NO842179L - Fremgangsmaate til aa forlenge en matrise. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til forsterkning av en hvilken som helst partikkelholdig matrise, ved tilfeldig innlemming av, i det minste, en fleksibel strimmel. Matrisene kan ha form som omtalt i GB 2 120 475 B (svarende til norsk patentsøknad nr. 83 3593), men vil normalt omfatte jordsmonn (som innbefatter avfall, f.eks. gruveavfall eller -slagg og også slam og hydrauliske fyllmaterialer). Ved dannelsen av en jordsmonnmatrise kan et bindemiddel som f.eks. sement, innlemmes.

I EP 0 017 548 A og i Volum III av "Proceedings of the Second International Conference on Geotextiles", side 721-726, er der omtalt en slik fremgangsmåte, hovedsakelig i forbindelse med forsterkning av jordbunnen. Det foretrukne element er et meget fleksibelt garn, men alternativt kan der benyttes en tettvevnadsstrimmel. Der foreligger imidlertid en dårlig innbyrdes låsing mellom overflaten av selve strimmelen og jorden, idet man mener at den primære forsterkningsvirkning oppnåes ved strimmelens sløyfedannelse og inngrepsforholdet med jorden på denne måte. Fordelingen av strimmelen synes også hovedsakelig å finne sted i horisontale plan med små kurveradier i hvert plan (f.eks. om vertikale akser), noe som gir dårlig forankring av et lag til de overliggende og under-liggende lag. Videre vil strimmelen ha en tendens til å rulle eller vri seg eller redusere seg til en remlignende form, noe som reduserer det areal som er tilgjengelig for inngrep med jorden, og har en tendens til å skaffe ekstra tomrom i jorden.

En artikkel på side 47-52 i CR. Coll. Int. Renforcement des Sols, Paris 1979, omtaler små strimler til forsterkning av jordsmonn, men strimlene gir ikke den optimale forsterkningsvirkning fordi de ikke har noen betydelig tverrstyrke og vil ha en dårlig mekanisk innvirkning på jorden.

Den foreliggende oppfinnelse skaffer en fremgangsmåte til

å forsterke en matrise slik det fremgår i krav 1, og gjelder også en matrise som er blitt forsterket ved hjelp av fremgangsmåten. Kravene 2-10 vedrører foretrukne trekk ved oppfinnelsen.

Strimmelen forsterker matrisen, skaffer en god og positiv innbyrdes låsing, slik det generelt er beskrevet i

GB 2 120 475 B, idet partiklene i matrisen trenger inn i og gjennom de åpne masker i strimmelen. Således forekommer den primære forsterkningsvirkning innenfor forholdsvis korte lengder av strimmelen (se omtalen på side 4, linje 1-19 og også fig. Id og le i GB 2 120 475 B). Det er ved preliminær testing funnet at strimmelen hovedsakelig danner store hvirvler med lite folder eller krølling, og ofte befinner et etter-følgende lag seg, i det minste delvis over (og på avstand over) et foregående lag, idet "banene" for strimmelen strekker seg i alle retninger uten å være på linje eller parallell med hverandre. Dette skaffer en tredimensjonal forsterkning av matrisen. Matehastigheten av strimmelen i forhold til strømningshastigheten av det partikkelholdige materiale, kan endres i den hensikt å gi god styring av konfigurasjonen av strimmelen in situ, idet et mateorgan blir beveget rundt om-kring (og også styring av vektprosenten av den innbefattede strimmel). Sløyfedannelsen hos strimmelen skaffer en sekundær forsterkningsvirkning, men dette menes å være av mindre be-tydning enn den primærvirkning som er omtalt ovenfor. Der foreligger den ytterligere fordel at der er større forankring i matrisehoveddelen på steder hvor f.eks. vann- eller vindero-sjon har gjort en betydelig virkning. Av grunner som er omtalt ovenfor, blir der ikke skaffet betydelige ekstra tomme hulrom i matrisen. Skjøtene eller krysningspunktene er sammenhengende og gjør det mulig for strimmelen å oppta betydelige strekk-krefter.

Strimmelen kan blandes med matrisen på en hvilken som helst passende måte. Det er ikke nødvendig at der benyttes en fluidumtransport for det partikkelholdige materiale og/eller for strimmelen. En måte til å blande på, er imidlertid å inn-føre strimmelen i det partikkelholdige materiale mens det partikkelholdige materiale beveger seg i løs form, f.eks. under påvirkning av tyngdekraften eller ved fluidumtransport, når massene i materialet vil bli brutt opp i en vesentlig grad. Den foreliggende oppfinnelse finner spesiell anvendelse for forsterkning av en matrise som dannes ved tilførsel av et partikkelholdig materiale som er suspendert i et fluidum, f.eks. vann (materialet er betegnet "hydraulisk fyllmateriale") eller luft. Dersom der dannes en konstruksjon ved tilførsel av suspendert partikkelholdig materiale, kan der foreligge be-grensninger i selve konstruksjonen i form av en vanngjennom-trengelig vegg eller der kan foreligge ingen begrensning i det hele tatt. Dersom konstruksjonen er begrenset, kan den celle-formede anordning ifølge GB 2 078 833 A benyttes for frem-skaffelse av vanngjennomtrengelige eller perforerte vegger. Uten begrensning kan det partikkelholdige materiale innta en likevektsvinkel som er større enn den normale likevektsvinkel. Som et eksempel på slike konstruksjoner kan der konstrueres en kunstig strandlinje eller en kunstig øy ved pumping av sand fra et tilstøtende sted, f.eks. oppmudret fra sjøbunnen. Samtidig matning fører til en fornuftig fordeling av strimmelen, selv i tilfeller av undersjøiske, skrånende sider av kunstige øyer eller strandlinjer.

I alle tilfeller kan de tverrgående tråder i strimmelen bevirke god transport og underlag for strimmelen i den for-stand at hvert lag blir riktig trykket ned ved hjelp av det partikkelholdige materiale, som vil ha en tendens til å ligge på toppen av laget og skille dette lag fra det neste lag. I tilfelle av undervannskonstruksjoner (f.eks. dannelse av kunstige øyer, ved gjenvinning av land eller stabilisering av elvebredder), blir strimmelen ført godt under overflaten ved hjelp av det partikkelformede materiale, og der foreligger mindre tendens for det partikkelholdige materiale til å falle ned under strimmelen, samtidig som strimmelen føres ned.

Følgende trekk kan være nøyaktig som beskrevet i GB

2 120 475 B:

annen forsterkning med forlengede deler,

sammenhengende skjøter eller krysninger,

moduler som kan strekkes,

proporsjonering av vekten av strimlene (dvs. stykkene) i forhold til matrisen.

Strimmelmateriale.

Denne kan være som nøyaktig beskrevet i forhold til stykkene i GB 2 120 4 75 B. Imidlertid, i og med at tverr-låsing kan være viktig, f.eks. for påføring av god trekking på strimmelen når der benyttes mating med en fluidumført eller tyngdekraftmatet strøm av partikkelholdig materiale, kan bare de tverrgående strimler være dype tråder. De langsgående tråder kan være meget godt orientert (f.eks. opp til 12:1 eller mer for polypropylen -(PP) eller høydensitet polyetylen) og de tverrgående tråder mindre orientert eller ikke-orientert etter passende valg. In situ skaffer en dyp trådkonstruksjon (i en eller to retninger) en god låsing og anlegg med det partikkelholdige materiale.

Det er foretrukket at strimlene har langsgående tråder, idet de andre tråder av nettkonstruksjonen normalt ville foreligge grovt sett under rett vinkel i forhold til de langsgående tråder, skjønt det ikke trenger å være tilfelle under alle om-stendigheter. F.eks. kan konstruksjonene ifølge fig. 2b i GB 2 034 240 B eller fig. 22b i EP 0 062 462 Al kunne brukes, dersom trådene er mye bredere enn de er tykke og materialet er tilstrekkelig fleksibelt til å gi passende, tverrgående dimen-sjons stabilitet .

Strimlene har åpne masker og i det minste 50 % av deres overflateareal er åpent. De åpne masker reduserer tendensen til dannelse av glideplan i matrisen, og gir bedre låsing.

Strimmelstørrelse.

I alle tilfeller vil strimmelen være tynn i forhold til bredden, dvs. mye bredere enn tykk. F.eks. kan strimmelen ha en bredde som er minst ti ganger tykkelsen, og fortrinnsvis tyve ganger tykkelsen, idet tykkelsen måles fra toppen av trådene på den ene flate til toppen av trådene på den annen flate.

Sagt generelt, vil strimmelen være mer enn en eller to hundre ganger så lang som den er bred. Lengden vil normalt være større enn hundre meter, og lengder på flere hundre meter, f.eks. mer enn fem hundre eller tusen meter, kan benyttes.

For store konstruksjoner kan strimmelen være opp til en halv meter bred eller en meter bred og f.eks. to km lang, idet en slik strimmel kan benyttes, f.eks. for konstruksjon av en øy for understøttelse av en oljerigg i ti meter eller tyve meter av vann med en toppdiameter på hundre meter. Strimmelen kan være lenger enn den maksimale dimensjon av matrisen, og en flate av strimmelen kunne ha et areal som er større enn det

plane areal av matrisen.

Generelt mener man at det er ønskelig at hver strimmel burde være lenger enn avstanden fra det punkt hvorfra strimmelen mates til matrisesonen som strimmelen skal forankres i og som et praktisk mål i forbindelse med undervannskonstruksjoner, lenger enn avstanden fra matepunktet til bredden av elven, kanalen, innsjøen eller sjøen.

Antall maskeapninger i en strimmel.

Strimmelen kan ha bare én komplett maskeåpning over sin bredde, spesielt dersom strimmelen har forholdsvis store masker, dvs. masker med 15 millimeters bredde. Imidlertid har strimmelen fortrinnsvis en flerhet av komplette maskeåpninger over sin bredde, spesielt dersom maskeåpningsbredden er mindre, dvs. med et 4 eller 6 millimeters mønster. Spesielt med små maskeåpningsbredder er det vanskelig å* kappe en maskekonstruksjon til enkle maskeåpningsbredder. Et foretrukket maksimum for de fleste anvendelser er ti eller tyve komplette maskeåpninger over bredden av strimmelen.

Maskestørrelse og trådtykkelse.

Disse kan være som beskrevet i GB 2 120 4 75 B. Maske-åpningsstørrelsene vil til en viss grad være avhengig av partikkelstørrelsen i det partikkelholdige materiale. Som et eksempel for fint slam, vil et firkantet mønster (trådmønster) på 10 millimeter eller ned til f. eks. 4 eller 6 millimeter kunne brukes, f.eks. med en strimmelbredde på 60 millimeter.

Som forklart nedenunder, under "fleksibel gjenvinning", kan trådtverrtykkelsen være større enn tykkelsen for de aksiale (dvs. langsgående) tråder.

Isotropisk styrke.

Generelt kan denne være som beskrevet i GB 2 120 475 B og styrkene kan være som angitt i krav 5 eller krav 6 i GB 2 120 475 B. Imidlertid kunne aksialstyrken være vesentlig større enn tverrstyrken og styrkene i de andre retninger er ikke så viktige.

Høy fleksibel gjenvinning.

Generelt kan denne være som beskrevet i GB 2 120 475 B. Aksial fleksibel stivhet erønskelig for å unngå betydelig foldning eller krølling in situ. Tverrgående fleksibel stiv het er ønskelig for å unngå rulling, tvinning eller reduksjon til en remlignende form på stedet. For å hjelpe til med dette, kan maskekonstruksjonen ha vesentlig større tverrgående fleksibel stivhet enn langsgående fleksibel stivhet (til og med ved biaksial orientering), idet dette kan oppnåes ved at de tverrgående tråder er dypere enn de langsgående tråder, eller rett og slett har større tverrsnittsareal enn de langsgående tråder.

Fleksibilitet.

Teoretisk trenger strimlene bare å ha aksial flekibilitet selv om man i praksis ville vente at de har tverrfleksibilitet.

Høy dimensjonsstabilitet.

Denne kan være som i GB 2 120 475 B. Generelt trenger

den imidlertid bare å taes i betraktning i aksial- og tverr-retninger og den aksiale dimensjonsstabilitet kan være mye større enn den tverrgående dimensjonsstabilitet, forutsatt at der foreligger tilstrekkelig tverrgående dimensjonsstabilitet for å forhindre for stor utvidelse, f.eks. generelt som angitt 1 forhold til forskyvningsbelastningstesten, omtalt i GB 2 120 475 B, men utført i tverr-retningen istedenfor langs diagonalene og under betraktning av den aksiale lengdereduksjon.

Densitet.

Generelt kan denne være som beskrevet i GB 2 120 475 B. Dersom der benyttes et hydraulisk fyllmiddel, kan det imidlertid være foretrukket å bruke et tettere plastisk materiale, f.eks. polyamid eller polyester (begge har en densitet større enn 1 gr/cm 3 ).

Foretrukne utførelsesformer.

Oppfinnelsen vil bli ytterligere beskrevet ved hjelp av eksempler, under henvisning til den vedføyde tegning.

Fig. 1 er et isometrisk utsnitt av en strimmel i hen-

hold til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et skjematisk snitt som viser fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et fotografi som er tatt horisontalt .og viser strimlene i henhold til oppfinnelsen slik de vil forekomme i en matrise. Fig. 4 er et skjematisk snitt som viser en annen fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser lastsettingskurver.

Figur 1.

Fig. 1 illustrerer en del av en åpen maskestrimmel 1

(som kan betegnes som en ribbe) med sterkt orienterte, hovedsakelig sirkulære tverrsnittformede, langsgående tråder 2 og ikke-orienterte eller lite orienterte ikke-sirkulære tverr-tråder 3 med dypt tverrsnitt. Strimmelen 1 strekker seg i retning for pilen med to hoder. Strimmelen 1 er dannet av plastmateriale som angitt i den etterfølgende tabell 1.

Figur 2 og 3.

Ved det enkle arrangement som er vist på fig. 2, blir et partikkelholdig materiale 4, f.eks. oppbrutt jord eller gruveavfall tilført under tyngdekraftpåyirkning fra et mateorgan, f.eks. en trakt 5 samtidig med en strimmel 1. Mateorganet kan føres rundt horisontalt for spredning av materialet 4 eller mateorganet kan utgjøre enden av en stasjonær transportør for et gruveutslipp. Strimmelen 1 kan være som vist på fig. 1, og kan f.eks. ha en oppbygning som vist på fig. 4 i GB 2 120 475 B (se etterfølgende tabell 1). Selv om transporten av strimmelen 1 blir hjulpet ved hjelp av inngrepet mellom de tverrgående strender og det fallende materiale 4, kan strimmelen 1 tilføres gjennom nipvalsene 6 for oppnåelse av en positiv styrt matning. Selv om der forekommer posisjonering av strimmelen 1 ved hjelp av mateorganet eller ved hjelp av valsene 6, så vil generelt innbakingen av strimmelen 1 være ukontrollert og på slump. Strimmelen 1 kunne eventuelt bli skåret i lengder ved hjelp av et kutteblad 7. Strimmelen 1 kommer fra en spole 8 og lengden som befinner seg på spolen 8 kan være meget stor, idet man med en spole 8 på to meter i diameter, kan ha en strimmellengde på spolen 8 på flere tusen meter. Strimmelen 1 er meget lenger enn avstanden fra det punkt som strimmelen 1 mates fra (nipvalsene 6) til sonen for matrisen 9 som strimmelen 1 blir forankret i. Selve strimlene 1 kan være oppvunnet på side om side orienterte spoler, generelt som vist på fig. 9 i GB 2 120 475 B, f.eks. på tredve ved siden av hverandre anordnede spoler, idet en flerhet av strimler 1 blir tilført på samme tid.

Slik det fremgår av fig. 2 blir strimmelen 1 innleiret tilfeldig i den matrise 9 som blir dannet. Strimmelen 1 foreligger hovedsakelig i store hvirvler med lite eller ingen foldning eller krølling og ofte befinner et etterfølgende lag seg, i det minste delvis, over (og på avstand over) et foregående lag, idet "banene" for strimmelen 1 strekker seg i alle retninger og generelt ikke forekommer på linje med eller parallelt med hverandre, idet denne ikke-innretning er vist bedre på fig. 3, hvor ti strimler 1 er vist tilført samtidig (idet hver strimmel har en bredde på fem eller seks komplette

maskeåpninger). For det meste vil strimlene 1 ligge hovedsakelig ukrøllete i matrisen 9.

Man kan forvente at strimmelen 1, vist på fig. 2, vil utgjøre ca. 0,2 % w/w av matrisen 9. Ved måling av arealet av en flate av strimmelen 1, kan der forekomme 30-60 m 2 av strimler 1 pr. kubikkmeter av matrisen. Dersom det partikkelholdige materiale er jord, kan den være "tørr", dvs. med akkurat sitt normale fuktighetsinnhold (som f.eks. kan være opp til 10 % for sand).

Figur 4.

Fig. 4 viser rekonstruksjonen av en elvebredd 9 under bruk av oppmudret sand 4, som sprøytes ut gjennom et munnstykke 10. Arrangementet er lik det på fig. 2, med den unntagelse at strimlene 1 blir ført nedover gjennom det indre av en trakt eller kappe 5, som danner en Venturi, idet det reduserte trykk bidrar til transporten av strimlene 1, selv om denne også assi-steres ved inngrepet med sanden 4 med de tverrgående tråder 3

i strimlene 1.

Munnstykket 10 kan ha en diameter på 70 eller 100 cm, og blir beveget rundt (sammen med trakten 5) samtidig som sanden 4 blir sprøytet ut. Sanden 4 vil gli nedover skråflaten, under vannet, og drar strimlene 1 ned sammen med seg, dels på grunn av det forhold at sanden 4 kommer til inngrep med tverrtrådene 3.

Selv om det ikke er vist, vil strimlene på fig. 4 ligge

i matrisen 9, på samme måte som vist for strimlene 1 på figurene 2 og 3.

Eksempler.

Den etterfølgende tabell 1 angir eksempler på.fire for- skjellige strimler som kan.benyttes. Den etterfølgende test indikerer bruken av strimlene i laboratoriemålestokk.

Alle strimlene eller nettene ble tildannet fra et kvadra-tisk, støpt nett. Nett nr. 2 er den biaksialt orienterte ver-sjon av nett nr. 3, og er vist på fig. 4 GB 2 120 475 B. Nett nr. 4 er vist på fig. 1 på den vedføyde tegning. Toppstyrke-test ble utført med klembakker (bortsett fra nett nr. 3), idet dette svarer til bruddbelastning. Alle strimlene kan frem-stilles og brukes i 1 km lengder.

Test.

Testutstyret innbefatter en tank med glassider 2.0 m lang x 0.3 m bred x 1.14 m dyp med en overliggende trykkfot 0.3 m lang x 0.12 m bred. Foten er anordnet sentralt med sin lengre dimensjon ragende på tvers av tanken. Tanken ble fylt med Leighton Buzzard sand under bruk av en tverrgående sanddusj, for å sikre en konstant sanddensitet langs hele dybden av tanken. For testen med innlemmelsen av maskestrimmelen, ble strimler av nett nr. li tabell 1 på slump innlemmet i den øvre del av tanken til en dybde som utgjorde to ganger bredden av trykkfoten, det vil si 0.24 m. Den forsterkede del av sanden inneholdt 0.2 vektprosent av strimlene. Gjennomtreng-ningshastigheten for foten var 10.25 mm/t.

Dataene fra testen er gitt uten dimensjoner, med fot-settingen (6) dividert med bredden (B) og påført belastning dividert med arealet av foten for å gi den benyttede påkjenning som på sin side blir dividert med enhetsvekten av jorden multiplisert med bredden av foten. Testen ble gjentatt under bruk av sand alene, og resultatene er sammenlignet i tabell 2 og grafisk på fig. 5 (kurve A utgjør sand pluss strimmel og kurve B anskueliggjør sand alene). Figur 5 viser klart ikke bare den forbedrede ytelse ved lave påkjenninger, men også en kontinuerlig forbedring langt over toppydelsen for sand alene. Tabell 2 kvantifiserer forbedringene som et forhold.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til å forsterke en partikkelholdig matrise (9) ved hovedsakelig på slump å innleire i matrisen i det minste én fleksibel strimmel (1) med åpen maskekonstruksjon, karakterisert ved at der benyttes en strimmel (1) som er mer enn hundre ganger så lang som den er bred og har sammenhengende skjøter eller krysninger, høy fleksibel gjenvinning og høy dimensjonsstabilitet i sitt plan, idet strimmelen (1) innleires uten at der skaffes en vesentlig mengde av ekstra tomrom i matrisen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at maskekonstruksjonen er en sammenhengende maskekonstruksjon av plastmateriale, omfattende molekylær-orienterte tråder (2, 3).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at strimmelen (1) har langsgående tråder (2) som er innbyrdes forbundet ved hjelp av tverrgående tråder (3) ved skjøtene eller krysningene, idet de langsgående tråder er molekylært orientert og de tverrgående tråder ikke er vesentlig molekylært orientert.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at strimmelén (1) innføres i det partikkelholdige materiale (4) i matrisen (9) samtidig som materialet beveger seg i løs tilstand.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at det partikkelholdige materiale er suspendert i et fluidum og at strimmelen (1) tilføres sammen med strømmen av suspendert, partikkelholdig materiale.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at strimmelen (1) har langsgående tråder (2) som er innbyrdes forbundet ved hjelp av tverrgående tråder (3) ved skjøtene eller krysningene, idet tverrtrådene har ikke-sirkulært tverrsnitt, samtidig som tverrsnittene har en vesentlig større dimensjon under rett vinkel i forhold til strimmelens plan enn dimensjonen i strimmelens plan.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at de langsgående tråder (2) har et ikke-sirkulært tverrsnitt, idet tverrsnittet har en hovedsakelig større dimensjon under rett vinkel i forhold til strimmelens plan enn dimensjonen i strimmelens plan.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at strimmelen (1) er lenger enn avstanden fra det punkt (8) hvorfra strimmelen mates til sonen for matrisen (9) hvor strimmelen vil bli forankret.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at matrisen (9) utgjøres av jord (som definert her).

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den benyttes til dannelse av en undervannskonstruksjon av den forsterkede matrise (9) ved tilførsel av strimmelen (1) og partikkelholdig materiale (4) for matrisen fra et sted over overflaten av vannet.

11. Matrise (9), karakterisert ved at den er forsterket ifølge fremgangsmåten som angitt i et av de foregående krav.