기초사석 위에서 진동하중을 받는 진동다짐판의 침하는 일시적인 진폭과 소성침하로 나타낼 수 있다. 최대 진동하중이 사석의 지지력을 초과하지 않는 한, 소성침하량은 극한값으로 수렴하며 궁극적으로 정상적인 진동을 한다. 이러한 진동다짐의 침하거동에 대한 실내실험은 수평방향이 구속된 시료에 대하여 진동하중이 전체면적에 작용하도록 수행되었거나 진동대에 시료를 놓고 실험을 수행한 것이 대부분이다. 그러나 실제 현장에서는 진동하중이 기초사석 표면적의 일부에만 적용되고 있다. 본 연구에서는 현장조건에 맞게 쇄석에 진동하중을 작용토록 하였다. 쇄석에 대한 진동다짐실험에 따르면 전체 침하량의 약 90%가 2분 이내에 발생하며, 정적 및 동적응력을 포함한 진동응력 수준이 증가할수록 침하는 증가하였다. 진동다짐시, 진동다짐수, 진폭, 침하량, 재하폭, 진동응력의 상관관계를 나타내는 식을 제안하였다.
기초사석 위에서 진동하중을 받는 진동다짐판의 침하는 일시적인 진폭과 소성침하로 나타낼 수 있다. 최대 진동하중이 사석의 지지력을 초과하지 않는 한, 소성침하량은 극한값으로 수렴하며 궁극적으로 정상적인 진동을 한다. 이러한 진동다짐의 침하거동에 대한 실내실험은 수평방향이 구속된 시료에 대하여 진동하중이 전체면적에 작용하도록 수행되었거나 진동대에 시료를 놓고 실험을 수행한 것이 대부분이다. 그러나 실제 현장에서는 진동하중이 기초사석 표면적의 일부에만 적용되고 있다. 본 연구에서는 현장조건에 맞게 쇄석에 진동하중을 작용토록 하였다. 쇄석에 대한 진동다짐실험에 따르면 전체 침하량의 약 90%가 2분 이내에 발생하며, 정적 및 동적응력을 포함한 진동응력 수준이 증가할수록 침하는 증가하였다. 진동다짐시, 진동다짐수, 진폭, 침하량, 재하폭, 진동응력의 상관관계를 나타내는 식을 제안하였다.
The settlement of a compaction plate resting on the surface of rubble-mound and subjected to a vibrating vertical load can be characterized by a transient amplitude and a plastic settlement. As long as the maximum imposed load does not exceed the bearing capacity of the rubble-mound, plastic settlem...
The settlement of a compaction plate resting on the surface of rubble-mound and subjected to a vibrating vertical load can be characterized by a transient amplitude and a plastic settlement. As long as the maximum imposed load does not exceed the bearing capacity of the rubble-mound, plastic settlement will approach an ultimate value and essentially steady-state vibration will ensue. For the settlement behavior by vibro-compaction, most laboratory experiments were conducted on laterally confined samples with loads over the full surface area or on samples placed on a vibrating table. In the field, the loads cover only a small fraction of the surface area. In this study, crushed stones are loaded with the same as field condition. According to the vibro-compaction experiments on crushed stone, it was found that approximately 90% of total settlement occur within 2 minutes and plastic settlement increases with increasing cyclic stress levels including static and dynamic stress. A compaction equation on which the number of load cycles, amplitude of plate, settlement, width of plate, and cyclic stress are related each other is proposed.
The settlement of a compaction plate resting on the surface of rubble-mound and subjected to a vibrating vertical load can be characterized by a transient amplitude and a plastic settlement. As long as the maximum imposed load does not exceed the bearing capacity of the rubble-mound, plastic settlement will approach an ultimate value and essentially steady-state vibration will ensue. For the settlement behavior by vibro-compaction, most laboratory experiments were conducted on laterally confined samples with loads over the full surface area or on samples placed on a vibrating table. In the field, the loads cover only a small fraction of the surface area. In this study, crushed stones are loaded with the same as field condition. According to the vibro-compaction experiments on crushed stone, it was found that approximately 90% of total settlement occur within 2 minutes and plastic settlement increases with increasing cyclic stress levels including static and dynamic stress. A compaction equation on which the number of load cycles, amplitude of plate, settlement, width of plate, and cyclic stress are related each other is proposed.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
일반적으로 기초사석에 대하여 진동하중으로 다짐을 실시할 경우, 다짐 초기에 매우 큰 침하가 발생하며 진동수가 증가함에 따라 다짐율이 감소하는 현상이 현장에서 관측되고 있다. 이러한 기초사석의 진동다짐에 의한 침하거동을 조사하기 위하여 본 연구에서는 기초사석과 진동다짐판의 크기를 축소하여 모형진동다짐실험을 실시하였다. 모형실험은 진동다짐거동에 영향을 미치는 요인으로 판단되는 진동주파수와 진동다짐판의 크기를 각각 변화시켜 수행되었다.
가설 설정
5배인 375 kPa로 추정되었다. 폭 150mm와 폭 200mm 재하판의 극한지지력은 기초폭에 비례한다고 가정하였다. 한편 모형진동시스템의 고유진동수는 식 (5)와 식 (6)으로부터 25Hz로 산정되었다.
제안 방법
기초사석에 대한 진동다짐시 다짐응력 및 진동수가 침하량에 미치는 영향을 모형진동다짐실험을 실시하여 조사하였으며, 이로부터 얻은 결론은 다음과 같다.
다짐실험전의 느슨한 상태의 쇄석의 단위중량을 정하기 위하여 직경 200mm, 높이 500mm의 모울드 내에 깔때기를 이용하여 일정한 낙하고(100mm)를 유지하며 모울드를 쇄석으로 채워 무게를 측정함으로써 단위중량을 조사하였다.
이러한 기초사석의 진동다짐에 의한 침하거동을 조사하기 위하여 본 연구에서는 기초사석과 진동다짐판의 크기를 축소하여 모형진동다짐실험을 실시하였다. 모형실험은 진동다짐거동에 영향을 미치는 요인으로 판단되는 진동주파수와 진동다짐판의 크기를 각각 변화시켜 수행되었다.
모형토조내에 쇄석이 균질하게 포설되도록, 5층으로 나누어 각층에 포설될 쇄석의 무게를 0.348kN(0.5m×0.5m×0.1m×13.9kN/m3)으로 정하여 각층의 높이가 0.100m가 되도록 포설하였다.
본 연구에서는 실제 현장에서 시행되고 있는 기초사석의 크기와 진동다짐판의 크기를 축소하여 모형실험을 실시하였다.
시료특성상 기초사석에 대한 진동다짐을 실내실험으로 하기에는 한계가 있으므로, 모형진동다짐실험을 실시하여 진동다짐거동을 분석하였다. 기존의 진동기초 연구는 대부분 조밀한 사질토지반에서 진동을 받는 기초의 상대적으로 작은 침하거동에 국한되어 있다.
실험에서는 모형토조안에 조성된 시료상부 중앙에 진동 다짐판을 설치하고, 다짐판에 3분 동안 진동을 가하면서 다짐판의 침하량 및 가속도, 그리고 다짐판에 작용하는 하중을 측정하였다.
접지압력과 진동주파수가 진동다짐에 미치는 영향을 조사하기 위하여 다짐판의 크기와 진동주파수를 각각 변화시켜 총 9회의 진동다짐실험을 실시하였으며, 실험종류에 따른 실험번호를 표 1에 나타내었다.
조성된 시료에 대한 반복평판재하시험(American Society for Testing Materials, 1977; Barkan, 1962)을 실시하여, 모형 기초쇄석의 극한지지력과 고유진동수를 산정하였으며, 반복평판재하시험에는 그림 5의 50톤 용량의 UTM시험기를 사용하였다.
진동다짐시험 도중 진동시스템으로부터 진동다짐판에 전달되는 진동하중과 진동수를 측정하기 위하여 하부 가이드축과 다짐판 사이에 2톤 용량의 하중계를 설치하였고, 다짐판 표면에 가속도계를 부착하였다.
진동다짐이 진행됨에 따라 각 실험별로 측정된 약 56,200 여개의 자료로부터 그림 10과 같이 임의의 진동수 구간별로 1초 동안의 실험자료를 선택하여 해당 진동수에서의 침하량 (S), 침하량 진폭(Az), 최대 가속도(amax), 최대 하중(Pmax)을 각각 구하여 실험결과를 정리하였다.
대상 데이터
다짐판의 크기는 실제 현장에서 사용되는 진동다짐판의 1/20~1/10 크기로 가로×세로×두께가 각각 100×100×20mm, 150×150×20mm, 200×200×20mm의 철판을 사용하였다.
모든 계측자료는 진동다짐실험 중에 실시간으로 미국 Validyne 사의 Universal PC Sensor Interface Card(UPC-601)를 사용하여 기록되었으며, 매 실험당 3분 동안 약 56,200여개의 측정자료가 수집되었다.
본 실험에 사용된 기초사석은 경질의 석회암을 분쇄하여 10mm체와 15mm체 사이에 남는 균등계수가 거의 1.0에 가까운 균등한 쇄석이며, 이러한 입경은 모형진동다짐판의 폭의 약 1/20~1/10 크기에 해당하는 크기이다.
진동다짐시험기는 그림 4에서 보는 바와 같이 폭 1000 mm, 길이 1000mm, 높이 1600mm의 Guide steel frame과 폭 500mm, 길이 500mm, 높이 500mm의 토조 및 1.1 kN 중량의 진동시스템으로 구성되어 있다.
토조는 2mm 두께 철판을 사용하여 제작되었으며, 모형시험과 현장에서의 경계조건이 다르므로, 가능한 한 진동에너지를 경계면에서 흡수하도록 토조 내부 벽면과 바닥면에 스폰지를 부착하였다.
성능/효과
(a)에 나타낸 바와 같이 매우 느슨한 상태의 모형 기초쇄석에 대하여 폭 100mm 다짐판의 재하시험을 실시한 결과, 모형기초쇄석의 항복지지력, qy은 250 kPa 로 측정되었으며, 극한지지력, qult은 항복지지력의 1.5배인 375 kPa로 추정되었다.
1. 진동주파수가 증가할수록 다짐 초기의 침하속도가 크며 이에 따라 침하가 조기에 수렴한다.
2. 다짐판의 가속도는 진동주파수가 증가함에 따라 증가하고, 다짐판의 크기가 증가함에 따라 감소하였으며, 다짐판의 크기보다는 진동주파수의 크기가 훨씬 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
3. 진동다짐에 의한 침하량은 누적 가속도가 클수록 증가하며, 누적가속도가 비슷한 경우에는 접지압력에 비례하여 침하량이 증가한다.
4. 진동다짐시 다짐판의 진동다짐수(N), 진폭(Az), 침하량(S), 다짐판폭(B), 진동응력(q) 사이에 상관관계가 있음을 확인 하였다.
동일한 진동주파수에서 접지압력이 클수록 즉 다짐판이 작을수록 가속도가 증가함을 알 수 있다.
9, σu=평균 진동응력, qu=극한지지력)을 가하는 실내모형시험을 실시함으로써 진동하중하에서의 기초침하를 연구하였다. 시험결과에 의하면 진동응력/극한지지력의 비와 진동다짐수가 증가함에 따라 침하량은 증가하였다(그림 1).
실험결과에 의하면, 다짐판의 가속도는 진동주파수가 증가함에 따라 증가하고, 다짐판의 크기가 증가함에 따라 감소하였으며, 다짐판의 크기보다는 진동주파수의 크기가 훨씬 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연약지반 상에 안벽 등의 항만구조물을 축조할 경우 어떤 공사들이 선행되어야 하는가?
연약지반 상에 안벽 등의 항만구조물을 축조할 경우, 지지력과 압밀침하 문제로 인하여 연약지반을 개량하거나 양질의 토사로 치환한 후, 상부에 기초사석(rubble mound)을 포설하고 항만구조물을 시공한다. 이때 중력식 안벽의 일종인 케이슨구조물 등이 다짐이 되지 않은 기초사석 상부에 놓이게 되면 상당한 잔류침하가 발생하게 된다.
항만 구조물 축조 시 발생하는 잔류침하량을 줄이기 위해 과거에는 어떤 방법을 이용하였는가?
이때 중력식 안벽의 일종인 케이슨구조물 등이 다짐이 되지 않은 기초사석 상부에 놓이게 되면 상당한 잔류침하가 발생하게 된다. 이러한 잔류침하량을 줄이기 위하여 과거에는 케이슨구조물 상부에 콘크리트 블록과 같은 상재하중을 상당기간 동안 재하하는 선행재하공법을 사용하였으나 비용과 공기를 고려하여, 최근에는 기초사석에 대한 진동다짐을 실시하는 추세이나 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 일반적으로 기초사석에 대하여 진동하중으로 다짐을 실시할 경우, 다짐 초기에 매우 큰 침하가 발생하며 진동수가 증가함에 따라 다짐율이 감소하는 현상이 현장에서 관측되고 있다.
진동다짐에 의한 침하량이 진동주파수에 비례하고, 다짐판의 면적에 반비례하는 이유는 무엇인가?
진동주파수(f)가 클수록, 그리고 다짐판의 면적이 작을수록 침하량은 증가하였다. 이러한 현상은 진동주파수가 클수록 진동하중이 증가하고, 다짐판 면적이 작을수록 접지압력이 증가하기 때문으로 분석된다. 특히 진동주파수가 클수록 초기의 침하속도가 크게 증가하였는데 이것은 진동주파수가 클수록 쇄석사이의 동적마찰력이 감소함에 따라 쇄석의 이동이 용이하여 간극비가 감소하면서 침하가 크게 발생하기 때문인 것으로 판단된다.
참고문헌 (16)
American Society for Testing Materials (1977) Standard Test Method for Bearing Capacity of Soil for Static Load on Spread Footings, ASTM-D1194-(72) (reapproved 1977). ASTM, Philadelphia, PA.
Barkan, D. D. (1962) Dynamics of Bases and Foundations, Mc-Graw-Hill, New York.
Barksdale, R. D. (1972) Laboratory Evaluation of Rutting in Base Course Materials, Proc. 3rd Int. Conference on Structure Design of Asphalt pavement, London, U.K., pp. 161-174.
Breitenbach, A.J., (March, 1993) $^{\circ}{\times}$ Rockfill Placement and Compaction Guidelines $^{\circ}{\pm}$ , Geotechnical Testing Journal, ASTM, Philadelphia, Pennsylvania, Vol. 16, No. 1, pp. 76 to 84.
Brumund, F. and Leonards, G. A. (1972) Subsidence of Sand Due to Surface Vibration, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 98, No. SM1, pp. 27-42.
D'Appolonia, E. (1970) Dynamic Loadings, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 96, No. SM1, pp. 49-72.
Das, Braja M.(1993) Principles of Soil Dynamics, PWS-KENT publishing co., pp. 380.
Moore, P. I. and Lokuratna, R. P. (1987) Settlement of footings on sandy soil under vertical vibratory loadings, Proc. 9th Southeast Asian Geotech. Conf., Bangkok, Thailand, No. 7.1-7.12.
Ortigosa, P., and Whitman, R. V. (1968) Densification of Sand by Vertical Vibrations with Almost Constant Stress, publication No. 206, Department of Civil Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge.
Raymond, G. P., and Komos, F. E. (1978) Repeated Load Testing of a Model Plane Strain Footing, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 15, No. 2, pp. 190-201.
Richart, F. E., Jr. (1962) Foundation Vibrations, Transactions, ASCE, Vol. 127, Part 1, pp. 863-898.
Sawick, A., Swidzinski, W., and Zadroga, B. (1998) Settlement of Shallow Foundation due to Cyclic Vertical Force, SOILS AND FOUNDATION, Mar. 1988, Vol. 38, No. 1, pp. 35-43.
Seed, H. B., Wong, R. T., Idriss, I. M., and Tokimatsu, K. (1986) Moduli and Damping Factors for Dynamic Analyses of Cohesive Soils, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 112, No. GT11, pp. 1016-1032.
Sherif, M. A., Ishibashi, I., and Gaddah, A. H. (1977) Damping Ratio for Dry Sands, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 103, No. GT7, pp. 743-756.
Steensen-Bach, JO, (2004) Compaction control of the stone beds for the Middelgrunden windmills NGM 2004. Nordic Geotechnical Meeting, 14, Ystad, May, 2004. Proceedings, Vol. 1, pp. C89-C100.
Van Impe, W. F. (1980) A test equipment for large scale vertical cyclic loading tests on saturated sand, Proc. Int. Symp. On Soils under Cyclic and Transient Loading, Swansea, Vol. 1, pp.97-101.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.