KR20230150985A - 지반공학적 상호작용을 개선한 수평 기계적 안정화 지오그리드 - Google Patents

지반공학적 상호작용을 개선한 수평 기계적 안정화 지오그리드 Download PDF

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KR20230150985A
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앤드류 컬슨
탐 로스 젠킨스
앤드류 에드워드 월러
대니얼 존 갤러거
대니얼 마크 베이커
마노즈 쿠마르 티아기
조셉 커버너프
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텐사 인터내셔널 코포레이션
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Abstract

지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템의 양태가 개시되어 있다. 일 양태에서, 지오그리드 시스템의 특징은 골재 및 토양의 포착 및 구속을 도와준다. 일 양태에서, 지반공학적 환경은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드로 구성된다. 상기 양태에서, 지오그리드는 폴리머 재료 및 압축성 셀룰라 층으로 압출된다. 상기 양태에서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 캡 또는 폴리머 재료의 코어로 구성되거나, 또는 폴리머 재료에 구성된 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층으로 더 구성된다. 또한, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상으로 구성된다. 상기 구성은 폴리머의 사용량을 저감시키면서 토양 및 골재의 포착을 증가시킨다.

Description

지반공학적 상호작용을 개선한 수평 기계적 안정화 지오그리드
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2021년 6월 23일에 출원된 "Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same"이라는 명칭의 미국 특허출원 제 17/355,843 호 및 2021년 6월 24일에 출원된 "Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same"이라는 명칭의 국제특허출원 제 PCT/US2021/038863 호와 관련되고, 그 우선권을 주장하며; 두 출원은 2020년 6월 24일에 출원된 "Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제 63/043,627 호, 2021년 2월 26일에 출원된 "Multilayer Integral Geogrids Having a Cellular Layer Structure, and Methods of Making and Using Same"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제 63/154,209 호, 및 2021년 2월 26일에 출원된 "Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved Geotechnical Interaction"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제 63/154,588 호와 관련되고, 그 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 본 출원과 동시에 출원된 "Multilayer Integral Geogrids Having a Cellular Layer Structure, and Methods of Making and Using Same"이라는 명칭의 실용신안출원에도 관련된다. 상기 출원의 전체 개시내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 개시는 일반적으로 안정화를 포함하는 토양, 골재 및 관련 재료의 구조 보강용 및 기타 지반공학적 목적으로 사용되는 수평 기계적 안정화 지오그리드에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시는 특히 일 패턴의 공학적 불연속부가 산재된 강축 리브(strong axis rib)의 패턴을 가지며, 또한 압축성 셀룰라 층을 통해 지반공학적 상호작용 내에서 성능을 향상시킨 지오그리드, 및 본 명세서에 개시된 기타 바람직한 특성에 관한 것이다.
지반공학의 일 양태인 도로 및 토공 건설은 일반적으로 지면을 하층까지 절삭 또는 성토하고, 석재 또는 골재 기층과 같은 압축된 천연 재료를 다시 채우거나 추가함으로써 촉진되는 엔지니어링 관행이다. 재료 비용이 증가하고 재료 선택이 감소함에 따라 포장도로 라이프사이클의 중요성이 증가한다. 또한, 교통량의 증가 및 교통의 복잡화(중량, 힘의 각도, 재료 등)에 의해 포장도로의 수명이 더욱 감소된다. 환경적 영향, 재료의 비용, 및 지반공학의 발전의 조합에 의해 아스팔트 및 포틀랜드 시멘트 콘크리트 등의 결합재를 포함하는 설계 및 건설 공정에 도달한다.
포장도로 수명은 환경적 조건, 교통 하중의 크기, 교통 하중의 반복 뿐만 아니라 하층과 포장 재료의 품질(강도 및 강성) 및 두께에 따라 달라진다. 교통 하중은 많은 경우에 ESAL(equivalent single axle load)로서 표시된다. 이 표준화된 기준에 의해 표준 ESAL보다 크거나 작은 하중을 하중 반복 횟수를 통해 표준 ESAL로 변환시킬 수 있다.
포장도로 수명은 다양한 방식으로 환경적 조건에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 팽창성 잔적토(residuum)를 함유하는 토양과 같은 문제적 토양이 있는 지역은 지반공학에 중대한 문제를 제기한다. 북위도(northern latitude)에서의 동결-해동 사이클 등의 기타 환경적 조건은 포장도로의 라이프사이클에 영향을 미친다. 또한, 해안선을 따라 또는 수로 근처에서 만나는 약한 압축성 토양도 추가의 과제를 제기한다. 이러한 다양한 환경적 영향에 대처하는 방법 중 하나는 추가 굴삭, 또는 과잉 굴삭이며, 여기서 베이스 재료는 재압축되거나 제거되고, 보다 적절한 재료로 대체된다. 이 방법에는 고가의 재료 및 중장비 비용을 필요로 하는 결점이 있다. 또 다른 개선 방법은 토양을 포틀랜드 시멘트 및/또는 기타 혼합물과 혼합하는 것이다. 이 방법은 탄소 집약적이고, 비용이 많이 들고, 또한 지반공학적 환경의 외부에서 전형적으로 발견되는 추가의 장비 및 자원을 필요로 한다.
일체형 지오그리드 및 기타 일체형 그리드 구조의 제조 및 사용은 잘 알려진 기술에 의해 달성될 수 있다. Mercer의 미국 특허 제 4,374,798 호, Mercer의 제 4,590,029 호, Mercer 및 Martin의 제 4,743,486 호, Mercer의 제 4,756,946 호, 및 Mercer의 제 5,419,659 호에 상세히 개시되어 있는 바와 같다. 먼저 출발 폴리머 시트 재료가 압출되고, 다음에 필요한 패턴의 구멍 또는 함몰부를 형성하기 위해 펀칭된다. 다음에 펀칭된 시트 재료를 필요한 연신 및 배향에 의해 일체형 지오그리드가 형성된다. 이러한 일체형 지오그리드, 즉 일축 일체형 지오그리드 및 이축 일체형 지오그리드(통칭하여 "일체형 지오그리드," 또는 개별적으로 "일축 일체형 지오그리드(들)" 또는 "이축 일체형 지오그리드(들)")의 둘 모두는 1970년대 후반에 앞서 언급한 Mercer가 발명하였고, 지난 35년에 걸쳐 상업적 대성공을 거두었고, 입자상의 또는 미립자상의 재료로 제조된 토양, 포장도로, 및 기타 지반공학적 또는 토목 공학적 구조물을 보강하는 기술에 완전한 혁명을 불러왔다. Mercer는 비교적 두꺼운, 실질적으로 단일평면인 폴리머 출발 시트, 바람직하게는 약 1.5 mm(0.059055 인치) 내지 4.0 mm(0.15748 인치) 두께이고, 개념적인 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 그리드의 행과 열 상에 중심이 놓이는 구멍 또는 함몰부의 패턴을 갖는 출발 시트로 시작하여, 이 출발 시트를 스트랜드의 배향이 접합부 내로 연장하도록 일축방향 또는 이축방향으로 연신함으로써 완전히 새로운 실질적으로 단일평면의 일체형 지오그리드가 형성될 수 있다는 것을 발견하였다. Mercer가 기술한 바와 같이, "단일평면"이라고 함은 시트형 재료의 전체 구역이 이 시트형 재료의 중앙면에 대해 대칭인 것을 의미한다.
Mercer의 개시는 폴리머 일축 및 이축 일체형 지오그리드의 이점을 교시하고 있다. 일방향 또는 이방향으로 스트랜드 또는 리브를 갖는 메시형 형상은 토양 및 지반공학적 안정화에 대한 해결책을 제공하였다. Mercer의 개시는 또한 폴리머 일체형 지오그리드의 제조 및 신속한 대규모 개발의 필요성도 다루었다. 이 개선은 지반공학적 안정화에 사용되는 종래의 금속 재료를 대체하였으며, 금속 재료와 달리 이 폴리머 일체형 지오그리드는 급속한 부식 및 열화를 겪지 않았으며, 더 나아가 지반공학적 시설의 사용가능한 수명을 연장시켰다. Mercer의 개시는 상업적 대성공을 거두었으며 토공 프로젝트에서는 어디에서 볼 수 있게 되었다. 그러나, Mercer의 개시에는 일정한 제한이 있고, 즉 리브 또는 스트랜드가 일방향 또는 이방향으로 이동하고, 이로 인해 환경과의 표면 접촉이 제한된다.
Hureau의 미국 특허 제 3,252,181 호, Hureau의 제 3,317,951 호, Hureau의 제 3,496,965 호, Beretta의 제 4,470,942 호, Beretta의 제 4,808,358 호, 및 Beretta의 제 5,053,264 호에서는 필요한 패턴의 구멍 또는 함몰부를 구비하는 출발 재료가 원통형 폴리머 압출물과 조합하여 형성되고, 이 압출물을 확장 맨드렐 상을 통과시킴으로써 실질적인 단일평면성이 달성된다. 확장된 원통은 다음에 길이방향으로 절개되어 평탄한 실질적으로 단일평면의 출발 시트를 생성한다. 다른 일체형 지오그리드는 Walsh의 미국 특허 제 7,001,112 호(이하, "Walsh '112 특허")에 기재되어 있고, 이 특허는 본 특허 출원의 양수인인 Tensar International Corporation(이하, "Tensar")(Alpharetta, Georgia에 소재)의 관련 회사인 Tensar International Limited에 양도되었다. Walsh '112 특허는 배향된 스트랜드가 각각의 코너에서 부분적으로 배향된 접합부 및 각각의 접합부에서 만나는 6 개의 고도로 배향된 스트랜드로 삼각형 메시 개구를 형성하는 2축으로 연신된 일체형 지오그리드를 포함하는 배향된 폴리머 일체형 지오그리드(이하, 본 명세서에서는 "3축 일체형 지오그리드"라고도 칭함)를 개시한다. Walsh '112 특허의 3축 일체형 지오그리드는 Tensar사에 의해 상품화되었고, 큰 성공을 거두었다.
일체형 지오그리드의 계속적인 개량은 Walsh의 미국 특허 제 9,556,580 호, Walsh의 제 10,024,002 호, 및 Walsh의 제 10,501,896 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 본 특허출원의 양수인의 또 다른 관련 회사인 Tensar Technologies Limited에 양도되었다. 위에서 언급한 Walsh의 미국 특허 제 9,556,580 호, 제 10,024,002 호, 및 제 10,501,896 호는 높은 종횡비, 즉 스트랜드 단면의 두께 또는 높이(리브 또는 리브 높이라고도 부름) 대 스트랜드 단면의 너비의 비가 1.0을 초과하는 것으로서 당업자에게 알려진 것을 갖는 일체형 지오그리드를 개시하고 있다. 종횡비가 1.0을 초과하는 리브를 갖는 지오그리드 구조를 사용함으로써 다축 일체형 지오그리드의 성능이 향상될 수 있다는 것을 보여주지만 종횡비의 증가는 필요한 폴리머의 전체 양의 증가를 수반하므로 지오그리드의 중량 및 비용을 증가시킨다.
전통적으로, 일체형 지오그리드의 제조에 사용되는 폴리머 재료는 고분자량 호모폴리머 또는 코폴리머 폴리프로필렌, 및 고밀도 고분자량 폴리에틸렌이었다. 이들 폴리머에는 자외선 억제제, 카본블랙, 처리 보조제 등 다양한 첨가제가 완제품 및/또는 제조 효율에 원하는 효과를 달성하기 위해 첨가되었다. 또한 전통적으로, 이러한 일체형 지오그리드의 제조를 위한 출발 재료는 단층 구조, 즉, 폴리머 재료의 균질 단층을 갖는 실질적으로 단일평면의 시트였다. 전술한 전통적인 출발 재료로 제조된 일체형 지오그리드는 대체적으로 만족스러운 특성을 보이지만 지오신세틱 보강(geosynthetic reinforcement) 등의 특정 용도의 요구에 적절한 비교적 고도의 강성을 갖거나 또는 특정 지오신세틱 용도에 바람직한 기타 특성을 갖는 일체형 지오그리드를 제조하는 것이 구조적으로 또한 경제적으로 유리하였다.
최근에는, 펀칭-연신형(punched-and-drawn) 지오그리드에서 제조 기술이 개선되었다. 예를 들면, Tyagi의 미국 특허출원 제 15/766,960 호(미국 특허공개 제 2018/0298582 호로 공개되고, Tensar Corporation, LLC에게 양도됨)에 개시된 개량이 있다. Tyagi의 출원은 일체형 평면 서브층으로 구성되는 일체형 그리드를 형성하기 위해 다중 압출(공압출)을 사용하여 지오그리드를 제조하는 것을 개시하고 있으며, Tyagi는 또한 층의 외측에는 버진 재료(virgin material)로 그리고 층의 내부 또는 코어로서는 리사이클링된 폴리머 재료로 구성되는 다층 재료의 형성을 개시하고 있다. 따라서, 재생가능하고 재이용가능한 재료를 구비하는 일체형 지오그리드를 진행시킴으로써 이 개념은 일체형 지오그리드의 환경 영향을 효과적으로 저감시켰다. 그러나, Tyagi는 포장도로의 라이프사이클에 관련되는 지오그리드의 성능을 개선하고 포장도로의 트래피킹(trafficking)의 다양화에 수반되는 결과를 개선하기 위해 압축 재료를 포함하고 통합하는 것을 개시하고 있지 않다.
따라서, 일체형 지오그리드의 제조에 관련된 효율적인 공정에 적합할 뿐만 아니라 종래의 수단에 관련되는 지오그리드보다 높은 성능을 제공하고, 현재의 단일층 일체형 지오그리드에서는 이용불가능한 추가의 특성 및 장점을 제공하는 재료 및 시스템에 대한 상업적 및 환경적 필요성이 존재한다. 특히, 본 명세서에 개시된 새로운 재료로 대체함으로써 전체적인 환경 영향 및 제조 비용을 저감하고, 그럼으로써 일체형 지오그리드의 전체적 성능 및 라이프사이클을 향상시키기 위한 필요성이 존재한다. 또한, 종래의 출발 재료 및 형상으로 제조되는 일체형 지오그리드가 대체로 만족스러운 특성을 나타낼 수 있으나, 더 다양한 품질의 골재 및 토양과 결합하여 안정화를 가능하게 하는 구조, 형상, 및 재료를 갖는 일체형 지오그리드를 더 낮은 비용 및 환경 친화적인 방식으로 제조하는 것이 구조적으로 또한 경제적으로 유리하다. 매우 중요한 것은 상응하는 경제적 및 환경적 비용을 추가하지 않고 포장 시스템의 설계 수명을 연장하는 시스템을 제조하는 것이 경제적으로 그리고 환경적으로 유리하다는 것이다. 따라서, 본 개시는 더 넓은 일련의 지반공학적 용도를 가능하게 하고, 보다 낮은 품위의 골재를 사용할 수 있게 하고, 지반공학의 효율을 더 개선하고, 토공 및 지반공학적 프로젝트의 비용을 저감시킬 수 있다.
지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템의 양태가 개시된다. 일 양태에서, 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템이 개시된다. 이 시스템은 지반공학적 환경을 포함한다. 또한, 이 시스템은 실질적으로 평면인 지오그리드를 포함한다. 지오그리드는 복수의 강축 리브 및 노드(node)를 포함한다. 더하여 기재 압축성을 강화하고 평면 외 강성을 증가시키기 위한 패턴화된 구조의 공학적 불연속부를 포함한다. 마지막으로, 이 지오그리드는 지오그리드 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층을 포함한다.
복수의 강축 리브는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상 또는 직사각형 기하학적 형상일 수 있다. 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성할 수 있다. 육각형 구조는 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형(nested) 육각형을 포함할 수 있다. 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 가질 수 있으며, 노드는 리브에 비해 증가된 종횡비를 갖는다. 복수의 강축 리브는 1.0보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 복수의 강축 리브 다층 구조일 수 있다. 다층 구조는 폴리머 재료의 코어(core), 및 폴리머 재료의 코어에 구성된 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층을 포함할 수 있다. 다층 구조는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 코어, 및 코어의 상면 및/또는 저면 상의 폴리머 재료의 층을 포함할 수 있다. 다층 구조는 공압출될 수 있다.
다른 양태에서, 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템이 개시되어 있다. 이 지오그리드 시스템은 지반공학적 환경을 포함한다. 이 지오그리드 시스템은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 더 포함한다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 노드 및 리브를 구비하는 지오그리드를 포함하고, 이 지오그리드는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축 리브를 포함한다. 또한 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 압축성 셀룰라 층을 갖는 코어의 상면 및/또는 저면과 함께 폴리머 재료를 포함하는 코어를 포함하여 압축성 캡(cap)을 형성한다.
폴리머 재료의 코어는 고체이고 강성일 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 폴리머 재료의 필요량을 감소시킬 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 증가시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성될 수 있다. 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성할 수 있다. 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 패턴을 포함하는 네스트형 육각형을 포함할 수 있다. 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 가질 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성될 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 지오그리드의 종횡비를 증가시킬 수 있다. 이 지오그리드 시스템은 압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축을 향상시킬 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 지오그리드와 상기 지반공학적 기재 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3축 및/또는 삼각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성될 수 있다. 지오그리드는 직사각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함할 수 있다. 미립자상의 재료 칼슘 카보네이트일 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템이 개시되어 있다. 이 지오그리드 시스템은 지반공학적 환경을 포함한다. 이 지오그리드 시스템은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 더 포함한다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 코어를 포함하고, 이 코어는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층으로 구성된다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 폴리머 재료의 층을 갖는 코어의 상면 및 저면을 더 포함하여 압축성 코어를 형성한다.
폴리머 재료의 층은 고체 및 강성일 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 폴리머 재료의 필요량을 감소시킬 수 있다. 이 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 증가시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성될 수 있다. 불연속부는 육각형 패턴을 형성할 수 있다. 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형 육각형을 포함할 수 있다. 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 가질 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성될 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 지오그리드의 종횡비를 증가시킬 수 있다. 이 지오그리드 시스템은 압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축성을 향상시킬 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 수평 기계적 안정화 지오그리드와 상기 지반공학적 환경 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 삼각형 기하학적 형상으로 구성될 수 있다. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 사각형 기하학적 형상으로 구성될 수 있다. 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함할 수 있다. 미립자상의 재료 칼슘 카보네이트일 수 있다. 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 사용하여 지반공학적 환경을 개선하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 복수의 강축을 갖는 지오그리드, 패턴화된 불연속부, 및 종횡비를 높인 압축성 셀룰라 층을 구비한 지오그리드를 지반공학적 환경에 적용하는 것을 포함한다. 여기서 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 적용하는 것을 이 지오그리드를 골재 및 토양 내에 설치하는 것이다. 다음에, 이 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 지반공학적 환경 내의 골재 및 토양의 횡방향 이동을 감소시킨다. 마지막으로, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드에 의해 지반공학적 환경 상의 트래피킹의 수명 사이클이 증가된다.
이 방법은 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함할 수 있고, 이 상호작용은 지오그리드의 리브의 종횡비의 증가로 인한 거시적 상호작용(macro interaction)이다. 이 방법은 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함할 수 있고, 이 상호작용은 골재 입자의 네스팅(nesting)을 가능하게 하는 다층 구조로 인한 미시적 상호작용(micro interaction)이다. 수명 사이클을 증가시키는 것은 ESAL(equivalent single axle load) 표준에 따라 트래피킹의 수명 사이클을 증가시킬 수 있다.
위에서 언급한 실시형태는 본 명세서에서 개시된 시스템, 장치, 및 방법의 구성의 몇 가지 예에 불과하다. 이하에서 실시형태의 추가의 이해 및 상세한 범위가 이어진다.
본 개시의 많은 양태는 다음의 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따른 것은 아니며, 대신에 본 개시의 원리를 명확하게 예시하는 것에 중점을 두었다. 또한, 도면에서 동일한 참조 번호는 여러 도면을 통해 대응하는 부분을 지정한다. 이들 구현형태 및 실시형태는 단지 본 개시의 원리를 예시하기 위한 것임을 인식해야 한다.
도 1a는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하는 수평 기계적 안정화 지오그리드의 일례를 예시하고;
도 1b는 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축을 구비하지 않은 3축 지오그리드의 일례를 예시하고(종래기술);
도 1c는 패턴화된 불연속부를 구비하는 직사각형 기하학적 형상의 지오그리드의 일례를 예시하고;
도 1d는 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 직사각형 기하학적 형상의 이축 지오그리드의 일례를 예시하고(종래기술);
도 2a는 패턴화된 불연속부를 구비한 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드에서 미세 골재에 대한 브러시 오버(brush over) 테스트의 일례를 예시하는 차트이고;
도 2b는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드에서 미세 골재를 이용한 브러시 오버 테스트의 결과를 예시하는 일례이고;
도 2c는 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드에서 미세 골재에 대한 브러시 오버 테스트의 일례를 예시하는 차트이고;
도 2d는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드의 미세 골재를 이용한 브러시 오버 테스트의 결과를 예시하는 일례이고;
도 3a는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 리브 및 노드를 포함하는 구속 요소의 일례를 예시하고;
도 3b는 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드의 리브 및 노드를 포함하는 구속 요소의 일례를 예시하고(종래기술);
도 4a는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 포함하는 삼각형 또는 3축 지오그리드 패턴의 예시적인 힘 벡터를 예시하고;
도 4b는 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축을 포함하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드 패턴의 힘 벡터의 일례를 예시하고(종래기술);
도 5 및 도 6은 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드 및 패턴화된 불연속부를 포함하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드로부터 얻어진 다양한 리브 및 노드에 따른 종횡비의 일례를 예시하고;
도 7은 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 단층 대 공압출 삼각형 또는 3축 지오그리드의 비교를 예시하는 차트로서, 재료의 공압출의 이점을 설명하고;
도 8은 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 단층 대 공압출 삼각형 또는 3축 지오그리드의 비교를 예시하는 차트로서, 공압출에 항상 이점이 존재하는 것은 아니며, 재료 특성과 기하학적 형상의 둘 모두의 조합이 중요한 역할을 한다는 것을 설명하고;
도 9는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드 및 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 3축 지오그리드의 두 기하학적 형상이 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 감소된 리턴을 설명하는 리브 종횡비의 예시적인 비교를 예시하고;
도 10은 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드와 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 3축 지오그리드가 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 기하학적 형상의 영향의 예시적 비교를 예시하고;
도 11은 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드의 유사한 기하학적 형상의 예시적 트래피킹 성능을 예시하는 차트로서, 압축성 캡 셀룰라 층을 갖는 실시형태와 압축성 코어 셀룰라 층을 갖는 실시형태의 테스트에 의해 압축성 캡 층이 더 우수한 성능을 갖는다는 것을 설명하고;
도 12는 압축성 층의 위치 및 리브 종횡비가 압축성 캡 셀룰라 층 및 압축성 코어 셀룰라 층을 구비한 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드의 기하학적 형상에서 표면 변형에 관련되므로 그 영향에 관한 예를 예시하는 차트이고;
도 13은 패턴화된 불연속부, 복수의 강축 및 절첩가능한 캡을 추가한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 최적화된 기하학적 형상의 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 종래기술의 높은 종횡비 및 압축불가능한 캡 셀룰라 층의 삼각형 또는 3축 지오그리드에 대한 이점을 예시하는 차트이고;
도 14a는 종래기술의 예에 대한 압축성 셀룰라 층에 더하여 복수의 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 개선점의 일례를 예시한 차트로서, 압축 테스트에서 여러 가지의 지오그리드 성능 개선을 나타내고;
도 14b는 선행기술의 지오그리드의 예에 더하여 복수의 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 일례를 사용하여 도 14의 테스트를 이용한 125 N의 힘에서 압축성(mm)의 일례를 예시하는 차트이고;
도 14c는 도 14a 및 도 14b에서 압축성을 결정하기 위한 예시적 테스트의 예시도이고;
도 15는 공학적 패턴화된 불연속부 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 예시적인 실시형태와 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 대조의 비교를 예시하는 차트이고;
도 16a는 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축을 구비하지 않은 예시적인 폴리머 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예시도이고;
도 16b 및 도 16c는 복수의 강축 및 공학적 패턴 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 일례를 예시하며, 이 예시에서 폴리머 재료는 본 명세서에서 압축성 셀룰라 코어 또는 압축성 코어로 부르는 압축성 셀룰라 층의 상면 및 저면 상에 있고, 도 16c의 차트에서는 기하학적 형상의 차이를 예시하고;
도 17a는 예시적인 폴리머 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예시도이고(종래기술);
도 17b는 본 명세서에서 2 개의 폴리머 시트 사이의 압축성 셀룰라 코어로 부르는 압축성 셀룰라 층 및 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 일례를 예시하고;
도 17c는본 명세서에서 2 개의 폴리머 시트 사이의 압축성 셀룰라 코어로 부르는 압축성 셀룰라 층 및 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 일례를 예시하고, 여기서 리브 종횡비는 노드 종횡비와 비교하여 설명되고;
도 17d는 본 명세서에서 폴리머 시트의 상면 및 저면 상의 압축성 셀룰라 캡으로 부르는 압축성 셀룰라 층 및 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 일례를 예시하고;
도 18a는 압축성 셀룰라 층, 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드를 가로질러 수평으로 이동하는 골재 하중의 일례를 예시하고;
도 18b는 골재가 리브 위로 이동하는 것을 허용하는 "유동적" 리브가 없는 압축성 셀룰라 층이 없는 예시적인 폴리머 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예시도이고;
도 19a 내지 도 19c는 본 명세서에서 압축성 셀룰라 코어로 알려진 압축성 셀룰라 층, 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 수직 압축의 일례를 예시하고;
도 20은 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 압축성 셀룰라 층 또는 압축성 셀룰라 코어의 수직방향의 압축(도 19a 내지 도 19c에 예시됨) 시에 생성되는 공극의 일례를 예시하고;
도 21a는 복수의 강축, 공학적 패턴 불연속부 및 압축성 셀룰라 층을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 단면에서 폴리머 재료의 표면 에너지의 2 배의 표면 에너지를 갖는 첨가제를 함유하는 압축성 셀룰라 층의 강조된 이미지의 일례를 예시하고;
도 21b는 복수의 강축, 공학적 패턴 불연속부 및 압축성 셀룰라 층을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 단면에서 폴리머 재료와 유사한 표면 에너지를 갖는 첨가제를 함유하는 압축성 셀룰라 층의 강조된 이미지의 일례를 예시하고;
도 22는 복수의 강축, 공학적 패턴 불연속부 및 압축성 셀룰라 층을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 단면에서 첨가제를 함유한 압축성 셀룰라 층의 강조된 이미지의 추가의 예를 예시하고;
도 23a 및 도 23b는 연신된 형태(a) 및 붕괴/압쇄된 형태(b)의 둘 모두에서 본 명세서에서 압축성 셀룰라 코어로 부르는 압축성 셀룰라 층과 복수의 강축 및 공학적 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 리브 단면의 강조된 이미지의 일례를 예시하고;
도 24a 및 도 24b는 폴리이미드 표면과 압축성 셀룰라 캡 등의 압축성 셀룰라 층 표면 사이의 비교의 현미경도의 일례를 예시하며, 압축성 셀룰라 층에 의한 거칠기의 증가를 예시하고;
도 25a 및 도 25b는 압축성 셀룰라 층으로부터의 높은 표면 에너지 대 종래의 폴리머 지오그리드의 낮은 표면 에너지를 갖는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 지오그리드의 접촉각 대 표면 에너지의 일례를 예시하면,
도 26은 다양한 지오그리드 실시형태, 특히 경질 발포체 및 연질 발포체의 변위를 측정하기 위해 사용되는 PLTR(Plate Load Test Rig)의 일례를 예시한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 현재 개시되어 있는 주제를 보다 완전히 설명하지만, 도면에는 현재 개시되어 있는 주제의 전부가 아닌 일부가 도시되어 있다. 동일한 번호는 전체를 통해 동일한 요소를 지칭한다. 현재 개시되어 있는 주제는 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 이들 실시형태는 본 개시가 적용되는 법적 요건을 만족시키도록 제공된다. 실제로, 본원에서 설명하는 현재 개시된 주제의 많은 변경 및 기타 실시형태는 전술한 설명 및 관련된 도면에 제시된 교시의 이익을 갖는 본 개시된 주제의 기술분야의 당업자에게 떠오를 것이다. 따라서, 현재 개시된 주제는 특정 실시형태에 한정되지 않으며, 변경 및 기타 실시형태는 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 청구범위의 전체를 통해, "포함(comprise)"이라는 용어는 문맥상 달리 요구되는 경우를 제외하고 비배타적인 의미로 사용된다. 마찬가지로, "포함(include)" 및 그 문법적 변형어는 비제한적인 의미로 사용되며, 리스트 내의 항목이 나열된 항목에 대체 또는 추가될 수 있는 다른 유사한 항목을 배제하지 않도록 의도된다.
지오그리드는 골재와 그리드 개구, 그리드 노드, 그리드 리브, 그리드 각도, 그리드의 화학 특성, 그리드 표면적, 및 리브로부터 평탄면의 거리의 상호작용에 기초하여 골재를 구속한다. 이들 요소는 토양 및 골재와 상호작용하여 지반공학적 환경을 형성한다. 지반공학적 환경 내에서, 지오그리드 개구는 지오그리드 노드와 지오그리드 리브 사이에 공극 영역 또는 개방 영역을 형성한다. 노드 및 리브 높이, 종횡비, 및 길이가 다르면 다양한 접촉면 및 구속 각도가 생성된다. 정밀한 기하학적 형상 및 본 명세서에 개시된 지오그리드 및 기타 실시형태를 개발하기 위해서는 광범위한 테스트가 필요하다. 예를 들면, 브러시 오프 테스트(도 2a 및 도 2b) 및 압축성 데이터(도 14a 및 도 14b)에 설명된 바와 같이, 다중 접촉면 및 각도의 제시는, 일부의 실시례에서, 약간의 변경을 통해 골재의 구속이 증가할 수 있음을 예시한다. 또한, 테스트는 강축 리브(예를 들면, 복수의 강축)의 프레임워크 내에 공학적 패턴화된 불연속부(예를 들면, 도 1a의 기하학적 형상)를 도입하면 골재 압축성에 대한 저항이 감소되고, 골재 밀도가 증가하고, 수직 하중 하에서 강성이 증가함을 나타낸다. 추가의 테스트는 다층 설계(도 17b 및 도 17c)에 의해 강조된 골재에 대한 측면 및 수직 제약에 대한 긍정적 효과를 나타내며, 일 실시형태에서, 폴리머 재료는 상면 및 하면 상에서 강성의 골격을 형성하고, 이들 사이에는 압축성 셀룰라 층이 형성되고, 이 실시례는 또한 압축성 셀룰라 코어로도 알려져 있고, 여기서 압축성 셀룰라 층(압축성 코어)는 골재를 더욱 고정하여 지반공학적 환경 내의 결과를 개선한다.
일 양태에서, 압축성 셀룰라 층은 폴리머 재료의 외면 상에 있고, 이 실시례는 본 명세서에서 압축성 캡 또는 압축성 셀룰라 캡으로 부르며, 압축성 셀룰라 층을 형성한다. 폴리머 재료는 버진 재료이거나 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 폴리에스테르의 열가소성 폴리머 등의 리사이클링된 폴리머 재료의 혼합물일 수 있다. 필요한 물리적 특성 및 기계적 특성을 충족하는 열가소성 플라스틱은 지오그리드에 부여될 수 있다. 다층 지오그리드의 외층의 압축성은 압출 시트의 폴리머 매트릭스 중에 분산된 입자 크기, 입자 크기 분포, 및 표면 에너지에 대해 설계된 재료의 주위에 미시적 균열을 생성한다. 일례에서, 열가소성 폴리머 시트 상의 압축성 캡 또는 압축성 코어의 압축성 셀룰라 층은 종횡비가 3mm 내지 10 mm의 범위에 있고, CaCO3로 구성된다. 다른 양태에서, 발포 첨가제 또는 기타 미립자상의 충전재는 압축성 코어 또는 압축성 캡을 포함할 수 있다. 균열은, CaCO3의 예로부터, 감쇄된 폴리머 매트릭스의 다축 배향 중에 1% 내지 500% 범위의 종횡비로 연장할 수 있는 압축성 셀룰라 층 내에 형성된다. 이들 균열은 토양 및 골재를 포착하고, 또한 표면적 및 표면 거칠기를 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 제조 프로세스 중에, 미립자상의 충전재를 함유하는 공압출된 폴리머 시트는 얇아지고, 신장되어 균열이 생성될 수 있다.
일 양태에서, 압축성 셀룰라 층이 하중을 받으면 균열이 변형되어 압축성 셀룰라 층이 크러시 피팅(crush fitting)과 유사하게 압축된 골재와의 입자간 상호작용을 증가시킬 수 있다. 압축성 셀룰라 층의 다른 양태는 배향 중에 내부의 균열이 신장되는 능력이며, 이것에 의해 표면 거칠기의 증가는 평균 표면 변동성 또는 거칠기의 2 배 내지 10 배 더 큰 것으로 기록되어 있다. 종래의 폴리머 지오그리드는 표면 거칠기가 없고, 또한 크러시 피팅 능력이 없으므로 개구에 배치된 골재를 구송하는 능력이 낮다. 압축성 셀룰라 층은 표준 폴리머를 물리흡착 반응으로부터 친수성 반응으로 변화시킴으로써 표면 에너지를 더 증가시키고, 일부의 실시형태에서는 기재, 토양, 및 압축성 층과 물 분자의 상호작용에 의한 응집력이 백필링(backfilling)된 재료를 압축성 셀룰라 층에 더 결합시키므로 압축성 셀룰라 층의 친수성은 입자간 상호작용을 더욱 가능하게 한다.
이에 압축성 셀룰라 층을 설명하면 일 양태는 모든 범위의 골재 유형과 크기를 수용하는 것이다. 골재 유형은 쇄석, 자갈, 모래, 및 충전재 등 다양하다. 압축 하에서 균열로 인한 표면 거칠기의 증가는 모든 유형의 골재에서 발견되는 작은 입자가 압축성 셀룰라 층의 표면과 상호작용하고 구조물 내에 더 많이 매립되도록 함으로써 지반공학적 환경에서 골재의 압축 및 추가 "고정"을 돕는다. 본 명세서에서 공지되고 이해되는 바와 같이 지반공학적 환경은 토양 조건을 개선하기 위해 골재와 함께 지오그리드를 사용하는 환경이다. 지반공학적 환경은 포장도로나 교통량이 많은 지역 또는 하중이 큰 지역을 지원하기 위해 사용되는 경우가 많다. 그 외의 용도로서는 건물, 다리, 도로, 철로, 및 기타 지반공학 기술자가 알고 있는 바와 같은 기타 인프라구조를 포함하는 인프라구조를 지원하기 위해 사용될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시의 목적은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드로부터 개선된 기능적 성능을 제공하는 것이고, 이 지오그리드는, 일 실시례에서, 공학적 패턴 불연속부, 복수의 강축, 및 압축성 셀룰라 층, 예를 들면, 코어 또는 캡을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드이다. 수평 또는 실질적으로 평면인 지오그리드는 지반공학적 환경 내에 설치되거나 도입되며, 중력 방향에 대한 그 배향은 토양 및 골재 내의 경사, 구배 및 위치에 기초하여 달라질 수 있다. 토양 내의 지오그리드의 개선은 지반공학적 환경 내에서 기능적 성능을 개선시키는 지오그리드 구조의 특정의 물리적, 기계적, 기하학적 특성을 강화시킴으로써 달성된다. 특정의 양태에서 개선의 일례에는 2 개의 폴리머 시트와 압축성 셀룰라 코어, 또는 폴리머 시트의 골격 상의 압축성 셀룰라 캡이 있는 다층 시스템에서 다른 새로운 물리적, 기계적, 화학적 및 기하학적 특성을 수정 및/또는 통합하는 것이 포함된다. 이들 예에서, 그리고 도면에 제공된 바와 같이, 이러한 결과는 정확한 물리적 기하학적 위치결정, 힘 벡터 및 기타 물리적 특성(예를 들면, 기하학적 형상, 종횡비, 표면적)을 사용하고, 수평 기계적 안정화 지오그리드의 특정 위치에서 원하는 기계적 및 물리적 특성을 갖도록 다양한 상이한 폴리머 재료, 미립자상의 충전재, 재료 충전재, 및 공학적 발포제의 양을 조정함으로써 발생한다.
본 개시의 다른 양태는 본 명세서에서 기술된 방법에 따라 생성된 복수의 공극, 공동, 기공, 기포, 구멍 또는 기타 유형의 개구가 분산된 구조, 즉 셀룰라 구조로 해당 층의 폴리머를 중실체, 즉 연속 구조로부터 셀룰라 구조로 변환함으로써 필요한 폴리머의 양을 감소시키도록 개질되는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시에 의해 보다 적은 폴리머 재료를 사용하면서도 개선된 지반공학적 양태가 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 일 양태에서, 공극, 공동, 기공, 기포, 구멍, 또는 기타 공극 함유 구조를 포함하는 압축성 셀룰라 층은 더 높은 종횡비를 생성하여 더 낮은 비용으로 골재의 상호작용을 향상시킨다. 압축성 셀룰라 층을 통해 종횡비가 높아지면 골재 압축성 및 크러시 피팅이 향상됨과 동시에 제조에 필요한 폴리머 재료의 양이 줄어든다. 또한, 표면 공극을 구비한 압축성 셀룰라 층은 미세 입자를 포착하여 더 작은 토양 미립자 크기를 안정화할 수 있다. 일 양태에서, 미세 입자의 안정화는 거대 토양 입자의 안정화를 더욱 강화시킨다. 이와 관련하여, 미세 입자는 축적되어 더 강한 보강 및 안정화 구조를 형성한다. 추가의 양태에서, 폴리머 재료는 축방향 강성을 제공하는 한편 압축성 셀룰라 층은 토양과의 다양한 마이크로 및 거시적 상호작용을 통해 전체적인 안정화를 향상시킨다.
일 양태에서, 하나 이상의 공극 함유 압축성 셀룰라 층을 갖는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 최소 두께 또는 높이는 적어도 3 mm이고, 바람직하게는 4 mm를 초과한다. 다른 양태에서, 다층 지오그리드의 최소 두께 또는 높이는 7 mm이다. 추가의 양태에서, 최소 두께는 두께가 변할 수 있는 공극을 갖는 압축성 셀룰라 층으로 인해 가변 범위일 수 있으며, 1 mm 내지 3 mm 범위, 3 mm 내지 5 mm 범위, 5 mm 내지 7mm 범위 및 5 mm 내지 10 mm 범위를 포함할 수 있다. 이들 범위를 이해를 돕기 위해 제공된 것이며, 당업자는 제조 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드 전체에 걸쳐 범위가 달라질 수 있으며, 압축성 셀룰라 층, 화학적 구성 및 제종 따라 이러한 범위가 달라질 수 있다는 것을 알 것이다.
다른 양태에서, 하나 이상의 공극 함유 셀룰라 층을 포함하는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 리브의 종횡비는 적어도 1:1 내지 3.5:1이다. 다른 양태에서, 가장 얇은 높이(스트랜드 또는 리브의 중간지점일 가능성 있음)에서 하나 이상의 공극 함유 압축성 셀룰라 층의 초기 높이 또는 두께는 적어도 3 mm, 바람직하게는 적어도 5 mm이다. 다른 양태에서, 하나 이상의 공극 함유 압축성 셀룰라 층의 공극 또는 셀룰라 개구는 적어도 하나의 공극 함유 셀룰라 층의 적어도 25 체적%, 바람직하게는 적어도 50 체적%이다. 다른 실시형태에서, 압축성 셀룰라 층, 즉 하나 이상의 공극 함유 셀룰라 층은, 하중 하에서 압축이 완료된 후에, 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 50%의 하중 하에서의 최소 "압축" 또는 높이 감소를 갖는다. 다른 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 공극 함유 셀룰라 층은 그 높이 또는 두께가 가장 얇은 내측 층의 높이 또는 두께의 적어도 2:1, 바람직하게는 적어도 3:1이 되도록 하는 종횡비를 가지며, 하나 이상의 공극 함유 셀룰라 층은 최종 일체형 지오그리드의 전체 높이이 적어도 40%, 바람직하게는 적어도 70%인 높이 또는 두께를 갖는다.
일 양태에서, 압축성 셀룰라 층은 표면 거칠기를 증가시키지만 압축성 셀룰라 층의 공극 함유 영역으로 인해 표면적이 증가함으로써 백필링된 토양 및 골재 입자가 표면에 부착되어 전체적인 토양 파지력 및 안정화를 향상시킨다. 표면 거칠기 또는 텍스처는 표면 텍스처의 표면 불규칙성의 척도이며, 전형적으로 3 가지 요소, 즉 1) 거칠기, 2) 파형, 및 3) 형태로 구성된다. 산술 평균으로도 알려져 있는 표면 거칠기 평균(Ra)의 계산은 mm 단위로 표현된 피크와 밸리의 평균 편차이고, ISO 표준에서는 중심선 평균이라는 용어를 사용하고, 여기서 Ra = CLA = M1 + M2 + M3 + M4/4이다. 폴리머 재료의 표면 상의 압축성 셀룰라 층의 장점은 표면적을 증가시켜 토양 입자의 마찰과 포착을 증가시킨다(도 24a 참조). 일 양태에서, 공극과 거칠기로 인해 입자 상호작용 면적이 증가된 압축성 셀룰라 층은 입자의 포착과 수평 이동 감소를 가능하게 한다(도 23a 및 도 23b 참조). 다른 양태에서, 압축성 셀룰라 층을 통한 토양 안정화를 통해 더 낮은 등급의 재료를 사용할 수 있으므로 환경 비용을 절감하고, 안정화 및 인프라구조의 라이프사이클이 연장된다.
일 양태에서, 다층 지오그리드는 일차 노드 및 종속 노드에서 다양한 종횡비를 갖는 다층 지오그리드가 개시된다. 이 양태에서, 일차 노드는 외부 경계를 형성하는 노드로서, 균형이 잡힌 2 개 또는 3 개의 연속 리브를 구비한 등방성의 기하학적 형상을 갖는다. 2 개, 3 개, 또는 그 이상의 평면 방향으로 연장하는 연속 리브로 구성된 이 균형 잡힌 기하학적 형상은 불연속 리브 및 비기능성 노드로 구성된 공학적 불연속부로 산재되어 있다.
I. 수평 기계적 안정화 지오그리드의 시스템 및 방법
이 점에서, 이제 도 1b(종래기술) 및 도 1a의 3축 리브 배열을 모두 도시하는 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 패턴화된 공학적 불연속부 및 복수의 강축의 배열을 갖는 수평 기계적 안정화 지오그리드는 육각형 또는 육각형 기하학적 형상으로서 예시되어 있다. 일 실시형태에서, 일차 노드 또는 비기능성 노드(외측 육각형)의 높이는 7mm일 수 있고, 이차 노드 또는 기능적 노드(내측 육각형)의 높이는 5mm일 수 있으므로, 골재 및 토양의 차동 침하(differential settlement) 및 네스팅을 한정적으로 가능하게 하는 Z 방향으로의 제한된 이동을 생성한다. 일 실시형태에서, 도 1a에서 현가형 육각형으로서 도시된 내부 불연속부의 오목하고 기하학적으로 유연한 특성은 골재가 층 내에 정착하여 압축되도록 하는 평면형 지오그리드의 캐리어 영역을 형성하고, 압축 중에 골재의 횡방향 이동을 허용하고, 입자를 추가로 포착하여 지반공학적 환경을 안정화시킨다. 추가의 양태에서, 압축성 캡 또는 압축성 코어와 같은 압축성 셀룰라 층은 리브를 안정화시키고, 추가의 축방향 강성을 제공하는 등방성 보강제로서 기능하는 첨가제를 가질 수 있으므로 제조 시에 폴리머의 사용을 줄일 수 있다.
도 1a를 계속 참조하면, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 일차 및 이차 노드를 가지며, 이차 노드는 골재의 더 큰 네스팅을 제공하고, 일차 노드는 평면 강성 및 강직성을 제공한다. 일 양태에서, 일차 노드는 연속 리브로 구성된 외측 육각형을 형성하고, 이차 노드는 패턴화된 불연속부 또는 공학적 불연속부라고 부르는 비연속 리브를 구비하는 평면형 불연속부를 형성하는 내측 육각형을 형성하고, 일차 노드는 지오그리드에 안정성과 강성을 제공하고, 이차 노드는 배치 및 압축 중에 골재 및 미세 입자의 포착을 지원한다(도 5 참조). 따라서, 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 향상시킨다. 평면 내 하중은 표면의 축을 따른 하중이며, 어떤 관점에서는 이를 x축 하중으로 표현할 수 있다. 평면 외 하중 또는 평면 외 하중은 z축 하중 등의 표면에 수직인 하중이다. 따라서, 패턴화된 불연속부는 표면에 수직인 하중에서 시스템 강성을 증가시킴으로써 성능을 향상시키며, 이 패턴은 복수의 강축과 함께 지오그리드의 배치에 수직인 횡방향 구속을 제공한다. 또한, 일차 노드 및 이차 노드는 선택적으로 복수의 압축성 셀룰라 층(1, 3, 5 등)으로 구성될 수 있고, 각 층은 공극 또는 기공을 가질 수 있고, 여기서 첨가제(후술하는 미립자상의 충전재나 발포체 첨가제 등)를 사용하여 리브의 축방향 강성을 증감시키거나 선택적으로는 표면 압축성을 증가시킬 수 있다.
다른 양태에서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드가 개시되며, 여기서 이 지오그리드의 코어는 압축성 셀룰라 코어 층으로서 지칭되는 셀룰라 구조로 구성된다. 셀룰라 구조는 다층 지오그리드의 강성을 정의하는 폴리머 재료에 의해 외부에서, 예를 들면, 상면 및 저면 상에서 지지된다(도 17b 및 도 17c 참조). 셀룰라 층은 압축성이거나 발포제 등의 첨가제를 가질 수 있고, 이는 지반공학적 환경 내에서 골재 및 토양에 따라 축방향 강성을 증가시킨다. 또한, 폴리머의 상면 및 저면은 본 명세서에 개시되어 있는 발포제와 같은 제제나 미립자상의 제제 또는 충전재 등의 기타 제제를 사용하여 코팅되어, 도 24a에 예시된 바와 같이, 표면 거칠기 및 표면 에너지를 증가시킬 수 있고, 이로 인해 토양 접착력 및 토양 안정화를 향상시킬 수 있다.
불연속부가 없는 패턴화된 지오그리드의 일례를 예시하는 도 1b, 및 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하는 도 1a를 참조한다. 도 1a의 실시형태에서, 기하학적 패턴은 삼각형 또는 3축이고, 패턴화된 불연속부는 육각형을 형성하는 것으로 표현된다. 일부의 실시형태에서 불연속부는 개구 범위를 400%만큼 증가시켜 기능적 노드 및 비기능적 노드를 모두 제공할 수 있고, 또한 골재 및 기재가 포착되어 지반공학적 안정화 및 횡방향 구속력을 향상시킨다. 개구 범위의 증가의 이점은 비용 및 환경적 이점을 포함하는 재 료 절감과 동시에 다양한 기하학적 형상의 테스트에서 입증된 바와 같은 성능의 향상이다(도 9).
앞서 설명한 바와 같이, 개구, 또는 리브와 노드 사이에 있는 공극 영역은 각각 종횡비가 커질 수 있고, 골재를 결합하여 지반공학적 환경 내의 토양 요소를 수용하기 위한 중요한 특징이다. 종래기술의 개시와 대조적으로, 균일한 개구 크기 및 형태를 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드(도 1b)는, 골재가 일반적으로 균일하지 않고 시간이 지남에 따라 더 다양해지므로 다양한 골재를 더 잘 포착할 수 있는 패턴화된 불연속부가 없다. 또한, 도 1b의 종래기술의 지오그리드에는 지오그리드의 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되고, z축 또는 평면외 강직성 및 강성을 제공하는 복수의 강축이 없다. 수평 안정화 다층 지오그리드의 패턴화된 불연속부는, 일부의 양태에서, 내측 및 외측 육각형이 골재 및 토양을 포착하기 때문에 기재를 고정하기 위한 "바스켓"을 형성한다. 또한, 육각형 기하학적 형상이 공압출된 압축성 셀룰라 층 등의 다른 양태와 선택적으로 조합되면, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 안정화를 향상시키고, 실트(silt) 및 점토 재료를 구비한 저지대 환경과 같은 훨씬 더 어려운 환경에서 저급 기재 재료를 사용할 수 있게 한다.
본 개시에 따른 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드와 관련된 수많은 장점은 본질적으로 다양하며, 지오그리드가 설치되는 환경에 따라 선택되는 재료가 다라진다. 일체형 지오그리드는, 강축의 패턴 내의 반복되는 불연속부, 배향된 스트랜드 및 개구, 및 높아진 종횡비 덕분에, 패턴화된 불연속부 및 다층 특징이 없는 것에 비해 골재 및 토양을 더 잘 포함할 수 있다. 패턴화된 불연속부, 복수의 강축, 및 압축성 셀룰라 층을 구비한 수평 기계적 안정화 지오그리드는 다양한 골재 크기를 더 잘 수용할 수 있다. 종래의 상업적 지오그리드 구조는 전형적으로 하나의 기본 형상 및 하나의 제한적 치수를 갖지만, 예시된 수평 기계적 안정화 지오그리드(전체를 통해 육각형 지오그리드 기하학적 형상, 또는 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상이라고 지칭됨)는 육각형, 사다리꼴 및 삼각형(도 4a 참조)의 3 가지 상이한 기본 형상을 이용한다. 다음에, 이들 형상은 다양한 형상 및 치수의 배향된 스트랜드 또는 리브에 의해 정의되고 제약된다. 그러므로, 본 개시의 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 골재가 지오그리드의 전체에 걸쳐 분포될 때 통상적으로 발생하는 골재의 다양한 각도, 배향, 및 크기를 더 잘 수용할 수 있다. 또한, 본 개시의 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 향상된 범위의 개구 크기 분포를 제공하여, 종래의 다축 일체형 지오그리드에 제시된 바와 같은 일반적으로 단일 크기의 삼각형 또는 직사각형에 비해 더 다양한 품질의 골재와 결합하여 안정화시킬 수 있는 능력을 얻는다. 도 1a에 도시된 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 예시적인 패턴은 보다 큰 주위 육각형과 조합되는 방해없이 개방된 내측 육각형을 가지므로 최적의 골재 구속 및 횡방향 억제력을 제공한다. 개구 크기의 추가의 분포는 사다리꼴 및 삼각형 개구의 반복을 통해 달성된다.
상호연결된 연속 배향된 스트랜드 및 개구의 강축 패턴 내에서 반복되는 유동적 불연속부로 인해, 본 개시의 수평 기계적 안정화 지오그리드는 또한 종래의 일체형 지오그리드에 비해 스트랜드 요소의 수 및 유형이 증가하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 개시의 지오그리드는 배향된 인장 요소의 수가 증가하고 부분적으로 배향된 접합부의 수가 감소한다. 그러므로, 본 개시의 예시적인 육각형 지오그리드는 다양한 정도의 평면외 및 평면 내의 국부 강성을 특징으로 한다. 본 개시의 육각형 기하학적 형상(도 1a에 예시된)은 지오그리드에 전체적으로 더 큰 평면내 회전 강성을 부여하지만, 더 짧은 길이의 스트랜드는 불연속부 패턴을 포함하지 않는 종래의 지오그리드(1축, 2축, 3축)에 비해 회전 강성을 증가시킨다. 따라서, 예시적인 육각형 지오그리드는 컴플라이언트, 즉 초기 강성 또는 유연성을 특징으로 하며, 최종 수평 골재 지오그리드 복합 강성은 초기 강성의 결과로서 더 큰 강성을 가지며, 더 큰 압축 및 더 높은 밀도로 이어진다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 본 개시의 육각형 지오그리드는 골재 이동에 동심원형의 저항을 제공하는 구속 요소, 즉 스트랜드의 수가 증가한다. 동일한 정도의 육각형 크기에서, 종래의 3축 일체형 지오그리드와 비교하여, 본 개시의 이 실시형태의 다축 일체형 지오그리드는 압축 및 트래피킹 중에 반경방향 하중 운동에 대해 거의 50% 더 많은 구속 요소를 제공한다.
도 1c는 패턴화된 불연속부를 갖는 직사각형 기하학적 형상의 이축 지오그리드의 일례를 예시한다. 이 예에서, 육각형과 유사하게 직사각형 형태 내에 직사각형이 형성되고, 패턴화된 불연속부는 골재를 횡방향으로 구속하는 미시적 및 거시적 상호작용을 가능하게 하고, 골재를 보다 양호하게 포착하기 위하여 공극의 치수를 가변화한다. 일 양태에서, 불규칙한 골재는 불균일한 지오그리드와 상호작용하거나 더 양호하게 압축되며, 이 패턴화된 불연속부는 다양한 형상 및 크기의 골재를 수용한다.
도 1d는 패턴화된 불연속부가 없는 직사각형 기하학적 형상의 이축 지오그리드의 일례를 예시한다(종래기술). 도 1d에서는, 종래의 이축 지오그리드가 개시되어 있고, 이러한 지오그리드는 지오그리드가 없는 지반공학적 환경에 비해 압축성을 개선할 수 있다. 그러나, 패턴화된 불연속부에 관하여 위에서 설명한 바와 같이, 균일한 성질은 다양한 골재의 포착 또는 압축을 불가능하게 하는 공극을 생성한다. 또한, 환경 내에 배치된 경우, 횡방향의 힘은 본 개시에서 예시된 바와 같이 분산되지 않는다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 도 2a는 육각형 지오그리드 및 패턴화된 불연속부를 구비한 예시적인 수평 기계적 안정화 지오그리드에서 미세 골재에 대해 브러시 오버를 사용한 테스트의 예를 예시한 차트이다. 도 2b는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 미세 골재에서 브러시 오버 테스트의 결과를 예시한 일례이다.
도 2c는 육각형 기하학적 형상 및 패턴화된 불연속부가 없는 삼각형 또는 3축 지오그리드에서 미세 골재에 대해 브러시 오버 테스트의 예를 예시한 차트이다. 예시적 실시형태를 대상으로 한 테스트 데이터는 불연속부의 패턴을 포함한 삼각형 기하학적 형상을 그와 같은 불연속부를 포함하지 않는 삼각형 기하학적 형상과 비교되고, 브러시 오버 테스트에서 잔류 입자의 상당한 증가를 보여준다. 불연속부의 패턴을 포함한 수평 기계적 안정화 지오그리드는 배치 중에 입자를 구속 및 포착하고, 압축 중에 유익한 입자간 횡방향 이동에 대해 보다 컴플라이언트하고, 따라서 압축 후의 수평 이동에 대하여 저항성이 더 크다. 이 실시형태는 압축성 셀룰라 층의 추가 없이 브러시 오버 테스트와 같은 표준 테스트에서 우수하다.
도 2d는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드의 미세 골재를 이용한 브러시 오버 테스트의 결과를 예시하는 일례이다. 이 예는 균일한 공극이 패턴화된 불연속부 뿐만 아니라 포착하지 않음을 개시한다. 여기서 패턴화된 불연속부는 다양한 크기 및 형태의 골재 및 토양을 포착한다. 브러시 오버 테스트는 표준 균일 브러시를 사용하여 수행되며, 여기서 골재는 지오그리드 위에 배치되고, 지오그리드는 빈(bin)의 상면에 배치된다. 테스트는 브러시가 골재를 반복적으로 스와이핑(swiping)하는 것으로 진행된다. 일련의 브러시 오버 후, 잔류 골재가 정량화된다. 일례에서, 테스트 대상 위에 배치된 골재는 동일한 골재이며, 통과 값은 빈 내에 위치하는 값이고, 잔류 값은 측정된 총 골재로부터 빈 값을 뺀 값이다. 이와 같은 브러시 오버 테스트는 본 명세서에 개시된 다양한 개선이 종래기술에 비해 어느 정도 성능을 발휘하는지 및 기하학적 형상에 관한 실험적 견해를 제공한다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 3a는 육각형 기하학적 형상 및 패턴화된 불연속부를 구비한 예시적인 수평 기계적 안정화 지오그리드의 리브 및 노드를 포함한 구속 요소의 일례를 예시한다. 도 3b는 불연속부를 구비하지 않는 삼각형 또는 3축 지오그리드 패턴의 리브 및 노드를 포함하는 구속 요소의 일례를 예시한다(종래기술). 이 실시례에서, 예시적인 육각형 기하학적 형상은 2배의 구속 요소 용량을 제공하여, 리브의 증가는 압축 후에 미립자와 기재를 구속하기 위한 추가의 표면적을 제공한다. 이 구속은 구속 요소 용량을 통해 실현되지만 또한 높아진 종횡비를 통해서도 실현된다. 리브 및 노드에 압축성 셀룰라 층을 추가하고, 리브 및 노드의 표면 거칠기를 더 증가시킴으로써 그 결과는 더욱 개선될 수 있다. 또한, 압축후 구속은 트래피킹과 같은 반경방향 하중 운동에 대한 저항을 제공하고, 압축을 도움으로써 골재 이동에 대해 동심원상의 저항을 제공한다.
도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 3축을 따르는 힘 벡터는 특정 구멍에 기초하여 골재를 포착함과 동시에 강축의 전체에 걸쳐 강성을 유지한다. 반면에 본개시는 개선된 골재 수집 및 압축을 위한 3 가지 기하학적 특징, 즉 사다리꼴, 삼각형, 및 육각형을 포함하는 다양한 개구 크기를 갖는다. 횡단 평면 또는 ('A/F') 치수가 추가로 개시되며, 여기서 A/F는 지오그리드 내에서의 거리를 나타내기 위해 사용되는 거리 측정값이다. 패턴화된 불연속부에 관하여, A/F 거리는 외측 육각형이다. 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 3축에 관하여 A/F 거리는 형성된 유일한 육각형이다. 도 3a에서 내측 육각형의 전체를 통해 분산된 힘 벡터가 표시되어 있고, 이것은 외측 육각형을 향해 균일하게 방사되어 실시례의 전체를 통해 힘이 분산된다.
이제 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a는 불연속부의 패턴을 포함하는 삼각형 지오그리드 패턴의 예시적인 힘 벡터의 예시도이고, 일체형 지오그리드의 전체를 통과하는 복수의 강축을 예시하고, 지오그리드의 전체를 통해 포스 아웃 이벤트(force out event)를 확산시킴으로써 지반공학적 환경 내의 트래피킹을 개선한다. 도 4b는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예시적인 힘 벡터의 예시를 개시한다. 예시적인 육각형 구조는 본 명세서에서 복수의 강축으로 지칭되는 강축 리브를 따라 다방향 지지를 제공한다. 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 3축은, 예를 들면, 트래피킹으로부터의 힘을 소산시키는 구조를 더 적게 갖는다. 따라서, 패턴화된 불연속부를 구비한 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 기하학적 형상은 지반공학적 환경 내에서의 지오그리드의 안정성 및 탄력성을 더 증가시키는 복수의 강축을 통해 힘을 소산시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드 및 패턴화된 불연속부를 포함하지 않은 삼각형 또는 3축 지오그리드로부터 얻어진 다양한 리브 및 노드에 따른 종횡비의 일례를 예시한다. A-E로 표시된 리브는, 일례에서, 골재 및 토양의 구속의 기초인 사다리꼴 내부를 묘사한다. 또한, 도 6의 차트는 본 개시와 종래기술의 실시형태에 걸쳐 리브 높이 종횡비를 예시한다. 이 차트는 또한 발포체 또는 특정 물질이 종횡비를 증가시키고 프로필렌의 사용량을 감소시켜 기존 지오그리드보다 우수한 성능의 환경친화적인 대체물을 만드는 압축성 셀룰라 층의 추가적인 이점을 예시한다.
도 5 및 도 6의 실시형태에서, 폴리머 외부는 압축가능한 셀룰라 코어라고도 부르는 압축성 셀룰라 재료의 코어의 상하부에 있으며, 일 양태에서, 이 압축성 셀룰라 재료 CaCO3로 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 이것은 압축성 셀룰라 층을 생성하는 다른 섬유 재료 또는 공학적 발포제일 수 있다. 지오그리드가 설치되는 적용 분야에 따라 압축성 셀룰라 재료의 예에 따르면, 미립자상의 충전재 등의 이러한 압축성 셀룰라 미립자상의 재료에는 CaCO3(칼슘 카보네이트), 수성 마그네슘 실리케이트(탈크), CaSiO3(울라스토나이트), 칼슘 설페이트(석고), 규조토, 티타늄 이산화물, 나노 필러(나노 클레이 등), 다중벽 탄소 나노튜브, 단일 탄소 벽 탄소 나노튜브, 천연 또는 합성 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 돌로마이트, 실리카, 마이카, 및 알루미늄 하이드레이트 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 발포제의 예와 관련하여, 화학적 발포제의 혼합물은 압축성 셀룰라 층을 형성하기 위해 압출되는 폴리머와 혼합되며, 여기서 압출 공정으로부터의 열은 폴리머를 용융시키고, 발포제를 분해하여 가스를 방출하고, 압축성 셀룰라 층을 형성한다. 폴리프로필렌과 결합하여 원하는 효과를 생성하는 모든 발포제가 사용될 수 있고, 일 실시례에서는 Bergen International??에 의해 제조되는 제품이 사용될 수 있다. 일례에서, 멜트 플로 레이트 인덱스 ASTM D1238-20가, 그리고 다른 예에서는 ASTM D4218-20이 사용된다.
다음에 도 7을 참조하면, 10,000회의 트래피킹 패스를 거치는 동안 단층 대 공압출된 삼각형 또는 3축 지오그리드의 비교를 예시하는 차트이다. 이 예는 일체형 지오그리드를 형성하기 위해 재료의 공압출에서 관찰될 수 있는 이점을 설명한다. 이 예에서, 차트는 종래기술의 단층의 이점에 비한 공압출의 잠재적 이점을 보여주며, 또한 공압출된 구조는 전체 표면 변형과 리브 종횡비 사이의 관계의 측면에서 이점을 보여준다. 이 차트는 공압출된 지오그리드가 높은 종횡비에 의존하지 않고도 더 낮은 표면 변형을 얻을 수 있음을 나타낸다. 이 예에서, 테스트의 기준은 샘플링된 지오그리드의 평면 치수의 전체에 걸쳐 66 mm 길이(도 3a 및 도 3b 참조)는 광범위한 골재에 걸쳐 비교가 곤란함을 지적한다.
10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 단층 대 공압출 삼각형 또는 3축 지오그리드의 비교를 예시하는 차트인 도 8을 참조하면, 이는 공압출에 항상 이점이 존재하는 것은 아니며, 재료 특성과 기하학적 형상의 둘 모두의 조합이 중요한 역할을 한다는 것을 설명한다. 이 예에서, 평면 치수의 전체에 걸쳐 80 mm의 보다 표준인 지오그리드 치수(치수의 예는 도 3a 및 도 3b를 참조), 결과는 공압출의 이점이 더 적다는 것을 나타낸다. 이 예의 결론은 재료 특성(단층, 공압출됨)과 기하학적 형상(60 mm A/F, 80 mm A/F)의 둘 모두에서 이점이 있다는 것이다.
이제 도 9를 참조하면, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드 및 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 3축 지오그리드의 두 기하학적 형상이 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 감소된 리턴을 설명하는 리브 종횡비의 예시적인 비교를 예시한다. 이 예에서, 삼각형 또는 3축 지오그리드의 단층 샘플(패턴화된 불연속부를 구비하는 것과 구비하지 않는 것)은 리브 종횡비 및 표면 변형을 예시한다. 이 예에서, 패턴화된 불연속부 및 강축은 구속 요소의 증가 및 표면 변형의 개선된 결과를 가능하게 한다. 도 9에 도시된 패턴화된 불연속부를 구비하지 않는 것에 비교되는 본 개시의 이점은 일체형 접합부, "스노우 슈(snow shoe)" 효과를 생성하는 다양한 골재를 구성하기 위한 3 가지 상이한 형상 및 크기의 조합, 및 그리드 강도를 위한 3 방향의 연속 리브를 포함한다. 종래기술에 비한 이들 이점은 구속 요소에 대한 다양한 치수 특성, 구속 요소에 대한 다양한 기계적 특성, 및 사소하거나 중요한 일체형 접합부의 조합에 기인한 평면 내 및 평면 외 강성과 같은 거시적 수준의 다양한 기계적 특성을 가능하게 한다.
이제 도 10을 참조하면, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드와 불연속부 및 복수의 강축을 구비하지 않은 3축 지오그리드가 10,000회의 트래피킹 패스를 거칠 때 리브 종횡비와 표면 변형 사이의 관계에 미치는 기하학적 형상의 영향의 예시적 비교를 예시하고 있다. 도 10은 기하학적 형상의 관점에서 표면 변형의 감소의 이점을 나타낸다. 이 예에서, 두 샘플이 공압출되며, 하나의 샘플은 강축 및 패턴화된 불연속부의 삼각형 또는 3축 기하학적 형상을 가지며, 다른 하나는 강축 및 패턴화된 불연속부가 없다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 강축 및 패턴화된 불연속부의 기하학적 형상은 육각형 기하학적 형상이라고도 부른다. 결과로서 얻어진 차트는 더 낮은 리브 종횡비에서 더 낮은 표면 변형을 나타내며, 따라서 패턴화된 불연속부를 구비한 강축은 더 낮은 종횡비의 리브를 가지며, 표면 변형을 감소시킨다.
이제 도 11을 참조하면, 이것은 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드의 유사한 기하학적 형상의 예시적 트래피킹 성능을 예시하는 차트로서, 압축성 캡 셀룰라 층을 갖는 실시형태와 압축성 코어 셀룰라 층을 갖는 실시형태의 테스트에 의해 압축성 캡 층이 더 우수한 성능을 갖는다는 것을 설명한다. 일 양태에서, 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상은 공압출되었고, 폴리머 재료의 코어를 포함하고, 압축성 셀룰라 층으로 더 캐핑(capping)되어 있다(도 11에서 압축성 캡으로 지칭됨). 다른 양태에서, 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상이 공압출되고, 압축성 셀룰라 재료의 코어를 가지며, 폴리머 시트 또는 층(도 11에서 압축성 코어로 지칭됨)로 캐핑된다. 이 예에서, 압축성 셀룰라 층을 추가하면, 네스팅과 리브 종횡비가 증가함과 동시에 폴리머의 사용량이 감소된다. 이 차트는 압축성 캡의 양태에서 표면 변형의 개선이 압축성 코어의 것에 비해 개선되었음을 나타낸다. 실험과 테스트를 통해 압축성 캡이 표면 거칠기를 추가함으로써 골재와 토양의 마찰 및 상호작용을 증가시킨다는 결과를 확인하였다.
이제 도 12를 참조하면, 도 12는 압축성 층의 위치 및 리브 종횡비가 압축성 캡 셀룰라 층 및 압축성 코어 셀룰라 층을 구비한 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 삼각형 또는 3축 지오그리드의 기하학적 형상에서 표면 변형에 관련되므로 그 영향에 관한 예를 예시하는 차트이다. 이 예의 결과는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 두 실시형태 모두 리브 종횡비가 낮으므로 더 적은 폴리머 재료를 필요로 하며 유사한 성능을 발휘함을 나타낸다. 반면에, 높은 종횡비의 비압축성 종래기술은 표면 변형이 거의 없고, 골재 및 토양의 압축 및 고정을 불가능하게 하고, 리브 높이를 증가시키기 위해서는 더 많은 폴리머 재료 및 비용이 요구된다.
이제 도 13을 참조하면, 이것은 패턴화된 불연속부, 복수의 강축 및 절첩가능한 캡을 추가한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 최적화된 기하학적 형상의 패턴화된 불연속부를 구비하지 않은 종래기술의 높은 종횡비 및 압축불가능한 캡 셀룰라 층의 삼각형 또는 3축 지오그리드에 대한 이점을 예시하는 차트이다. 이 예에서, 비압축성 단층 지오그리드를 패턴화된 불연속부 및 강축을 구비한 3축 지오그리드와 비교하여 기하학적 형상과 압축성 셀룰라 층이 제공하는 개선을 보여준다. 이 예에서, 비압축성 단층은 높은 종횡비('HAR')를 포함하여, 기하학적 형상 및 압축성 셀룰라 층의 테스트에 집중한다. 트래피킹의 결과는 높은 종횡비를 가진 단층에 비해 리브 종횡비 및 성능이 급격히 저하하는 것을 보여준다. 따라서, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상을 압축성 셀룰라 층과 결합하면, 패턴화된 불연속부가 없고 높은 종횡비를 구비하는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상보다 성능이 뛰어나게 된다. 결과는 리브 종횡비가 감소하고 성능이 향상됨에 따라 재료가 절약되어 도 13에 설명된 구성을 사용하여 환경적 및 비용적인 절감을 얻을 수 있음을 나타낸다. 또한 이 결과는 단층과 다층 사이의 리브 종횡비가 유사하다는 것을 나타내며, 이는 성능의 향상이 압축성 셀룰라 층에 대해 상대적이며, 공극이 골재를 포착하여 더 긴 트래피킹 기간에 걸쳐 구조를 유지한다는 것을 나타낸다. 또한, 변형은 덜 심각하므로 지반공학적 환경을 안정화하고, 또한 더 긴 트래피킹 라이프사이클을 제공하기 위한 최적의 골재 구속 및 횡방향 구속을 생성한다.
이제 도 14a를 참조하면, 이것은 종래기술의 예에 대한 압축성 셀룰라 층에 더하여 복수의 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 개선점의 일례를 예시한 차트로서, 압축 테스트에서 여러 가지의 지오그리드 성능 개선을 나타낸다. 압축 테스트의 예는 도 14c에 개시되어 있으며, 프로브 등의 장치를 사용하여 테스트된 지오그리드 상에 힘을 가하고, 다음에 완전 압축되는 힘의 양을 측정한다. 이 예에서, 일체형 지오그리드의 압축성과 반발력의 둘 모두가 테스트되었다. 차트에서 관찰되는 바와 같이, 셀룰라 구조, 즉 공압출된 또는 압축성 코어 및 압축성 캡을 가진 층이 셀룰라 구조가 없는 층, 즉 단층의 폴리머 재료만을 가진 층에 비해 실질적으로 더 큰 성능을 갖는다. 이 예에서 공압출된 예는 발포제로 구성된 압축성 셀룰라 층을 포함한다. 또한, 연질 발포체 및 경질 발포체의 개시는 다양한 압축성을 가능하게 하며, 그 사용은 지반공학적 환경에 의해 결정된다. 다른 예에서, 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 충전재로 형성될 수 있다.
이제 도 14b를 참조하면, 이것은 선행기술의 지오그리드의 예에 더하여 복수의 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상의 일례를 사용하여 125 N의 힘에서 압축성(mm)의 일례를 예시하는 차트이다. 여기서 결과는 각각의 예에 집중된 힘을 가하는 장치로부터의 결과이며, 하나의 실시형태에서, 힘은 지오그리드에 집중된 힘을 목표로 하는 대형 핀 장치에서 나온 것이며, 다음에 결과는 압축성 결과로서 측정된다. 이 장치는 1.6 mm 폭의 금속 프로브 및 125 N의 힘을 적용하여 일체형 지오그리드의 시편을 압축시킨다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 셀룰라 구조를 구비하는 층을 갖는 일체형 지오그리드 시편, 즉 압축성 캡의 압축성은 셀룰라 구조의 층을 갖지 않는, 즉 단층인 시편의 압축성보다 상당히 더 크다.
이제 도 14c를 참조하면, 압축성 테스트를 수행하여 도 14a 및 도 14b의 데이터를 도출하는 예시적 장치이다. 이 예에서 프로브는 지오그리드 또는 시편 내에 강제로 삽입된다. 일 양태에서, 테스트는 ASTM D695 하에서 단위 면적 당 압축 강도를 측정하기 위해 수행된다. 결과는 응력-변형률 곡선에서 영구 항복점, 제로 기울기에서 측정된 압축 항복 강도이다. 극한 압축 강도는 시편을 파단시키는데 필요한 응력이며, 폴리프로필렌 등의 파단되지 않은 재료는 1%, 5%, 또는 10%의 비변형(specific deformation)으로서 보고되는 결과를 가질 수 있다. 도 14c의 예에서, 결과적인 힘은 지오그리드를 압축시키며, 여기서 압축의 양은 도 14a 및 도 14b에 개시된 바와 같이 측정되어 표로 작성된다. 압축성 셀룰라 층 내의 압축성은 본 명세서에 개시된 다른 개선사항과 함께 토양 및 골재의 포착을 제공한다. 지반공학적 환경 내에서, 압축성은 더 우수한 횡방향 구속을 가능하게 하고, 토양 및 골재의 추가의 압축을 가능하게 한다.
이제 도 15를 참조하면, 본 명세서의 예시적 실시형태를 예시하는 차트 및 테이블로서, 육각형 기하학적 형상, 즉 압축성 셀룰라 층으로 제작된, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비한 삼각형 또는 3축인 기하학적 형상을 구비하는 다층 지오그리드의 테스트 시에 강성 및/또는 강도의 공칭 손실을 묘사하고 있다. 또한, 테스트 결과는 폴리머 재료의 감소가 샘플링된 지오그리드의 강성을 명목상으로만 변경하는 것을 나타낸다. 따라서, 압축성 셀룰라 층을 추가하면 폴리머 재료가 제공하는 강도를 희생하지 않고도 골재 구속의 이점, 제조 비용 감소, 및 환경적 이점을 얻는다. 또한, 본 명세서에 개시된 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축의 기하학적 발전은 일체형 조인트, 및 골재 및 토양을 포착하기 위한 다양한 형상을 제공한다.
도 16a는 패턴화된 불연속부 또는 복수의 강축(종래기술)를 구비하지 않은 예시적인 폴리머 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예시도이고, 도 16b 및 도 16c는 복수의 강축 및 공학적 패턴 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 지오그리드의 예를 예시하고 있다. 도 16b 및 도 16c의 예에서, 폴리머 재료는 본 명세서에서 압축성 셀룰라 코어 또는 압축성 코어로 지칭되는 압축성 셀룰라 층의 상면 및 저면 상에 위치해 있고, 도 16c의 차트에서는 기하학적 형상의 차이를 예시하고 있다. 이 예에서 불연속부를 포함하는 기하학적 형상은 비배향된 노드가 지오그리드의 제곱 미터 당 20% 적고, 배향된 인장 요소가 56% 더 많다. 도 10에 제공된 기하학적 형상의 테스트의 예에 제공된 바와 같이 비배향된 노드 및 배향이 더 많은 인장 요소는 트래피킹 저항을 증가시키고 골재 구속을 더 양호하게 하는 데 기여한다.
도 16a 내지 도 16c, 일 양태에서, 샘플 데이터에 따르면, 패턴화된 불연속부를 구비한 삼각형 또는 3축 기하학적 형상이나 수평 기계적 안정화 지오그리드라고도 부르는 예시적인 육각형 기하학적 형상은 골재의 압축 중에 바스켓 또는 스노우 슈를 형성할 수 있다. 이 바스켓은 더 큰 외측 육각형 및 더 작은 내측 육각형의 고육의 기하학적 형상으로 형성되고, 외측 육각형은 통상적으로 더 두꺼운 폴리머 종횡비로 만들어지고, 내측 육각형은 보다 유연하고 더 얇은 폴리머 종횡비를 갖는다. 따라서, 본 예에 따르면, 바스켓 또는 스노우 슈는 (압축성 셀룰라 층을 통해) 리브의 표면적을 증가시킬 뿐만 아니라 공재와의 접촉량을 증가시킨다(표면 거칠기 및 압축성 셀룰라 층을 통한 접촉).
추가의 양태에서, 외측 육각형 상의 노드(도 4a 참조)는 복수의 강축을 사용하여 안정성을 제공하면서도 보다 유연한 내측 육각형을 사용하여 네스팅 및 압축이 발생할 수 있게 한다. 이 예에서 참조되는 노드는 리브들이 교차하는 지점이며, 일 실시형태에서는 높은 종횡비를 갖는다. 외측 육각형의 노드는 확대되어 강성을 부여하는 반면에 내측의 예시적인 육각형 노드는 축소되어 골재를 포착 및 정착하도록 약간의 유연성을 가능하게 한다(도 4a 참조). 힘과 기능은 다양한 방식으로 작용한다; 첫째, 일체형 노드는 강성과 강직성을 가능하게 하고; 둘째, 패턴화된 불연속부로 형성된 다양한 형상은 다양한 골재 및 토양의 포착을 가능하게 할 뿐만 아니라 횡방향 이동을 감소시킬 수 있다. 단층에 대비되는 공압출의 이점 및 압축성 셀룰라 층의 추가와 같은 다른 장점은 골재의 포착 및 압축을 더욱 발전시켜 토양의 파지력을 개선한다. 도 7 내지 도 13의 결과에서 설명되는 바와 같이, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축은 압축성 셀룰라 층 및 높은 리브 종횡비와 결합하여 종래기술 뿐만 아니라 테스트 및 검증 결과를 초과하는 향상을 제공한다.
도 17a(종래기술)는 패턴화된 불연속부 또는 압축성 셀룰라 층을 구비하지 않은 예시적인 폴리머 3축 지오그리드를 예시하고, 도 17b 및 도 17c와 비교하여, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 구비하는 삼각형 또는 3축 지오그리드라고도 지칭되는 예시적인 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 예시한다. 이 예에서, 폴리머 재료는 압축성 셀룰라 층의 상면 및 저면 상에 있다. 또한, 육각형의 노드 내에서 높은 종횡비는 지오그리드에 더 큰 횡방향 구속을 제공하며, 이는 도 17c에서 노드의 종횡비로부터 리브까지의 화살표로 더 명확하게 묘사되어 있다. 일 실시형태에서, 리브 종횡비는 노드 종횡비보다 낮다. 기타 실시형태에서, 리브 종횡비 및 노드 종횡비는 유사한 높이이다. 추가의 실시형태에서, 패턴화된 공학적 불연속부에 의해 생성된 육각형 기하학적 형상 내의 육각형은 오목한 보울(bowl) 또는 오목한 영역을 제공한다. 도 17c의 예에서, 강축을 구비한 고유 패턴은 더 높은 종횡비를 갖는 외측 육각형 노드(더 크고 더 강한 노드), 및 더 낮은 종횡비를 갖는 내측 육각형 노드(유연성이 증가된 것)에 의해 형성되어, 골재를 정위치에 구속 및 고정시킬 수 있는 컵 또는 보울을 형성한다. 이 양태에서, 구속력이 증가되고, 다양한 기재에서의 사용이 가능해지고, 폴리머의 최상층 및 최하층을 통해 강성도 유지된다. 이러한 실시형태에서, 패턴 내의 공극 영역에 기인하여 골재가 네스팅된다. 더욱 추가적인 실시형태에서, 내측 육각형이 압축성 셀룰라 층을 통해 추가의 높이를 수용하는 돔 형상이 가능해질 수 있고, 이러한 실시형태는 공압출 프로세스를 통하여 구축될 수 있고, 육각형 지오그리드의 폴리머 골격 또는 구조로부터 횡방향 구속 및 강성을 향상시킬 수 있다.
계속하여 도 17d를 참조하면, 압축성 캡을 구비한 추가의 실시형태이고, 여기서 압축성 셀룰라 층은 폴리머 지오그리드, 또는 복수의 강축 및 패턴화된 불연속부를 구비한 수평 기계적 안정화 지오그리드의 상면 및 저면 상에 있다. 도 17c의 압축성 코어와 유사하게, 도 17d에서, 압축성 캡은 더 적은 폴리머 재료를 이용하여 더 높은 종횡비를 생성한다. 일부의 예에서, 압축성 캡의 실시형태는 표면 거칠기가 압축성 셀룰라 층에 내장되어 있으므로 더 양호한 성능을 발휘하고, 더 거친 표면적을 생성하거나 표면적으로 증가시키기 위한 추가의 첨가제 또는 제조 공정을 필요로 하지 않는다. 마찬가지로, the 압축성 캡 셀룰라 층은 개방형 또는 폐쇄형 셀룰라 층일 수 있고, 본 실시례는 폐쇄형 셀 공학적 폼으로, 폐쇄형 셀은 공기의 포켓을 가둘 수 있고, 횡력 및 트래피킹으로부터 추가로 안정화를 제공한다.
이제 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 이것은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 가로질러 수평으로 이동하는 골재 하중의 예를 예시한다. 이 예에서, 도 18a는 압축성 셀룰라 층을 구비한 지오그리드의 "유동적 리브" 또는 리브의 일례를 개시하며, 높은 종횡비를 생성하고, 기하학적 형상 및 종횡비의 친수성으로 인해 골재가 횡방향으로 구속되게 된다. 또한, 토양 또는 골재 내의 모세관 힘은 흡인(attraction)을 가능하게 하고, 이로 인해 일부의 실시형태의 친수성은 입자의 흡인과 파지를 가능해진다. 도 18a의 예에서, 골재 및 토양은 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 육각형 기하학적 형상의 유동적 육각형 리브 또는 리브에 대하여 수평방향의 힘으로 이동하고, 이로 인해 횡방향 구속을 증가시킨다.
도 18b의 예에는 압축성 셀룰라 층을 구비하지 않은 폴리머 지오그리드가 개시되어 있다. 이 폴리머 지오그리드는 압축성 셀룰라 층이 갖는 부력 또는 유동적 양태를 갖지 않는다. 도 18a의 폐쇄 셀형 압축성 셀룰라 층은 셀 내에 공기를 가둘 뿐만 아니라 유동을 가능하게 하는 물리흡착 반응을 제공한다. 비교하면, 비유동적 리브는 공기 분자가 없고, 더 적은 저항으로 토양 및 골재의 수평 하중이 횡단하는 것이 가능하다.
이제 도 19a 내지 도 19c를 참조하면, 패턴화된 공학적 불연속부 및 압축성 셀룰라 층의 코어를 갖는 복수의 강축을 구비하는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 압축의 일례가 예시되어 있다. 이 예는 본 발명에서 압축성 코어로 지칭되지만 다른 예에서는 압축성 캡에 동일한 원리가 적용된다. 이 예에서, 압축성 셀룰라 층 내에서 발견되는 공극 또는 기공 또는 개구는 골재의 구속을 위한 포켓을 제공할 뿐만 아니라 횡방향 구속 및 압축 저항을 제공한다. 이 예에서, 도 19a는 압축성 셀룰라 층의 상면 및 저면 상의 폴리머 재료를 예시하며, 여기서는 압축이 발생하지 않았으며, 및/또는 트래피킹이 코어 셀룰라 층을 압축하지 않았다.
이 예에서, 폴리머 재료는 강성 및 강직성을 제공하는 한편 압축성 셀룰라 코어 층은 본 명세서에 기재된 다른 이점들 중에서도 종횡비의 증가 및 폴리머의 필요성 감소를 가능하게 한다. 도 19b에서, 트래피킹 또는 기타 힘에 의해 하중이 증가함에 따라 시스템의 압축에 의해 골재 및 토양이 고정되거나 압축되어 지반공학적 환경을 안정화하고, 더 나아가 횡방향 구속 및 압축 특성을 제공한다. 골재의 품질이 낮고, 토양의 조건이 열악한 지역에서는 팽창하는 압축성 셀룰라 층이 미세 입자 및 거대 입자의 고정 및 안정화에 도움을 준다. 도 19c에서, 시스템은 공극이 압축되고 밀도가 증가함에 따라 트래피킹 또는 기타 힘 하에서의 항복 또는 압축이 정지된다. 시스템 상에의 결과적인 작용에 의해 골재를 고정하고 하중 또는 트래피킹이 발생했을 때의 안정화를 증가시키는 메커니즘이 제공된다.
이제 도 20을 참조하면, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 압축성 셀룰라 층 내의 공극의 일례가 예시되어 있다. 칼슘 카보네이트 CaCO3 또는 플라이 애시 등의 첨가제를 첨가하여 재료의 거칠기를 변경할 수 있고, 보강제로 공극을 채울 수 있다. 이 예에서, 강직화는 압축성 셀룰라 층이 추가의 강성을 발전시킬 수 있도록 하는 입자로부터 유래할 수 있다. 그럼으로써, 일부의 실시형태에서, 압축성 셀룰라 층의 강성이 증가함에 따라 압축성이 감소된다. 따라서, 파괴에 이르는 트래피킹 사이클의 양을 증가시킬 수 있다.
이제 도 21a 및 도 21b를 참조하면, 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축을 갖는 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드에서 첨가제를 함유하는 압축성 셀룰라 층의 향상된 이미지의 일례가 예시되어 있다. 도 21a의 예에서, 첨가제는 폴리프로필렌의 표면 에너지의 2 배의 표면 에너지를 갖는 것으로서 설명되어 있다. 도 21b에서, 첨가제는 폴리프로필렌의 표면 에너지와 동일한 표면 에너지를 갖는다. 첨가제는 거칠기를 허용 및 제공하여 지오그리드, 토양, 및 골재를 구비한 환경 등의 지반공학적 환경과의 마찰을 증가시키는 셀룰라 층 및/또는 폴리머 재료의 표면적 및 능력을 증가시킨다.
일례에서, 규조토(DE)를 압축성 셀룰라 층의 표면에 첨가하여 중량의 거의 추가하지 않고도 표면 거칠기를 증가시킨다. 또한, DE는 환경 내의 물 또는 수분을 흡수(DE는 물리흡착 특성을 가짐)하여, 토양 및 골재 내에서 모세관 힘을 활성화할 뿐만 아니라 소수성 특성을 갖는 폴리머 재료의 반발력을 방지한다. 다른 예에서, DE는 거칠기, 다공성 및 수분 흡수 등의 특성이 골재 안정화에 유익한 특성을 제공하는 압축성 셀룰라 층을 위한 충전재로서 사용될 수도 있다. 추가의 양태에서, DE는 또한 중금속(AL, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, 및 Zn 등)을 흡수하므로 포장도로 아래 및 배출 농도가 생태계에 해를 끼칠 수 있는 지반공학적 엔지니어링 프로젝트에 적용될 때 생태학적 이점을 제공한다.
다른 양태에서, 토양 환경 내에서 수분 또는 물의 함량으로 인해 시간이 지남에 따라 천천히 용해되어 골재를 침전시키고 골재를 컨포밍(conforming) 및 더욱 네스팅시킬 수 있는 폴리락틱산 (PLA)을 사용할 수 있다. 일 양태에서, PLA는 셀룰라 층의 표면 상에 불규칙한 형태로 용해되어 표면 거칠기, 표면 에너지를 증가시킬 뿐만 아니라 표면적 및 마찰을 증가시킨다. 다른 양태에서, 폴리머 재료의 표면에 PLA가 첨가되어, 표면 거칠기, 및 주변의 지반공학적 환경과 접촉할 때의 마찰력을 추가한다.
이제 도 22를 참조하면, 패턴화된 공학적 불연속부를 구비한 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드에서 첨가제를 함유한 압축성 셀룰라 층의 향상된 이미지의 추가의 일례가 예시되어 있다. 일 양태에서, 개질 입자 또는 첨가제는 표면 거칠기를 증가시킬 수 있으므로 표면적 및 기재와의 표면 접촉을 증가시킬 수 있다. 첨가제의 예에는 CaCO3(칼슘 카보네이트), 수성 마그네슘 실리케이트(탈크), CaSiO3(울라스토나이트), 칼슘 설페이트(석고), 규조토, 티타늄 이산화물, 나노 필러(나노 클레이), 다중벽 탄소 나노튜브, 단일 탄소 벽 탄소 나노튜브, 천연 또는 합성 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 돌로마이트, 실리카, 마이카, 및 알루미늄 하이드레이트가 포함될 수 있다.
도 22에서, 공극이 강조되어 있고, 개질 입자 또는 첨가제가 셀룰라 층의 공극 내에 서로 맞물려 매립된 것으로 도시되어 있다. 셀룰라 층의 다공성은 친수성 특성과 함께, 일부의 양태에서, 토양의 접착력 및 안정화를 증가시킨다. 다른 양태에서, 첨가제를 함유하는 공극을 포함하는 다공성을 갖는 셀룰라 층을 구성하는 발포제가 개시되며, 여기서 첨가제는 거칠기를 증가시키고, 셀룰라 층 내의 압축성을 감소시켜 보강제로서 작용한다. 기타 실시형태에서, 첨가제는 셀룰라 층의 외부에 있고, 보강제를 형성하지 않으며, 거칠기를 증가시키는 역할을 한다. 이 다양한 양태는 지반공학적 환경에 대해 상대적이며, 당업자는 본 개시를 통해 종래기술에 비해 셀룰라 층에 대한 첨가제 또는 기타 재료의 이점을 알 수 있을 것이다.
이제 도 23a 및 도 23b를 참조하면, 수평 기계적 안정화 지오그리드의 리브 단면의 향상된 이미지의 일례가 예시되어 있으며, 연신된 형태 및 압축된 형태에서 도 23a는 압축성 셀룰라 층을 구비한 것이고, 도 23b는 폴리머 구조만을 구비한 것이다. 도 23a 및 도 23b에는 예시적인 수평 기계적 안정화 다층 지오그리드가 제조된 상태 및 하중 하의 상태(트래피킹 테스트에서 볼 수 있는 것)로 예시되어 있다. 제조 상태의 셀룰라 층 내의 공극이 예시되어 있고, 그 수는 발포제, 또는 셀룰라 층을 형성하는 데 사용되는 재료에 따라 달라지며, 일 양태에서, CaCO3가 사용된다. 하중을 받으면, 수평 기계적 안정화 지오그리드가 골재를 압축 및 고정하고, 이 예에서는 높이가 2.4 mm로부터 1.5 mm까지 압축되어 0.9 mm의 압축을 나타내며, 횡방향 구속 및 골재 안정화를 제공한다.
이제 도 24a 및 도 24b를 참조하면, 폴리머 표면(도 24b)과 압축성 셀룰라 층 표면(도 24a) 사이의 현미경적 비교의 일례가 예시되어 있으며, 압축성 셀룰라 층의 거칠기가 증가한 것을 예시한다. 압축성 셀룰라 층 상의 표면 거칠기의 현미경적인 평가의 일례가 예시되어 있고, 앞서 논의된 바와 같이, 골재 및 토양과 접촉하는 표면적이 더 크다. 이러한 상호작용은 미세 입자를 포함할 뿐만 아니라 이동하는 토양 및 골재에 대한 마찰 및 횡방향 구속을 제공한다. 횡방향 구속은 핵심적 방법이며, 종종 지오그리드에 압축성 셀룰라 층을 가함으로써 트래피킹의 결과이고, 표면 거칠기 및 표면적의 증가는 토양을 구속하고 압축을 발생시키는데 놀라운 결과를 보여주었다.
또한, 도 24a 및 도 24b에서, 압축성 셀룰라 층(도 24a)은 표면 마감이 매끈한 폴리머 재료(도 24b)에 비해 뚜렷한 장점을 제공하여 압축성, 친수성, 및 표면 거칠기/면적의 증가를 가능하게 한다. 일 양태에서, 폴리머 재료는 내성이 없고 압축 및 파괴를 증가시킬 수 있는 줄무늬, 또는 긴 그루브 또는 채널을 형성할 수 있다. 다른 양태에서, 압축성 셀룰라 층은 불규칙한 패턴을 형성하고 표면의 전체에 걸쳐 지오그리드의 이동에 마찰 및 구속을 제공하는 표면을 가질 수 있다. 또 다른 양태에서, 압축성 셀룰라 층은 친수성 특성 및 첨가제와의 더 큰 상호작용을 가능하게 하는 종횡비를 증가시킬 수 있다.
이제 도 25a 및 도 25b를 참조하면, 압축성 셀룰라 층의 높은 표면 에너지를 갖는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상 지오그리드 및 패턴화된 불연속부의 접촉각 대 표면 에너지 측정 대 종래의 폴리머 지오그리드의 낮은 표면 에너지의 일례가 예시되어 있다. 일 양태에서, 폴리머 재료 및 소수성 특성은 낮은 표면 에너지를 생성하여 토양의 접착을 감소시킨다. 토양 접착력은 물과 고체 표면(폴리프로필렌과 같은 폴리머 재료 등) 사이의 인력의 원인이 되는 힘이다. 접착력은 물이 물질에 "점착"할 수 있게 하는 원인이 된다. 또한, 물은 공기와 대조적으로 물 분자가 다른 물 분자에 더 끌리므로 표면 장력의 특성을 나타낸다. 물은 표면은 필름 또는 층처럼 거동하여 서로 부착된다.
도 25a 및 도 25b의 예에서, 압축성 셀룰라 층의 특징인 높은 표면 에너지로 인해 토양의 접착 및 이에 따라 토양의 흡착이 가능해진다. 또한, 일부의 양태에서, 압축성 셀룰라 층은 CaCO3 등의 친수성 재료로 구성되고, 그 결과 접착력 및 표면 장력의 둘 모두를 나타내고, 그 결과 토양 및 골재 입자를 끌어당겨서 안정화를 향상시킨다. 몇 가지 예를 들면, 폴리머 재료, 유리, 스테인리스강에서 볼 수 있는 높은 접촉각은 낮은 표면 에너지 및 비점착 특성을 초래한다. 반면에, 본 개시의 이점은 수평 기계적 안정화 지오그리드의 압축성 셀룰라 층이 낮은 접촉각 및 높은 표면 에너지를 가질 수 있으며, 분리 특성을 낮고, 토양과 셀룰라 층 사이에 접착력을 생성한다.
이제 도 26을 참조하면, 다양한 실시형태 및 시편의 변위를 측정하기 위해 사용된, 특히 압축성 셀룰라 층 내의 경질 발포체와 연질 발포체 사이의 차이를 테스트하는 PLTR(Plate Load Test Rig)의 일례가 예시되어 있다. 이 PLTR 테스트에서는, 4 인치 층의 골재 및 발포체 층 사이에 지오그리드 시편을 적층시키고, 발포체 층 아래에 강 플레이트를 배치한다. 지오그리드 실시형태 또는 시편의 압축성을 판정하기 위해, 골재/일체형 지오그리드/발포체 스택에 10 사이클에 걸쳐 1,000 파운드의 힘을 가한다. 다음에 이 지오그리드 실시형태 또는 시편을 장치로부터 취출하고, 리브의 압축성 및 표면 손상을 조사한다. 도 26에 도시된 PLTR 장치를 사용한 테스트로부터 다양한 지오그리드 시편의 평균 변위가 주어진 발포체가 생성하는 다양한 특성과 함께 판정될 수 있다.
II. 실시형태
본 개시와 일치하는 시스템 및 방법의 특정 구현형태가 이하에 제공된다:
구현형태 1. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템으로서, 지반공학적 환경; 및 실질적으로 평면인 지오그리드를 포함하고, 이 실질적으로 평면인 지오그리드는 복수의 강축 리브 및 노드; 기재의 압축성을 강화하고 평면 외 강성을 증가시키기 위한 패턴화된 구조의 공학적 불연속부; 및 지오그리드 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층을 포함한다.
구현형태 2. 구현형태 1의 지오그리드 시스템으로서, 복수의 강축 리브는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상이다.
구현형태 3. 구현형태 1의 지오그리드 시스템으로서, 복수의 강축 리브는 직사각형 기하학적 형상이다.
구현형태 4. 구현형태 1의 지오그리드 시스템으로서, 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성한다.
구현형태 5. 구현형태 4의 지오그리드 시스템으로서, 육각형 구조는 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형 육각형을 포함한다.
구현형태 6. 구현형태 5의 지오그리드 시스템으로서, 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비이고, 여기서 노드는 리브에 비해 증가된 종횡비를 갖는다.
구현형태 7. 구현형태 1의 지오그리드 시스템으로서, 복수의 강축 리브는 1.0보다 큰 종횡비를 갖는다.
구현형태 8. 구현형태 1의 지오그리드 시스템으로서, 복수의 강축 리브는 다층 구조이다.
구현형태 9. 구현형태 8의 지오그리드 시스템으로서, 다층 구조는 폴리머 재료의 코어, 및 이 폴리머 재료의 코어에 구성된 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층을 포함한다.
구현형태 10. 구현형태 8의 지오그리드 시스템으로서, 다층 구조는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 코어, 및 이 코어의 상면 및/또는 저면 상의 폴리머 재료의 층을 포함한다.
구현형태 11. 구현형태 8의 지오그리드 시스템으로서, 다층 구조는 공압출된 것이다.
구현형태 12. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템으로서, 지반공학적 환경; 및 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 포함하고, 이 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 노드 및 리브를 구비한 지오그리드 - 이 지오그리드는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축 리브를 포함함 -; 폴리머 재료를 포함하는 코어; 및 코어의 상면 및/또는 저면 상의 압축성 셀룰라 층을 포함한다.
구현형태 13. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 폴리머 재료의 코어는 고체이고 강성이다.
구현형태 14. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 폴리머 재료의 필요량을 감소시킨다.
구현형태 15. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 증가시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성된다.
구현형태 16. 구현형태 15의 지오그리드 시스템으로서, 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성한다.
구현형태 17. 구현형태 16의 지오그리드 시스템으로서, 상기 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 패턴을 포함하는 네스트형 육각형을 포함한다.
구현형태 18. 구현형태 17의 지오그리드 시스템으로서, 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 갖는다.
구현형태 19. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성된다.
구현형태 20. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성된다.
구현형태 21. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 지오그리드의 종횡비를 증가시킨다.
구현형태 22. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축성을 향상시킬 수 있다.
구현형태 23. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 지오그리드와 지반공학적 기재 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성된다.
구현형태 24. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있다.
구현형태 25. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3축 및/또는 삼각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성된다.
구현형태 26. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 지오그리드는 직사각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성된다.
구현형태 27. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함한다.
구현형태 28. 구현형태 27의 지오그리드 시스템으로서, 미립자상의 재료는 칼슘 카보네이트이다.
구현형태 29. 구현형태 12의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함한다.
구현형태 30. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템으로서, 지반공학적 환경; 및 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 포함하고, 이 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는: 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 코어; 및 폴리머 재료의 층을 포함하는 코어의 상면 및 저면을 포함한다.
구현형태 31. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 폴리머 재료의 층은 고체이고 강성이다.
구현형태 32. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 폴리머 재료의 필요량을 감소시킨다.
구현형태 33. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 향상시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성된다.
구현형태 34. 구현형태 33의 지오그리드 시스템으로서, 불연속부는 육각형 패턴을 형성한다.
구현형태 35. 구현형태 34의 지오그리드 시스템으로서, 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형 육각형을 포함한다.
구현형태 36. 구현형태 35의 지오그리드 시스템으로서, 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 갖는다.
구현형태 37. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성된다.
구현형태 38. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성된다.
구현형태 39. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 지오그리드의 종횡비를 증가시킨다.
구현형태 40. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축성을 향상시킬 수 있다.
구현형태 41. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 수평 기계적 안정화 지오그리드와 지반공학적 환경 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성된다.
구현형태 42. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있다.
구현형태 43. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 삼각형 기하학적 형상으로 구성된다.
구현형태 44. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 사각형 기하학적 형상으로 구성된다.
구현형태 45. 구현형태 30의 지오그리드 시스템으로서, 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함한다.
구현형태 46. 구현형태 45의 지오그리드 시스템으로서, 미립자상의 재료는 칼슘 카보네이트이다.
구현형태 47. 구현형태 38의 지오그리드 시스템으로서, 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함한다.
구현형태 48. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 사용하여 지반공학적 환경을 개선하는 방법으로서, 복수의 강축, 패턴화된 불연속부, 및 종횡비를 높인 압축성 셀룰라 층을 구비한 지오그리드를 지반공학적 환경에 적용하는 것 - 여기서 적용은 지오그리드를 골재 및 토양 내에 설치하는 것임 -; 지반공학적 환경 내의 골재 및 토양의 횡방향 이동을 저감시키는 것; 및 지오그리드에 의해 지반공학적 환경 상의 트래피킹 수명 사이클을 증가시키는 것을 포함한다.
구현형태 49. 구현형태 48의 방법으로서, 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함하고, 이 상호작용은 지오그리드의 리브의 종횡비의 증가로 인한 거시적 상호작용(macro interaction)이다.
구현형태 50. 구현형태 48의 방법으로서, 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함하고, 상호작용은 골재 입자의 네스팅(nesting)을 가능하게 하는 다층 구조로 인한 미시적 상호작용(micro interaction)이다.
구현형태 51. 구현형태 48의 방법으로서, 수명 사이클을 증가시키는 것은 ESAL(equivalent single axle load) 표준에 따라 트래피킹의 수명 사이클을 증가시킨다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위의 목적 상 다른 지시가 없는 한 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 양, 크기, 치수, 비율, 형상, 배합, 파라미터, 백분율, 수량, 특성 및 기타 수치 값을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어가 값, 양 또는 범위와 함께 명시적으로 표현하지 않아도 모든 경우에서 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대의 지시가 없는 한, 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 정확하지 않고 또한 정확할 필요가 없고, 공차, 변환 계수, 반올림, 측정 오차 등, 그리고 현재 개시된 주제에 의해 얻으려는 바람직한 특성에 따라 당업자에게 알려져 있는 기타 요인을 반영하여 원하는 대로 근사치이거나 및/또는 더 크거나 더 작을 수 있다. 예를 들면, 값을 지칭할 때 "약"이라는 용어는, 특정된 양으로부터, 일부의 실시형태에서 ± 100%, 일부의 실시형태에서 ± 50%, 일부의 실시형태에서 ± 20%, 일부의 실시형태에서 ± 10%, 일부의 실시형태에서 ± 5%, 일부의 실시형태에서 ± 1%, 일부의 실시형태에서 ± 0.5%, 그리고 일부의 실시형태에서 ± 0.1%의 변량을 포함하는 데, 이러한 변량은 개시된 방법을 수행하거나 개시된 조성을 이용하기에 적절하기 때문이다.
또한, 하나 이상의 숫자 또는 수치 범위와 관련하여 사용될 때 "약"이라는 용어는 범위 내의 전체 수치를 포함하는 모든 그와 같은 숫자를 지칭하는 것으로 이해되어야 하고, 설명된 수치 값의 상하의 경계를 확장함으로써 해당 범위를 수정한다. 끝점에 의한 수치 범위의 기술에는 해당 범위 내에 포함된 모든 숫자, 예를 들면, 분수를 포함한 전체 정수(예를 들면, 1 내지 5라는 기술은 1, 2, 3, 4, 및 5 뿐만 아니라 그 분수, 예를 들면, 1.5, 2.25, 3.75, 4.1 등을 포함함) 및 해당 범위 내의 모든 범위가 포함된다.
전술한 주제는 명확한 이해를 위해 예시 및 예를 통해 어느 정도 상세히 설명되었으나, 특정 변경 및 수정이 청구 범위 내에서 실행될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (51)

  1. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드(geogrid) 시스템으로서,
    지반공학적 환경; 및
    실질적으로 평면인 지오그리드를 포함하고,
    상기 실질적으로 평면인 지오그리드는:
    복수의 강축 리브(strong axis rib) 및 노드(node);
    기재 압축성을 강화하고 평면 외 강성을 증가시키기 위한 패턴화된 구조의 공학적 불연속부; 및
    지오그리드 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 강축 리브는 삼각형 또는 3축 기하학적 형상인, 지오그리드 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 강축 리브는 직사각형 기하학적 형상인, 지오그리드 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성하는, 지오그리드 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 육각형 구조는 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형(nested) 육각형을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 가지며, 상기 노드는 상기 리브에 비해 증가된 종횡비를 갖는, 지오그리드 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 강축 리브는 1.0보다 큰 종횡비를 갖는, 지오그리드 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 강축 리브는 다층 구조인, 지오그리드 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다층 구조는 폴리머 재료의 코어(core), 및 상기 폴리머 재료의 코어에 구성된 적어도 하나의 압축성 셀룰라 층을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다층 구조는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 코어, 및 상기 코어의 상면 및/또는 저면 상의 폴리머 재료의 층을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 구조는 공압출된 것인, 지오그리드 시스템.
  12. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템으로서,
    지반공학적 환경; 및
    수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 포함하고,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는:
    노드 및 리브를 구비한 지오그리드 - 상기 지오그리드는 패턴화된 불연속부 및 복수의 강축 리브를 포함함 -;
    폴리머 재료를 포함하는 코어; 및
    상기 코어의 상면 및/또는 저면 상에 압축성 셀룰라 층을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료의 코어는 고체이고 강성인, 지오그리드 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 상기 폴리머 재료의 필요량을 감소시키는, 지오그리드 시스템.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 증가시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 패턴화된 구조의 공학적 불연속부는 육각형 패턴을 형성하는, 지오그리드 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 패턴을 포함하는 네스트형 육각형을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 갖는, 지오그리드 시스템.
  19. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성되는, 지오그리드 시스템.
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성되는, 지오그리드 시스템.
  21. 제 12 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 상기 지오그리드의 종횡비를 증가시키는, 지오그리드 시스템.
  22. 제 12 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축성을 향상시킬 수 있는, 지오그리드 시스템.
  23. 제 12 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 상기 지오그리드와 상기 지반공학적 기재 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성되는, 지오그리드 시스템.
  24. 제 12 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있는, 지오그리드 시스템.
  25. 제 12 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3축 및/또는 삼각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  26. 제 12 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지오그리드는 직사각형 기하학적 형상의 강한 리브로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  27. 제 12 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함하는, 지오그리드 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 미립자상의 재료는 칼슘 카보네이트인, 지오그리드 시스템.
  29. 제 12 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함하는, 지오그리드 시스템.
  30. 지반공학적 환경 내의 기재의 상호작용을 개선하기 위한 지오그리드 시스템으로서,
    지반공학적 환경; 및
    수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 포함하고,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는:
    수평 다층 기계적 안정화 지오그리드의 종횡비를 증가시키는 압축성 셀룰라 층을 포함하는 코어; 및
    폴리머 재료의 층을 포함하는 코어의 상면 및 저면을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료의 층은 고체이고 강성인, 지오그리드 시스템.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 상기 폴리머 재료의 필요량을 저감시키는, 지오그리드 시스템.
  33. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지오그리드는 기재의 압축성을 강화하고, 평면 외 시스템 강성을 향상시키기 위해 패턴화된 구조의 공학적 불연속부로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 불연속부는 육각형 패턴을 형성하는, 지오그리드 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 육각형 패턴은 내측 육각형 및 외측 육각형 구조를 포함하는 네스트형 육각형을 포함하는, 지오그리드 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 네스트형 육각형의 교차하는 리브는 가변 종횡비를 갖는, 지오그리드 시스템.
  37. 제 30 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 상이한 재료의 층으로 공압출로 형성되는, 지오그리드 시스템.
  38. 제 30 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 3 개 이상의 층으로 형성되는, 지오그리드 시스템.
  39. 제 30 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 교차하는 리브에서 상기 지오그리드의 종횡비를 증가시키는, 지오그리드 시스템.
  40. 제 30 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축성 셀룰라 층에 의해 제공되는 입자 안정화 강화를 더 포함하여 지반공학적 환경에서 압축성을 향상시킬 수 있는, 지오그리드 시스템.
  41. 제 30 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 상기 수평 기계적 안정화 지오그리드와 상기 지반공학적 환경 사이의 상호작용을 증가시켜 내용물을 포착함으로써 골재 또는 토양의 횡방향 흐름을 저지하도록 구성되는, 지오그리드 시스템.
  42. 제 30 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 표면적을 증가시키는 공극 함유 영역으로 구성되어 그 내부에서 토양 파지력을 증가시킬 수 있는, 지오그리드 시스템.
  43. 제 30 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 삼각형 기하학적 형상으로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  44. 제 30 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드는 강축 리브의 직사각형 기하학적 형상으로 구성되는, 지오그리드 시스템.
  45. 제 30 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층은 미립자상의 재료를 포함하는, 지오그리드 시스템.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 미립자상의 재료는 칼슘 카보네이트인, 지오그리드 시스템.
  47. 제 38 항에 있어서,
    적어도 하나의 압축성 셀룰라 층은 공학적 발포제를 포함하는, 지오그리드 시스템.
  48. 수평 다층 기계적 안정화 지오그리드를 사용하여 지반공학적 환경을 개선하는 방법으로서,
    복수의 강축, 패턴화된 불연속부, 및 종횡비를 높인 압축성 셀룰라 층을 구비한 지오그리드를 지반공학적 환경에 적용하는 것 - 여기서 상기 적용은 상기 지오그리드를 골재 및 토양 내에 설치하는 것임 -;
    상기 지반공학적 환경 내의 상기 골재 및 토양의 횡방향 이동을 저감시키는 것; 및
    상기 지오그리드에 의해 상기 지반공학적 환경 상의 트래피킹(trafficking)의 수명 사이클을 증가시키는 것을 포함하는, 지반공학적 환경의 개선 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함하고, 상기 상호작용은 상기 지오그리드의 리브의 종횡비의 증가로 인한 거시적 상호작용(macro interaction)인, 지반공학적 환경의 개선 방법.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 압축성 셀룰라 층에 의한 상호작용을 더 포함하고, 상기 상호작용은 골재 입자의 네스팅(nesting)을 가능하게 하는 다층 구조로 인한 미시적 상호작용(micro interaction)인, 지반공학적 환경의 개선 방법.
  51. 제 48 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수명 사이클을 증가시키는 것은 ESAL(equivalent single axle load) 표준에 따라 상기 트래피킹의 수명 사이클을 증가시키는, 지반공학적 환경의 개선 방법.
KR1020237032608A 2021-02-26 2021-12-21 지반공학적 상호작용을 개선한 수평 기계적 안정화 지오그리드 KR20230150985A (ko)

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