NO318534B1 - Celleinneslutningsstruktur - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en cellestruktur for inneslutning av materiale, som angitt i kravene. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et cellevevsmateriale som har åpninger som øker lastbæringskapasiteten ved forbedring av grensesjikt-friksj ons vinkel en.

Cellulære inneslutningsstrukturer (heretter kalt "CCS") virker slik at de øker

lastbæringskapasiteten, stabiliteten og erosjonsmotstanden av materialer som er plassert inne i cellene av systemet. Et kommersielt tilgjengelig system er Geoweb® plastvev-jordinneslutningsstruktur, solgt av Presto Products,

Incorporated, P.O. 2399, Appleton, WI 54913, USA. Geoweb®-celler er laget fra høytetthetspolyetylenstrimler som er sammenføyet ved ultralyd-sømmer på deres flater i et side til side forhold ved alternerende intervaller, slik at når strimlene strekkes ut i en retning vinkelrett på flatene av strimlene, er den resulterende vevseksjonen vokskakelignende i fremtoning, med sinus-formede ellerundulerende formede celler. Geoweb®-seksjoner er av lett vekt og transporteres i deres sammensunkede form for lett håndtering og installer-ing.

Vevmaterialene er blitt brukt i stor grad for å tilveiebringe veibasiser, underlag eller fortausystemer. Strukturelle fundamenter er blitt forsterket eller gjort stive med vevmaterialene. I tillegg er Geoweb®-celler blitt brukt for å tilveiebringe jord- og væskeretensjonsstrukturer ved stabling av et vev-lag oppå en annen, slik .som en tiltredende baksidedesign for bakkeskrånings-retensjon. Geoweb®-celIene beskytter også jordskråninger, kanaler, for-blendinger og hydrauliske strukturer fra overflateerosjon. Gress dg andre dekningsmaterialer for jordskråninger er blitt beskyttet og stabilisert ved bruken av vevcellene. Geoweb®-celler kan fylles méd forskjellige jordmaterialer slik som sand, runde steiner, granulær jord og aggregater, matjord, vegetative materialer og lignende. Betong og jordsement eller asfaltsement kan også brukes for å fylle cellene.

Materialer, slik som stein, er ideelle for konstruksjon på grunn av deres veldig høye interne friksjonsvinkler. Ulempen ved disse konstruksjonsmate-rialene er mangelen på kohesjonsfaktorer som resulterer i behovet for å inne-slutte materialene. En CCS, slik som Geoweb®, gir en kohesjonsfaktor ved inneslutning av materialene, men gir ikke den samme friksjonsvinkelen fordi inneslutningsstrukturen innfører et slipplan, hvori steinen har en lavere

grensesjiktfriksjonsvinkel. Steinen yter derfor ikke sitt beste ved dens interne

friksjons vinkel. Hvis grensesjiktfriksjonsvinkelen kan økes, vil lastbæringskapasiteten også økes.

En forbedring i lastbæringskapasiteten kan resultere i sterkere strukturelle designer med høyere sikkerhetsfaktorer og mer kostnadseffektive designer for bygningstekniske anvendelser, slik som i veibasis- eller støttemur-designer. Lastbæringskapasitet er blitt økt i en teksturisert cellemateriale-struktur ved bruk av et sandfyll ved forbedringen av grensesjiktsfriksjons-vinkelen. US patent nr. 4 965 097. Imidlertid yter ikke den teksturiserte celleveggen så bra i økning av grensesjiktfriksjonsvinkelen på større konstruksjonsmaterialer, slik som stein.

Det er et behov i industrien for en celleinneslutningsstruktur som i betydelig grad forbedrer lastbæringskapasiteten av konstruksjonsmaterialer, slik som stein, ved økning av grensesjiktfriksjonsvinkelen, mens den fremdeles opp-rettholder styrken til CCS.

Oppfinnelsen vedrører behovet for effektivt å tilveiebringe en forbedret cellulær vevstruktur som øker grensesjiktfriksjonsvinkelen i konstruksjonsmaterialer slik som stein. Resultatet av å forbedre grensesjiktfriksjonsvinkelen er en økning i lastbæringskapasiteten til CCS.

Et annet viktig formål som oppnås med denne forbedrede cellulære vev-strukturen er følgende: en vektreduksjon av CCS som er spesielt nyttig for svakere underlag; lateral drenasje gjennom systemet som forbedrer struktur-integritet; innesperring av betongfyll og åpne arealer for bruk med spenn-stangarmeringer.

Oppfinnelsen tilveiebringer en cellestruktur for inneslutning av materiale, som omfatter: et stort antall forlengede plaststrimler i et side til side forhold bundet sammen i begrensede arealer anbragt med innbyrdes avstand, hvor nevnte store antall strimler er i stand til å kunne strekkes i bredde for å danne en enhetsvev av celler;

nevnte strimler danner vegger av nevnte celler med minst en av nevnte cellevegger som har et stort antall av åpninger,

som er kjennetegnet ved at hver åpning har en diameter på 3-17 mm;

nevnte åpninger er innrettet i rekker;

nevnte rekker er forskjøvet; og

hvor totalarealet av nevnte åpninger i nevnte minst ene av nevnte cellevegger er mellom 19 og 28% av arealet av nevnte minst ene av nevnte cellevegger. 1 en foretrukket utførelse har hver av celleveggene mange åpninger. Hvis det estetiske er av betydning kan en ikke-åpning cellevegg være bundet med åpne cellevegger. Diametrene på åpningene i celleveggene er = 10 mm, hvor arealet av åpningene omfatter = 19-28% av totalarealet av celleveggover-flaten. Det store antall åpninger øker grensesjiktfriksjonsvinkelen med = 5° sammenlignet med en CCS uten et stort antall åpninger. Åpningene er innrettet i bæreflateforskjøvede rekker for å opprettholde vevstrukturens bøyle/søylestyrke.

I en annen utførelse har celleveggene et stort antall åpninger som er beskrevet i den foretrukne utførelsen på en teksturisert overflate. I tillegg brukes et forsterkningselement, slik som en spennstang, gjennom åpningene. Tilsetningen av forsterkningsspennstangen er uavhengig av eksistensen til den teksturiserte overflaten.

Et annet aspekt er en metode for fremstilling av materialet som skal brukes. som cellevegger i en CCS som forbedrer kohesjonsfaktoren og grensesjiktfriksjonsvinkelen. Trinnene i denne metoden danner det store antall åpninger i plaststrimlene av materialet og gir forhåndsbestemte ikke-åpne arealer av plaststrimler for festing til andre plaststrimler. Denne metoden kan modifiseres ved tilsetning av en spennstang ved å finne vesentlig sammenfallende åpninger blant det store antall åpninger, som styrer spennstangen gjennom disse åpninger, avslutter spennstangen ved ender på cellevevet og forankrer spennstangen. Spennstangen tilføres etter posisjonering av cellevevet.

Mens oppfinnelsen er mottagelig for forskjellige modifikasjoner og alterna-tive former, er spesifikke utførelser av disse vist ved eksempel i figurene, og vil her beskrives nærmere. Fig. 1 er et partielt perspektivriss av et enkelt lag av ekspandert forsterket cellestruktur som viser den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 2 er et forstørret plansnitt av en ekspandert celle som viser den tilnærmelsesvise plasseringen av et stort antall åpninger formet i celleveggen; Fig. 3 er et forstørret seksjonssnitt tatt langs linjen 3-3 i Fig. 1, hvor konstruksjonsmaterialer, slik som stein, er anbragt i det store antall åpninger; Fig. 4 er et seksjonssnitt som viser lastbæringskapasiteten av en CCS uten åpninger (et ikke-åpent arealsystem); Fig. 5 er et seksjonssnitt som viser lastbæringsevnen av en CCS i fig. 1 med det store antall åpninger; og Fig. 6 er et skjematisk snitt av den resulterende grensesjiktfriksjonsvinkel-økningen ved bruk av en CCS med et stort antall åpninger istedenfor en innesluttet struktur uten åpninger.

I figurene og med henvisning spesielt til fig. 1, så er det vist en CCS 10 forsterket med elastiske spennstenger 12. Det cellulære inneslutningsmaterialet forsterket med spennstenger 12, men uten et stort antall åpninger 34, er beskrevet og illustrert i US patent nr. 5 449 543 (Gary Bach og Robert Crowe). CCS 10 har et stort antall plaststrimler som er bundet sammen, én strimmel til den neste med bindingsarealer 16 med alternerende og jevne avstander for å danne cellevegger 18 av enkeltceller 20. Bindingen mellom strimlene kan best beskrives ved at man forestiller seg at strimlene 14 fore-ligger i par, ved at man starter med en utsidestrimmel 22 paret med en ytterst innsidestrimmel 24, et par av de neste to innsidestrimlene 24, etc. Hvert slikt par er bundet ved et bindingsareal som utgjør en utsides veis 26 tilstøtende enden 28 av hver strimmel 14. En kort hale 30 mellom enden 28 av strimmelen 14 og utsides veisen 26 er frembragt for å stabilisere segmentene av strimmelen 14 tilstøtende utsidesveisen 26. Hvert par av strimler er sveiset sammen ved de ytterligere bindingsarealene 16, som gir like lengdestrimmel-segmenter mellom utsidesveisene 26.1 tillegg til disse sveisene, er en strimmel fra hvert tilstøtende par av strimler 24 også sveiset sammen ved posi-sjoner som ligger mellom hver av sveisene i parene av strimler, som heretter refereres til som ikke-par bindingsarealer 32. Som et resultat av dette, når det store antall strimler 14 er strukket i en retning vinkelrett på flatene av strimlene, bøyer plaststrimlene seg på en sinusformet måte og danner en vev av celler 20 i et repeterende cellemønster. Hver celle 20 i cellevevet har en cellevegg laget fra en strimmel og en cellevegg laget fra en annen strimmel.

Tilstøtende bindingsarealene 16 og 32 er åpninger 34 i strimlene 14. Hver spennstang 12 strekker seg langs et sett av åpninger 34 som er vesentlig sammenfallende. Som det brukes her betyr uttrykket "hovedsakelig sammenfallende" at overlapningsgraden mellom tilstøtende åpninger i celleveggene er større enn 50%, fortrinnsvis større enn 75% og mest foretrukket større enn 90%. Spennstengene 12 forsterker cellevevet og forbedrer stabiliteten av vevinstallasjonene ved å virke som kontinuerlig, integrale ankringsdeler som forhindrer uønsket forskyvning av vevet.

Som vist i fig. 1 er spennstangen 12 fortrinnsvis rektangulær eller oval i tverrsnitt for å gi en tynn profil. Spennstenger som har en flat profil folder seg også lett når spennstangen innføres gjennom åpningene 34. For tilstrekkelig å forsterke cellevevet og ankringsfyllmaterialet plassert inne i cellene, har spennstangen en strekkfasthet på 7-175 kg/m<2>.

Antall spennstenger 12 som er tilstede i en cellevev er avhengig av anvendelsen og strekkfastheten av spennstangen 12. For eksempel kan offshore-installasjoner fordre bare en spennstang 12 tilknyttet en celle på en ende av vevet for eksternt å feste vevet med et ankringselement. Når spennstenger 12 brukes for å sammenføye seksjoner av vevene, er halene på cellene ved enden av et vev posisjonert mellom halene på cellene ved enden av et annet vev. En spennstang 12 styres gjennom et sett åpninger 34 i halene på begge innbyrdes låsende vev for å forbinde vevseksjonene. Betongfylte vev inneholder typisk to spennstenger 12 pr. celle for at det skal være mulig for vevene å kunne beveges, løftes og installeres. Vev fylt med jordmaterialer inneholder ofte én spennstang pr. celle. For de fleste anvendelser vil celler av vevet omfatte opptil to spennstenger 12 pr. celle. Hvis det imidlertid brukes spennstenger med mindre strekkfasthet, slik som polypropylenremmer, ville ytterligere spennstenger være nødvendig for å forsterke hver celle.

I tillegg til forsterkning av cellevevene, letter spennstengene 12 motstanden mot påførte krefter slik som hydraulisk heving og isvirkning som har en tendens til å løfte cellevevene. Et vev kan være ankret til grunnen ved intervaller med mellomrom langs spennstengene 12 for å forhindre løfting av vevet.

Som vist i fig. 2 har CCS et åpent areal på grunn av det store antall åpninger 34. Arealet av åpningene 34 er 19-28% av totalarealet av celleveggen 18.

Hvis celledybden til cellevevet er dypere, vil arealprosenten av åpningene i forhold til det totale arealet av celleveggen 18 øke. Alle celleveggene (paneler) 18 må ikke være åpne (inneholder et stort antall åpninger). Hvis. det estetiske er av betydning, kan ikke-åpne paneler brukes ved ganske enkelt sveising av ikke-åpne paneler til de åpne panelene 18 som inneholder et stort antall åpninger 34. Panelene 18 kunne også alle være åpne i operasjoner slik som veibygging.

Diameteren, Dl, på åpningene 34 i fig. 2 er 3-17 mm, hvor den optimale størrelsen er s 10 mm. Det store antallet åpninger 34 er på tilnærmet lik måte plassert i mønstret vist i fig. 2. De tilnærmelsesvise optimale dimensjoner i cm for åpningsmønsteret er som følger: D2 2,0637 er den horisontale avstanden mellom kanten av celleveggen 18 og den første åpningen 34; D3 4,1275 er den horisontale avstanden mellom åpningene 34 nærmest og på motsatte sider av det ikke-parede bindingsareal 32; D4 1,905 er den horisontale avstanden mellom enkeltvise åpninger 34 målt fra deres sentre; D5-J ,905 er den vertikale avstanden mellom enkeltvise åpninger 34 målt fra deres sentre; D6 1,5875 er den vertikale avstanden mellom åpningene 34 plassert på midten av celleveggen; D7 0,7937 er den vertikale avstanden tatt fra bunnen av celleveggen til den første åpningen 34; D8 33,02 er den horisontale dimensjonen av celleveggen 18; D9 16,51 er den vertikale avstanden fra den vertikale kanten av celleveggen til det ikke-parede bindingsarealet 32; D10 5,08 er den vertikale avstanden fra bunnen av cellen til midten av den tredje rekken av åpninger 34 fra bunnen; Dl 1 10^16 er den vertikale avstanden mellom bunnen av celleveggen 18 og midten av celleveggen 18; Dl2 15,24 er den vertikale avstanden mellom bunnen av celleveggen 18 til midten av den tredje rekken av åpninger 34 fra toppen; Dl3 20,32 er den vertikale dimensjonen av celleveggen 18.

Dette mønsteret tillater optimalt åpent areal for fastlåsing av steinfyll mens det fremdeles opprettholdes tilstrekkelig veggstivhet for byggegrunnfylling. Bæreflateforskyvningen av det store antall åpninger senker søylefastheten til inneslutningsstrukturen til en mindre grad enn om åpningene ikke hadde være bæreflateforskjøvet. Mønsteret som vist i fig. 2 inneholder også ikke-åpne arealer 32 som skal forbli ikke-åpne for å binde plaststrimlene sammen på en skikkelig måte. Åpningsmønsteret i fig. 2 vil variere med den enkeltvise celledybden. CCS inneholder fortrinnsvis ikke halve hull, som derved resulterer i jevnere kanter som reduserer faren når man installerer CCS.

Som vist i fig. 3 anbringes konstruksjonsmaterialer, slik som stein, i det store antall åpninger 34. En spennstang 12, sammen med åpningene 34, er også vist i fig. 3 med steinene. Steiner har en veldig høy intern friksjons vinkel som kan variere i området 30-46°. Som det anvendes her er "intern friksjonsvinkel" definert som friksjonsvinkelen av steiner som er stablet på andre steiner, uten bruken av noe CCS, slik som Geoweb®. Siden steiner mangler en kohesjonsfaktor, må de være innesluttet for å fungere tilstrekkelig. CCS gir denne kohesjonsfaktoren, men grensesjiktfriksjonsvinkelen reduseres på grunn av at inneslutningsstrukturen innfører et slipp-plan. Som det anvendes her er "grensesjiktfriksjonsvinkelen" definert som friksjonsvinkelen mellom fyllingen, slik som stein, og overflaten av celleveggen.

Når steinfyllingen setter seg i åpningene 34, økes grensesjiktfriksjonsvinkelen som resulterer i forbedringen av lastbæringskapasiteten. US patent nr. 4 965 097 (Gary Bach) beskriver forbedringen av grensesjiktfriksjonsvinkelen for et sandfyll. Ved bruk av lignende logikk bistår fordelingen av steiner som er anbragt i det store antall åpninger 34 i en reduksjonsanbring-else ved at det blir vanskelig for steinene å bevege seg i forhold til hverandre. Hvis langtidsanbringelsen reduseres, økes deretter lastbæringskapasiteten.

Hvis f.eks. en stein har en intern friksjonsvinkel på 39° og er innesluttet i en CCS uten et stort antall av de ovennevnte beskrevne åpninger, kan grensesjiktfriksjonsvinkelen reduseres til ca. 32°. Tilsetningen av det forbedrede CCS med det store antall åpninger 34 i mønsteret vist i fig. 2, forbedrer grensesjiktfriksjonsvinkelen med = 5-37°.

Den økte lastbæringskapasiteten sammen med den økte grensesjiktfriksjonsvinkelen er vist i fig. 4-6.1 fig. 4 er det vist lastbæringskapasiteten av CCS 44 uten et stort antall åpninger. CCS er plassert under hjulbelastningen 36 i

fig. 4, men over det myke underlaget 38, hvor en resulterende kraft 40 utøves av hjulbelastningen. Konstruksjonsmaterialet, slik som steiner 42, fyller

fortrinnsvis hele inneslutningssystemet.

Fig. 5 viser også lastbæringskapasitet, men ved at CCS 10 bruker det store antall åpninger 34 som beskrevet ovenfor. CCS er plassert under hjulbelastningen 36 i fig. 5, men over det myke underlaget 38, hvor en resulterende kraft 46 utøves av hjulbelastningen 36. Konstruksjonsmaterialet, slik som steiner 42, fyller fortrinnsvis hele inneslutningssystemet, hvor steinene 42 fyller det store antall åpninger 34. Fig. 6 viser den resulterende grensesjiktfriksjonsvinkelen som bruker kraftvektor 100 fra CCS 10 med et stort antall åpninger 34, mens kraftvektor 200 er fra CCS 44 uten et stort antall åpninger. Den resulterende kraftvektoren i fig. 6 viser en økning på ca. 5° i grensesjiktfriksjonsvinkelen ved bruken av CCS 10. Den samme tilnærmelsesvise økning på 5° i grensesjiktfriksjonsvinkelen er vist ved bruken av kraftvektor 300 fra inneslutningsstrukturen 44 uten åpninger og kraftvektoren fra inneslutningsstrukturen 10 med det store antall åpninger 34.

Cellevevene kan installeres ved manuell ekspandering av vevet i en retning vinkelrett på flatene av strimlene 14 av vevet og som fyller cellene med betong eller jordmateriale. Når de forsterkede cellevevene er fylt med jordmateriale, kan også vevene installeres ved bruken av en installasjons-innfatning som beskrevet i US patent nr. 4 717 283 (Gary Bach). Cellevevet er festet til installasjonsinnfatningen for å opprettholde vevet i ekspandert form. Innfatningen roteres slik at vevet hviler på installasjonsoverflaten. Før innfatningen fjernes kan spennstenger 12 internt eller eksternt ankres til overflaten. Cellene 20 fylles deretter med konstruksjonsmateriale for å opprettholde cellevevet i dens ekspanderte konfigurasjon. Noen eksempler på slike konstruksjonsmaterialer er stein, singel, betong, asfalt, avrundet stein og lignende. Hvis en spennstang 12 brukes med CCS, utøver konstruksjons-materialene krefter på toppoverflaten til spennstangen 12 som strekker seg mellom cellene for forankring av vevet.

Cellematerialet er fortrinnsvis laget fra plateekstrudert polyetylen på 1,27 mm tykkelse. Sot kan være innarbeidet i plasten for å bidra med å forhindre ultrafiolett nedbrytning av vevmaterialet når det utsettes for sollys. Flatene til plaststrimlene 14 av cellematerialet kan også ha teksturerte overflater som beskrevet i US patent nr. 4 965 097 (Gary Bach). Cellevevene kan også omfatte hakk som tillater tilgrensende lag av cellevev til å overlappe langs deres kanter for å forbedre vevenes evne til å kunne stables ved dannelse av jordoppdemmingsstrukturer, som beskrevet i US patent nr. 4 778 309 (Bach et al.).

Plaststrimlene 14 kan være bundet sammen ved et stort antall metoder som er kjent på området. Den foretrukne metoden for ultralydsveising utføres ved bruk av prosessen og apparatet som beskrevet i US patent nr. 4 647 325 (Gary Bach). Bindingen dannes når grupper av sveisetupper samtidig kommer i kontakt med strimlene 14 for å danne en sveis som hovedsakelig traverserer hele bredden av strimlene 14.

Åpningene 34 kan være dannet i strimlene 14 ved en rekke metoder som er kjent på området enten før eller etter at strimlene er bundet sammen. Fortrinnsvis er åpningene formet ved en direktekoblet stansingsoperasjon. En annen metode for å danne åpningene er ved å bore gjennom et sammensunket cellevev for å danne stort sett sammenfallende åpninger gjennom vevet. En passende lengde på spennstang 12, hvis den brukes, styres deretter gjennom enhver av åpningene 34 som er stort sett sammenfallende. Når cellevevet deretter er fullstendig ekspandert, posisjoneres spennstang 12 i cellene og foldes vertikalt mellom tilstøtende cellevegger når cellevevet på nytt er sammensunket. Forsterkingscellematerialet pelleteres og transporteres deretter for installasjon. Alternativt kan spennstenger 12, hvis de brukes, styres gjennom åpningene 34 på installasjonsstedet.

Vevmaterialene kan være fremstilt for å resultere i vev med en hvilken som helst dimensjon, men er typisk 91,32-243,52 cm brede, og 243,52-608,8 cm i lengde når de er strukket ut til bruk. I den foretrukne utførelsesformen er hver plaststrimmel 14 20,32 cm brede. Bindingsarealene 16 er ca. 33,02 cm fra hverandre på hver strimmel, og det samme er de ikke-parede bindingsarealene 32. Hver cellevegg 18 omfatter en seksjon av plaststrimmelen på ca. 33,02 cm i lengde, mellom tilstøtende bindingsarealer 16 og mellom ikke-parede bindingsarealer 32. Halen 30 er ca. 2,54 cm i lengde.

Claims (5)

1. Cellestruktur for inneslutning av materiale, som omfatter: et stort antall forlengede plaststrimler i et side til side forhold bundet sammen i begrensede arealer anbragt med innbyrdes avstand, hvor nevnte store antall strimler er i stand til å kunne strekkes i bredde for å danne et enhetsvev av celler; nevnte strimler danner vegger av nevnte celler med minst en av nevnte cellevegger som har et stort antall av åpninger,karakterisert ved at hver åpning har en diameter på 3-17 mm; nevnte åpninger er innrettet i rekker; nevnte rekker er forskjøvet; og hvor totalarealet av nevnte åpninger i nevnte minst ene av nevnte cellevegger er mellom 19 og 28% av arealet av nevnte minst ene av nevnte cellevegger.

2. Cellestruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av nevnte cellevegger har et stort antall åpninger.

3. Cellestruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte diameter av hver av nevnte åpninger er ca. 10 mm.

4. Cellestruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter forsterkningsmidler som omfatter en spennstang som består av et materiale som har en nominell bruddstyrke på 7-175 kg/m<2>.

5. Cellestruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at diameteren av hver av nevnte åpninger er mellom 3 mm og 17 mm.