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문제 정의
- 본 연구는 벽체의 두께에 따른 흙다짐공법에서의 거푸집에 작용하는 측압의 크기를 측정하는 것이다. 본 실험에 앞서 측압의 범위와 형태를 알아보기 위하여 예비실험을 실시하였다.
- 본 연구는 흙다짐거푸집설계를 위한 기초적인 자료를 제공하기 위하여 현장조건과 동일한 실물실험을 통하여 흙다짐공법의 거푸집에 작용하는 측압의 크기와 분포형태를 파악하였다. 본 연구에서 도출된 결과는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 흙다짐공법의 시공시 거푸집에 작용하는 측압의 크기와 변형을 측정하기 위하여 높이 1.2m로 제작한 벽체거푸집에 대하여 벽체의 두께별 거푸집의 측압을 측정하여 분석하였다.
- 이에 본 연구는 현장조건과 동일한 실물실험을 통하여 흙다짐공법의 거푸집에 작용하는 측압의 크기와 분포형태는 파악하여 흙다짐거푸집설계를 위한 기초적인 자료를 제공하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 각 시험체는 유로폼을 기본으로 하여 조립되었고 외부 상단과 하단에는 50mm×150mm 각재 2개씩 양쪽에서 10mm볼트를 이용하여 조였다.
- 압력계를 이용한 직접계측법은 거푸집면에 압력계를 설치하여 계측을 하는 방법이다. 거푸집의 측압을 측정한 선행연구6),9),11),18)의 결과를 토대로 본 실험에서는 압력계를 이용한 직접계측법을 이용하여 지름 50mm, 두께 13mm의 토압계를 거푸집 면에 부착하여 계측하였고, 흙다짐작업시 램머의 다짐에 의한 토압계의 파손을 막기 위하여 목재를 사용 토압계 보호구를 만들어 장착하였다. 사용한 토압계와 보호구는 그림1과 같다.
- 데이터의 측정은 예비실험에서 0.05초 간격으로 측정되는 즉, 초당 20개의 데이터를 얻을 수 있는 동적데이터로거를 이용하여 컴퓨터로 저장하였으며 본 실험의 경우 1초 간격으로 데이터를 측정하여 저장하였고 다짐완료 후에는 30초 간격으로 데이터를 측정하여 저장하였다.
- 따라서 본 실험에서는 MR-25의 램머에 1.5kg의 90mm×140mm 철판으로 된 공이를 부착하여 실험하였다.
- 본 연구는 벽체의 두께에 따른 흙다짐공법에서의 거푸집에 작용하는 측압의 크기를 측정하는 것이다. 본 실험에 앞서 측압의 범위와 형태를 알아보기 위하여 예비실험을 실시하였다. 시험체는 두께 12mm합판과 40mm×50mm 각재를 사용하여 172mm × 300mm × 150mm의 크기로 제작하였다.
- 본 연구는 먼저 측압을 측정하는 기존의 방법과 선행 연구에 사용된 기준을 토대로 하고, 현장에서 실제로 사용하는 공법을 적용하여 실제 실험을 설계하고, 이를 통하여 결과값을 도출한 다음 그 결과를 고찰하여 흙다짐공법의 거푸집 측압특성을 도출해 내도록 한다.
-
시료의 화학성분을 분석하기 위하여 X선 형광 분석기(XRD)를 이용하여 실험을 실시하였고 결과는 표2에 나타내었다. 시료의 주 성분은 Al2O3와 SiO2이었으며 일부
- 압축강도는 ∅100×200mm 원주형 공시체를 제작하여 상온에서 양생 후 KS F 2405에 의거하여 28일 압축강도를 측정하였다.
- 측압계와 LVDT가 설치된 시험체의 흙다짐 작업을 위해 매회 10cm의 평균적으로 1분안에 흙이 부어졌으며, 흙을 평평히 고른뒤, 평균적 1분30초 동안 다짐 작업이 진행되었다.
- 그림4에서와 같이 측압계는 시험체 하단 중앙에 보호구와 같이 설치되었다. 흙의 다짐으로부터 거푸집의 벌어짐을 막기 위하여 4개의 300mm 클램프로 거푸집의 측판을 조였다.
- 흙의 입도 분석은 KS F 2502에 의거하여 잔골재 체가름시험을 통하여 75μm까지 분석하였고, 그 이하는 레이져 산란방식을 이용하는 입도 분석기 LS13320을 이용하여 0.040μm까지 입도를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 시험체는 국내 현장에서 흙다짐 거푸집으로도 쓰이고 있는10) 유로폼을 사용하였고 시험체의 크기는 800mm×1200mm이며 두께에 변수를 두었다.
- 3회/s(800BPM)를 가지나 실제 다짐시에서는 작업자가 누르는 힘에 의해 훨씬 적은 타격수를 보였다. 사용하는 공기압축기(air compressor)의 출력에 따라 다짐력이 달라질 수 있으므로 예비실험에서는 출력이 1.9kW(2.5HP), 본 실험의 경우 7.5kW(10HP)인 공기압축기를 사용하였다. 매 다짐시 마다 붓는 흙의 양은 높이 약10cm정도로 일정하게 하였으며 램머를 흙을 다지는 순서는 Joseph(2001)이 제시한 거푸집면 있는 테두리부분을 먼저 다지고 그 뒤 내부를 다지는 순서로 하였으며 이는 그림6에 도시하였다.
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시료의 화학성분을 분석하기 위하여 X선 형광 분석기(XRD)를 이용하여 실험을 실시하였고 결과는 표2에 나타내었다. 시료의 주 성분은 Al2O3와 SiO2이었으며 일부
F2O3가 포함되어 있음을 알 수 있다. - 시험체는 두께 12mm합판과 40mm×50mm 각재를 사용하여 172mm × 300mm × 150mm의 크기로 제작하였다.
- 실험에 사용된 흙은 전남 영암군의 흙을 사용하였으며 흙:모래의 체적비를 3:1로 혼합하여 사용하였으며, 석회나 시멘트 같은 첨가제는 별도로 첨가하지 않았다. 그림2에는 최종적으로 사용된 흙의 입도 분포를 나타내었고, 표1에는 흙의 특성을 나타내었다.
- 흙다짐공법에서 흙다짐을 하는 방법은 압축공기를 사용하는 램머를 사용하였으며 예비실험에는 2kg의 MR-18 램머를 사용하였고 본 실험에는 MR-25를 사용하였다. MR-18의 경우 램머의 공이가 고무로 되어 있어 예비 실험결과 다짐층 두께를 나타내는 무늬가 일정하지 않았다.
성능/효과
- RT2시험체의 18번째 층에서 다짐이 완료된 후 모서리 부분, 토압계가 있는 가운데부분, 모서리부분의 순으로 다짐을 실시하였고 그 결과 모서리부분 다짐시 측압이 하락하였으며 가운데 부분 다짐시 측압이 상승하였고 다시 모서리부분 다짐시 측압이 하락하는 결과를 보였다. 다짐시 거푸집에 작용하는 측압은 계단형을 이루며 다짐이 이루어질 때 마다 큰 폭으로 높아졌다가 급격히 낮아진 것을 볼 수 있다.
- 넷째, 흙다짐시 거푸집의 변형은 변형지점의 다짐측압에 의한 직접적인 변형과 인접한 부분의 거푸집변형에 의한 간접적인 변형으로 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 직접적인 변형은 측압의 상승을 일으키며 간접적인 변형은 측압의 하락과 양생기간의 급격한 측압하락을 일으킨다는 것을 알 수 있다.
- 다짐작업완료 후 양생기간의 측압변화를 살펴보면 측압은 다짐이 완료된 이후 서서히 사라지는 것을 볼 수 있었으며 높이가 올라갈수록 측압이 사라지는 시간이 오래 걸리는 것을 알 수 있다. RT2 시험체의 P4의 경우 18층번째 층에서 마지막에 모서리부분의 다짐작업으로 이한 측압의 하락으로 인하여 양생기간 측압의 하락이 다른 시험체에 비해 급격함을 알 수 있다.
- 둘째, 거푸집의 다짐층수가 증가할수록 거푸집에 작용하는 측압은 상승과 하락을 반복하지만 전체적으로 하락하는 흐름을 보인다. 다짐층이 높아질수록 측압이 변동하는 폭은 작아지며 3개층까지 직접적으로 영향을 미치며 그이후의 층에서는 변동은 있으니 그 차이가 크지 않다
- 5kg의 90mm×140mm 철판으로 된 공이를 부착하여 실험하였다. 램머의 규격은 표6과 같고 타격수는 MR-18이 30회/s(1800BPM), MR-25가 초당13.3회/s(800BPM)를 가지나 실제 다짐시에서는 작업자가 누르는 힘에 의해 훨씬 적은 타격수를 보였다. 사용하는 공기압축기(air compressor)의 출력에 따라 다짐력이 달라질 수 있으므로 예비실험에서는 출력이 1.
- 본 실험에서 측정된 흙다짐공법의 거푸집에 작용하는 최대측압은 건축공사표준시방서17)에 규정된 콘크리트 설계용 측압 중 최대값 39.2kPa에 비해 2.3∼5배, 콘크리트 표준시방서18)에 규정된 설계용 측압 24kPa에 비해 3.8∼8.9배 높은 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.
- 셋째, 흙다짐완료 후 거푸집에 작용하는 측압은 흙다짐 벽체의 양생이 진행됨에 따라 일정한 속도로 감소하게 되며 일정시간이 지난 이후 1kPa이하로 되어 측압이 사라지게 됨을 알 수 있다.
- 시험체별 변위를 보면 센서가 있는 부분의 층을 다질 수 변위는 증가하지만 그 이후 층을 다질수록 변위가 감소하는 것을 알 수 있으며 이는 상부의 흙다짐이 하부층의 거푸집에 작용하는 측압을 줄여 준다는 것을 알 수 있다.
- 흙다짐 작업은 거푸집면이 있는 테두리부분을 먼저 다지고 그림6의 ②와 같이 수평 왕복하면서 다짐을 실시하였다. 실험시 거푸집의 측압은 중앙에서 거푸집 벽쪽으로 가까이 갈수록 증가하는 결과를 보였다.
- 이는 흙이 다져진 이후 거푸집에 바로 전달된 램머의 충격력으로 생각된다. 첫 번째로 측압이 상승한 이후의 패턴을 살펴보면 측압은 다짐램머가 거푸집 끝에서 가운데에 있는 토압계 근처에 왔을 때 낮아졌다가 토압계 위치에 왔을때 큰 폭으로 높아졌으며 그 이후에는 일정한 측압을 유지하는 패턴을 보인다. 이는 토압계 근처의 다짐으로 인한 거푸집이 변형이 측압을 낮추었을 것으로 생각된다.
- 첫째, 거푸집에 작용측압은 다짐이 진행됨에 따라 일정하게 증가하다가 큰폭으로 상승하였다가 하락하는 패턴을 보인다. 길이방향의 다짐에서 램머가 측압계 근처에 왔을때 간적접인 거푸집의 변형으로 인하여 측압이 하락하는 결과를 보였다.
후속연구
- 본 연구는 거푸집두께에 따른 흙다짐거푸집에 작용하는 측압을 측정한 것으로 거푸집의 변형에 따른 측압의 변화, 흙의 다짐이 작업자의 숙련도에 따라 달라짐은 본 영구의 한계이다 따라서 측압에 영향을 미치는 거푸집의 변형, 사용한 램머의 종류 및 다짐판의 크기, 다짐시간, 사용재료등과 같은 요인에 따른 흙다짐 공법의 거푸집 측압에 대한 다양한 연구는 차후 연구과제로 남겨두었다.
- 본 연구의 결과로 도출된 흙다짐 공법의 측압특성결과는 국내외에 흙다짐공법의 거푸집 측압특성에 대한 연구가 전무한 만큼 본 연구를 토대로 후속연구의 근거가 되도록 한다.
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