NO146576B - Bitumenbelagt pel - Google Patents

Abstract

Bitumenbelagt pel.

Description

Oppfinnelsen vedrører en bitumenbelagt pel med et bituminøst lag utformet på pelens ytre flate for å forhindre en uheldig innvirkning av friksjonskrefter.

På steder hvor bygninger oppføres på et bløtt jord-

lag, som et leirjordlag eller torvavleiringer, benyttes som re-

gel betong- eller stålpeler, og de nedre pelender hviler på det bærende sandlag, slik at de bærer størstedelen av bygningens vekt, mens noe av vekten hviler på den bløte jorden. Grunnen er at det skapes friksjon mellom jordlagene og pelene.

En slik friksjon vil bare tendere til å fremme den friksjonsmotstand som påføres pelene av bygningen som avstøttes av pelene, når den bløte jorden har satt seg eller er stivnet på

en tilfredsstillende måte. Mens den bløte jorden fortsatt er i ferd med å sette seg, vil slik friksjon derimot forårsake en ned-advirkende friksjonskraft, som i sin tur påfører nedre pelende ytterligere belastning.

Slik såkalt negativ friksjon er uønskelig, idet den betydelig reduserer pelenes bæreevne. Ettersom denne negative friksjon reduserer bærepelenes netto bæreevne, fører den med andre ord til slutt til at pelen synker. Det er følgelig av avgjørende betydning at en slik negativ friksjonskraft reduseres.

Det er tidligere blitt foreslått to peltyper for re-duksjon av slik negativ friksjonskraft, nemlig en pel av en dob-belt rørkonstruksjon og en bitumenbelagt pel. En ulempe ved førstnevnte type er at dens økede vekt skaper vanskeligheter ved inndriving av pelen og at nøyaktigheten av inndrivingen, likesom pelens motstand mot den omgivende jords sidespenninger svekkes.

Ved sistnevnte pel er det også uheldig at det vanligvis kreves påføring av et forholdsvis tykt bitumenlag på mer enn 3 mm. Det-

te nødvendiggjør en tidkrevende påføring med resulterende lav produktivitet. Dertil kommer at påføring av et bitumenbelegg på lange peler ikke er noen lett oppgave og at bitumenlaget tende-

rer til å mykne i den varme sommertid, slik at langvarig lag-

ring og transport umuliggjøres og pelene må belegges på stedet. Ytterligere en ulempe er at det foreligger muligheter for ned-brytning av adhesjon mellom selve pelen og bitumenlaget på

grunn av slagene ved inndriving, og det er også muligheter for at bitumenlaget deformeres av omkretsfriksjonen. Enda en ulempe er at pelens evne til å redusere den negative friksjonskraft svekkes ved at grus e.l. trenger inn i bitumenlaget i jord-sjiktet. Skjønt disse svakheter ved den bitumenbelagte pel praktisk talt er opphevet ved en belagt peltype, som er blitt foreslått for dette formål, vil det beskyttende lag på sistnevnte belagte pel på grunn av inndrivingsforholdene også, tendere til å vise skadevirkninger som avskalling m.v. på grunn av det vertikale jordtrykk som utøves mot pelen under inndrivingen. Slike skader har også den uheldige virkning at den belagte pels evne til å redusere den negative friksjonskraft svekkes.

Med henblikk på de ovennevnte forhold er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en bitumenbelagt pel av den type som reduserer negativ friksjonskraft, hvor de ovennevnte vanskeligheter overvinnes.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en pel som er utformet slik at påføring av et bitumenlag og et ytre lag kan utføres på fabrikk og at pelen kan lagres i lang tid og transporteres.

<y>tterligere en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en pel som kan drives på plass med stor nøyaktighet uten fare for at det beskyttende lag skaller av eller brister under inndrivingen.

Disse hensikter oppnås ved en bitumenbelagt pel som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Ved oppfinnelsen er det således tilveiebragt en pel, som har et bitumenlag på ytterflaten av selve pelen og et ytre lag som består av syntetisk harpiks, papir, strikket, vevet eller ikke-vevet stoff av naturlige eller syntetiske fibre anbragt på bitumenlagets flate, hvor bitumensammensetningen er valgt slik at dens mykningspunkt og gjennomtrengningsevne ligger t innenfor et polygon, hvis spisser svarer til punkter A (hvor mykningspunktet = 55 og inntrengningen = 240), B (33,240),

C (53,10), D (65,10) og E (80,30) på et diagram, hvor abcissen representerer mykningspunktet i henhold til ASTM D-36 på celsius-temperaturskalaen ifølge en lineær skala, og ordinaten representerer inntrengningen (målt etter ASTM D5) ifølge en logaritmisk skala hvor inntrengningsenheten representerer verdien 0,1 mm ved 25°C.

Egenskaper og tykkelse for materialet i det ytre lag velges slik at følgende forhold overholdes:

hvor d = tykkelsen av det ytre lag (cm)

E = Youngs modul for det ytre lag (kg/cm 2)

N = verdien av en standard pelinntrengningstest i jorden målt etter JIS A 1219.

Oppfinnelsen skal i det følgende illustreres nærmere ved hjelp av tegningen, som viser: fig. 1 et tverrsnitt av en dobbeltbelagt pel ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor 1 betegner et ytre lag, 2 et bitumenlag og 3 selve pelen,

fig. 2 et diagram som viser forholdet mellom mykningspunktet og inntrengningen for bitumenet, hvor abcissen representerer mykningspunktet (°C) ifølge en lineær skala og ordinaten representerer inntrengningen ifølge en logaritmisk skala,

fig. 3 en kurve over dybde i forhold til vertikal fordeling av aksialkraft hvor a), er kurven for en pel belagt med bitumen ifølge oppfinnelsen og c) er en kurve for en ikke belagt pel, og

fig. 4 et diagram som viser forholdet mellom tykkelsen og Youngs modul for det ytre lag og verdien av N.

Ved foreliggende oppfinnelse betegner inntrengning verdien av 0,1 mm inntrengning av en nål i bitumen, målt ifølge ASTM D5.

Verdien N representerer hårdheten av jorden som oppnås ifølge standardprøvemetoden for pelinntrengning i jord som angitt i JIS A 1219.

Pelen 3 ifølge oppfinnelsen omfatter et bitumenlag 2 utformet på ytterflaten av selve pelen 1 og et ytre dekklag 1 som består av syntetisk harpiks, papir, strikket eller annet stoff e.l. anbragt på overflaten av bitumenlaget. Skjønt det benyttede bitumen i de viste utførelser består av asfaltbitumen , er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til dette. Om ønsket kan det benyttes andre typer av bitumensubstans, som en blanding av bitumen med et fyllstoff og en polymer eller en blanding av bitumen med et fyllstoff eller en_polymer i tillegg til rent bitumen. Polymeren kan f. eks. være en gummipolymer som kan blandes sammen med bitumen, som en butadienpolymer. Tykkelsen av bitumenlaget 2 velges mindre enn på konvensjonelle peler som bare har et bitumenbelegg, og tykkelsen bør med fordel være mindre enn 3 mm. Fortrinnsvis er tykkelsen mellom 0,3 og 1,0 mm. Det nød-vendige bitumenlag 2 kan anbringes på pelmaterialet ved en enkel fremgangsmåte. En betong- eller stålpel dreies f. eks. i hori-sontal stilling og et bitumenutløp anordnet over pelen beveges i begge retninger for dannelse av et bitumenlag på pelen.

For at bitumenlaget 1 skal få ønsket mykningspunkt og inntrengning, velges sammensetningen av bitumenlaget 2 slik at de ligger innenfor et polygon med spisser A (hvor mykningspunktet = 55, inntrengningen = 240), B (33,240), C (53,10), D (65,10)

og E (80,30) på et diagram som viser forholdene mellom mykningspunkt på celsiusskalaen og inntrengningen i enheter på 0,1 mm

ved 25°C. De angitte verdier kan med stor fordel ligge i- et po-ligon med spissene I (40,80), J (48,20), K (54,20), L (63,40) og H (52,100).

På overflaten av bitumenlaget 2 anbringes et ytre

dekklag 1 av en syntetisk harpiks, papir, strikket eller annet stoff e.l. For påføring av et belegg av syntetisk harpiks blir smeltet, syntetisk harpiks f. eks. ekstrudert på pelen 3 på van- -

lig måte eller alternativt blir smeltet, syntetisk harpiks ekstrudert i form av et bånd, som vikles rundt den roterende pel for dannelse av belegget. Forskjellige syntetiske harpikser, som polyetylen, polypropylen, polyvinylalkohol, polyvinylklorid, po-lyester, polyamid kan benyttes, skjønt oppfinnelsen ikke er begrenset til disse materialer.

Det ytre dekklag 1 kan også bestå av et sterkt papir,

som kraftpapir, og det kan bestå av et strikket eller annet stoff av uorganisk eller organisk, fibrøst materiale, som jute, vinylonduk, glassfiberduk, glassmatte eller asbestduk, som har god klebeevne på bitumenlaget for dannelse- av et dekklag. En-hver ønsket kombinasjon av disse materialer med de tidligere nevnte syntetiske harpikser kan også benyttes.

Skjønt tykkelsen av bitumenlaget ifølge oppfinnelsen er mindre enn bitumenlagets tykkelse på konvensjonelle peler, har påføringen av det ytre lag på bitumenlagets overflate den virkning å hindre at en stor kraft overføres til pelen og at pelen kan tilpasse seg til jordbevegelser på en tilfredstillen-de måte.

Eksempel 1

Det ble utført prøver for vurdering av evnen til å redusere den negative friksjonskraft hos dobbeltlagte peler, frem-stilt ved bruk av bitumen ifølge oppfinnelsen. Pelene som ble brukt ved prøvene var stålrørpeler på 609,6 mm <j> x 9,6 mm tykkelse x 12,0 m lengde. Noen av disse peler ble brukt uten forut-gående behandling, mens andre ble belagt med en av to forskjellige bitumenkomposisjoner med en tykkelse av opp til 0,5 mm og et ytre lag av polyetylen med 1,8 mm tykkelse på bitumenlaget. De to benyttede bitumentyper var a) bitumen ifølge oppfinnelsen og b) den konvensjonelle type. Bitumen a) hadde et mykningspunkt på 55°C og en inntrengning på 60, mens bitumen b) hadde et mykningspunkt på 80°C og en inntrengning på 60. Til måling av den negative friksjonskraft som påvirket pelene som var belagt med en av disse to forskjellige bitumentyper, ble den vertikale fordeling av aksialkraften som ble forårsaket av den negative friksjonskraft målt. De belagte peler på 12 mm lengde ble sveiset sammen på feltet og ble deretter drevet inn 60 m i en jord som besto av et påfylt sandlag som viste en årlig setting på ca. 200 - 300 m. Aksialkraften i vertikalretningen ble målt ved hjelp av en de-formasjonsmåler ("strain gauge") festet til hver pel. Fig. 3 viser den aksiale fordeling av aksialkraften målt etter 350 dager. Som vist i fig. 3, påvirket den negative friksjonskraft den ube-handlede pel c) og den pel som var belagt med bitumen b) med ca. 500 tonn, hhv. 200 tonn, mens det var en meget liten, negativ friksjonskraft på mindre enn 10 tonn som påvirket pelen som var belagt med bitumen a). Beregnet som omkretsfriksjonskraft er disse negative friksjonskrefter mindre enn ca. 0,1 tonn/m 2 for pelen med bitumenbelegg a), ca. 2 tonn/m 2 for pelen med bitumenbelegg b) og 5 tonn/m <2>for pelen c).

Det vil fremgå av ovenstående at pelen ifølge oppfinnelsen, som følge av at pelens ytterflate er beskyttet med et belegg av syntetisk harpiks, e.l. har meget stor praktisk nytte, idet langvarig lagring av pelen er mulig, selv i den varme sommertid, at pelen kan transporteres uten vanskelighet,

at pelen kan fremstilles på fabrikk, slik at masseproduksjon kan gjennomføres, at pelen kan drives inn med letthet og stor nøyaktighet og at sidemotstanden lett kan overvinnes. Spesielt når sammensetningen av bitumenet velget innenfor et polygon begrenset av spissene I, J, K, L og H i fig. 2, har den resulterende pel meget stor industriell verdi, idet den er velegnet for lagring og transport etter produksjon.

Når den dobbeltbelagte pel drives inn i jorden, vil deler av ytre omkretslag dog avhengig av jordens beskaffenhet, være utsatt for buling ved forreste ende, som følge av det vertikale trykk, som utøves mot denne ende. Denne buling over-føres til hele omkretsen og medfører således at det ytre lag skades i pelens lengderetning. Skjønt det er blitt foreslått, å anordne en krage eller kant ved underkant av det ytre lag, har dette den ulempe at fremstillingen og befestigelsen av en spesielt utformet krage eller kant krever komplisert arbeid.

Det er derfor avgjørende at det ytre lag i seg selv

har en tilfredsstillende styrke for å kunne motstå jordtrykket som utøves mot forreste pelende, mens denne drives inn, og således hindre buling.

Med henblikk på materialstyrken bestemmes denne styrke på grunnlag av tykkelsen av det ytre lag og elastisitetsmodulen eller Youngs modul for selve det ytre lag.

På den annen side er den viktigste av alle krefter som påvirker forreste ende av det ytre lag under inndriving, en kraft som virker i vertikal retning, og denne kraft bestemmes av jordens hardhet. Denne jordhardhet representeres ved verdien N, som oppnås ved en standardtest for jordinntrengning. Skjønt det foreligger andre krefter i tillegg til den vertikale kraft, f.eks. jordens friksjonskraft og motstand mot glidning av binde-lagets klebestoff, virker disse to krefter i motsatte retninger og oppveier hverandre praktisk talt. Når det ytre lag skyves utad av det vertikale jordtrykk, motvirkes dette dessuten av det horisontale jordtrykk. Klebeevnen av klebestoffet for binde-laget til det ytre lag og periferispenningen av selve det ytre lag virker på lignende måte. Disse krefter har fordelaktig virkning mot buling.

Med henblikk på de ovennevnte forskjellige krefter som påvirker forreste ende av det ytre lag, ble forholdet mellom den nødvendige tykkelse av det ytre lag under bestemte jordforhold (verdiene av N) og Youngs moduler analysert og det ble også utført inndrivingsprøver ved bruk av peler med naturlig størr-else. Følgende konklusjon ble nådd.

Det viste seg at avskalling eller bristing e.l. av dekk-laget på en pel under inndrivingen kan hindres ved at man velger sammensetningen av det ytre lag slik at det i forbindelse med Youngs modul tilfredsstiller følgende forhold:

hvor d = tykkelsen av det ytre lag

E = Youngs modul for det ytre lag (kg/cm 2)

N = verdien av standard pelinntrengningstest i jord.

Ovennevnte forhold er i diagramform gjengitt i fig. 4 med verdien for N som en parameter.

Fig. 4 viser at hvis det benyttes et ytre lag, hvis tykkelse og Youngs modul ligger i øvre område, til høyre for linj-ene N = 10, N = 20 hhv. N = 30, kan buling av dette ytre lag under inndriving hindres ved tilsvarende jordforhold. Området som svarer til linjen N = 30 er skravert.

Eksempel 2.

En pel av stålrør med 609,6 mm 0 x 9,5 mm tykkelse x

12 m ble dekket med et bitumenlag med en tykkelse på 0,5 mm, inntrengning på 45 (25°C) og et mykningspunkt på.55°C. Deretter ble det påført polyetylenharpiks med Youngs modul på 7 500 kg/cm<2 >(25°C) for dannelse av et ytre lag med 2,5 mm tykkelse. Pelen ble drevet ved hjelp av en Dieselhammer til 24 m dybde inn i en jord av følgende slag: Jordforhold:

Umiddelbart etter fullført inndriving av pelen i jorden, ble

pelen trukket ut med en vibro-hammer. Det var ikke antydning av skader, f.eks. avskalling, av det ytre lag.

Eksempel 3.

Et stålrør av lignende type som ifølge eksempel 1 ble belagt med et bitumenlag med en tykkelse på 0,5 mm, inntrengning på 75 (25°C) og et mykningspunkt på 70°C og pelen ble deretter dekket med et belegg av polyetylenharpiks med en tykkelse på

0,1 mm og Youngs modul 6 000 kg/cm 2. Den således behandlede pel ble ved hjelp av en Dieselhammer drevet 12 m dypt i en jord av samme slag som ved eksempel 2 og ble umiddelbart trukket opp med en vibro-hammer. Det var ikke tegn til skader, som avskall-

ing, på det ytre lag.

Eksempel 4.

Et stålrør av lignende type som ved eksempel 1 ble be-

lagt med et asfaltlag med en tykkelse på 0,5 mm, en inntreng-

ning på 55 (25°C) og et mykningspunkt på 60°C og pelen ble deretter dekket med et belegg av polypropylen med en tykkelse på

1,2 mm og Youngs modul på 12 000 kg/cm 2. Den således fremstilte pel ble med Dieselhammer drevet til 24 m dybde inn i jord av samme slag som ved eksempel 2 og ble umiddelbart trukket ut av en vibro-hammer. Det var ikke tegn til skade, som avskalling på det ytre lag.

Claims (3)

1. Bitumenbelagt pel med et bituminøst lag (2) utformet på pelens (3) ytre flate for å forhindre en uheldig innvirkning av friksjonskrefter, karakterisert ved at sammensetningen av det bituminøse lag (2) velges på en slik måte at dets mykningspunkt og inntrengningen ligger innenfor et polygon med spisser svarende til punktene A (hvor mykningspunktet er 55 og inntrengningen 240), B (33, 240), C (53, 10), D (65, 10) og E (80, 30) på et diagram i hvilket abcissen representerer mykningspunktet på centigradtemperaturskalaen i samsvar med en lineær skala, og ordinaten representerer inntrengningen i samsvar med logaritmisk skala, idet inntrengningsenheten representerer verdien 0,1 mm ved 25°C, at det bituminøse lag (2)" har ren lagtykkelse mellom 0,3 og 3 mm, og at det bituminøse lag (2) er dekket med et ytre tildekningslag (1) av arkmateriale av syntetisk harpiks hvor egenskapene og tykkelsen velges for å tilfreds-stille det følgende forhold: d x E £ 35n hvor d = tykkelsen til det ytre lag (cm) E = Youngs modul (kg/cm 2) for det ytre lag N = verdien av standard pelinntrengningsprøve i jorden i samsvar med metoden angitt i JIS A 1219.

2. Bitumenbelagt pel i samsvar med krav 1, karakterisert ved at bitumenlaget (2) har en lagtykkelse mellom 0,3 og 1,0 mm.

3. Bitumenbelagt pel i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det ytre dekklag (1) består av en polyolefinharpiks.