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문제 정의
- 본 연구에서는 Gap입도의 시료를 임의로 조성하여 Gap입도의 강도특성에 대해 직접전단시험을 진행하여 비교분석 하였으며, 또한 이의 재현성을 확인하기 위하여 평판재하시험을 진행하였다.
- 본 연구에서는 임의로 입도분포를 조정하여 지반의 강도를 증진시키는 목적으로 연구를 진행하였는데, 문헌에 따르면 입도분포가 양호할수록 즉 입도분포의 정도를 나타내는 균등계수(Coefficient of uniformity, Cu )가 증 가함에 따라 내부마찰각이 증가하고, 또한 입도분포 곡선상에서 50 % 통과율에 해당하는 입자의 크기, 즉 d50이 증가함에 따라 지반의 내부마찰각이 크다고 알려져 있다[3][5][6].
제안 방법
- Kim et al.(2016)에 수행되었던 연구를 기본으로 보다 다양한 시험값을 확보하기 위해 추가적인 직접전단시험을 진행 하였다. 앞선 시험과 동일하게 두 가지 입자로 이루어진 Gap입도 시료를 인위로 조성하여 전단거동특성에 대하여 파악하고 고찰하였으며, 이것의 재현성을 확인하기 위하여 지반의 입도분포를 Gap입도 시료로 분석하는 방법을 제시하고 평판재하시험을 진행하여 현장 적용성에 대한 가능성을 확인하였다.
- 3m의 원형 재하판을 사용하였다. 30t 용량의 유압실린더와 유압자키를 이용하여 하중을 주고 정밀도가 2%이내인 KL-100E 로드셀을 사용하여 재하하중을 측정하였다. 또한 0.
- 7에 도시한 것과 같이 시험 토조에 골재를 10cm 높이마다 다짐기로 10분간 다져서 총 70cm 높이로 골재를 채웠다. 그리고 재하판이 수평으로 놓일 수 있도록 수평자로 위치별 수평검사를 하였다.
- 30t 용량의 유압실린더와 유압자키를 이용하여 하중을 주고 정밀도가 2%이내인 KL-100E 로드셀을 사용하여 재하하중을 측정하였다. 또한 0.001mm의 정밀도로 측정 가능한 LVDT를 이용하여 하중침하를 측정하고 S-2255 type의 30채널의 제원을 갖는 Data Logger를 사용하여 각 지반 조건에서의 토압분포를 측정하였다.
- 시험방법은 98.1kPa, 196.2kPa, 294.3 kPa의 수직응 력을 가한상태로 전단시켜 전단저항력을 측정한다. 이때 측정되는 전단저항력은 전단속도에 영향을 받으므로 전단속도를 매 시험마다 일정하게 0.
- 시험에 앞서 13mm골재, 19mm골재, 13mm+19mm골재에 대하여 체분석시험을 진행하였고 시험에 사용된 골재들의 입도분포 결과를 이용하여 입도 조정하였다. Table 2는 통일분류법상 시험에 사용되는 골재로 GP(Gravel poor)로 구분할 수 있고 체분석 결과는 Fig.
- (2016)에 수행되었던 연구를 기본으로 보다 다양한 시험값을 확보하기 위해 추가적인 직접전단시험을 진행 하였다. 앞선 시험과 동일하게 두 가지 입자로 이루어진 Gap입도 시료를 인위로 조성하여 전단거동특성에 대하여 파악하고 고찰하였으며, 이것의 재현성을 확인하기 위하여 지반의 입도분포를 Gap입도 시료로 분석하는 방법을 제시하고 평판재하시험을 진행하여 현장 적용성에 대한 가능성을 확인하였다.
- 이러한 지반의 특성을 좀 더 구체화하여, Gap입도로 구성되어 있는 시료를 인위로 조성하여 입자크기비에 따른 내부마찰각을 비교한 연구를 진행하였다. Kim et al.
- 12에 도시하였다. 이를 입도조정 분포와의 유사성 조건에 따라 나타나는 극한지지력에 대하여 비교 분석하였다.
- 지반조건을 조성하기 위하여 Fig. 7에 도시한 것과 같이 시험 토조에 골재를 10cm 높이마다 다짐기로 10분간 다져서 총 70cm 높이로 골재를 채웠다. 그리고 재하판이 수평으로 놓일 수 있도록 수평자로 위치별 수평검사를 하였다.
- 지반조성을 진행한 후 지중응력의 변화와 침하량을 측정하기 위해 0.3m의 평판을 이용하여 평판재하시험을 하였다. 시험하중은 단계별로 200kPa 이하로 재하 하였고, 측정시간은 단계마다 15분 이상 측정을 지속하였다.
대상 데이터
- 시험에 사용된 직접전단시험기는 Fig. 1과 같이 연엔 지니어링사의 Auto Direct Shear Tester를 이용하여 진행하였다. 이 시험기는 변위제어방식으로 수직응력은 공기압으로, 수평응력은 가압기로 가할 수 있게 되어있으며 변위는 LVDT로 측정할 수 있다.
- 시험에 사용된 토조의 제원은 Fig. 6과 같이 1.5m × 1.5m × 1.5m 인 철근콘크리트로 구성되었으며, 재하판은 0.03m두께 지름 0.3m의 원형 재하판을 사용하였다.
데이터처리
- 평판재하시험 하중침하 결과로부터 #라텍스 구현 방법을 이용하여 시험결과를 분석하였다. Fig 11로부터 입도 조건에 따라 각각 13mm골재 입도조건에서는 1,131kPa, 19mm골재 입도조건에서는 1,162kPa, 13mm+19mm골재 입도조건에서는 1,399kPa로서 Gap 입도 조정 지반조건에서 지지력이 13mm와 19mm골재 지반조건에 비하여 각각 6.
이론/모형
- 각 입도 조건에서 따라 하중침하 그래프는 Fig. 10과 같이 나타내었고 \(ds\over d(logt)\)-P 방법과 Chin 방법을 이용하여 평판재하시험 결과를 분석하고 극한지지력을 산정하였다[10].
성능/효과
- 평판재하시험 하중침하 결과로부터 #라텍스 구현 방법을 이용하여 시험결과를 분석하였다. Fig 11로부터 입도 조건에 따라 각각 13mm골재 입도조건에서는 1,131kPa, 19mm골재 입도조건에서는 1,162kPa, 13mm+19mm골재 입도조건에서는 1,399kPa로서 Gap 입도 조정 지반조건에서 지지력이 13mm와 19mm골재 지반조건에 비하여 각각 6.7%, 20.4% 향상되었다.
- Fig. 12로부터 Chin 방법으로 결과분석을 하였을 때 13mm골재 입도 조건에서의 지지력은 2,205kPa, 19mm 골재 입도 조건에서는 2,076kPa, 13mm+19mm골재 입도 조건에서는 2,606kPa로서 임의조정 지반 조건에서 지지력이 25.5%향상 되었다.
- 실험결과 갭 입도 골재 혼합비가 갭 분포와의 오차율이 적을수록 평판재하시험을 통해 극한지지력을 산정했을 때 극한지지력이 더 크게 나타난다. 그 결과를 Table 4에서와 같이 정리하였다.
- 또한 원표식은 Gap 입도(Particle Size Ratio, n)에 따른 내부마찰각을 나타낸 것이고 추세선으로 입자크기 비에 따른 내부마찰각의 변화양상을 나타냈다. 직접전단시험결과 Kim et al. (2016)의 연구결과와 마찬가지로 입자크기 비에 내부마 찰각이 비례하는 것으로 나타났으며, 특정한 입자크기비에서 Gap입도의 흙이 입도분포가 양호한 시료의 내부 마찰각보다 큰 것으로 나타났다. 여기서, 식 n=R/r에서 n값은 큰 입자의 입경 R와 작은 입자의 입경 r의 비를 나타낸다.
- 직접전단시험결과 입자크기비가 커질수록 전단저항 각이 증가하는 경향을 나타내지만 특정 입자 크기비 범위에서 전단저항각이 입도분포가 양호한 전단저항각보다 큰 것을 알 수 있었다. 또한 d50에 대해 전단저항각이 비례하는 것으로 나타났으며 다른 연구들과도 동일한 연구결과를 보이고 있다.
- 평판재하시험 결과 지반의 극한지지력은 입도분석결과에서 오차율이 적을수록 지반의 극한지지력이 큰 것으로 산정됐고, 이를 통하여 직접전단시험의 재현성을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 향후 연구에서 골재입경에 따른 최적 배합비를 만들어 시공현장에서 범용재료인 골재로만으로도 시공이 가능하여 공사 난도를 대폭 완화시키고 간단한 골재조합으로 만으로도 지반강도를 높이고 공기를 단축시켜 공사비를 절약할 수 있다는 점을 기대할 수 있다.
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