB 1 539 898 beskriver bruken av stykker av et sveiset stålnett til armering av betong, idet hvert stykke bare har én fullstendig maske-. Stykkene er forholdsvis stive og har hvert åtte utragende tråder, slik at der vil være en tendens til dannelse av broer og ekstra tomrom.

Den foreliggende oppfinnelse skaffer en fremgangsmåte som angitt

i krav 1. De øvrige krav angår foretrukne trekk ved oppfin-

nelsen .

Nettstykkene skaffer en positiv låsing til grunnmassen og er

således ikke fullstendig avhengig av friksjon eller kjemisk binding mellom materialet i stykket og grunnmassen. Partiklene av grunnmassen i forskjellige nettåpninger vil med andre ord låse seg til hverandre. I det minste i jordmasse vil nettstyk-

kene pluss sammenlåste jordmassepartikler danne aggregater av partikler inne i jordmassen. Forutsatt at der foreligger tilstrekkelig med nettstykker, vil disse aggregater samvirke slik at hele jordmassen vil låse seg til en eneste forbedret masse. Effektiviteten av stykkene avhenger av at de har sterke forbindelses- eller krysningspunkter som tillater hvert stykke å låse seg effektivt til grunnmassen og på riktig måte utnytte styrken i materialet i stykket uten at dette rives over. Dess-

uten har hvert stykke høy dimensjonsstabilitet i sitt plan,

noe som tillater stykket å motstå krefter i sitt plan og opp-

rettholde grunnmassens stabilitet.

Vanligvis blir asfaltprodukter gradert slik at-de inneholder

partikler fra en forhåndsbestemt maksimal størrelse ned til fint pulver, og det antas at de store partikler i grunnmasser ifølge oppfinnelsen blir forankret ved hjelp av nettstykker,

mens de mindre partikler blir forankret av de større partikler.

Generelt kan nettstykkene være lette å fremstille, så der fås

en billig armering. Armeringsmaterialet kan tilføres f.eks.

i form av kompakte ruller og skjæres til stykker umiddelbart før blanding med grunnmassen.

Innblandingen av stykkene i grunnmassen er tilfeldig (tredimen-

sjonal, tilfeldig fordeling), og nettstykkene vil vanligvis ikke være parallelle med hverandre. I det spesielle tilfelle av gipsplater eller betongplater (eller bjelker) vil noen styk-

ker strekke seg både i retning vinkelrett på flatsidene og parallelt med flatsidene, avhengig av platetykkelsen. I tynne plater (eller ark) vil stykkene generelt befinne seg i samme plan som platen.

I og med at hvert stykke er lite i forhold til størrelsen av hele grunnmassen og innblandingen er tilfeldig, kan stykkene-lett innlemmes i grunnmassen uten avansert teknologi og uten fagkyndighet selv om der foreligger et stort antall stykker. Likevel er det overraskende funnet at stykkene er meget effektive til forsterkning av grunnmassen, såfremt der ikke dannes noen vesentlig mengde ekstra tomrom. I denne forbindelse anser man ikke det rom som opptas av selve nettstykkematerialet, som et tomrom, og det er ønskelig, men ikke avgjørende, at innlemmelsen av nettstykkene ikke øker densiteten av grunnmassen (innbefattet stykkene) som løsgods.

Eksempler på anvendelser av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er generelt uttrykt: jordmasseforsterkning, herunder stabilisering;

erstatning for asbest i asbestcementplater;

generell armering av cement- og betongprodukter;

gipsplate-armering;

sponplate-armering;

asf altf orsterkn-ing.

Der foreligger en spesiell fordel med jordmasse. Dersom jordmassen på stedet har dårlig kvalitet, har det ofte vært praksis å fjerne jordmassen og tilføre et partikkelholdig eller

kornformert materiale av god kvalitet, dvs. et ikke-sammenhengende materiale;.. Dersom nettstykkene blandes med den foreliggende jordmasse,, vil dennes kvalitet bli forbedret. Den lastbærende evne hos den foreliggende jordmasse vil øke, noe som

reduserer mengden av den fyllmasse som kreves over jordmassen ved f. eks. veib.ygging. Når nettstykkene blandes inn i jordmassen i riktige andeler, vil de endre jordmassen for dannelse av en forholdsvis homogen masse med forbedret konstruksjons-

messig oppførsel, noe som betegnes som jordmasse-stabiliserings-teknikk. Med optimal forsterkning kan innlemmelsen av nettstykkene tilsvare en økning i den totale jordmasserasvinkel på 2° eller 3° eller ved en lastspredningsvirkning gjennom det forsterkede lag resultere i en effektiv økning av fundamentbred-den. Dessuten har jordmasse normalt ingen vesentlig bøyeelasti-sitet (elastisk gjenvinning), mens jordmasse som er forsterket med stykkene, synes å ha en viss bøyeelastisitet og derfor kan være spesielt nyttig for steder som blir belastet dynamisk, f.eks. som underlag for rullebaner, veier eller jernbaner. Videre vil den forsterkede jordmasse ved høye påkjenninger (f.eks. etter en betydelig bevegelse) fremdeles ha en stor lastbærende evne og ikke svelle.

Dersom grunnmassen er stiv, slik tilfellet er ved betong eller cementstabilisert jordmasse eller cementbundne kornformede materialer, kan stykkene begrense bevegelse hvis der opptrer sprekkdannelse, og skaffe en viss grad av elastisk gjenvinning. I cementstabilisert jordmasse vil man f.eks. normalt vente

at der dannes et stort antall meget små sprekker.

Materiale for stykkene

De foretrukne stykker består av en sammenhengende nettkonstruksjon av plast med molekylært orienterte tråder. Nettkonstruksjoner av plast er lette å fremstille og håndtere. I spesielle tilfeller, f.eks. i forbindelse med betongkledningsplater,

er motstanden overfor korrosjon meget fordelaktig. Ved avpas-ning av fremgangsmåten til fremstilling av nettkonstruksjonen kan der fås en stor grad av orientering, eller alle soner av hvert stykke kan være i det minste delvis orientert eller t.o.m. sterkt orientert, slik at man unngår spill av plastmateriale og også en maksimering av stykkenes strekkstyrke og elastisitetskoeffisient. I det normale tilfelle hvor maskene er firesidede og fire tråder strekker seg fra hvert forbindelses- eller krysningssted, blir nettkonstruksjonen fortrinnsvis strukket i to retninger i lengderetningen for trådene.

I praksis kan dette utføres ved en strekking etter tur i to retninger, idet man først strekker i retningen for ett sett av tråder og deretter i' retningen for det andre sett av tråder. Alternativt kan man ved strekking av en rombemaske i en eneste retning strekke alle trådene, åpne maskene sideveis og deretter varmestabilisere nettet. Der foretrekkes biaksialt orienterte konstruksjoner, idet disse lettere blir dimensjonstabile...

En hvilken som helst sammenhengende nettkonstruksjon av plast kan generelt sett benyttes, f.eks. en konstruksjon som beskrevet i en av de følgende patentpublikasjoner: GB 836 555, GB 969 655, GB 1 210 354, GB 1 250 478, GB 1 290 437, GB 2 034 240A eller GB 2 035 191B, idet en dyptrådkonstruksjon som f.eks. den ifølge GB 1 210 354 er meget velegnet fordi den gir bedre foran-kring eller låsing, idet trådene ikke er sirkulære, men er dypere enn de er brede.

Hvis der brukes et plastmateriale, vil generelt foretrukne materialer være polyeten med høy densitet (HDPE), polypropen (PP) eller polyestere. HDPE eller PP kan orienteres i en ut-strekning som svarer til en strekkegrad på 6:1 eller mer, fortrinnsvis 10:1 eller mer. Strekkegraden for polyestere er mindre, f.eks. opptil ca. 5:1. I forbindelse med f.eks. asfalt-forsterkning, hvor stykkene vil bli blandet med den varme asfalt, bør man benytte et passende plastmateriale som tåler høy temperatur, f.eks. polyester. Nettkonstruksjonen kan være blitt varmestabilisert ved en temperatur på f.eks. 230°C eller lavere.

Der kan benyttes andre materialer enn sammenhengende plast-konstruksjoner, f.eks." materialer på ikkemetallisk eller orga-nisk basis såsom harpiksbundne, vevede konstruksjoner med åpne masker, idet en foretrukket konstruksjon er en såkalt "Leno weave". For jordmasser bør materialet være slik at det ikke nedbrytes biologr.sk.

Annen forsterkning

Oppfinnelsen kan innebære betydelige fordeler dersom den brukes i forbindelse med-annen forsterkning i form av langstrakte elementer som strekker seg helt eller delvis gjennom grunnmassen. Slike langstrakte elementer kan være av den type som er beskrevet i GB-B 1 069 361 (hvor de langstrakte elementer alternativt kan være fremstilt av glassfibre, f.eks. med et beskyt-tende vannavstøtende belegg), GB 2 035 191B, GB 2 073 090B eller GB 2 096 631A. De langstrakte elementer kan benyttes ikke bare i jordmasser, men også mer generelt, f.eks. i masser som inneholder hydrokarbonbindemidler, hydrauliske bindemidler eller pozzolan-bindemidler.

Sterke forbindelses- eller krysningssteder

Forbindelsene eller krysningene i nettet må være faste og sterke og ikke briste for lett når de utsettes for strekkrefter, uansett hvilken retning kreftene utøves i. Dette må være slik fordi stykkene hovedsakelig vil bli fordelt i grunnmassen i et stort antall retninger, dvs. nesten fullstendig tilfeldig. Da grunnmassen er partikkelformet, vil virkningen av stykkene være avhengig av sammenlåsing, og dette vil kunne bevirke split-ting på forbindelses- eller krysningsstedene selv om strekkref-tene utøves langs trådaksene, med mindre forbindelsene eller krysningene er faste og sterke.

Generelt skal det med uttrykket "faste forbindelses- eller krysningssteder" forstås at forbindelsene eller krysningene ikke er svake og kan strekkes i en hvilken som helst retning uten å briste lett. Dersom motsatt rettede strekkrefter utøves på stykket, uansett retning, vil trådene fortrinnsvis briste (slites i stykker eller splittes) før forbindelsene eller krysningene gjør det. Det er imidlertid tilfredsstillende dersom bruddstyrken ved forbindelsene eller krysningene i en hvilken som helst retning over stykket og i dettes plan ikke er vesentlig mindre enn 50% av den gjennomsnittlige bruddstyrke av trådene. Det vil si at det i praksis er funnet at forbindelsene eller krysningene kan være svakere enn trådene og likevel opp-føre seg tilfredsstillende, selv om dette ikke er foretrukket.

Isotropisk styrke

Så langt det er mulig, forsøker man å oppnå isotropisk styrke under motsatte strekkrefter i stykkets plan. Dette innebærer at bruddstyrken i en hvilken som helst retning over stykket ikke er vesentlig mindre enn i en hvilken som helst annen retning over stykket, enten brudd opptrer i en tråd eller ved en krysning. Det er imidlertid tilfredsstillende dersom bruddstyrken i en hvilken som helst retning over stykket (og i stykkets plan) ikke er vesentlig mindre enn 50% av den i en hvilken som helst annen retning over stykket. Generelt er det ønskelig å utforme en kvadratisk eller rektangulær maske slik at den

har hovedsakelig lik styrke i de to retninger som trådene strekker seg i.

Stor bøyeelastisitet

Nettstykkene vil være hovedsakelig flate før innblandingen eller innlemmelsen, dvs. i høyden svakt krummet som følge av krumningen av den rull som de er fremstilt fra. Stykkene vil ha en viss fleksibilitet og vil normalt ligge helt flatt når de innleires i grunnmassen. Imidlertid bør stykkene velges slik i forhold til grunnmassen at de ikke skaffer noen vesentlig mengde ekstra tomrom i grunnmassen. Det er funnet at nettstykkene kan brette seg eller foldes sammen til en viss grad under innleiringen eller innblandingen. En eneste brett reduserer det effektive areal av stykket og er således ikke ønskelig, men der finner fremdeles sted en låsing mellom grunnmassen og stykkene, og der skapes ikke noen vesentlig mengde ekstra tomrom. Det menes at der oppstår ekstra tomrom når der foreligger altfor mange lag av det samme stykke i berøring med hverandre eller meget tett inntil hverandre, men to lag som ved brettede stykker' synes ikke å ha noen utpreget virkning. Ikke desto mindre vil en tett sammenpressing av nettstykkene, f.eks. opprulling, sammenvridning, sammenballing eller sammen-krølling., skaffe ekstra tomrom. Den tette sammenpressing vil forhindre inntrengning av grunnmassemateriale i nettkonstruksjonen og ikke skaffe riktig låsing mellom stykkene og grunnmassen.. Når et stykke f .eks. er rullet sammen, vil der dessuten i midten kunne, få et vesentlig tomrom som grunnmassematerialet vanskelig kan trenge, inn i. Det er derfor ønskelig å unngå at et vesentlig antall eller en vesentlig andel av stykkene er tett sammenpakket.

Stykkene bør ha en tilstrekkelig bøyeelastisitet (flexural recovery) til at en stor del av dem ikke blir fortettet under innleiringen eller innblandingen, og dette forhold er her beteg-net som "høy bøyeelastisitet". Man kan forestille seg bøye-elastisiteten som stivhet eller fjæring hos materialet i stykket, idet materialet er i stand til å bøye seg sterkt før det får en varig deformasjon. Selv om det menes at bøyeelastisitet og/eller bøyestivhet er de underliggende egenskaper, trenger de virkelige verdier for bøyeelastisitet eller bøyestivhet av nettstykkene ikke å anses som de avgjørende kriterier, idet lengden av stykket, egenskapen av grunnmassen og fremgangsmåten ved innleiringen er viktige.

Der kan utføres forskjellige tester til å bestemme hvorvidt

der oppstår vesentlig ekstra hulrom. F.eks. kan materialet velges slik at stykket kan bøyes en på forhånd fastlagt vinkel uten for sterk plastisk deformasjon, idet testen utføres over en kort periode ved den temperatur som benyttes ved innlemmelsen i grunnmassen. En passende standardisert test for bøye-elastisitet er følgende: Der skjæres ut fire prøvestykker på 40x100 mm, hvorav det ene har sine langsider parallelle med ett sett av tråder og de andre har sine langsider i en vinkel på 45° i hver retning resp. i en vinkel på 90° med det nevnte sett av tråder. Dersom der bare er tilgjengelig små prøvestyk-ker, kan resultatene anslås. Med prøvestykkene anordnet hori-sontalt blir 60 mm av lengden slik fastspent i nærheten av en kant med en radius på 3 mm at 40 mm rager ut over denne kant. Det anses uønsket at enden senker seg et stykke svarende til

en vinkel på mer enn 3° målt langs korden av det nedhengende stykke. Prøvestykket blir deretter brettet 90° ned over kanten, holdt der i 5 s og.sluppet, og etter nye 5 s blir den vinkel som den er gått tilbake til, avlest (igjen målt langs korden). Bøyeelastisiteten utgjør den prosentandel av den opprinnelige bøyevinkel som blir gjenvunnet. Dersom den opprinnelige synk-ning er a° og prøvestykket går tilbake til et nedheng på b°

(større enn a°), utgjør bøyeelastisiteten eller gjenvinningen 100 x (90-b)/(90-a)%. I praksis er det funnet at det er mulig å oppnå tilnærmet 100% gjenvinning, men stykker av rimelig kvalitet har 95% gjenvinning, og det foretrekkes ikke å bruke stykker med en gjenvinning på mindre enn 75% eller helst 83%. Denne test kan utføres på prøvestykker av forskjellig størrelse, men selve størrelsen av stykket bestemmer tendensen til f.eks. opprulling under innblandingen, dvs. at et større stykke lettere vil være tilbøyelig til å rulle seg sammen.

For passende jordmasser, f.eks. sandsorter, er en nyttig prak-tisk test for bøyeelastisitet den følgende: En tilstrekkelig stor prøve av den forsterkede jordmasse føres inn i et komprime-ringskar og komprimeres i henhold til britisk standard BS 5930-1981. Etter komprimering blir ytterligere 100 mm av den samme jordmasse uten nettstykker tilført for å dekke overflaten av den komprimerte- blanding. Prøven blir deretter overført i beholderen til en. oppvarmet ovn, hvor den forblir en stund ved en temperatur som er tilstrekkelig til å tørke ut sanden og varmestabilisere eller fiksere nettstykkene i den form de har antatt ved blandingen og komprimeringen. Etter avkjøling blir blandingen tippet ut fra beholderen over på en metallsikt som deretter vibreres inntil hovedsakelig all jordmassen har pas-sert sikten, mens de fikserte nettstykker blir tilbake for undersøkelse. Hovedsakelig ingen nettstykker bør oppvise noen vesentlig grad av rulling, sammenballing, vridning eller krøl-ling. En lignende test kan utføres for betong- eller cementblan-dinger, idet cementen bare utelates eller eventuelt erstattes med meget fin sand.

Hvis en. vanlig forsterket jordmasseprøve er nødvendig for labo-ratoriearbeid, kan den tilberedes som følger: Stykker av nett-konstruks j onen blir gradvis tilført ved omveltningsinnblanding (tumble; mixing) i en meget finsiktet sand (f.eks. Mid-Ross-sand) som inneholder en fuktighetsandel som vil sikre lett blanding.. Fuktighetsinnholdet kan bestemmes empirisk. Blandingen fortsettes inntil den nødvendige prosentandel er innlemmet. Blandingen bør deretter fortsette ytterligere ett minutt.

Høy dimensjonsstabilitet

Høy primær dimensjonsstabilitet i stykkenes plan innebærer

at der foreligger betydelig motstand mot forlengelse når der utøves strekkrefter over stykket i retning parallelt med et sett av tråder, og dette er viktig. Høy sekundær dimensjonsstabilitet innebærer at der foreligger betydelig motstand mot at maskene lukker seg under blandingen, spesielt når der utøves strekkrefter langs maskediagonalene. Dersom nettene skulle lukke seg under blandingen, vil innføringen av grunnmassematerialet i maskene bli hemmet. Det kan være viktig at der foreligger en god gjenvinning til den opprinnelige maskeform etter deformasj on.

Et nyttig mål for sekundær dimensjonsstabilitet er forholdet mellom deformasjonsbelastning og vekten av stykket pr. flate-enhet. Deformasjonsbelastningen er den strekkraft som, når den utøves langs en diagonal av maskene, reduserer arealet av maskeåpningen med en halvpart (i forhold til det ubelastede areal). Forholdet mellom deformasjonsbelastning og vekt pr. kvadratmeter vil vanligvis være så lavt som 0,5:1, 0,6:1, eller 0,75:1 (forhold på under 0,5:1 er ikke foretrukket, men heller ikke utelukket), men foretrukne minimumsverdier er 1:1, 1,5:1, 2:1, 3:1 eller 3,5:1.

Testen bør utføres i diagonalretningene. Dersom den sekundære stabilitet er tilstrekkelig høy, vil normalt den primære stabilitet være tilstrekkelig høy og trenger ikke å bli testet sepa-rat. Testen ovenfor kan f.eks. utføres på stykker med meget langstrakte rektangulære masker eller med kvadratiske eller tilnærmet kvadratiske masker.

En enklere beregning kan utføres for kvadratiske eller tilnærmet kvadratiske masker dersom en modifisert deformasjonsbelastning settes til den som reduserer den motsatte diagonale dimensjon med halvparten - idet en temmelig lav belastning trenger å utøves og de relative reduksjoner er forskjellige fordi de forskjellige maskestørrelser og vekter endrer stivheten. Forholdet mellom den modifiserte deformasjonsbelastning og vekten pr. kvadratmeter er fortrinnsvis minst 0,6:1 og kan være minst 0,8:1 eller 1:1, men minimumsverdier på 2:1 eller 2,5:1 eller mer kan oppnås med noen materialer.

Densitet

Den relative densitet av materialet i stykkene av nettkonstruksjonen kan være viktig, avhengig av blandemetoden og konsisten-sen av grunnmassen, f.eks. før fiksering eller konsolidering. Stykkene bør forbli tilfeldig fordelt i grunnmassen, dvs. at de ikke bør ha en tendens til å stige mot toppen eller synke til bunns.

Elastisitetsmodul

Den effektive elastisitetsmodul for stykket bør ideelt være den samme som for grunnmassen, hvis denne er stiv, idet der benyttes konstruksjoner med høy elastisitetsmodul for grunnmasser som betong. Imidlertid gir oppfinnelsen fremdeles gunstig virkning dersom modulen er lavere. Konstruksjoner med lav elastisitetsmodul kan benyttes for grunnmasser som jord.

Mengdeforhold mellom stykker og grunnmasse

I enhver grunnmasse vil der være et 'stort antall stykker. For en hvilken som helst bestemt grunnmasse og et bestemt nett-stykke vil der finnes et optimalt antall stykker pr. volumenhet for oppnåelse av maksimal forbedring av egenskaper, og dette antall kan bestemes ved forsøk. Den andel av stykker som benyttes, vil bl.a. avhenge av egenskapene hos grunnmassen, partik-kelstørrelsesfordelingen i grunnmassen, trådstørrelse, maske-størrelse, total størrelse og form av stykkene, samt bøyestiv-het og strekkstivhet hos nettstykkene. Dersom mengden av nettstykker er altfor stor, vil nettstykkene forstyrre hverandre (og kan bli brettet) og låsevirkningen mellom grunnmassen og stykkene bli dempet, noe som reduserer styrken av grunnmassen. Utilstrekkelig styrke av de enkelte stykker kan således ikke oppveies av bruk'av et stort antall stykker. Likevel kan der være så mange stykker pr. volumenhet at stykkene selv uten nærvær av grunnmassen ville gi en selvbærende masse med omtrent samme volum. Dersom trådene - slik det er normalt - rager ut fra kantene av stykkene, kan massen være i en viss grad sammenhengende, da utragende tråder eller endog hjørnet av et stykke kan komme i inngrep med maskeåpningen hos et annet stykke. Denne virkning forekommer spesielt ved bruken av større maske-vidder. Virkningen ble spesielt bemerket når stykker meed 18 mm maskestørrelse og bare fire fullstendige maskeåpninger (2x2) ble benyttet i en mengde på 0,5% w/w (tørrvekt) til forsterkning av sand.

Det menes at et foretrukket minimum er ca. 5.000 eller 10.000 stykker pr. kubikkmeter og et foretrukket maksimum ca. 500.000 stykker pr. kubikkmeter, skjønt antallet er avhengig bl.a.

av størrelsen av stykkene. Vektandelen av stykkene i forhold til grunnmassen er fortrinnsvis fra ca. en tiendedel av den andel hvor grunnmassen har maksimal densitet, til ca. to og en halv ganger den sistnevnte andel. Alle andeler gjelder tørr-vekt. For jordmasser er andelen fortrinnsvis mindre enn ca. 2% eller 1%, men fortrinnsvis mer enn ca. 0,05%. For produkter med hydrokarbonbindemidler, hydrauliske bindemidler og pozzolan-bindemidler er andelen fortrinnsvis som for jordmasse, eller den kan være opptil 5%.

Antall maskeåpninger i et stykke

Fortrinnsvis har hvert stykke opptil tusen, fem hundre eller to hundre og femti fullstendige maskeåpninger, og det mer foretrukne antall ligger på ca. femogtyve eller tyve, men f.eks. åtte og ni er også mulig. Det er også mulig å benytte stykker som har så få som tre eller fire fullstendige maskeåpninger.

Størrelsen av stykkene

Hver sideflate av et stykke vil ha et areal som er lite i forhold til størrelsen av.den grunnmasse som blir forsterket. Den største dimensjon av et stykke ville være liten i forhold til den største dimensjon av grunnmassen, f.eks. mindre enn en tiendedel eller en hundrededel eller en tusendel av grunnmassens største dimensjon. Så lenge nettkonstruksjonstykkene har liten bredde, kan de være forholdsvis lange, f.eks. opptil 300, 400 eller 500 mm, eller endog lengre. Likevel foretrekkes det at stykkene er hovedsakelig kvadratiske eller i det minste at lengden er av samme størrelsesorden som bredden, f.eks. ikke mer enn ti ganger bredden og fortrinnsvis ikke mer enn to ganger bredden.

Ved forsterkning av jordmasse utgjør arealet av hver sideflate av stykkene fortrinnsvis ca. 10.000 mm 2 eller mindre, idet det

2

foretrukne areal er ca. 1.000 mm , f.eks. 35x35 mm eller 30x40 mm. Dersom stykkene er lange og forholdsvis smale, kan imidlertid hver sideflate ha størrelser som er betydelig større enn 10.000 mm<2>, f.eks. opptil 20.000 eller 30.000 mm<2>.

For produkter med hydrokarbon-bindemidler kan størrelsen av stykkene være forholdsvis større enn for jordmasse, f.eks.

2

20.000 mm eller mindre.

For hydrauliske eller pozzolane bindemiddelprodukter kan stør-relsen av stykkene være som for jordmasse, selv om meget mindre stykker, f.eks., ned til ca. 100 mm 2 (arealet av hver side)

kan tenkes benyttet. Maskestørrelsen kan være avhengig av stør-relsen av tilsatsen eller fyllmaterialet, men for f.eks. cement-taktekkingsplåter kan stykkene være meget mindre enn for jordmassef orste-rkning.

Maskestørrelse og trådtykkelse

Det er lettere å betrakte maskedeling enn maskestørrelse. Delingen kan velges i forhold til partikkelstørrelsen i grunnmassen. For jor-dpartikkelstørrelser betrakter man vanligvis verdien D85, som er den siktstørrelse som 85% w/w av jorden passerer. Det foretrekkes at delingen er vesentlig større enn partikkelstørreisen. Et foretrukket maksimum er 25 ganger par-tikkelstørrelsen, og et foretrukket minimum er to ganger partik-kelstørrelsen.. Generelt kan delingen være mellom 5 og 40 mm for de jordmasse- og partikkelholdige materialer som normalt blir benyttet. For fin sand som har en verdi på 1 mm D85, kan stykkene ha en tilnærmet kvadratisk deling på ca. 3 mm og en trådtykkelse på f.eks. 0,1 mm. For hydrokarbonbindemidler, hydrauliske bindemidler og pozzolan-bindemidler med en maksimal partikkelstørrelse på 20 mm, kan stykkene ha en tilnærmet kvadratisk deling på ca. 50 mm med en trådtykkelse på f.eks.

ca. 2 mm.

Tegningen

Oppfinnelsen vil bli ytterligere beskrevet ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et skjematisk utsnitt av en grunnmasse som er forsterket i henhold til oppfinnelsen. Fig. lb illustrerer nettstykker som ikke er i henhold til oppfinnelsen.

Fig. lc viser nettstykker i henhold til oppfinnelsen.

Fig. Id og le er skjematiske, teoretiske skisser som anskue-liggjør hvorledes grunnmassen oppfører seg. Fig. 2-4 er riss av tre forskjellige stykker nettkonstruksjon som benyttes i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 er et diagram som viser de strekkrefter som påføres et stykke under testing av dette. Fig. 6a og 6b viser grafer av bæreforhold og tørrdensitet som funksjon av nettstykkeinnhold. Fig. 6c viser grafen av lastbæreevne som funksjon av påkjenning. Fig. 7 og 8 er skjematiske sideriss av en første og en annen jordmasseforsterkningsmaskin som kan anvendes i henhold til

oppfinnelsen.

Fig. 9 er et isometrisk riss av en rull med nettkonstruksjons-materiale som kan benyttes i forbindelse med maskinen på fig.

7 og 8.

Fig, la- le

Fig. la viser stykker 1 av en sammenhengende nettkonstruksjon av plast b.l.andet tilfeldig med en grunnmasse 2. Den blokk som er vist på; fi:iguren, vil ha en begrenset tykkelse, f.eks. på en tiendedel av høyden av platen eller laget, idet alle stykkene- 1 (eller deler av disse) inne i blokken er vist med stiplede: l.injier. For oversiktens skyld er stykkene 1 ikke vist avkappet, ved kantene av blokken, og utragende partier er vist med: heJLtr.ukket strek. Eventuelt kan sammenhengende, langstrakte foarsvter.kndngs- eller armeringselementer 3 være innlemmet i grunnmassen 2. Fig. lb og lc viser prøver på nettstykker som er gjenvunnet etter blanding og komprimering ved den praktiske test for bøye-elastisitet som er beskrevet ovenfor. Fig. lb viser resultatet når der benyttes uegnede nettstykker som fyller kravene til testen i bare én retning. Fig. lc viser resultatet av bruk av egnede nettstykker (eksempel 4 i tabell 1 nedenfor). Fig. Id viser en teoretisk sammenslås*: jprdhnæss^eenhet: medi. jordi— massepartikler 2' som er s^ammemDåst vedl hge.llpj av/ fil.amen.ter."

1' av et enkelt stykke 1'... Erg;., le viser" rj-inby/rdés; sammefflåste? enheter av jordmassen..

Fig. 2- 4

Stykket 1 på fig. 2 var en varmefiksert og orientert, biplanar rombenettkonstr.uksjon ifølge GB 836 555. Stykket 1. på fig.

3 var en varmefiksert, biplanar, biaksialt orientert nettkonstruksjon med kvadratiske masker ifølge GB 1 250 478. Fig. 2 og 3 viser at stykkene kan være utskåret slik at trådene forløper diagonalt (rombisk maske) eller parallelt med sidekan-tene. Stykket 1 på fig. 4 var en dyptrådkonstruksjon som omtalt i GB 1 210 354. På hver av figurene 2-4 er der forbindelses-steder eller krysninger 5 som er sammenbundet ved sterkt orienterte tråder 6. På fig. 2 og 3 er krysningene 5 uorienterte, mens der på fig. 4 forekommer noe orientering i krysningene 5.

Fig. 5

Forskjellige nettkonstruksjoner ble utsatt for "hektetester"

("hook tests") for bestemmelse av deres strekkstyrke i forskjellige retninger over konstruksjonen. Tabellene 1 og 2 gir resultatene. Hver av nettkonstruksjonene var biaksialt orientert, idet de var strukket stort sett til det samme strekkeforhold i hver av to 90° på hverandre stående retninger. Trådene var sterkt orienterte. Nettkonstruksjonene 1-3 var som på fig.

3 og var blitt strukket totalt 4,5:1. Orienteringen strakk seg inn i krysningene, selv om der var noe uorientert materiale i hver krysning. Nettkonstruksjonene 4-6 var biplanare nettkonstruksjoner fremstilt ved fremgangsmåten ifølge GB 969 655

og strukket totalt 4:1. Nettkonstruksjonen 7 var som på fig.

4 og var strukket totalt 6:1 uten varmestabilisering. Nett-konstruks j onen 8 var som på fig. 3 og var strukket totalt 4:1 og varmestabilisert ved 185°C.

Som vist på fig. 5 ble der utøvet krefter i fire eller seks forskjellige retninger A-D resp. A-F, idet to av retningene strakte seg langs de respektive tråder og to langs de respektive diagonaler. Disse retninger ble valgt fordi den maksimale og den minimale styrke skulle være representert, i det minste tilnærmet. Tabellene 1 og 2 angir styrkene ved toppbelastning sammen med noen detaljer for materialet. Ikke i noen tilfeller gikk krysningene eller forbindelsespunktene i stykker. I hvert tilfelle var den minimale kraft ved brudd større enn 50% av den maksimale. Forlengelsen ved toppbelastning for A og B er gitt i tabell 2 som en prosentandel (som et gjennomsnitt for nettkonstruksjoner 1-3). Det tynneste'parti av en hvilken som helst tråd var omtrent ved midtpunktet.

Tabell 2 gir også deformasjonsbelastningen og den modifiserte deformasjonsbelastning i forhold til vekten pr. meter av nett-konstruks jonen . Fordi rutene var kvadratiske og konstruksjonene balanserte, lå forholdstallene for belastningene i de respektive diagonaler meget nær hverandre. Tabell 1 gir gjennomsnittet.

I alle tilfeller hadde nettkonstruksjonene høy primær dimensjonsstabilitet. I alle tilfeller besto materialene den praktiske test for bøyeelastisitet (nettkonstruksjonen 4 er vist på fig. lc ) .

Nettkonstruksjonene 7 og 8 var ikke tilgjengelige og ble ikke testet, men deres enhetsvekter ble anslått. Det antas at de ville tilfredsstille testene for dimensjonsstabilitet og bøye-elastisitet .

Fig. 6a- 6c

Fig. 6a viser variasjonen av den gjennomsnittlige (topp og bunn) CBR-verdi av Mid-Ross-sand med 9,3% w/w fuktighetsinnhold (antatt å ligge noe over det optimale), som funksjon av mengden (x) av nettstykker (mengden er angitt i % w/w av tørr sand). Fig. 6b viser hvordan tørrdensiteten av blandingen (y) i tonn pr. m endrer seg med w/w-innholdet av nettstykkene (x)/ idet densiteten til å begynne med øker fordi stykkene opptar noe av tomrommet. Nettstykkene var kvadratiske stykker på 40x40

mm av nettkonstruksjon 4 ovenfor (som i eksempel 4 i tabell 4 og 5 nedenfor). Blandingen ble komprimert i henhold til BS 5930-1981, og bærestyrken ble målt i henhold til CBR-standard-test.

Maksimalverdien på fig. 6a opptrer ved 0,65% (ennskjønt den strekker seg grovt regnet fra 0,5% til 0,7%), og den maksimalverdien påifig. 6b opptrer omtrent ved 0,32%. Den maksimale styrke opptrådte således ved en andel av stykker som var grovt regnet den.dobbelte av den som gir maksimal densitet. Innlemmelsen av den optimale mengde, nettstykker øket CBR-verdien til en verdi på>over åtte ganger den opprinnelige verdi. Imidlertid kan det lønrie seg- å redusere innlemmelsen av nettstykker. Således blirrfi.eks. CBR-verdien mer enn fordoblet ved 0,1% w/w Fig. 6c viser variasjonen i spenning eller lastbæreevne (i kN/m ) som funksjon av påkjenning ("strain") s (uttrykt som bevegelse i mm) når Mid-Ross-sand med 9,3% fuktighetsinnhold anordnet i en høyde på 170 mm i en tank som er 500 mm lang, 75 mm bred og 500 mm dyp, blir komprimert ved hjelp av et kvadratisk platestykke på 75x75 mm som beveger seg vertikalt nedover. Kurven W gjelder sand alene, mens kurvene X,Y og Z svarer til kurve W, men med de øvre 37,5, 75 resp. 150 mm erstattet med sand som er blandet med 0,1% w/w nettstykker som for fig. 6a og 6b.

Når den maksimale lastbærekapasitet overskrides, beveger sanden seg sideveis og sveller opp rundt platen. Det vil ses at innlemmelsen av nettstykkene ikke bare øker den maksimale lastbæreevne, men også medfører at den opptrer ved større belastninger.

Grafen viser også med stiplede linjer reverseringen når platen blir avlastet fra punktet for maksimal lastbærekapasitet. I tilfelle av sand alene (W) er der en minimal gjenvinning eller elastisitet. I tilfellet av forsterket sand (Z) er der en betydelig gjenvinning eller elastisitet.

I'-:dl^nedenstående tabeller 4 og 5 er der gitt data for optimale CBRi? verdier ved anvendelse av konstruksjonene 4-6 til forsterk-nin^^V:v>Mid-Ross-sand med 9,3% w/w fuktighet.

Selv om tabell 4 refererer seg til kvadratiske stykker, kan stykkene være avlange. Som et eksempel på forsterkning av jordmasse kan stykkene i eksempel 1-4 spesielt ha en lengde på

400 mm og en bredde på 40 mm.

De følgende eksempler er teoretiske. Noen detaljer er inntatt

i tabell 6 nedenfor.

Eksempel 5 (forsterkning av jordmasse)

En jordmasse (som kan omfatte fra 5 m 3 til 5 x 10 8 m 3) kan forsterkes på en maskin ifølge fig. 8. Jordmassen var Mid-Ross-sand med en D85— verdi på. 1,7 mm og en tørrkonsistens på

2000 kg/m3 (<fuJetighetsinnhold 9,3% w/w).

Eksempie- r 6- 9 (forsterkning av jordmasse)

Eksempel 6 svarer tii eksempel 5, men der kan benyttes en lavere andel av nettkonstruksjon (i dette tilfelle hadde nettkonstruk-sjjonen 6 en enhetsvekt på 15,0).

Eksempel 10 (forsterkning av betong)

Der ble dannet en 1.000 x 500 x 50 mm betongplate ved blanding

i en vanlig blander av et gradert aggregat med en maksimal størrelse på 10 mm, sand, Portland-cement og stykkene, ifølge eksempel 8 i andeler (tørrvekt) på 1250:370:240:6,7 (stykkene utgjorde 0,3% av den totale tørrvekt), samtidig som 180 deler

vann også ble tilsatt. Platen vil fremdeles være brukbar,

selv om den inneholdt et stort antall sprekker, fordi et stort antall av nettstykker overspente sprekkene. Det ville være mulig å bruke mindre nettstykker. Skjønt nettkonstruksjonen 8 ble varmestabilisert, er varmestabilisering unødvendig ved bruk i cement. I dette eksempel (som i eksempel 11) vil nærværet i aggregatet av partikler som er store i forhold til f.eks. sand, tillate bruken av en normal nettkonstruksjon, men det vil være mulig å bruke en dyptrådkonstruksjon som på fig. 4.

Eksempel 11 (forsterket asfalt)

Et siktet aggregat med maksimal partikkelstørrelse på 10 mm

ble blandet med stykkene i en asfalt-blandemaskin, og blandingen ble blandet med asfalt ved 170°C. Asfalten ble påført en vei-overflate som et slitedekke på 50 mm's tykkelse (og minst 10

m langt og 3 m bredt). Asfalten vil oppvise mindre hjulspor-dannelse i en hjulsportest enn ikke forsterket asfalt.

Fig. 7- 9

Fig. 7 og 8 viser to maskiner som ligner på hverandre, og de samme henvisningstall er brukt for de samme eller lignende deler. Hver maskin har form av et kjøretøy eller en tilhenger. Begge maskiner har hjul 11 og en komprimeringsvalse 12. Hver maskin har et stativ 13 for en rull 14 av nettkonstruksjonen med en diameter på f.eks. 1 m og en bredde på f.eks. 3 m. Etter-som maskinen føres bortover, vil nettkonstruksjonen bli trukket av ved hjelp av avtrekningsvalser 15, oppdelt i strimler (f.eks. inntil 50 strimler) ved hjelp av langsgående oppskjæringskni-ver 16, hvoretter de kappes i stykker 1 ved hjelp av en dreie-kapper 18 som samvirker med en tverrstang 19 under skrå føringer 20. Alternativt kan rullen 14 være oppdelt på forhånd i båndlignende, lange, smale strimler som vist på fig. 9, idet hver strimmel har minst to fullstendige nettåpninger over bredden. Stykkene 1 blir ført ned av en trakt 21. Fordi stykkene 1 vil kunne bli hengende i trakten 21, kan en vifte (ikke vist) være anordnet for å blåse stykkene 1 nedover i trakten 21.

I maskinen på fig. 7 finnes der et dreibart verktøy 22 med en rekke tinner til å anbringe eller skyve stykkene 1 i eller inn i grunnen. De enkelte tinner har forskjellig lengde og kan f.eks. ha. et spisstverrsnitt på mellom 15 x 15 og 35 x 35 mm, idet de utgjøres av glatte, rettavkortede kjegler. Der kan foreligge ca. fem tusen tinner på verktøyet 22.

I maskinen på fig. 8 har organene til å anbringe stykkene 1

i grunnen form av et dreibart verktøy 23 til oppgraving av jordmassens topplag. Der finnes en kappe 24 som fører den opp-gravde jord til bunnen av trakten 21, hvor den løse masse blandes med stykkene 1.

Begge maskiner kan være forsynt med sidevegger 25 for reduksjon av muligheten for vindforstyrrelser av stykkene 1.

Disse maskiner blir trukket (eller skjøvet) i pilretningen.

Så snart stykkene 1 er plassert i grunnen, blir denne komprimert av valsen 12.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte til å forsterke en partikkelholdig grunnmasse (2), omfattende å innleire et betydelig antall hovedsakelig flate stykker (1) av en bøyelig, åpen nettkonstruksjon pr. kubikkmeter grunnmasse (2) tilfeldig fordelt i denne, uten at der dannes noen vesentlig mengde ekstra tomrom i grunnmassen, karakterisert ved at der innleires stykker (1) som hvert har en størrelse på ca. 20000 mm eller mindre, en størrelse som er liten i forhold til størrelsen av grunnmassen (2), og omfatter flere enn §n fullstendig maskeåpning samt har sterke forbindelses- eller krysningspunkter, høy bøyeelastisitet og høy dimensjonstabilitet i sitt plan.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der innleires stykker (1) av en sammenhengende plastnettkonstruksjon omfattende molekylært orienterte tråder (6).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at stykkene (1) skjæres ut av en nettkonstruksjon hvis tråder (6) er urunde og har en større dimensjon på tvers av planet for stykket (1) enn i dette plan.

4. Fremgangmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der benyttes i det minste ti tusen stykker (1) pr. kubikkmeter av grunnmassen.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der benyttes stykker som målt i en hvilken som helst retning i planet for stykket har en strekkstyrke ved brudd som ikke er vesentlig mindre enn 50% av styrken i enhver annen retning i planet for stykket.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at der benyttes stykker hvor den strekkraft som, når den utøves langs en av diagonalene av en maskeåpning, reduserer arealet av denne til det halve, er lik minst 50% av tyngden av stykket pr. kvadratmeter.

7. Fremgangsmåte som angitt et i et kravene 1-5, karakterisert ved at der benyttes stykker

(1) hvor åpningene er hovedsakelig kvadratiske, og hvor den strekkraft som, når den utøves langs en av diagonalene av en maskeåpning, reduserer den motsatte diagonale dimensjon med det halve, er lik minst 60% av tyngden av stykket pr. kvadratmeter.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at der benyttes stykker

(1) med en bøyeelastisitet på minst 83%, bestemt ved den beskrevne standardiserte bøyeelastisitetstest.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av-kravene 1-7, karakterisert ved at. der benyttes stykker

(1) med en bøyeelastisitet på 75%, bestemt ved den beskrevne standardiserte bøyeelastisitetstest.

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der anvendes stykker (1) som hvert inneholder høyst ett tusen fullstendige maskeåpninger.

11. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at der anvendes stykker (1) som hvert er hovedsakelig kvadratisk.

12. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stykkene innleires i en jordmasse.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør ca. 2% eller mindre av jordmassen (2) (tørrvekt).

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør ca. 1% eller mindre av jordmassen (2) (tørrvekt).

15. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 12-14, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør ca. 0,05% eller mer av jordmassen (2) (tørrvekt).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør ca. 0,2% eller mer av jordmassen (2) (tørrvekt).

17. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-11, karakterisert ved at stykkene (1) innleires i en grunnmasse (2) som inneholder et hydrokarbon-bindemiddel.

18. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-11, karakterisert ved at stykkene (1) innleires i en grunnmasse (2) som inneholder et hydraulisk eller pozzolan-bindemiddel.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 17 eller 18, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør ca. 5% eller mindre av grunnmassen (2) (tørrvekt).

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at stykkene (1) anvendes i en slik mengde at de utgjør 1% eller mindre av grunnmassen (2) (tørrvekt).