지오그리드의 장기설계 인장강도는 크리프 변형, 시공시 손상 및 환경적 요인(온도, 화학적 손상, 생물학적 손상)에 영향을 받는다. 특히, 크리프 변형 및 시공시 손상이 가장 크게 영향을 미치는 요인으로서 반영된다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 많이 사용되고 있는 6종류의 지오그리드를 대상으로 일련의 현장 내시공성시험 및 크리프시험을 수행하여, 다양한 성토재 종류별 지오그리드의 시공시 강도감소와 크리프 변형 특성을 평가하였다. 연구결과, 지오그리드의 장기 설계인장강도는 지오그리드의 재료 및 제조방식에 크게 영향을 받으며, 최대인장강도의 크기에는 그다지 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
지오그리드의 장기설계 인장강도는 크리프 변형, 시공시 손상 및 환경적 요인(온도, 화학적 손상, 생물학적 손상)에 영향을 받는다. 특히, 크리프 변형 및 시공시 손상이 가장 크게 영향을 미치는 요인으로서 반영된다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 많이 사용되고 있는 6종류의 지오그리드를 대상으로 일련의 현장 내시공성시험 및 크리프시험을 수행하여, 다양한 성토재 종류별 지오그리드의 시공시 강도감소와 크리프 변형 특성을 평가하였다. 연구결과, 지오그리드의 장기 설계인장강도는 지오그리드의 재료 및 제조방식에 크게 영향을 받으며, 최대인장강도의 크기에는 그다지 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
The factors affecting the long-term design strength of geogrids can be classified into factors on creep deformation, installation damage, temperature, chemical degradation, biological degradation. Especially, creep deformation and installation damage are considered as main factors to determine the l...
The factors affecting the long-term design strength of geogrids can be classified into factors on creep deformation, installation damage, temperature, chemical degradation, biological degradation. Especially, creep deformation and installation damage are considered as main factors to determine the long-term design strength of geogrids. This paper describes the results of a series of experimental investigation, which were conducted to assess the installation damage according to different fill materials and creep characteristic of various geogrids. The results of this study show that the installation damage and creep deformation of geogrids significantly depends on a row material and a manufacturing process of geogrids.
The factors affecting the long-term design strength of geogrids can be classified into factors on creep deformation, installation damage, temperature, chemical degradation, biological degradation. Especially, creep deformation and installation damage are considered as main factors to determine the long-term design strength of geogrids. This paper describes the results of a series of experimental investigation, which were conducted to assess the installation damage according to different fill materials and creep characteristic of various geogrids. The results of this study show that the installation damage and creep deformation of geogrids significantly depends on a row material and a manufacturing process of geogrids.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 많이 사용되고 있는 지오그리드 6종류를 대상으로 다양한 성토재를 사용한 현장 내시공성시험과 일련의 크리프시험을 수행하여, 지오그리드 보강재의 장기 설계인장강도 산정에 있어 가장 크게 영향을 미치는 것으로 알려진 시공시 손상 및 크리프 변형의 영향을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 재질 및 제조방식이 상이한 두 가지 형태(A형 및 B형)의 지오그리드 6종류를 대상으로 일련의 내시공성시험 및 크리프시험을 수행하여, 지오그리드의 내시공성 및 크리프 특성을 평가하였다. 연구결과 얻은 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 지오그리드의 재질, 제조방법 및 인장강도가 내시공성 및 크리프 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 재질 및 제조방식이 상이한 두가지 형태(A형 및 B형)의 지오그리드 6종류(표 1 참조)를 실험재료로 선정하였다. 본 지오그리드 보강재원시료의 인장강도 및 변형 특성을 평가하기 위하여 그림 1에 나타낸바와 같이 광폭인장강도시험(ISO 10319)을 수행하였다.
제안 방법
크리프시험은 지오그리드의 소재에 따라 두 가지 방법으로 수행하였다. PET(Polyester)로 제조된 A형 지오그리드에 대해서는 ASTM D 5262-02에 규정되어 있는 시험법을 기준으로 하여 20℃, 35℃ 및 50℃ 온도에서 최대 1,000시간 동안 크리프시험을 수행하였으며, 크리프 하중으로는 표 1에 나타낸 원시료의 광폭인장강도를 기준으로 50% 및 60%의 하중을 사용하였다. 단기간의 실험결과를 통해 보다 긴 시간에서의 예측치를 얻기 위해 Boltzman이 제시한 시간-온도 중첩원리를 이용하였다(Vinogradov & Malkin, 1980; Takaku, 1980).
국내의 경우 지오그리드의 내시공성을 평가하기 위한 시험법이 아직 규정되어 있지 않은 관계로, 본 연구에서는 내시공성시험에 대한 해외의 여러 시험법들을 비교․검토하여 다음과 같이 현장 내시공성 시험을 수행하였다. 현장 내시공성시험 단면은 그림 5와 같다.
본 실험에서는 먼저 비교적 견고한 원지반을 정지한 후, 백호우로 성토재를 대략 40cm 두께로 깔고 정지한 다음, 국내에서 보강토구조물 시공시 다짐장비로 주로 사용되고 있는 10ton 진동로울러로 다짐을 실시하였다. 그리고 지오그리드를 다짐방향과 직각이 되도록 포설하고 그 위에 성토재를 40cm 정도 두께로 포설한 후 진동로울러를 사용하여 무진동으로 1회 및 진동으로 4회 다짐을 실시하였다. 하부성토층과 성토층의 다짐작업 완료후 성토높이는 그림 5에 나타낸 바와 같이 대략 30cm가 되도록 하였다.
내시공성시험에 사용된 6종의 지오그리드 중, A-1, A-2, A-3, B-2 및 B-3 지오그리드를 대상으로 일련의 크리프시험을 수행하였다. 크리프시험은 지오그리드의 소재에 따라 두 가지 방법으로 수행하였다.
일반적인 시험방법은 기초노상을 실제 구조물 축조시와 동일하게 처리한 후 규정 면적의 지오그리드 시료를 포설하고, 그 상부에 성토재를 포설한 후 실제 구조물 축조시와 동일하게 다짐한다. 다짐 완료후에는 다짐된 상부 흙을 비기계적인 방법으로 지오그리드에 손상이 가지 않도록 제거하여 지오그리드 시료를 추출하고, 추출된 시료에 대한 인장시험을 수행하여 원시료의 인장강도와 비교함으로써 최종적으로 시공성 강도감소계수를 산정한다.
하부성토층과 성토층의 다짐작업 완료후 성토높이는 그림 5에 나타낸 바와 같이 대략 30cm가 되도록 하였다. 다짐 후, 지오그리드가 손상되지 않도록 백호우와 인력으로 조심스럽게 성토재를 제거하고 지오그리드 시료를 추출하였다. 추출된 지오그리드 시료에 대해 시공시의 손상정도를 사진촬영을 포함하여 육안으로 자세히 조사/기록하고, 인장강도시험을 위한 시편(크기 : 0.
B형 지오그리드의 경우는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 제작되어 지오그리드의 크리프거동이 온도변화에 매우 민감한 특성을 가진다. 따라서 본 연구에서는 일본의 토목연구센터 & 지오텍스타일 보강토공법 보급위원회(2000)에서 제시한 크리프시험 방법을 토대로 하여 20℃ 온도에서 5종류 이상의 재하하중별로 최대 1,000시간 동안 단기 크리프시험을 수행하였으며, 하중재하 후 시간경과에 따른 크리프 인장변형률을 측정하여 지오그리드의 크리프 하중을 평가하였다.
일본의 토목연구센터 & 지오텍스타일 보강토공법 보급위원회에서 제안한 크리프 하중 평가방법은, 지오그리드 최대인장강도의 10%~90% 범위에서 5종류 이상의 하중을 재하하여 시간경과에 따른 크리프 변형률을 측정한 후, 재하하중별 경과시간-크리프 변형률 관계곡선, 등시하중(等時荷重)-크리프 변형률 관계곡선, 한계 크리프 변형률에 대한 경과시간- 크리프 하중 관계곡선을 순차적으로 도시함으로써 지오그리드가 사용되는 구조물의 내구년수를 고려한 지오그리드의 크리프 하중을 예측할 수 있다. 또한 예측된 크리프 하중에 대한 검증을 위해 하중비(荷重比)-크리프 변형 증가율 곡선을 도시하여 크리프 변형률이 급증하게 되는 재하하중 수준과 비교/평가하도록 하였다. 하중비-크리프 변형 증가율 곡선에서 하중비는 지오그리드의 최대인장강도에 대한 재하하중의 비율(%)이며, 크리프 변형 증가율은 다음 식으로 구한다.
본 실험에서는 먼저 비교적 견고한 원지반을 정지한 후, 백호우로 성토재를 대략 40cm 두께로 깔고 정지한 다음, 국내에서 보강토구조물 시공시 다짐장비로 주로 사용되고 있는 10ton 진동로울러로 다짐을 실시하였다. 그리고 지오그리드를 다짐방향과 직각이 되도록 포설하고 그 위에 성토재를 40cm 정도 두께로 포설한 후 진동로울러를 사용하여 무진동으로 1회 및 진동으로 4회 다짐을 실시하였다.
본 연구에서는 GRI-GG4 방법을 근거로 한계 크리프 변형률을 10%로 하여 지오그리드 B-2 및 B-3의 크리프 하중을 예측/평가하였다.
본 연구에서는 높이 270cm×길이 250cm×폭 105cm의 강재 프레임(frame)상에 4개의 시료를 동시에 시험할 수 있는 시험장치를 제작하여 크리프 시험을 수행하였다. 본 시험장치는 2개의 항온실로 구성되어 각각 다른 온도조건에서 시험할 수 있도록 되어있다.
본 연구에서는 지오그리드의 재질, 제조방법 및 인장강도가 내시공성 및 크리프 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 재질 및 제조방식이 상이한 두가지 형태(A형 및 B형)의 지오그리드 6종류(표 1 참조)를 실험재료로 선정하였다. 본 지오그리드 보강재원시료의 인장강도 및 변형 특성을 평가하기 위하여 그림 1에 나타낸바와 같이 광폭인장강도시험(ISO 10319)을 수행하였다. 지오그리드의 일반특성 및 광폭인장강도시험 결과는 표 1에 나타내었다.
성토재의 종류 및 입도변화에 따른 지오그리드의 시공시 강도감소를 평가하기 위하여, 최대 입경이 상이한 네 종류의 화강풍화토와 입경 25mm 쇄석 및 철도도상(ballast)용 쇄석 25~60mm를 각각 성토재로 사용한 경우에 대한 현장 내시공성시험을 수행하였다. 화강풍화토 흙시료는 문산시 인근에서 채취하였으며, 자체 제작한 대형체가름장치(1.
성토재의 종류를 다양하게 변화시켜 수행한 현장내시공성 시험 후, 다짐작업으로 인한 지오그리드 표면의 손상정도를 평가하고 광폭인장강도시험에 사용할 시편을 채취하기 위하여, 추출된 지오그리드에 대한 육안관찰을 수행하였다. 일반적으로 육안관찰시 지오그리드의 시공중 손상정도는 벗겨짐(general abrasion), 짓눌림(bruise), 찢김(split) 혹은 절단됨(cut)으로 표현 및 기록된다(Austin, 1997).
온도에 따른 이동인자(shift factor)를 산정하여 속성조건에서 실시한 시험결과를 시간축으로 이동시킴으로써 장시간 후의 크리프 하중을 평가하는 시간- 온도 중첩원리를 사용하여 지오그리드 A의 크리프 특성을 평가하였다. 본 A형 지오그리드의 온도에 따른 이동인자(shift factor)는 20℃를 기준으로, 35℃ 및 50℃에서 각각 -0.
다짐 후, 지오그리드가 손상되지 않도록 백호우와 인력으로 조심스럽게 성토재를 제거하고 지오그리드 시료를 추출하였다. 추출된 지오그리드 시료에 대해 시공시의 손상정도를 사진촬영을 포함하여 육안으로 자세히 조사/기록하고, 인장강도시험을 위한 시편(크기 : 0.2m×1.4m)을 각각 7개 이상 채취하여 광폭 인장강도시험(ISO 10319)을 수행하였다. 지오그리드 종류별로 내시공성시험에 사용한 지오그리드 면적은 10m2(2m×5m)이었다.
본 시험장치는 2개의 항온실로 구성되어 각각 다른 온도조건에서 시험할 수 있도록 되어있다. 크리프시험시 시료의 크기는 폭 20cm, 길이 80cm(3개 리브 포함)로 하였으며, 시료 중심부 20cm(1개 접점 포함) 길이에 LVDT를 부착하여 시간경과에 따른 인장변형을 자동으로 측정하였다. 그림 7은 크리프시험 모습이다.
대상 데이터
즉, 부분적인 리브의 절단 등 손상정도가 매우 큰 경우는 광폭인장강도시험이 사실상 어려울 뿐만 아니라 내시공성시험에 사용된 전체 시료 중에서 차지하는 비중도 극히 미소하기 때문에 시편으로 사용하지 않았으며, 보강재의 손상정도가 미약한 경우는 시험결과가 너무 안전측이 될 우려가 있을 것으로 판단되어 시편으로 사용하지 않았다. 따라서 “짓눌림”에 해당하는 부분 중 비교적 손상정도가 큰 것으로 판단되는 상태를 보이는 부분을 20cm×140cm(경사방향×위사방향) 크기로 재단하여 시편으로 사용하였다.
본 연구에서는 높이 270cm×길이 250cm×폭 105cm의 강재 프레임(frame)상에 4개의 시료를 동시에 시험할 수 있는 시험장치를 제작하여 크리프 시험을 수행하였다. 본 시험장치는 2개의 항온실로 구성되어 각각 다른 온도조건에서 시험할 수 있도록 되어있다. 크리프시험시 시료의 크기는 폭 20cm, 길이 80cm(3개 리브 포함)로 하였으며, 시료 중심부 20cm(1개 접점 포함) 길이에 LVDT를 부착하여 시간경과에 따른 인장변형을 자동으로 측정하였다.
육안관찰결과를 토대로 광폭인장강도시험 및 크리프시험에 사용할 시편을 추출하였다. 즉, 부분적인 리브의 절단 등 손상정도가 매우 큰 경우는 광폭인장강도시험이 사실상 어려울 뿐만 아니라 내시공성시험에 사용된 전체 시료 중에서 차지하는 비중도 극히 미소하기 때문에 시편으로 사용하지 않았으며, 보강재의 손상정도가 미약한 경우는 시험결과가 너무 안전측이 될 우려가 있을 것으로 판단되어 시편으로 사용하지 않았다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 선정된 지오그리드 시료는 폴리에스터(Polyester) 레진(resin)을 압출 실린더에 통과시켜 편평한 바(bar)형태로 추출한 후 냉각, 연신 공정을 통하여 스트립(strip)형태로 만들고, 이를 격자형으로 교차시켜 레이저 등으로 용접하여 제조한 A형 지오그리드 3종과 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene)를 열연신하여 제작한 B형 지오그리드 3종이다. 지오그리드 인장강도가 내시공성에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 각각의 지오그리드 유형별로 최대인장강도 크기가 다른 지오그리드 3종씩을 실험재료로 선정하였다.
4m)을 각각 7개 이상 채취하여 광폭 인장강도시험(ISO 10319)을 수행하였다. 지오그리드 종류별로 내시공성시험에 사용한 지오그리드 면적은 10m2(2m×5m)이었다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 선정된 지오그리드 시료는 폴리에스터(Polyester) 레진(resin)을 압출 실린더에 통과시켜 편평한 바(bar)형태로 추출한 후 냉각, 연신 공정을 통하여 스트립(strip)형태로 만들고, 이를 격자형으로 교차시켜 레이저 등으로 용접하여 제조한 A형 지오그리드 3종과 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene)를 열연신하여 제작한 B형 지오그리드 3종이다. 지오그리드 인장강도가 내시공성에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 각각의 지오그리드 유형별로 최대인장강도 크기가 다른 지오그리드 3종씩을 실험재료로 선정하였다.
성토재의 종류 및 입도변화에 따른 지오그리드의 시공시 강도감소를 평가하기 위하여, 최대 입경이 상이한 네 종류의 화강풍화토와 입경 25mm 쇄석 및 철도도상(ballast)용 쇄석 25~60mm를 각각 성토재로 사용한 경우에 대한 현장 내시공성시험을 수행하였다. 화강풍화토 흙시료는 문산시 인근에서 채취하였으며, 자체 제작한 대형체가름장치(1.4m×2m)를 이용하여 최대입경을 19mm, 40mm, 60mm 및 80mm로 조정하였다.
이론/모형
PET(Polyester)로 제조된 A형 지오그리드에 대해서는 ASTM D 5262-02에 규정되어 있는 시험법을 기준으로 하여 20℃, 35℃ 및 50℃ 온도에서 최대 1,000시간 동안 크리프시험을 수행하였으며, 크리프 하중으로는 표 1에 나타낸 원시료의 광폭인장강도를 기준으로 50% 및 60%의 하중을 사용하였다. 단기간의 실험결과를 통해 보다 긴 시간에서의 예측치를 얻기 위해 Boltzman이 제시한 시간-온도 중첩원리를 이용하였다(Vinogradov & Malkin, 1980; Takaku, 1980).
내시공성시험에 사용된 6종의 지오그리드 중, A-1, A-2, A-3, B-2 및 B-3 지오그리드를 대상으로 일련의 크리프시험을 수행하였다. 크리프시험은 지오그리드의 소재에 따라 두 가지 방법으로 수행하였다. PET(Polyester)로 제조된 A형 지오그리드에 대해서는 ASTM D 5262-02에 규정되어 있는 시험법을 기준으로 하여 20℃, 35℃ 및 50℃ 온도에서 최대 1,000시간 동안 크리프시험을 수행하였으며, 크리프 하중으로는 표 1에 나타낸 원시료의 광폭인장강도를 기준으로 50% 및 60%의 하중을 사용하였다.
성능/효과
1. 최대입경이 19mm, 40mm, 60mm 및 80mm인 화강풍화토를 성토재로 사용한 현장 내시공성 시험후 추출한 지오그리드에 대한 육안관찰 결과, 대부분의 손상은 지오그리드 짓눌림인 것으로 나타났으나, 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 날카로운 쇄석의 모서리에 의한 찍힘현상으로 인해 손상지점수가 화강풍화토에 비해 다소 많이 발생하였으며, 일부 리브가 부분적으로 절단된 손상이 다소 발견되었다. 따라서 쇄석을 성토재로 사용할 경우지오그리드의 내시공성에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되므로 설계/시공 시 각별히 주의해야할 것으로 판단된다.
2. 현장 내시공성시험 결과로부터 시공성 감소계수를 산정한 결과, 화강풍화토 및 최대입경 25mm인 쇄석을 성토재로 사용한 경우의 시공성 강도감소계수는 A형 지오그리드(PET flat ribs geogrid welded to laser) 및 B형 지오그리드(Extruded HDPE geogrid) 모두에서 1.06이하로 매우 미소하였으나, 입경이 25mm~60mm인 철도 도상용 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 A형 지오그리드의 시공성 감속계수가 1.50∼1.68로 상당히 큰 것으로 나타났다.
3. 본 연구에서 사용한 바와 같이 비교적 두께와 강성이 큰 지오그리드를 보강재로 사용할 경우, 내시공성 측면에서는 기존의 뒤채움재 선정기준(최대입경을 19mm로 제한)을 다소 완화시킬 수 있을 것으로 판단되며, 뒤채움재로 쇄석을 사용하는 경우에 있어서는 그 적용에 있어서 안전율 등을 충분히 고려해야 할 것으로 판단된다.
4. 지오그리드의 크리프 강도감소계수는 A형 지오그리드에 비해 B형 지오그리드의 경우가 57% 정도 큰 것으로 나타나, 지오그리드의 크리프특성은 지오그리드의 재질 및 제조방법에 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.
5. 지오그리드 유형이 동일한 경우 시공시 손상 및 크리프 변형 모두 지오그리드의 최대 인장강도에 관계없이 유사하게 평가되어, 지오그리드의 최대인장강도가 지오그리드의 시공시 손상 및 크리프 변형에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 즉, 지오그리드의 장기 인장강도특성은 지오그리드의 인장강도 크기보다 재질 및 제조방법에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
그림 8은 산정된 이동인자를 고려하여 크리프시험 결과를 시간축으로 외삽한 후 회귀분석한 결과이다. 그림 8에서 알 수 있는 바와 같이 광폭하중의 50% 및 60% 하중에 대하여 1,000,000시간 이후의 장기 크리프 변형이 세 시료 모두 7% 미만인 것으로 예측되어, GRI에서 제시한 한계 크리프 변형률 10%를 만족하는 매우 양호한 크리프특성을 가지는 것으로 평가되었다.
모두 지오그리드의 최대 인장강도에 관계없이 유사하게 평가되었다. 따라서 지오그리드의 재질 및 제조 방법이 동일하면, 지오그리드의 최대 인장강도가 지오그리드의 시공시 손상 및 크리프 변형에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 즉, 지오그리드의 장기 인장강도특성은 지오그리드의 인장강도 크기보다 재질 및 제조방법에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
본 내시공성시험 후 추출한 지오그리드를 물로 깨끗이 씻은 다음 육안관찰한 결과, 대부분의 손상은 지오그리드 표면부의 짓눌림인 것으로 나타났다. 또한 동일한 지오그리드에 대한 손상지점수는 성토재의 최대입경이 클수록 더 많은 것으로 나타났다. 한편, 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 날카로운 쇄석의 모서리에 의한 찍힘현상으로 인해 손상지점수가 화강풍화토에 비해 다소 많이 발생하였으며, 일부 리브가 부분적으로 절단된 손상이 다소 발견되었다.
일반적으로 육안관찰시 지오그리드의 시공중 손상정도는 벗겨짐(general abrasion), 짓눌림(bruise), 찢김(split) 혹은 절단됨(cut)으로 표현 및 기록된다(Austin, 1997). 본 내시공성시험 후 추출한 지오그리드를 물로 깨끗이 씻은 다음 육안관찰한 결과, 대부분의 손상은 지오그리드 표면부의 짓눌림인 것으로 나타났다. 또한 동일한 지오그리드에 대한 손상지점수는 성토재의 최대입경이 클수록 더 많은 것으로 나타났다.
체분석시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이 현장 흙시료는 통일분류법상 SW(입도분포가 양호한 모래)로 분류되며, 그림 3에서 알 수 있는 바와 같이 최대 건조밀도 및 최적 함수비는 1.94g/cm3 및 11.1%인 것으로 나타났다. 한편, 표 2에는 화강풍화토 흙시료의 입도분포 비율과 현장 다짐밀도를 나타내었다.
표 4 및 그림 6에서 알 수 있듯이 최대입경 19mm, 40mm, 60mm 및 80mm로 체가름한 화강풍화토를 성토재로 사용하여 수행한 내시공성시험 결과, 지오그리드의 평균 인장강도감소율은 지오그리드 A-1의 경우 1.3%, 2.8%, 4.9% 및 4.6%, 지오그리드 A-2의 경우 0.7%, 1.0%, 4.1% 및 5.1%, 그리고 지오그리드 A-3의 경우는 0.3%, 0.7%, 1.3% 및 1.6%인 것으로 나타났으며, 지오그리드 B-1의 경우 1.3%, 2.2%, 4.5% 및 5.0%, 지오그리드 B-2의 경우 1.0%, 1.4%, 2.0% 및 2.7%, 그리고 지오그리드 B-3의 경우는 1.2%, 1.8%, 3.2% 및 4.4%인 것으로 나타나, 성토흙의 최대입경이 크고 지오그리드 인장강도가 작을수록 시공중 강도감소가 더 크게 발현됨을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 수행한 현장 내시공성시험 및 크리프 시험 결과를 토대로 산정한 각 지오그리드의 시공성 감소계수와 크리프 감소계수는 표 5와 같다. 표 5에서 알 수 있는 바와 같이 화강풍화토 및 입경 25mm 쇄석을 성토재로 사용한 경우의 시공성 강도감소계수는 A형 및 B형 지오그리드 모두에서 1.06이하로 매우 미소하였으나, 입경이 25mm~60mm인 철도도상용 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 시공성 감속계수가 1.50∼1.68로 상당히 큰 것으로 나타났다.
표 5와 같이 산정된 지오그리드의 시공성 감소계수 RFID와 크리프 감소계수 RFCR를 동일한 유형의 지오그리드에 대해 비교해 보면, 지오그리드 유형이 동일한 경우 RFID와 RFCR 모두 지오그리드의 최대 인장강도에 관계없이 유사하게 평가되었다. 따라서 지오그리드의 재질 및 제조 방법이 동일하면, 지오그리드의 최대 인장강도가 지오그리드의 시공시 손상 및 크리프 변형에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
한편, 25mm 쇄석을 성토재로 사용한 경우 입도조정된 화강풍화토를 사용한 경우와 유사하게 5.2% 이내의 인장강도 감소율이 나타났으나, 철도 도상(Ballast)용 25mm~60mm 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 인장강도 감소율이 33.4%~40.6%로 상당히 크게 나타나, 시공시 각별한 주의가 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
최대입경이 19mm, 40mm, 60mm 및 80mm인 화강풍화토를 성토재로 사용한 현장 내시공성 시험후 추출한 지오그리드에 대한 육안관찰 결과, 대부분의 손상은 지오그리드 짓눌림인 것으로 나타났으나, 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 날카로운 쇄석의 모서리에 의한 찍힘현상으로 인해 손상지점수가 화강풍화토에 비해 다소 많이 발생하였으며, 일부 리브가 부분적으로 절단된 손상이 다소 발견되었다. 따라서 쇄석을 성토재로 사용할 경우지오그리드의 내시공성에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되므로 설계/시공 시 각별히 주의해야할 것으로 판단된다.
이상의 내시공성 및 광폭인장강도시험결과, 본 연구에서 사용한 바와 같이 비교적 두께와 강성이 큰 지오그리드를 보강재로 사용할 경우, 내시공성 측면에서는 기존의 뒤채움재 선정기준(최대입경을 19mm로 제한)을 다소 완화시킬 수 있을 것으로 판단되며, 뒤 채움재로 쇄석을 사용하는 경우에 있어서는 그 적용에 있어서 안전율 등을 충분히 고려해야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
재질 및 제조방식이 상이한 두 가지 형태(A형 및 B형)의 지오그리드 6종류를 대상으로 일련의 내시공성시험 및 크리프시험을 수행하여, 지오그리드의 내시공성 및 크리프 특성을 평가한 연구결과로 얻은 결론은?
1. 최대입경이 19mm, 40mm, 60mm 및 80mm인 화강풍화토를 성토재로 사용한 현장 내시공성 시험후 추출한 지오그리드에 대한 육안관찰 결과, 대부분의 손상은 지오그리드 짓눌림인 것으로 나타났으나, 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 날카로운 쇄석의 모서리에 의한 찍힘현상으로 인해 손상지점수가 화강풍화토에 비해 다소 많이 발생하였으며, 일부 리브가 부분적으로 절단된 손상이 다소 발견되었다. 따라서 쇄석을 성토재로 사용할 경우지오그리드의 내시공성에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되므로 설계/시공 시 각별히 주의해야할 것으로 판단된다.
2. 현장 내시공성시험 결과로부터 시공성 감소계수를 산정한 결과, 화강풍화토 및 최대입경 25mm인쇄석을 성토재로 사용한 경우의 시공성 강도감소계수는 A형 지오그리드(PET flat ribs geogrid welded to laser) 및 B형 지오그리드(Extruded HDPE geogrid) 모두에서 1.06이하로 매우 미소하였으나, 입경이 25mm~60mm인 철도 도상용 쇄석을 성토재로 사용한 경우는 A형 지오그리드의 시공성 감속계수가 1.50∼1.68로 상당히 큰 것으로 나타났다.
3. 본 연구에서 사용한 바와 같이 비교적 두께와 강성이 큰 지오그리드를 보강재로 사용할 경우, 내시공성 측면에서는 기존의 뒤채움재 선정기준(최대입경을 19mm로 제한)을 다소 완화시킬 수 있을 것으로 판단되며, 뒤채움재로 쇄석을 사용하는 경우에 있어서는 그 적용에 있어서 안전율 등을 충분히 고려해야 할 것으로 판단된다.
4. 지오그리드의 크리프 강도감소계수는 A형 지오그리드에 비해 B형 지오그리드의 경우가 57% 정도 큰 것으로 나타나, 지오그리드의 크리프특성은 지오그리드의 재질 및 제조방법에 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.
5. 지오그리드 유형이 동일한 경우 시공시 손상 및 크리프 변형 모두 지오그리드의 최대 인장강도에 관계없이 유사하게 평가되어, 지오그리드의 최대인장강도가 지오그리드의 시공시 손상 및 크리프 변형에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 즉, 지오그리드의 장기 인장강도특성은 지오그리드의 인장강도 크기보다 재질 및 제조방법에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
지오그리드의 장기 설계인장강도 산정을 위해서는 무엇을 고려해야 하는가?
일반적으로 지오그리드와 같은 토목섬유 보강재의 시간경과에 따른 장기 인장강도 특성은 함성섬유 원재료의 소재와 보강재 형상, 보강재가 포설되어 있는 주위환경 및 외부하중 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 지오그리드의 장기 설계인장강도 산정을 위해서는 보강재의 허용인장변형과 크리프특성, 시공시 손상, 환경적 손상 등 가능한 모든 강도저하요인을 고려하여야 한다. 실제 대부분의 보강토 관련 설계법에서는 보강재의 장기간 안정에 영향을 줄 수 있는 여러 인자들을 반영하고 있다.
지오그리드는 영국에서 언제 개발됐는가?
최근 제한된 부지의 효율적인 활용을 위하여 시공성 및 경제성이 우수한 보강토구조물의 시공이 나날이 증가하고 있으며, 보강토구조물 시공시 보강재로는 지오그리드가 주로 많이 활용되고 있다. 그러나 지오그리드는 1970년대 말 영국에서 개발되었고 국내에는 1990년대 중반에 처음 도입되어 영구 토목구조물에 적용된 현장 적용기간이 그다지 길지 않기 때문에 장기간 현장에 적용된 지오그리드 보강재의 내구성에 관해서는 아직까지 불확실성이 존재하고 있다.
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