ジオシンセティックス ジオシンセティックは、従来の地盤材料の代わりに土木建設に使用されており、低価格、耐久性、簡単でシンプルな施工、短い生産サイクルといった利点がある。ジオシンセティックスの中でも、ジオグリッドとジオテキスタイルは最も一般的な合成材料である。では、両者の違いは何かご存知だろうか？
この記事で キボック では、ジオグリッドとジオテキスタイルの違いは何なのか、詳しく紹介する。
ジオシンセティックス概要
ジオシンセティックスとは？
ジオシンセティックス（Geosynthetics）とは、地盤工学や土木工学の建設に使用される合成素材で作られた様々な製品の総称である。主に地盤工学で使用されるため、天然素材と区別するために「ジオ」をつけて「ジオシンセティックス」と呼ばれる。土木材料としては、合成高分子（プラスチック、化学繊維、合成ゴムなど）を原料として、様々な種類の製品を作り、土の中や土の表面、あるいは土と土の間に様々なものを入れて、土を強化したり保護したりする役割を果たすものである。
ジオシンセティクスはかつて"ジオテキスタイル"と"ジオメンブレン".プロジェクトのニーズに伴い、このような材料は、次のような新しい品種を持ち続けている。 ジオグリッド, ジョーネット およびジオテクニカルバッグ、ジオネットマット、ジオベルト、ジオメンブレン、 複合ジオメンブレン, ベントナイト防水毛布, 複合排水ネットワークなどと呼ばれるようになり、元の名称ではすべての製品を正確にカバーできないため、その後の時代には「ジオテキスタイル、ジオメンブレンおよび関連製品」と呼ばれるようになった。このような名称は、技術用語や学術用語としてはふさわしくない。このため、1994年にシンガポールで開催された第5回国際ジオシンセティックス会議では、このような材料の名称を「ジオシンセティックス」（geosynthetics）と正式に特定した。
ジオシンセティックスの原料はポリマー（高分子）である。これらは石炭、石油、天然ガス、石灰石から得られる化学物質から作られ、さらに合成物質の繊維やシートに加工され、最終的にさまざまな製品になる。ジオシンセティックス製造に使われる主なポリマーは、ポリエチレン（PE）、ポリエステル（PET）、ポリアミド（PER）、ポリプロピレン（PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）、塩素化ポリエチレン（CPE）、ポリスチレン（EPS）である。
ジオシンセティックスの主な用途と機能
ジオシンセティックスの分野は、地盤工学、土木工学、水利工学、環境工学、交通工学、都市工学、海囲工学などである。
これらの分野では、ジオシンセティクスは主に土壌補強、浸透防止、腐食防止、隔離、強化の役割を果たしている。
土壌の強度を高める
ジオシンセティックスには高い引張強度とせん断強度があり、土体中に補強層を形成し、土体全体の強度と安定性を向上させることができる。例えば、道路工学では、ジオシンセティクスを路盤の底に敷設することで、車両荷重の作用に効果的に抵抗し、路面の沈下や変形を防ぐことができる。
土質工学的性能の向上
ジオシンセティックスは濾過性、排水性に優れ、地盤の排水能力や浸透抵抗性を向上させることができる。土石流ダム工事では、ダム本体内にジオシンセティックスを敷設することで、ダム本体の耐浸透性を向上させ、水の浸透や決壊を防ぐことができる。
土壌洗掘抵抗性の改善
河川・海岸工学において、ジオシンセティックス（地盤補強材）は、水の洗掘に効果的に抵抗し、土壌浸食や堆積物の沈降を防ぎ、工学構造物の安定性と安全性を守ることができる。
絶縁と防錆の役割を果たす
地下工学では、ジオシンセティックス（合成樹脂）を土壌に設置することで、異なる土壌層間の水の流れや粒子の移動を遮断し、地下水の汚染や地盤沈下を防ぐことができる。埋立地などの環境プロジェクトでは、ジオシンセティックスによって腐食や浸透を防ぎ、周辺環境の安全と健康を守る役割を果たすことができる。
土壌の利用可能性を高める
ジオシンセティックス（地盤補強材）を土壌に添加することで、土壌の物理的・化学的特性を変化させ、土壌の肥沃度と透水性を向上させ、農業生産や植生回復に有利な条件を提供することができる。
ジオグリッド
ジオグリッドとは
ジオグリッドは、ユニークな特性と効能を持つジオシンセティック材料の一種である。一般的にはリブ材や複合材などの補強土構造として使用される。
ジオグリッドは、プラスチックジオグリッド、スチールジオグリッド、ガラス繊維ジオグリッド、ポリエステル縦編みポリエステルジオグリッドの4種類に分けられる。ジオグリッドはポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどのポリマーを熱可塑性樹脂で成形したもので、二次元のグリッドや一定の高さの三次元のグリッドスクリーンがあり、土木工学として使用される場合はジオグリッドと呼ばれる。
ジオグリッドの特性と構造
ジオグリッドには次のような特徴がある。
1、高強度、変形が小さい；
2、小さなクリープ；
3、耐食性、長寿命；
4、便利で迅速な建設、短いサイクル、低コスト；
ジオグリッドの構造には以下が含まれる：
一軸
一軸引張プラスチックジオグリッドの引張強度と引張弾性率は極めて高い。この種のプラスチック製ジオグリッドは、高密度ポリエチレン（HDPE）を主材料として薄いシートに押し出し、規則的な格子を形成するように打ち抜き、縦方向に伸ばしたものである。
二軸
二軸ジオグリッドは縦方向、横方向ともに大きな引張強度を持つ。二軸モノリシック・ジオグリッド製品は、ポリプロピレン（PP）またはポリエチレン（PE）製で、可塑化され、押し出され、穴が開けられ、縦方向と横方向に伸ばされている。
多軸
多軸ジオグリッドは、その安定性と効率性の高さが際立っており、より合理的な応力状態を提供します。基礎の安定性を確保するだけでなく、十分な引張強度とせん断強度を持つという利点もあります。このプラスチックジオグリッド層は、プラスチックの押し出し、打ち抜き、四方延伸によって形成された平面メッシュ構造をしている。
ジオグリッドの主な応用シナリオ
道路と鉄道の基礎補強
高速道路や鉄道の路盤におけるジオグリッドの役割は、路盤の支持力と平滑性を回復するための補強であり、路盤土体の安定性を強化し、耐用年数を延ばし、定期的なメンテナンスを減らすことである。
ジオグリッドポリマーは、路盤に非常に高い安定性を付加することができ、土壌本体の全体的な強度を向上させ、補強は砂利土の強度と破壊ひずみを大幅に改善することができ、土壌の破壊は遅延効果があります。同じレベルの破壊応力では，補強された礫土の供試体の軸ひずみと横ひずみは著しく減少する。礫土の補強効果は周面圧の増加とともに減少し，補強効果は礫粒子の風化度，軟らかさ，硬さにも関係する。
壁と斜面の安定化
壁や斜面は土から大きな圧力を受けますが、ジオグリッドはこの圧力を擁壁構造全体に均等に分散させることができるため、擁壁の全体的な安定性を高めることができます。同時に、ジオグリッドは土の滑りや浸食を防ぎ、擁壁の完全性を維持することもできます。
地震は一般的な自然災害であり、壁や斜面の安定性に大きな脅威をもたらす。ジオグリッドは柔軟性と延性に優れ、地震による衝撃を効果的に吸収・分散し、擁壁の振動を低減し、耐震性能を向上させることができる。
透水性は、壁や斜面の建設において重要な考慮事項である。壁や斜面の透水性が悪いと、水圧が蓄積して圧力が高まり、安定性に影響する。一方、ジオグリッドは透水性に優れ、効果的に水を排出することができるため、擁壁への水圧の影響を軽減することができる。
壁や斜面は、土の圧力や外部環境の影響に長期間耐える必要があることが多く、その耐久性は重要な考慮事項である。ジオグリッドの特徴は耐食性と耐老化性であり、壁や斜面の耐用年数を効果的に延ばすことができる。
ジオグリッドの詳細については、こちらの記事をお読みください。ジオグリッドの織物を解きほぐす：総合ガイド ”
ジオテキスタイル
ジオテキスタイルとは
ジオテキスタイルは、合成繊維（例えば、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維）をニードリングまたはウィービングして作られた透水性の合成繊維素材である。透水性の織物であるため、土と組み合わせて使用することで、分離、ろ過、補強、保護、排水などの機能を発揮する。そのため、地盤工学や環境分野での特定機能の実現を目的とした土木工事や各種建設工事で広く使用されている。
ジオテキスタイルの主な特徴と種類
ジオテキスタイルの特性
高い強度：プラスチック繊維を使用しているため、湿った状態でも乾いた状態でも十分な強度と伸びを保つ。
耐食性：様々なpHレベルの土壌や水中で長期的な耐食性を示す。
優れた透水性：繊維間に隙間があるため、優れた透水性が確保される。
優れた抗菌性：微生物や昆虫に侵されない。
便利な構造：軽くて柔らかいので、運搬、敷設、施工が簡単です。
優れたアンチエイジング特性：耐紫外線性、耐オゾン性、耐酸化性など、優れた耐老化性を誇り、さまざまな気候条件下で安定した使用が可能。
環境に優しい：主に合成繊維で構成されているため、天然資源への依存度が低い。
軽量：従来の土木資材に比べ軽量で、運搬、設置、施工が容易。
優れた隔離性：土と砂、土とコンクリートなどを効果的に分離する。
良好なろ過/逆ろ過：効果的に土粒子、細かい砂、小さな石などを遮断し、水と土壌工学の安定性を確保します。
ジオテキスタイルの種類
織物のジオテキスタイルは、規則的なパターンで複雑に織り込まれた糸から作られています。均一に分布しているため、不織布のジオテキスタイルに比べて優れた強度と寸法安定性を示す。主に土壌の移動を防ぎ、地下排水を制限し、テクスチャーコントロールを強化するために採用され、これらの織物は鉄道線路の安定化にも利用されています。
不織布ジオテキスタイルは、熱接着された合成繊維から製造され、軽量で柔軟な特性を備えています。主に分離・ろ過用途、擁壁補強、土壌安定化、侵食防止に使用され、不織布は透水性、優れた耐穿孔性、適度な引張強度、優れた伸長特性を有しています。
ポリプロピレン製ジオテキスタイル生地：
ポリプロピレン・ジオテキスタイル・ファブリックは、主に分離用に設計された不織布です。透水性や排水性はあるが、補強効果はない。ポリプロピレン・ジオテキスタイル・ファブリックは、一般的にその寿命に基づいて呼ばれ、雑草バリアとして頻繁に使用されます。
スパンボンド・ジオテキスタイル・ファブリック：
織物製造の領域では、スパンボンドプロセスが不織布を製造する最も速い方法と考えられている。この工程では、押し出されたフィラメントをシート状に紡績し、加熱したローラーで接着する。ポリプロピレン製ジオテキスタイル・ファブリックと同様、スパンボンド・ファブリックには排水機能があるが、補強材がない。重量で計算すると、通常、雑草バリアや排水布として使用される。
ニットのジオテキスタイル生地：
これらの繊維は優れた柔軟性と高い費用対効果を発揮する。使用量が少ないにもかかわらず、「排水と砂防」の需要は着実に増加している。ニット・ジオテキスタイル・ファブリックは、ニット技術を用いて製造されるが、その製造には織物も用いられることがある。
複合ジオテキスタイル生地：
これらは2つ以上のジオテキスタイル織物を組み合わせて独特の特性を持つ材料を形成することによって作られる。例えば、複合ジオテキスタイル織物は、不織ジオテキスタイル織物と織物ジオテキスタイル織物を組み合わせて、頑丈で耐久性があり、透水性の高い材料を作ることができる。
ポリエステルのジオテキスタイル生地：
ポリエステル・ジオテキスタイル・ファブリックは、ポリエステルのカールした短繊維から作られ、繊維の細さは6～12デニール、長さは54～64ミリメートルである。製造工程では、不織布製造装置を使用して、開繊、梳毛、混紡（短繊維の交絡）、ウェブ・レイイング（標準化された結び目と固定）、ニードル・パンチの技術を駆使して生地を作ります。
ポリエステル・フィラメントのジオテキスタイル生地：
ポリエステル長繊維ジオテキスタイル生地は、ポリエステル長繊維ジオテキスタイル生地を紡績、ニードルパンチ加工して作られます。耐熱性、耐光性に優れています。
連続フィラメントのジオテキスタイル：
これらのジオテキスタイルは、個々のヤーンやステープルファイバーを必要とせず、連続繊維から作られています。連続繊維ジオテキスタイルは、高い引張強度と濾過性が不可欠な用途に使用されます。
生分解性ジオテキスタイル：
生分解性ジオテキスタイルは、時間の経過とともに分解するように設計されており、植生が定着するまでの間、一時的なサポートを提供します。環境に敏感な地域でよく使用され、自然の植生が定着するまでの間、浸食を抑制するのに役立ちます。天然繊維製のジオテキスタイルなどがある。
ジオテキスタイルの主な用途
分離とろ過
ジオテキスタイルを利用して、物理的性質（粒度、分布、一貫性、密度など）の異なる建築材料（土と砂、土とコンクリートなど）を隔離する。そのため、2種類以上の材料が失われることなく、混ざり合うこともなく、材料の全体的な構造と機能を維持し、建物の運搬能力を強化することができる。
細かい土の層から粗い土の層に水が流れ込むとき、ジオテキスタイルの優れた通気性と透水性を利用して水を通すと同時に、土粒子や細かい砂、小石などを効果的に遮断して土と水の工事の安定性を維持する。
排水と浸透防止
ジオテキスタイルは導水性に優れ、土壌内部に排水溝を形成し、余分な液体やガスを土壌構造から排出することができる。
ジオテキスタイルの浸透防止機能とは、主に水や有害な液体の浸透を防ぐことを指す。この種のジオテキスタイルは主に不織布とジオメンブレンから構成されています。主にダム貯水池や埋立地の浸透防止に使用され、ダムの浸透防止勾配壁、堤防、水路の浸透防止などに使用されます。
侵食防止
ジオテキスタイルは、河岸、河川敷、砂浜における干ばつと洪水が交互に起こることによって生じる水の流れを制御し、土地の浸食を防ぐために使用することができる。
建設中、ジオテキスタイルは従来の締め固め工法による土壌の沈下を防ぐことができる。
道路、橋、トンネル、鉄塔の基礎などでは、ジオテキスタイルを使って土壌を強化・補強し、より強固で安定したものにすることができる。
ジオテキスタイルの詳細については、こちらの記事をご覧ください。ジオテキスタイル・ファブリックのパワーを解明する”
ジオグリッドとジオテキスタイルの違い
ジオグリッドは主に補強と安定化に使用される。
ジオグリッドは土壌の安定性を効果的に向上させることができる。ジオグリッドを土壌に加えることで、補強土効果を形成し、土粒子を格子状のグリッドに固定することができるため、土壌のせん断強度と支持力を大幅に向上させることができる。これは土壌浸食、地滑り、基礎沈下を防ぐために重要である。
ジオテキスタイルは、主に分離、ろ過、排水に使用される。
ジオテキスタイルの分離メカニズムは次の通りである：第一に、ジオテキスタイルは2つの異なる地盤材料の間に配置され、2つの材料間の隔離の役割を果たし、異なる層間の材料の不純物を防ぐ。第二に、層間の汚染や腐食を防ぎ、高水準の土木工事を保証することである。
ジオテキスタイルの濾過メカニズムは、第一に、液体や気体が自由に排出される際に遮断されないようにすること、第二に、水の流れを通して小さな土粒子を効果的に保持し、土壌を損傷から守ることである。
ジオテキスタイルは、排水路のような土壌中の排水機能を実現することができる。ジオテキスタイルは、土壌のあらゆる方向に水を排出し、地盤工学的作業において水やその他の液体を集め、運搬する。
構造と素材の違い
ジオグリッドには格子状の構造がある
ジオグリッドのメッシュ構造には、主に一軸、二軸、多軸構造がある。
ジオテキスタイルは連続繊維構造体である
ジオテキスタイルの連続繊維構造は、主に2種類のジオテキスタイルのニードルパンチ加工または織り加工によって作られる。
一種類は不織布であり、不織布ジオテキスタイルは繰り返しニードル生産プロセスであるため、通例等価孔径と呼ばれる三次元孔構造を有する。
もうひとつのタイプは織物状のジオテキスタイルで、さまざまな織機や工程を経て経糸と緯糸を織り合わせて布にする。
アプリケーション環境の違い
ジオグリッドは高強度が要求されるプロジェクトに適している
1.道路プロジェクト
道路プロジェクトでは、ジオグリッドは路盤を強化し、路面の支持力を向上させ、路面のひび割れを防止するために使用することができます。高速道路、市道などのプロジェクトでは、ジオグリッドを補強に使用することで、路面の耐用年数と運転の安全性を大幅に向上させることができます。
2.鉄道プロジェクト
鉄道プロジェクトでは、ジオグリッドは鉄道路盤を強化し、鉄道路線の安定性と安全性を向上させるために使用することができる。重鉄道、高速鉄道などのプロジェクトでは、ジオグリッドを補強に使用することで、路盤の沈下や変形を効果的に防止し、鉄道路線の運行効率と安全性を向上させることができる。
3.水利事業
水利工学では、ジオグリッドは堤防の補強、河岸浸食の防止、貯水池ダムの強化などに使用できる。河川
ガバナンス、貯水池建設などのプロジェクトでは、補強にジオグリッドを使用することで、プロジェクトの安定性と安全性を向上させ、人々の生命と財産の安全を守ることができる。
4.建設工学
建設工学では、ジオグリッドは基礎の補強、地下室の防水、土壌斜面の安定化などに使用できる。高層ビルや地下室などのプロジェクトでは、ジオグリッドを補強に使用することで基礎の支持力と安定性を向上させ、建物の安全性と安定性を確保することができる。
ジオグリッドは分離やろ過が必要なシーンに適している
1.道路建設
道路建設において、石材は道路舗装材としてよく使用される。石材層の中にジオテキスタイルを敷くことで、分離、ろ過、強化の役割を果たし、道路の耐用年数を延ばすことができる。
2.水利事業
水利事業では、ジオテキスタイルを堤体内部に敷設し、堤体構造を保護することができる。同時に、石造ダムの安定性を高め、水の洗掘に抵抗するために、石造ダムに敷設することもできる。
3.鉱山プロジェクト
採掘プロジェクトでは、石段の間にジオテキスタイルを敷いて石段の支持力を強化し、石の緩みを防ぐことができる。
複合アプリケーション
道路を建設する場合、ジオグリッドとジオテキスタイルを組み合わせて使用することができる。
例えば、路盤の底にはジオグリッドが敷かれ、道路補修の際にはアスファルト表層の下にフィラメントジオテキスタイルが敷かれる。
路床に敷設されたジオグリッドは、道路の支持力を高め、軟弱地盤の沈下を防ぐことができる。
アスファルトの下に敷かれたジオテキスタイルは、路面のひび割れを防ぎ、道路の寿命を延ばすことができる。
概要
ジオグリッドとジオテキスタイルの主な違いは、実現された機能、種類、構造特性などの違いにある。これらは同じジオシンセティックスというカテゴリーに属するが、2つの全く異なるジオテクニカル製品である。
最後に、これら2つの製品を組み合わせて使用した例を紹介した。したがって、素材を選ぶ際には、プロジェクトのニーズに応じて選ぶか、異なる素材の長所を組み合わせて併用する必要がある。
将来的には、より多くの種類のジオシンセティックが開発され、QIVOCはより優れた品質と汎用性を持つジオシンセティックの開発を積極的に模索している。
