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실내동결시스템을 이용한 노상토의 동상 특성
The Frost Heaving Characteristics of Subgrade Soils Using Laboratory Freezing System 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.12 no.2 = no.44, 2010년, pp.71 - 79  

신은철 (인천대학교 건설환경공학과) ,  류병현 (인천대학교 건설환경공학과) ,  박정준 (인천대학교 건설환경공학과)

초록
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겨울에는 시베리아기단의 영향으로 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받아 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 도로의 불균형 동결팽창을 초래하며, 결국 포장체를 파손시킨다. 동상발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도 조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대한 민감성을 판별, 도로건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분 등의 결과값을 통하여 동결 과정에 따른 지반공학적 특성을 평가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The influence of fines of the frost susceptibility of subgrade soils were established by laboratory freezing system test simulating closely the thermal conditions in the field. During the winter season, the climate is heavily influenced by the cold and dry continental high pressure. Because of siber...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대하여 고찰하였다. 즉, 서울, 대전, 원주지방국도관리청 산하 도로 건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분을 측정함으로써 도로노상토의 동상특성을 규명하였다.
  • 본 연구에서는 전국 도로 현장을 동결지수선도로 구분하여 서울, 원주, 대전지방국도관리청의 도로 현장에서 실제 시공하고 있는 4종류의 노상토 시료에 대하여 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분을 측정 분석함으로써 도로 노상토의 동상특성을 규명하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
영하의 온도에서 포장 구조체의 손상은 어떤 과정을 통하여 일어나는가? 일반적으로 지하수 및 강우에 의한 노상 토의 함수비 증가는 모세관 현상에 의하여 지반내 동상에 대한 활동영역의 함수비를 증가시킨다. 이렇게 상승된 동결영역의 함수비는 0℃ 이하의 온도가 지속됨에 따라 아이스렌즈를 형성하여 노상토의 불균등한 동결팽창을 초래하며, 결국 포장 구조체의 손상을 가져온다(권기철, 2002).
동절기에 영하의 온도가 지속되는 지역에서 포장체가 동상에 민감한 노상 상부에 건설될 경우, 어떤 위험성을 갖게 되는가? 동절기 0℃ 이하의 온도가 지속되는 지역에서 포장체가 동상에 민감한 노상 상부에 건설될 경우 동결융해에 의한 손상 위험성을 가지게 된다. 일반적으로 지하수 및 강우에 의한 노상 토의 함수비 증가는 모세관 현상에 의하여 지반내 동상에 대한 활동영역의 함수비를 증가시킨다.
국내에서는 미국과 일본의 설계법을 바탕으로 도로 동상방지층 설계가 진행 중인데, 기존의 설계법으로 인하여 우려되는 점은? 이러한 피해를 줄이기 위하여 국내에서도 미국 AASHTO 설계법과 일본 TA 설계법을 바탕으로 도로 동상방지층 설계가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 기존의 설계법에 따르면, 동상방지층은 도로 노상토의 동상특성이 아닌 온도에 따른 동결 깊이에 근거해 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함에 따라 포장설계의 부실 또는 과다설계가 우려되고 있다(남영국 등, 2002).
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참고문헌 (19)

  1. 권기철(2002). "노상토의 종류에 따른 동결.융해 특성", 한국도로포장공학회지, 제 4권, 제 1호, pp. 33-39. 

  2. 김영진, 유 준, 김현민(1999). 동결심도 및 포장체 온도분포조사, 한국건설기술연구원, pp. 5-25. 

  3. 남영국, 조규태, 진정훈(2002), "도로포장의 동상방지층 실효성 검증을 위한 현장계측 및 실내시험 연구", 대한토목학회논문집, 제22권, 제5D호, pp. 913-921. 

  4. 신은철, 박정준(2003). "동결토의 동상팽창압 특성에 관한 실험적 연구", 한국지반공학회논문집, 제19권, 제2호, pp. 65-74. 

  5. 신은철, 강정구, 박정준(2009). "지반동결에 따른 지하구조물의 열적 안정성", 한국지반공학회논문집, 제25권, 제3호, pp. 65-74. 

  6. Akagawa, S., Yamamoto, Y., and Hashimoto, S.(1985). "Frost heave characteristics and scale effect of stationary frost heave", Proc. of 4th Inter. Symp. On Ground Freezing, pp.137-143. 

  7. America Society for Testing and Material(1996). "Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils", Annual Book of ASTM Standard Designation : D 5916-06, pp. 823-834. 

  8. Anderson, D. M. and Mogenstern, N. R.(1973), "Physics, chemistry, and mechanics of frozen ground", North American Contribution to the Second International Conference on Permafrost, U. S. National Academy of Science, pp. 257-288. 

  9. Andersland, O. B. and Ladanyi, B.(1994). An Introduction to Frozen Ground Engineering, Chapman & Hall. 

  10. Dillon, H.B., and Andersland, O. B.(1966). "Predicting unfrozen water contents in frozen soils", Canadian Geotechnical Journal, 3(2), pp. 53-60. 

  11. Hoekstra, P., Chamberlain, E. and Frate, A.(1965). Frost heaving pressures, Cold Region Research Engineering Laboratory, Report 176. 

  12. McGaw, R. and Penner, E.(1972). Frost heaving versus depth to water table, Highway Res. Record, 393, pp. 45-55. 

  13. Miller, R. D., Baker, J. H. and Kolaian, J. H.(1960). "Particle size, overburden pressure, pore water pressure and freezing temperature of ice lenses in soil", Transactions International Congress Soil science, pp. 122-128. 

  14. Ohrai, T.(1986). Experimental Studies on the Effects of Ice and Unfrozen Water on the Compressive Strength of Frozen Soil, Ph.D. dissertation, Hokkaido University, Sapporo, Japan. 

  15. Olhoeft, F. R.(1977)". Electric Prosperities of Clay Permafrost", Canadian Journal, Earth Science Vol. 14, pp. 16-21. 

  16. Takagi, S.(1965). Principles of frost heaving, US Army CRREL Res. Rep. 140: 24 p. 

  17. Takagi, S.(1980). The adsorption force theory of frost heaving, Cold Region Science Technology. 3, pp.57-81. 

  18. Yong, R. N. and Warkentin, B. P.(1975). Soil properties and behaviour, Elsevier Scientific Publishing Company, pp. 383-419. 

  19. 日本土質工學會(1994), "土の凍結-その理論と實際-", 土質工學會編, 第一改訂版. 

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