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문제 정의
- 이 연구에서 다루는 폴리에틸렌의 역학적 특성을 확인하기 위하여 인장강도시험을 수행하였다. 인장강도시험은 KS M ISO 6259(열가소성 플라스틱 관의 인장성 측정방법, 2008)에서 제시하고 있는 방법을 사용하였다.
- 이 연구에서는 폴리에틸렌관의 단기거동을 실험을 통해 확인하고 장기거동을 ASTM D 5365 (ANNEX)와하수관거 관변형 기준 마련 연구(Kim, 2011)에서 제안하고 있는 시간경과에 따른 관변형을 예측하여 폴리에틸렌관의 구조적 성능을 확인하였다.
제안 방법
- Fig. 1과 같이 시편을 제작하였으며 하중은UTM(Universal Testing Machine)을 사용하여 변위제어방식으로 5±0.5mm/min의 속도로 재하 하였다.
- 관 주변 토사의 다짐 상태가 관의 장기변형에 어떤 영향을 주는지 조사하기 위해 굴토를 하지 않고 30cm의 모래기초, 180° 모래 되메움 및 양질토로 복토하되 OMC 다짐 95% 이상과 80% 이하의 다짐으로 현장매설을 실시하였다.
- 관의 다짐과 관련하여, 단면도의 좌측은 80% 다짐을 우측은 95% 이하의 다짐을 하였고, 관거의 매립은 KS 시험기준에 부합되는 PE 다중벽관, PE 이중벽관 순으로 시공하였다. 시공후 관매설 상단에 비주기적으로 차량(DB-24, 37.
- 4는 PE관의 현장매설 전경이다. 관의 시공은 최적함수비(OMC)에서 다짐하여 얻을 수 있는 흙의 최대 밀도의 95% 다짐을 하기 위하여 1톤 진동롤러를 이용 헌치부분까지 다짐을 한 후, 100kN 롤러를 이용하여 30cm씩 층다짐을 하였다. 관 주변 토사의 다짐 상태가 관의 장기변형에 어떤 영향을 주는지 조사하기 위해 굴토를 하지 않고 30cm의 모래기초, 180° 모래 되메움 및 양질토로 복토하되 OMC 다짐 95% 이상과 80% 이하의 다짐으로 현장매설을 실시하였다.
- 관종별 변형량을 측정하기 위하여 현장 매설전에 관의 좌우 입구(0m, 12m 지점), 입구로부터 일정한 위치(3m, 9m 지점)에서 관의 내경을 측정하였고 관에 측정지점을 표시하여 지속적인 측정을 실시하였다. 즉, 매립 직후(t = 0day), 일주일(t = 7day), 이후에는 15일 단위로 측정하였고, 6개월이 지난 이후로는 30일 단위로 변화를 측정하였다(283일, 총 16회 측정).
- 관의 다짐과 관련하여, 단면도의 좌측은 80% 다짐을 우측은 95% 이하의 다짐을 하였고, 관거의 매립은 KS 시험기준에 부합되는 PE 다중벽관, PE 이중벽관 순으로 시공하였다. 시공후 관매설 상단에 비주기적으로 차량(DB-24, 37.5tonf)을 활용하여 활하중을 가했다.
- 연성관의 장기거동을 예측하기 위해 현장매설실험을 통해 폴리에틸렌관의 단기거동을 측정하였다.
- 관종별 변형량을 측정하기 위하여 현장 매설전에 관의 좌우 입구(0m, 12m 지점), 입구로부터 일정한 위치(3m, 9m 지점)에서 관의 내경을 측정하였고 관에 측정지점을 표시하여 지속적인 측정을 실시하였다. 즉, 매립 직후(t = 0day), 일주일(t = 7day), 이후에는 15일 단위로 측정하였고, 6개월이 지난 이후로는 30일 단위로 변화를 측정하였다(283일, 총 16회 측정). 측정 결과는 각 다짐률에 대한 관변형은 Fig.
대상 데이터
- 현장매설실험으로 얻어진 데이터의 적합도를 확인하기 위해서 KS M ISO 10928(2004)에서 제시한 방법을 적용하였다. 총 16회 측정 데이터 중에서 매립 전 및 직후 2개의 데이터를 제외하고 14개의 데이터를 사용하여 상관 계수 r 및 r2을 확인하였다. 그 결과 r =0.
- 현장매설 실험에 사용한 폴리에틸렌관은 이중벽관과 다중벽관 두 종을 매설하였다. 현장매설에 사용한 폴리에틸렌관의 관경은 600mm, 관 연장은 12m 이다.
- 현장매설 실험에 사용한 폴리에틸렌관은 이중벽관과 다중벽관 두 종을 매설하였다. 현장매설에 사용한 폴리에틸렌관의 관경은 600mm, 관 연장은 12m 이다.
이론/모형
- 이 연구에서 다루는 폴리에틸렌의 역학적 특성을 확인하기 위하여 인장강도시험을 수행하였다. 인장강도시험은 KS M ISO 6259(열가소성 플라스틱 관의 인장성 측정방법, 2008)에서 제시하고 있는 방법을 사용하였다. Fig.
- 현장매설실험으로 얻어진 데이터의 적합도를 확인하기 위해서 KS M ISO 10928(2004)에서 제시한 방법을 적용하였다. 총 16회 측정 데이터 중에서 매립 전 및 직후 2개의 데이터를 제외하고 14개의 데이터를 사용하여 상관 계수 r 및 r2을 확인하였다.
성능/효과
- 총 16회 측정 데이터 중에서 매립 전 및 직후 2개의 데이터를 제외하고 14개의 데이터를 사용하여 상관 계수 r 및 r2을 확인하였다. 그 결과 r =0.8974, r2 = 0.8054 으로 나타났으며, 장기거동 예측을 위한 회귀 분석법에 적용할 수 있음을 확인하였다.
- 또한, 장기관변형 예측법으로 관변형을 추정한 결과, 다짐률이 80% 이하일 경우의 관변형은 약 14∼19%로 나타났다. 다짐률이 95% 이상일 경우 50년 후의 관변형은 모두 5% 이내로 확인되었으며, 허용관변형 5%는 구조적 측면에서 볼 때 매우 큰 안전율(FS=4)을 확보하고 있는 것으로 관의 유지관리시 개보수 기준 등을 여러 관련 설계규격에서 7.5%로 제한하고 있는 것으로부터 판단해 보면 지중매설된 폴리에틸렌 관은 구조적 안전성 및 장기내구성을 충분히 확보하고 있다고 판단된다.
- 다짐률이 95% 이상일 경우 50년 후의 관변형은 모두 5% 이내로 확인되었으며, 허용관변형 5%는 구조적 측면에서 볼 때 매우 큰 안전율(FS=4)을 확보하고있는 것으로 관의 유지관리시 개보수 기준 등을 여러 관련 설계규격에서 7.5%로 제한하고 있는 것으로부터 판단해 보면 지중매설된 PE관은 구조적 안전성 및 장기내구성을 충분히 확보하고 있다고 판단된다. 그러나 다짐률이 80% 이하일 경우의 관변형은 약 14∼19%를 나타내었다.
- 4년)의 시간경과를 의미하며, 이 연구에서는 약 50년 후까지 장기관변형을 예측한 것이다. 두 가지 예측방법에 의해 예측한 결과를 비교한 곡선은 약 50년 후까지 매우 유사한 거동을 보이는 것으로 확인되었으며, 관변형은 시간이 경과함에 따라 일정한 값에 수렴하는 것을 알 수 있다.
- 또한, 장기관변형 예측법으로 관변형을 추정한 결과, 다짐률이 80% 이하일 경우의 관변형은 약 14∼19%로 나타났다.
- 5배를 넘지 않는다는 것을 알 수 있으며, 관 주변 되메움 토사의 다짐도가 95% 이상이어야 한다. 표준다짐 약 90% 이상의 경우 시공일수를 고려하여 Monod-type 관변형 제한식을 제안하였으며 실험결과와 비교하여 타당성이 검증된 바 있다. 식 (5)는 다짐률 90% 이상일 때 관변형5%에 수렴하는 Monod-type의 관변형 제한식이다.
- 현장매설실험은 283일 동안 수행한 결과 관종별로95% 다짐이 80% 다짐의 경우 보다 시간에 따른 관변형이 작은 경향을 보였다. 또한 관 내면의 수직과 수평 변형을 측정하였으며 수직방향의 변형량이 수평 방향의 변형량과 일치하지 않았다.
- 현장매설실험은 되메움토의 다짐도, 관종, 경과일수 등을 변수로 실험을 수행하였으며, 되메움 토사의 다짐률이 95% 이상 만족시킬 경우 이 연구에서 다룬 폴리에틸렌 관의 관변형은 5%를 초과하지 않는 것으로 확인되었다.
- 현장매설실험을 통해 연성관으로 분류되는 폴리에틸렌관은 시공단계에서의 다짐이 95% 이상일 때 구조적 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
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