防草シートの固定ピンの太さによる強度の違い

太さが違うだけでこんなに違う! 防草シートの固定ピンの太さによる強度の違い

防草シートの固定ピンは太さがわずかに変わるだけで、強度が大きく異なります。このページでは、固定ピンの太さと強度の関係について詳しく解説しています。さらに実際に太さの異なる固定ピンを地面に打ちこんで違いを検証してみました!

防草シートの固定ピンは
太さによって
強度が大きく異なります

防草シートの固定ピンの
太さによる強度の違い

  • 太さが2倍になると強度が8倍、曲がりにくさが16倍
  • 太さが2倍になると
    強度が8倍、曲がりにくさが16倍になる

    防草シートの固定ピンは様々な太さがありますが、その太さによって強度は大きく異なります。物体の応力とたわみ量をもとに計算すると、固定ピンの太さが2倍になると強度が8倍、曲がりにくさが16倍になります。この応力とたわみ量は物体の長さによっても異なり、長さが長くなるほど強度が小さくなり、曲がりやすくなります。

計算方法について

防草シートの固定ピンの強度・曲がりやすさを計算するにあたり、建築物の構造計算における、断面が円の片持ち梁の応力、たわみ量を計算する方法を用いました。
片持ち梁とは、1点を固定端、他端を自由端とした梁のことです。
今回の場合、固定ピンの端を固定し、もう一方の端に力を加えたときの強度と曲がりやすさを計算しています。

梁にかかる応力はσ=F×L/Zで表されます。
F:荷重(外部から加わる力)
L:梁の長さ
Z:断面係数

この時のZの計算式は、Z=π×d3/32で表されます。(d=断面の直径)
つまり、太さが2倍になると、断面係数Zが8倍になります。
すなわち、応力σが1/8倍になります。
同じ力を加えたときに、内部に発生する力(応力)が小さくなることで、その分物体が壊れにくくなるということです。

また、外部から同じ力を加えたときの曲がりやすさを梁のたわみ量と同じ方法で計算しました。

梁のたわみ量はδ=(F×L3)/(3×E×I)で表されます。
E:ヤング率(鉄の場合、E=205000MPa)
I:断面二次モーメント

この時のIの計算式は、I=π×d4/64で表されます。(d=断面の直径)
つまり、太さが2倍になると、断面二次モーメントが16倍になります。
すなわち、たわみ量が1/16倍になり、より曲がりにくくなります。

一般的な防草シートの固定ピンの
強度・曲がりやすさを比較!

上記の計算方法を元に、10Nの力を加えた時防草シートの固定ピンの太さ・長さによって
どれだけの差が出るかを計算してみました。

固定ピンの長さとたわみ量
長さ 太さ 応力 たわみ量
15cm 2.5mm 755MPa 33mm
3mm 566MPa 14mm
4mm 236MPa 4mm
20cm 2.5mm 1304MPa 68mm
3mm 755MPa 33mm
4mm 318MPa 10mm
30cm 2.5mm 1956MPa 230mm
3mm 1132MPa 111mm
4mm 477MPa 35mm
応力は小さいほど強い、たわみ量は大きいほど曲がりやすい

防草シートを施工する際、固定ピンを打ち込んだ時に曲がってしまうかどうかは地面の硬さや状態によりますが、固定ピンの長さや太さによって、強度や曲がりやすさに大きく違いが出るということがわかります。特に長さ30cmの場合、細い固定ピンの場合は打ち込むときに曲がってしまう可能性が高いため注意が必要です。

太さの異なる固定ピンを
実際に地面に打ち込んで検証!

比較する固定ピンは
太さ2.8mmと太さ3.5mm

  • 比較する固定ピンは太さ2.8mmと太さ3.5mm
  • 防草シートの固定ピンの太さによる強度と曲がりやすさの違いを比較するため、同じ長さで太さが異なる固定ピンを実際に地面に打ち込んでみました。太さは2.8mmと3.5mmでわずか0.7mmの差ですが、この差がどの程度の影響を与えるのでしょうか。

使用した固定ピンの詳細

  • 太さ2.8mmと3.5mmの固定ピンの比較
  • 【固定ピン(1)】

    素材:亜鉛メッキ鉄
    長さ:20cm
    太さ:2.8mm
    応力:928.017MPa たわみ量:43.267mm

    【固定ピン(2)】

    素材:亜鉛メッキ鉄
    長さ:20cm
    太さ:3.5mm
    応力:475.145MPa たわみ量:17.757mm
    ※応力・たわみ量は10Nの力を加えたときの数値です。

防草シートを敷き、同じ場所に
固定ピンを打ちこんだ結果

  • 太さ2.8mmの固定ピン
    障害物があり根元から曲がってしまいました

    最初に、太さ2.8mmの固定ピンを地面に打ち込んでみました。地中には硬い石のような障害物があり、途中でピンが進まなくなりました。そのまま強くたたくとピンがぐにゃっと根元から曲がってしまい、それ以上入らない状態になってしまいました。

  • 太さ3.5mmの固定ピン
    障害物ありましたが避けながら入っていきました

    太さ2.8mmの固定ピンを打ち込んで刺さらなかった場所と全く同じ場所に太さ3.5mmの固定ピンを打ちこみました。途中、石のような硬い障害物に当たる感覚がありましたが、そのままたたくと石を避けながら入っていき、最後まで打ち込むことができました。

曲がりやすい固定ピンが
適している場合もあります

  • 地表の近くに配管が埋まっている場合はプラスチックピンがおすすめ!
  • 地表の近くに配管が埋まっている場合は
    プラスチックピンがおすすめ!

    防草シートを施工する敷地の地表の近くにガス管や水道管などが埋まっている場合、先の尖った鉄製の固定ピンを打ちこむと、配管を破損させてしまう可能性があります。このような場合は、曲がりやすいプラスチックの固定ピンを使用すると、配管を傷つける可能性が低くなります。

このページでは、防草シートの固定ピンの太さや長さの違いによる強度・曲がりやすさを解説しましたが、固定ピンには、長さや太さ以外にも形状や素材によって、様々な種類があります。防草シート施工に失敗しないためにも、施工場所の地面の状態に合わせて適切な固定ピンを選びましょう。

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