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문제 정의
- 본 연구에서는 다양한 형태의 지오그리드 중에서 국내에서의 사용량이 가장 많은 직조형 지오 그리드에 대한 단기와 장기 인장거동평가를 실시하였다. 사용된 시료는 8, 10t/m의 직조형 지오그리드이며, 일 방향 보강에 이용되는 제품이다.
- 본 연구에서는 보강용도로의 목적으로 적용되고 있는 지오그리드에 대하여 내구성 장기 설계 강도 산출 시 가장 중요한 항목인 크리프시험을 통한 감소계수의 평가를 실시하였다. 대략적인 연구결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 결정하였으며, 이때 이용된 방법이 Sherby-Dorm Plot을 이용한 방법이다. 또한 이렇게 결정된 값을 바탕으로 크리프에 의한 감소계수를 산출하였다. 마지막으로 새롭게 적용된 산출법을 토대로 산출된 감소 계수 값과 기존의 방법(Tlt = 10%)을 이용하여 산출한 값을 서로 비교 검토하였다.
- 또한 이렇게 결정된 값을 바탕으로 크리프에 의한 감소계수를 산출하였다. 마지막으로 새롭게 적용된 산출법을 토대로 산출된 감소 계수 값과 기존의 방법(Tlt = 10%)을 이용하여 산출한 값을 서로 비교 검토하였다.
- 최종적으로 감소계수를 산줄하였다. 본 연구에서는 보다 합리적인 감소계수 산줄을 위하여 sherby-dorm plots을 도입하여 한계크리프변형률을 결정한 후 최종적으로 isochronous 그래프를 통한 선형회구 그래프를 이용하여 Tlt를 결정하는 모델을 제안하였으며, 대략적인 순서는 그림 4와 같다.
- 본 연구에서는 한계크리프변형률을 결정하기 위하여 단기속성시험을 통하여 얻어진 크리프시 험결과그래프를 이용하여 sherby-dorm plots을 획득할 수 있었으며, 그 결과를 그림 7에서 나타내고 있다. 그림 7에서 보는 바와 같이 8t/m와 10/tm의 경우 모두에서 비슷하게 약 12% 부근에서 변형률 속도가 변하는 것을 확인할 수 있다.
- 앞서 언급한 바와 같이 현재의 크리프에 의한 감소계수의 산출에서는 한계변형률을 GRI test method에서 제시한 10%로 보고 일정 설계기간동안 이 한계변형률에 근접하거나 평행을 이루는 부가하중을 Tlt로결정하여 최종적으로 감소계수를 산줄하였다. 본 연구에서는 보다 합리적인 감소계수 산줄을 위하여 sherby-dorm plots을 도입하여 한계크리프변형률을 결정한 후 최종적으로 isochronous 그래프를 통한 선형회구 그래프를 이용하여 Tlt를 결정하는 모델을 제안하였으며, 대략적인 순서는 그림 4와 같다.
- 사용된 시료는 8, 10t/m의 직조형 지오그리드이며, 일 방향 보강에 이용되는 제품이다. 크리프 시험 시 부강하중 결정에 필요한 단기인장강도 측정을 위하여 광폭인장강도시험(wide-width strip tensile strength test)을 실시하였다. 광폭인장강도 시험은 ASTM D4595에 규격화 되어 있으며, 표준시험방법은 변형제어식(CRE; constant rate extension type) 인장시험기의 상하부에 붙어있는 클램프 사이의 거리를 10±0.
대상 데이터
- 대한 단기와 장기 인장거동평가를 실시하였다. 사용된 시료는 8, 10t/m의 직조형 지오그리드이며, 일 방향 보강에 이용되는 제품이다. 크리프 시험 시 부강하중 결정에 필요한 단기인장강도 측정을 위하여 광폭인장강도시험(wide-width strip tensile strength test)을 실시하였다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 널리 이용되고 있는 직물형 지오그리드에 대하여 실험을 통하여 한계 크리프변형률을 결정하였으며, 이때 이용된 방법이 Sherby-Dorm Plot을 이용한 방법이다. 또한 이렇게 결정된 값을 바탕으로 크리프에 의한 감소계수를 산출하였다.
- 3cm로 조절하고, 폭 20cm의 지오 그리드 시료를 장착하고, 시료가 파단 될 때까지 10±3%/min의 속도로 인장하여 인장변형에 따른 인장 강력을 측정하게 된다. 크리프 변형시험(unconfined tension creep)은 ASTM D6992(;standard test method for accelerated tensile creep and creep-rupture of geosynthetics materials based on time-temperature superposition using the stepped isothermal method)에 의거하여 실시하였다. 이때 부가되는 하중은 광폭인장강도를 통하여 획득된 최대인장강도의 30, 40, 50, 60, 70, 80%이며, 단계별 온도조건은 20, 34, 48, 62, 76℃이다.
성능/효과
- (1) 광폭인장강도시험결과 각각의 샘플은 제품강력을 상회하는 강력을 유지하고 있어 재료 자체에 추가 안전율이 내포되었음을 확인할 수 있었다. 또한 재료의 파단 시 변형률이 11~12%를 나타내고 있어 매우 우수한 인장-변형특성을 보유하고 있음을 예측할 수 있었다.
- (2) 단기속성시험을 통한 장기크리프거동평가결과 각각의 샘플 모두 부가하중이 60%인 경우 10, 000 시간에서 크리프변형률이 10%를 초과하지 않는 우수한 장기인장특성을 지니고 있음을 확인하였다.
- (3) 본 연구에서 제안된 Sherby-Dorm Plots을 이용한 한계크리프변형률의 평가결과 불확실성을 감안하여 두 샘플모두 11%로 결정되었으며, 이 값은 현재 규준 값으로 사용되고 있은 10% 보다 약간 높은 값임을 확인하였다.
- (4) 결정된 한계크리프변형률을 토대로 산출된 크리프에 의한 감소계수의 결과 값은 기존의 10% 규준을 적용 했을 때와 비교하여 0.06~0.14정도 낮아졌으며, 이 값을 설계에 적용할 경우 재료의 정확한 적용이 가능해지며 최종적으로 합리적인 설계로 인한 경제적 이득이 파생될 것으로 판단되어진다.
- 그림에서 알 수 있듯이 각각의 지오그리드 샘플은 최초의 제품강력 이상의 인장강력을 유지하고 있으며, 이로부터 추가 안전율의 개념이 제품의 제조단계에서부터 내포되어있음을 유추할 수 있다. 또한 샘플의 파단 강력에서의 인장변형률이 약 11~12%를 나타내고 있어, 단기인장시험의 결과만을 고려할 경우 상당히 우수한 인장특성을 보유하고 있음을 확인할 수 있다. 이는 지오그리드의 보강부재로 이용되고 있는 PET 고강력사의 제품 자체특성이 매우 우수함에서 기인된 것으로 판단된다.
- 안전율이 내포되었음을 확인할 수 있었다. 또한 재료의 파단 시 변형률이 11~12%를 나타내고 있어 매우 우수한 인장-변형특성을 보유하고 있음을 예측할 수 있었다.
- 이렇게 결정된 한계크리프변형률값을 토대로 최초의 크리프결과는 isochronous curves를 거쳐 최종적으로 한계크리프변형률에서의 선형회귀곡선으로 변화되었으며(그림 8), 이후 각각의 지오그리드 샘플에 대하여 설계수명 100,000시간에서의 Tlt를 산출하였으며 그 결과를 그림 9에서 나타내고 있다. 본 연구에서 산출된 Tlt의 경우 한계크리프변형규준을 10%로 하느냐 11%로 하느냐에 따라 최종적으로 크리프감소계수값이 차이를 보였다. 먼저 8t/m의 경우 10%로 할 경우는 1.
- 이로부터 본 연구에서 이용된 직물형 지오그리드의 경우에는 한계 크리프변형률이 불확실성을 고려하여 11%로 결정되었으며 이 값은 규준값으로 사용되어온 10%와 1% 정도의 차이를 나타내고 있다. 이렇게 결정된 한계크리프변형률값을 토대로 최초의 크리프결과는 isochronous curves를 거쳐 최종적으로 한계크리프변형률에서의 선형회귀곡선으로 변화되었으며(그림 8), 이후 각각의 지오그리드 샘플에 대하여 설계수명 100,000시간에서의 Tlt를 산출하였으며 그 결과를 그림 9에서 나타내고 있다. 본 연구에서 산출된 Tlt의 경우 한계크리프변형규준을 10%로 하느냐 11%로 하느냐에 따라 최종적으로 크리프감소계수값이 차이를 보였다.
- 45의 값을 나타내었다. 이로부터 두 샘플 모두에서 최종적으로 감소계수 값이 최초의 값보다 0.06~0.14 정도 낮추어 졌음을 확인할 수 있었으며 결과적으로 정확한 감소계수의 평가로 인한 경제적 이득이 발생될 것으로 판단되어진다.
- 그림 7에서 보는 바와 같이 8t/m와 10/tm의 경우 모두에서 비슷하게 약 12% 부근에서 변형률 속도가 변하는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 본 연구에서 이용된 직물형 지오그리드의 경우에는 한계 크리프변형률이 불확실성을 고려하여 11%로 결정되었으며 이 값은 규준값으로 사용되어온 10%와 1% 정도의 차이를 나타내고 있다. 이렇게 결정된 한계크리프변형률값을 토대로 최초의 크리프결과는 isochronous curves를 거쳐 최종적으로 한계크리프변형률에서의 선형회귀곡선으로 변화되었으며(그림 8), 이후 각각의 지오그리드 샘플에 대하여 설계수명 100,000시간에서의 Tlt를 산출하였으며 그 결과를 그림 9에서 나타내고 있다.
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