岩盤工学の分野では、土の補強に使われるジオグリッドが土木工学の世界で注目を集めており、ますます広く使われるようになっている。
ジオグリッドの主な目的は、土壌の工学的特性を改善し、補強して安定させることである。
お客様のプロジェクトに適したジオグリッドを選択することは、長期的な耐久性と費用対効果を確保するために不可欠です。特定の用途に適したジオグリッドを選択する際には、考慮すべきいくつかの重要な要素があります：
- エンジニアリング・デザイン要件
- 仕様の選択
- 素材の選択
- 生産工程の影響
- 構造形式
- 製品強度試験方法
ジオグリッド補強土の設計要件
適切なジオグリッドを選択する最初のステップは、プロジェクトの種類とその用途を明確に定義することである。
ジオグリッドは、道路建設、堤防補強、斜面安定化、擁壁建設など、さまざまなプロジェクトで使用されている。
さまざまな用途では、プロジェクトの要件を満たすために、特定の特性や性質を持つジオグリッドが必要になることがあります。
ジオグリッドは一般的に、グリッド構造によって二軸ジオグリッドと一軸ジオグリッドに分けられる。
一軸ジオグリッド
一軸ジオグリッドは最も一般的に使用されるタイプの擁壁で、一方向の高い引張応力に耐えるように設計されており、直角方向の強度は低くなっています。
土壌を安定させる強度と耐久性があるため、補強土留め壁に最適である。壁の高さが大きく、加えられる力が主に垂直方向である場合によく使用される。
二軸ジオグリッド
壁の設計や地盤の特性によっては、2方向に強度を持つ2軸ジオグリッドを使用することもある。二軸ジオグリッドの強度は、縦方向（機械方向）と横方向（機械横断方向）で同じです。
2軸ジオグリッドは、直交する2方向に効果的な補強を行い、荷重をより均等に分散させます。二軸ジオグリッドは、土の状態が予測しにくく、より強力な補強が必要な用途によく使用されます。
セレクション ジオグリッドの仕様 in ジオグリッド補強土壁プロジェクト
引張強さと弾性率
ジオグリッドは、加えられる力に抵抗し、効果的な補強を提供するのに十分な引張強度を持たなければならない。ジオグリッドの重要なパラメータとして、ジオグリッドが引張力にどれだけ耐えられるかを示す。
引張強さは多くの場合、極限引張強さ（UTS）として規定され、単位幅当たりの力の単位（例えば、kN/mやlbs/ft）で測定される。
引張強さは、低強度、中強度、高強度に分類されることが多い。UTSの要件は、予想される荷重、応力、壁の高さ、土壌条件によって異なります。
また、ジオグリッドの剛性と荷重を効果的に分散する能力を示す弾性率も考慮する。
孔の大きさと形状
孔径とは、ジオグリッド腱またはストランド間の開口部の大きさを指す。通常、最大開口サイズまたは公称孔径として指定される。
ジオグリッドの孔径と形状は、土の相互作用、締固め、骨材のインターロッキングに影響する重要な要素である。
気孔が大きいジオグリッドは一般的に粗粒土壌に使用され、気孔が小さいものは細粒土壌に適している。
正方形、長方形、三角形など、孔の形状もジオグリッドの性能と土粒子との相互作用に影響する。
効果的な土のインターロッキングを実現し、ジオグリッド構造への土の侵入を防ぐために、適切な孔径と形状のジオグリッドを選択する。
関節の強さ／効率
ジョイント効率とは、ジオグリッドが引張力を 1 本のリブまたはストランドから別のリブまたはストランドに伝達する能力の尺度である。また、ジオグリッド構造内の接合部の強度を指すことも多い。
これはパーセンテージで表され、交差するストランド間の接合部の強度を表す。
ジョイント強度が高いほど、荷重を分散させる荷重伝達能力が高いことを示す。
ジオグリッドを選択する際には、ジョイント強度がプロジェクトの要件を満たすのに十分であることを確認するために、設計と製造品質を考慮する。
通常、ジョイント効率の最低要件はプロジェクトの仕様書に明記されている。
長期耐久性
ジオグリッドの耐久性は、プロジェクトの寿命にとって極めて重要である。
紫外線に対する耐性、化学物質への暴露、生分解性、プロジェクト地域で一般的な環境条件などを考慮する。
ジオグリッドの耐久性と耐劣化性を向上させることは、特に長期的な用途では重要である。
多くの場合、仕様には長期耐久性と設置時の損傷に対する耐性が要求される。
菌株の互換性
ジオグリッドは、過度の変形を防ぎ安定性を維持するために、周囲の土とひずみ適合性を示す必要がある。
ひずみ適合性とは、ジオグリッドが大きなひずみの差を経験することなく土とともに変形し、伸長する能力を指す。
この特性により、ジオグリッドと土壌は複合システムとして機能する。
設置に適したロールサイズ
ジオグリッドは通常ロール状で供給され、サイズはロールの幅と長さで指定される。
ロールのサイズは、壁の高さ、補強の配置、設置の容易さなどの要素を考慮し、特定のプロジェクトの要件に適したものとする。
ジオグリッドの種類によって、オーバーラップ距離、アンカー溝の深さ、接続方法など、特定の設置条件がある場合がある。
ジオグリッドの中には、適切な設置のために特殊な設備や技術を必要とするものがあります。
コストに関する考察
建設プロジェクトにおいて、コストは常に重要な要素である。
プロジェクトの要件を満たすジオグリッドを選択することが重要であるが、初期購入費用、設置費用、長期的なメンテナンス費用など、総合的な費用対効果を考慮すること。
ジオグリッドの品質が高ければ、メンテナンスと補修のコストを削減できるため、長期的な価値を高めることができる。
規格と規則の遵守
最後に、選択するジオグリッドが関連する業界標準や規制に準拠していることを確認すること。
地域によって、建設に使用されるジオシンセティックスに特定の要件がある場合がある。
コンプライアンスは、お客様のプロジェクトが安全および品質基準を満たしていることを保証します。
補強土擁壁におけるジオグリッド材料の選択
ジオグリッドの原料は主に高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリプロピレン（PP）、ガラス繊維、ポリエステルなどである。一般的に、一方向性ジオグリッドはポリエチレンで製造され、双方向性ジオグリッドはポリプロピレンで製造される。これは主に次の理由による：
1.高密度ポリエチレンの分子構造は直鎖状で、分岐が少なく、結晶化度は75%～90%である。優れた機械的強度、高い剛性と靭性、高い表面強度と使用温度（80℃）、良好な耐溶剤性、耐酸性、耐アルカリ性、耐スチーム性、良好な寸法安定性と耐環境応力割れ性を持っています。一方向性グリッドの製造に非常に適している。欠点は、引張強度に達するときの伸びが大きく、一般に12%前後である。
2.ポリプロピレン共重合体は、側鎖にメチル基を有する直鎖構造である。ポリエチレンよりも機械的強度と衝撃強度に優れ、剛性と耐屈曲性が高く、耐高温性と耐薬品腐食性が高い。欠点は低温では脆く、老化しやすいことである。延伸などの加工が必要なため、特に双方向延伸によるジオグリッドに適している。
3.ガラス繊維ジオグリッドは、ガラス繊維を編んだり縫い合わせたりしたものにポリマーをコーティングしたものである。引張強度に優れ、弾性率が高く、クリープや温度変化に強い。ガラス繊維ジオグリッドは化学的に不活性で耐久性が高いため、長期的な性能が重要な用途に適している。しかし、プラスチック製ジオグリッドよりも高価な場合があります。
4.ポリエステル製ジオグリッドは、高強度ポリエステル糸に保護ポリマーをコーティングしたものである。引張強度が高く、伸びが小さく、紫外線や化学薬品への暴露などの環境要因に強い。ポリエステル製ジオグリッドは、土の補強が必要な機械的安定化土壁（MSE）によく使用されます。
特定のジオグリッド補強土擁壁プロジェクトにおけるジオグリッド材料の選択は、プロジェクトの要件、予想される荷重、土壌条件、予算などの要因によって決まる。
生産技術がジオグリッドの選択に及ぼす影響
ジオグリッドは、その加工技術によって、一体延伸ポリマー製ジオグリッド、高強度繊維織物製ジオグリッド、複合溶接ジオグリッドに分類することができる。
インテグラル・ストレッチで製造されたジオグリッド
一般に、押出シートの加熱-精密打ち抜き-縦延伸-横延伸によって成形される。
この延伸効果は非常に重要である。ポリマー分子を再配向させ、グリッドの性能を大幅に向上させる：
1.分子の方向性が材料の強度を向上させると同時に、分子の方向性が節点の完全性を向上させる。
これは擬似グリッド（織物や複合溶接など）とは異なる。擬似グリッドの節は織物や複合溶接で、完全性が低く、縦方向と横方向の力の伝達性能が低い。
2.引張弾性率が改善され、グリッドは低歪みで高い引張強度性能を発揮できる。
3.長期クリープ試験により、延伸処理されたポリマーグリッドの傾向は、長期連続荷重下で大幅に低減され、補強の信頼性が保証されることが証明された。
4.延伸はポリプロピレングリッドの改質処理であり、低温脆性や易老化性などの欠点を大幅に低減し、使用耐久性を向上させるなど、多くの特性を改善する。
製織によるジオグリッド
高強度繊維ジオグリッドとしても知られる高強度合成素材リボンで織られている。
ポリエステル繊維またはガラス繊維でできており、強度が高く、伸びが小さい。経編機で格子状に編まれた後、工程に応じてポリ塩化ビニル（PVC）を含浸させる。
このグリッドのリブは引張強度が高く、その擬似節点は完全性に乏しく、節点の強度は非常に低く、縦方向と横方向の力の伝達性能は非常に悪く、土中の引き抜き抵抗はもともと強度よりも低い。補強材としては、その強度が十分に生かされていない。
複合溶接ジオグリッド
これは、複数のポリプロピレン・ストリップまたはスチールとプラスチックの複合ストリップを編み、節を溶接して作られる擬似グリッドである。
単体の補強強度は比較的高い。節は縦糸方向と横糸方向に重なり合って形成されるため、全体の強度は節の溶接強度に依存する。
このノードのせん断強度、引裂強度、破裂強度は比較的低い。完全性は悪く、強度は低く、縦方向と横方向の力を伝える性能は良くなく、寸法安定性と全体的な性能は比較的低い。
ジオグリッド製造工程の概要
米国のドレクセル大学が提案した節強度試験方法と、それによって試験された全体的な引張ジオグリッドと擬似ジオグリッドの結果（節強度は単一リブの強度に対するパーセンテージで表される）を以下の表に示す：
| タイプ | ノード強度/シングルリブ強度 |
| 一体延伸双方向ジオグリッド | 90% – 100% |
| 一体延伸双方向ジオグリッド | <10% |
| ノードは擬似的な双方向グリッドである。 | 3% – 13% |
優れた製造技術を持つジオグリッドには、均一な外観、滑らかな表面、カーボンブラックの明らかな光沢がある。
製造技術が不十分なジオグリッドの表面は粗い。
表面粗さやその他のパターンによって摩擦を多少増加させることはできるが、グリッドの補強性能のうち摩擦が占める割合はごく一部であり、主な補強性能はグリッドメッシュとフィラーの間のインターロック力と埋め込み効果であるため、グリッドの全体的な補強性能を向上させることはできない。
粗面グリッドの加工技術が相対的に低いことを示すだけでなく、表面のパターンマークやノッチは、外力を受けたときに応力を集中させ、引張性能を弱め、耐久性に影響する。
さらに、摩擦に基づいてアンカーの長さを決めるのは経済的ではない。
補強土工学におけるジオグリッドの構造選択
構造形式がジオグリッドの性能に及ぼす影響は、主に節形状と下地組成の 2 つの側面に現れる。
全体として延伸ポリマージオグリッドは単一材料であり、荷重は必要なく、節は一体であり、単一リブの強度と節の強度はよく一致し、全体としての強度は高い。
織物ジオグリッドの節は擬似節であり、節に織り込まれた縦糸と横糸のリボンは含浸ポリ塩化ビニル（PVC）によって接着されているだけで、強度が低く、力の伝達性能も低い。
溶接複合ジオグリッドのメッシュサイズは約100mm。このグリッドのメッシュサイズは大きすぎるため、リブの曲げ剛性が低下し、曲げ変形しやすくなり、食い込み力が低下する。このグリッドは複合化によって2つの材料からできているため、節点も擬似節点となり、節点強度が低く、力の伝達性能が悪い。
プラスチックとスチールの複合ストリップは、輸送、建設、使用の過程で損傷したり、亀裂や破裂が生じたり、周囲の湿気や水分が剛性補強材を腐食させ、有効断面が小さくなり、抵抗力や耐用年数が低下する可能性がある。
製品強度試験法の影響
上記のジオグリッドの示す強度は、引張試験によって測定される。したがって、材料の引張試験方法と試験データの意義は、設計時に特に注意すべき要素のひとつである。
積分引張強度を持つジオグリッドの補強は、機械的インターロックと土粒子とのインターロックによって達成される。
これに基づき、米国ジオシンセティックス研究所の基準GRI-GGIはこう定めている：
引張試験データの測定は、土中のグリッドに作用する力の伝達関係に従わなければならない。
また、縦方向の引張力の獲得は、横方向の補強材の直角方向の伝達と不可分であること、すなわち、土中のジオグリッドの縦方向の引張力は、横方向の補強材との機械的な連動を通じて縦方向の補強材に伝達されることが指摘されている。
そのため、引張試験では、横方向の補強材をクランプして長手方向に引き伸ばすことで、長手方向の引張力を測定する。
もちろん、一体型ジオグリッドの縦リブと横リブは全体であるため、縦補強材を直接クランプして伸ばすことによっても引張強度を測定することができる。両者で得られる結果は歪みなく一致している。
他の2種類の擬似グリッドは、ノードの強度が低いために破損する。グリッドを構成する縦筋と横筋は一体ではない。横リブの食い込み力が節点に伝わると、節点強度が低いために損傷し、縦方向補強材が滑って補強材が破損する。
このような状況のため、引張強度を測定する場合、クランプは縦方向の補強材にしかクランプできない。測定されるのは縦筋の強度であり、グリッド全体の強度ではない。縦方向の補強材の強度を全体の強度を表すのに使うのは歪である。
これが、擬似グリッドが高い表示強度を持ちながら実際の強度が低い重要な理由でもあり、補強材として致命的な弱点でもある。補強土擁壁の建設にこのタイプのジオグリッドを選択する場合は、特に注意を払う必要がある！
最後に
結論として、補強土プロジェクトに適切なジオグリッドを選択することは、擁壁の安定性、長期的性能、費用対効果を確保するために不可欠な重要な決定である。
使用するジオグリッドの種類と材質について十分な情報を得た上で決定するためには、地盤工学技術者に相談し、プロジェクトの仕様を検討し、土質条件、予想荷重、グリッドの仕様、材質、製造工程、試験方法、構造などを考慮することが不可欠である。
QIVOCは経験豊富なジオグリッドメーカーとサプライヤーです。長年の蓄積された製品とプロジェクトの経験は、適切なジオグリッドを選択する際に大きな助けとなるかもしれません。ニーズがございましたら、お気軽にお問い合わせください。
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