이 논문에서는 부직포로 보강된 옹벽의 거동에 대한 이해를 돕기 위해 문헌연구를 통해 부직포의 하중-인장특성과 흙-보강재 경계면에서의 마찰특성, 실내모형실험 및 현장사례 등을 분석하였다. 분석결과 부직포는 구속압에 비례하여 강성과 인장강도가 증가하고, 흙-보강재 경계면에서의 전단강도는 지오그리드보다 큰 것으로 나타났다. 모형보강토옹벽 실험결과 부직포로 보강된 옹벽의 재하초기 변형은 지오그리드로 보강된 옹벽보다 크나 어느 시점을 지나면 지오그리드로 보강된 옹벽보다 작게 나타났다. 사례분석결과 부직포로 보강된 보강토옹벽이 영구 구조물로 사용되기 위해서는 전면벽체의 강성이 충분히 커야하고, 선 보강토체 후 일체형 현장 타설 콘크리트 전면벽체 구축시스템에 의해 옹벽을 구축할 경우 보강재로 부직포, 뒤채움재로 현지발생 불량토의 활용이 가능하고, 연약지반상에도 적용이 가능한 것으로 나타났다.
이 논문에서는 부직포로 보강된 옹벽의 거동에 대한 이해를 돕기 위해 문헌연구를 통해 부직포의 하중-인장특성과 흙-보강재 경계면에서의 마찰특성, 실내모형실험 및 현장사례 등을 분석하였다. 분석결과 부직포는 구속압에 비례하여 강성과 인장강도가 증가하고, 흙-보강재 경계면에서의 전단강도는 지오그리드보다 큰 것으로 나타났다. 모형보강토옹벽 실험결과 부직포로 보강된 옹벽의 재하초기 변형은 지오그리드로 보강된 옹벽보다 크나 어느 시점을 지나면 지오그리드로 보강된 옹벽보다 작게 나타났다. 사례분석결과 부직포로 보강된 보강토옹벽이 영구 구조물로 사용되기 위해서는 전면벽체의 강성이 충분히 커야하고, 선 보강토체 후 일체형 현장 타설 콘크리트 전면벽체 구축시스템에 의해 옹벽을 구축할 경우 보강재로 부직포, 뒤채움재로 현지발생 불량토의 활용이 가능하고, 연약지반상에도 적용이 가능한 것으로 나타났다.
To understand the deformation behavior of nonwoven geotextiles(NWGT) reinforced soil wall, analyses of load-elongation properties, soil-reinforcement interface friction, laboratory model tests, and field cases throughout literature reviews are being studied in this paper. According to the analyses r...
To understand the deformation behavior of nonwoven geotextiles(NWGT) reinforced soil wall, analyses of load-elongation properties, soil-reinforcement interface friction, laboratory model tests, and field cases throughout literature reviews are being studied in this paper. According to the analyses results, the stiffness and tensile strength of NWGT is increased in proportion to confinement pressures, and the interface shear strength at soil-NWGT appeared to be stronger than soil-geogrid interface. The deformation at the beginning of loading on NWGT reinforced soil wall is larger than geogrid reinforced soil wall, but the wall deformation with NWGT is smaller than the wall of geogrid after passing some loading point in laboratory model tests. Case analysis results have shown that the facing of NWGT reinforced soil wall should be rigid enough to be used as a permanent wall, and NWGT and in-situ poor soil can be used for reinforcement and backfill respectively if the wall is constructed as pre-reinforced soil body and with post-facing that has a full-height rigid concrete.
To understand the deformation behavior of nonwoven geotextiles(NWGT) reinforced soil wall, analyses of load-elongation properties, soil-reinforcement interface friction, laboratory model tests, and field cases throughout literature reviews are being studied in this paper. According to the analyses results, the stiffness and tensile strength of NWGT is increased in proportion to confinement pressures, and the interface shear strength at soil-NWGT appeared to be stronger than soil-geogrid interface. The deformation at the beginning of loading on NWGT reinforced soil wall is larger than geogrid reinforced soil wall, but the wall deformation with NWGT is smaller than the wall of geogrid after passing some loading point in laboratory model tests. Case analysis results have shown that the facing of NWGT reinforced soil wall should be rigid enough to be used as a permanent wall, and NWGT and in-situ poor soil can be used for reinforcement and backfill respectively if the wall is constructed as pre-reinforced soil body and with post-facing that has a full-height rigid concrete.
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문제 정의
이 논문에서는 부직포의 역학적 특성과 보강토옹벽 보강재로 부직포와 뒤채움재로 현지발생 불량토(점성토)의 활용이 가능함을 문헌연구 사례분석을 통해 규명하였다. 이 연구결과로부터 도출한 주요 결론은 다음과 같다.
이와 같은 배경 하에 이 연구의 목적은 문헌조사에 의한 사례분석을 통해 부직포의 역학적 거동과 부직포로 보강된 보강토옹벽 거동 특성의 이해를 돕고, 영구 구조물 보강재로 부직포의 사용 및 현지발생 불량토의 활용이 가능함 등을 규명하는데 있다.
제안 방법
보강토옹벽 전면벽체의 효과를 규명하기 위해 그림 10과 같이 벽체의 형태가 다른 3개의 옹벽을 구축하였다. 그림 10(a)은 보강재로 게비언(흙을 담은 마대)을 감싸 구축된 연성의 옹벽 전면을 8cm두께의 숏크리트로 보강한 경우이고, 그림 10(b)는 게비언(Gabion) 없이 보강재로 감싸 구축한 옹벽 전면을 분리형 콘크리트 패널로 마무리한 경우이고, 그림 10(c)는 보강재로만 뒤채움재를 감싸 벽면을 마무리한 경우이다.
대상 데이터
이 사례는 2005년 Tatsuoka 교수의 전북대하교 초청 강 연시 발표한 자료중 일부를 정리한 것이다. 그림 10~그림 12는 선 보강토체(보강재+뒤채움재) 후 전면벽체 구축시스템인 단계시공에 의한 일체형 강성벽체를 갖는 보강토옹벽(GRS-RW system with a Full-Height Rigid Facing) 연구 개발 과정에 수행된 실물 시험시공 보강토옹벽으로서 보강재로는 부직포를, 뒤채움재로는 점성토를 사용하였다.
이 사례는 2005년 Tatsuoka 교수의 전북대하교 초청 강 연시 발표한 자료중 일부를 정리한 것이다. 그림 10~그림 12는 선 보강토체(보강재+뒤채움재) 후 전면벽체 구축시스템인 단계시공에 의한 일체형 강성벽체를 갖는 보강토옹벽(GRS-RW system with a Full-Height Rigid Facing) 연구 개발 과정에 수행된 실물 시험시공 보강토옹벽으로서 보강재로는 부직포를, 뒤채움재로는 점성토를 사용하였다.
3H 떨어진 곳에 위치하고, 사용된 재료의 특성은 표 2와 3과 같다. 표 2와 3에 나타낸 바와 같이, 뒤채움재는 통일분류법으로 CL로 분류되는 점성토를 사용하였고, 보강재는 지오그리드와 부직포를 각각 사용하였다.
성능/효과
이 연구결과로부터 도출한 주요 결론은 다음과 같다. (1) 부직포는 흙에 의한 구속압을 받을 경우 강성과 인장강도가 증가하고, 흙-보강재 경계면에서의 전단강도는 지오그리드보다 큰 것으로 나타났다.
(2) 모형보강토옹벽 실험결과 보강토옹벽의 외적거동은직접전단시험에 의한 흙-보강재 경계면에서의 전단응력-전단변위 관계와 유사하고, 부직포로 보강된 옹벽의 재하초기 변형은 지오그리드로 보강된 옹벽보다 크나 어느 시점을 지나면 지오그리드로 보강된 옹벽보다 작게 나타났다.
(3) 사례분석결과 부직포로 보강된 보강토옹벽이 영구 구조물로 사용되기 위해서는 전면벽체의 강성이 커야하며, 선 보강토체 후 일체형 현장 타설 콘크리트 전면벽체 구축시스템에 의한 옹벽을 구축할 경우 보강재로부직포, 뒤채움재로 현지발생 불량토의 활용이 가능한 것으로 나타났다.
현지발생토량의 1/3정도가 세립분이 많고 함수비가 높은 점성토이고 나머지는 화강풍화토인 것으로 나타났다. 기초저부로부터 보강 1층 하부는 100%포화에 가까운 상태에서 구축되었으며, 보강 1~2층은 이로 인해 성토 및 다짐시 스폰지 현상이 나타났고 부분적으로 성토 표면까지 물이 올라오는 경우도 있었으나, 보강 3층부터는 안정된 상태를 나타내었다. 그림 14(c)는 보강 1층 하부가 물에 잠긴 상태를 보여주고 있다.
보강토 구조물은 흙/보강재 경계면에서 발달된 마찰력에 의해 유도된 보강재의 인장력에 의한 구속압으로 지지되고, 보강재가 파괴되지 않는 범위 내에서 흙/보강재 경계면에서의 마찰력이 클수록 보강효과가 크고 구조적으로 안정하게 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 인장시험결과 부직포는 구속압에 비례하여 강성 및 강도가 크게 개선되고, 전단시험결과 흙/보강재 경계면에서의 전단강도가 지오그리드보다 크게 나타나므로 보강토옹벽 보강재로 활용될 수 있고, 구조적으로도 안전함을 추론할 수 있다. 다만, 부직포의 경우는 신율이 크고, 전단시험결과에 나타난 바와 같이 변형초기에 발휘 되는 인장력이 작으므로 초기 구조물의 변형이 허용되는 경우 매우 유용한 보강재로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
그림 8에 나타낸 바와 같이, 수평변위 경우도 수직변위와 비슷한 경향을 보여주고 있다. 무보강토옹벽의 극한상태인 300kPa재하시 무강토옹벽과 부직포, 지오그리드로 보강된 보강토옹벽 벽면에서의 최대 수평변위는 각각 벽 높이의 2.8, 0.06, 0.014%로 나타나, 보강효과가 현저함을 알 수 있다. 1,000kPa재하시는 지오그리드로 보강된 옹벽이 부직포의 경우보다 수평변위가 작게 나타나고 있으나, 2,000 kPa에서는 부직포로 보강된 옹벽이 지오그리드의 경우보다 작게 나타나고 있다.
흙/보강재 경계면에서의 마찰력은 그림 3에 나타낸 바와 같이, 수직응력 200kPa, 300kPa의 경우 초기에는 흙/지오그리드가 흙/부직포보다 전단응력이 크게 나타나나, 전단변위 7mm정도를 기점으로 흙/부직포의 경우가 흙/지오그리드보다 전단응력이 크게 나타나고 있다. 수직응력 50, 100kPa 단계에서도 그림 3과 유사한 현상이 나타나, 흙/보강재 경계면에서의 전단강도는 표 1과 그림 4에 나타낸 바와 같이, 흙/부 직포 경계면에서의 전단력이 흙/지오그리드보다 크게 나타났다. 표 1에서 접촉효율은 흙-보강재 경계면에서의 전단강도를 흙만의 전단강도로 나눈 비를 의미한다.
그림 14(a)는 터파기 후 기초지반의 상태를 나타내고 있다. 터파기 후 드러난 기초지 반은 세립분을 많이 함유한 연약지반으로 부분적으로 유기질토가 분포하고, 비탈면 배면에서는 지하수의 유출이 관찰되었다. 이러한 기초지반에 잡석 포설 외에는 별도의 보강없이 보강토옹벽을 구축하였다.
뒤채움재는 현지발생 토를 사용하였으며, 일부 부족분은 외부에서 반입하였다. 현지발생토량의 1/3정도가 세립분이 많고 함수비가 높은 점성토이고 나머지는 화강풍화토인 것으로 나타났다. 기초저부로부터 보강 1층 하부는 100%포화에 가까운 상태에서 구축되었으며, 보강 1~2층은 이로 인해 성토 및 다짐시 스폰지 현상이 나타났고 부분적으로 성토 표면까지 물이 올라오는 경우도 있었으나, 보강 3층부터는 안정된 상태를 나타내었다.
후속연구
따라서, 인장시험결과 부직포는 구속압에 비례하여 강성 및 강도가 크게 개선되고, 전단시험결과 흙/보강재 경계면에서의 전단강도가 지오그리드보다 크게 나타나므로 보강토옹벽 보강재로 활용될 수 있고, 구조적으로도 안전함을 추론할 수 있다. 다만, 부직포의 경우는 신율이 크고, 전단시험결과에 나타난 바와 같이 변형초기에 발휘 되는 인장력이 작으므로 초기 구조물의 변형이 허용되는 경우 매우 유용한 보강재로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 적용되는 토목섬유 보강토옹 벽의 보강재는?
보강토옹벽 뒤채움재(흙)로 현지발생 불량토 활용의 필요성이 대두됨에 따라 토목섬유 보강재로 배수성을 갖고 있는 부직포가 점차 주목을 받고 있다. 토목섬유 보강토옹 벽의 보강재로 지오그리드가 일반적으로 적용되고 있으나 부직포는 지오그리드에 비해 흙-보강재 경계면에서의 마찰력이 크고 배수성을 갖고 있으며 가격이 저렴한 장점 등을 갖고 있는 것으로 보고되고 있다(원명수 등, 2006; Bueno 등, 2005; Guler와 Ocbe, 2003; Won과 Kim, 2007). 다수의 연구자들(김유성 등, 2006, 2009; 원명수 등, 2009; 조용성 등, 2006; Bueno 등, 2005; Guler와 Ocbe, 2003; Tatsuoka 등, 1997; Won과 Kim, 2007)은 영구구조물 보강재로 부직포의 사용이 가능한 것으로 보고하고 있다.
토목섬유 보강재로 배수성을 갖고 있는 부직포가 점차 주목을 받고 있는 이유는?
보강토옹벽 뒤채움재(흙)로 현지발생 불량토 활용의 필요성이 대두됨에 따라 토목섬유 보강재로 배수성을 갖고 있는 부직포가 점차 주목을 받고 있다. 토목섬유 보강토옹 벽의 보강재로 지오그리드가 일반적으로 적용되고 있으나 부직포는 지오그리드에 비해 흙-보강재 경계면에서의 마찰력이 크고 배수성을 갖고 있으며 가격이 저렴한 장점 등을 갖고 있는 것으로 보고되고 있다(원명수 등, 2006; Bueno 등, 2005; Guler와 Ocbe, 2003; Won과 Kim, 2007).
실무자들의 경우 부직포는 지오그리드나 직포에 비해 신율이 크기 때문에 영구 구조물 보강재로 적용을 기피하는 경향이 있는데 이에 대한 필자의 생각은?
이와 같은 많은 연구 및 적용사례에도 불구하고, 실무자들의 경우 부직포는 지오그리드나 직포에 비해 신율이 크기 때문에 영구 구조물 보강재로 적용을 기피하는 경향이 있다. 이는 부직포의 역학적 거동특성과 보강토의 원리에 대한 이해 부족에서 기인된 것으로 생각된다.
조용성, 구호본, 이춘길 (2006), "부직포를 활용한 급경사 녹화보강토공법의 적용 가능성에 관한 연구", 대한토목학회논문집, 제26권, 제4-C호, pp.239-245.
Allen, T.M., Bathurst, R.J., and Berg, R.R. (2002), "Global level of safety and performance of geosynthetic walls: an historical perspective", Geosynthetics International, Vol.9, Nos.5-6, pp.395-450.
Bueno, B.S., Benjamim, C.V.S., and Zornberg, J.G. (2005), "Field Performance of a Full-Scale Retaining Wall Reinforced with Nonwoven Geotextiles", ASCE Conf. Proceedings of the Sessions of the Geo-Frontiers 2005 Congress Austin, Texas, USA, pp.166-174.
Guler, E. and Ocbe, C. (2003), "Centrifuge and full scale models of geotextile reinforced walls and sevral case studies of segmental retaining walls in Turkey", Emirates Journal for Engineeing Research, Vol.8, No.1, pp.15-23.
Leshchinsky, D. and Field, D.A. (1987), "In-Soil Load Elongation, Tensile Strength and Interface Frictrion of Non-Woven Geotextiles." Geosynthetics'87, New Orleans, pp.238-249.
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