[논문]정적마찰 시험을 통한 접촉전단 특성평가

장용채; 이승은; 서지웅; 존 바우더스

문제 정의

국내를 살펴보면 PET병을 이용한 제품은 경제활동의 발달로 인하여 사용량이 매년 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 발생하는 PET병을 토목 건설 분야에 활용하기 위하여 플라스틱 병을 상하부로 절단한 다음 엷은 막(film) 형태로 제작하여 PET film/PET film, PET film/화강풍화토를 직접전단시험과 경사판 시험을 실시하여 전단저항 특성을 상호 비교 분석하였다.
이런 관점에서 재활용 재료 중에 일반적으로 흔히 볼 수 있는 음료수 PET병 즉, Poly Ethylene Terephthalate(PET)병을 가지고 채움 재료로 토목 건설 분야에 활용하고자 한다. 예를 들면 매설된 수송관로, 연약지반위의 경량하중을 가할 경우 등을 말하며 연약지반 상에 시공할 경우에는 과다한 침하로 인하여 문제가 발생이 된다.

제안 방법

본 실험에서 사용된 흙은 그림 1(c)의 화강풍화토를 사용하였으며, 화강풍화토의 물리적 특성 결과는 표 1과 같다. 모형지반에 화강풍화토를 최적함수비(%) 상태로 조성한 다음 PET film/화강풍화토의 접촉면 전단강도를 시험하였다.
04in /min)로 하였다. 변위에 따른 전단력을 기록하고, 잔류응력하에서 25～75mm변위가 발생할 때까지 실험을 실시한다. 이와 같은 전단시험을 수직응력에 따라 시험을 실시하여 전단력과 변위관계를 그래프로 나타내며, 그래프로부터 최대전단응력을 계산하여 마찰각을 산정한다.
로드셀 최대용량은 최대 11,023 lbs이며, 변위속도 제어시스템에 의하여 임의의 속도로 조절이 가능하다. 본 시험에서는 50kPa에서 150kPa 사이의 수직응력에 대하여 전단시험을 실시하여 접촉면의 전단강도를 평가하였다.
경사판 시험에서는 일정한 속도로 핸들을 돌리면 경사판이 기울어져 하중을 가하는 물체가 미끄러져 순간의 기울기를 통해 접촉면의 마찰각을 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 2kPa에서 8kPa 사이의 작은 수직응력에 대하여 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 정적마찰 시험인 대형전단시험과 경사판 시험을 실시하여 전단 특성을 파악하였으며, 시험결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대형전단시험의 경우 PET film의 인장변형을 최대한 억제시키는 방법으로 나무상자(dummy)위에 PET film을 고정시킨(그림 1(b) 참조) 후 전단상자(300mm×300mm)에 삽입하여 공기압(수직하중)을 가한 상태로 수평력을 가하여 전단상자 상․하단부의 분리면을 따라 강제로 파괴시켜 마찰각을 측정하는 시험이다. 전단상자의 크기는 Scale effect를 최소화하기 위하여 길이 30cm, 폭 30cm, 높이5cm 이상이어야 한다고 규정하고 있으며, 본 연구에서 수직응력(Normal stress)은 단계별로 50kPa, 100kPa, 150kPa를 각각 재하 하였다.

대상 데이터

PET film은 여러 종류가 있지만 본 연구에서 사용한 Sample은 Polyethylene terephthalate(PET)로써 가볍고 쉽게 깨지지 않는 특성을 가지고 있으며 상대적으로 안전하여 재활용이 용이하기 때문에 콜라나 사이다의 음료수 병에 많이 쓰이는 재료를 사용하였으며, 그림 1(a)의 형태를 (b)의 film형태로 만들어 사용하였다. 본 시험에 사용된 PET film은 두께 0.05cm, 길이는 27cm 이다.
본 실험에서 사용된 흙은 그림 1(c)의 화강풍화토를 사용하였으며, 화강풍화토의 물리적 특성 결과는 표 1과 같다. 모형지반에 화강풍화토를 최적함수비(%) 상태로 조성한 다음 PET film/화강풍화토의 접촉면 전단강도를 시험하였다.
경사판 시험기의 특징은 작은 수직응력상태에서 접촉면의 전단특성을 평가한다는 것이다. 시험기는 크게 경사판, 핸들, 경사계, 도르레, 벨트, 각도기로 구성되어 있다.

성능/효과

1) PET film을 가지고 경사판 시험을 실시한 결과 마찰각이 작게는 약 2˚ 크게는 8˚ 정도의 차이가 나타남을 알 수 있었는데 는 이는 경사판의 상승속도와 각도와의 관계가 있다고 판단된다.
2) 전단강도를 산출하는 방법이 약간씩 다르지만 대형전단 시험과 경사판 시험의 강도정수(e, ϕ)를 구하면 작은 수직응력을 가한 경사판시험이 상대적으로 큰 수직응력을 가한 대형전단시험보다 마찰각이 크게 산정됨을 알 수 있었다. 또한, 전단시험 결과를 추세선을 추가하여 회귀분선을 하여보면 실험이 수행되지 않은 수직응력의 값을 다른 수직응력에서 얻어진 결과를 추정하여 예상할 경우 매우 큰 오차를 발생시킬 수 있음을 알 수 있었다.
3) 최대마찰각이나 한계 경사각을 평가하기 위하여 시험을 실시 할 때에는 하중조건을 정확하게 평가하여 고려하여야 한다는 것을 알 수 있었다.
그림 3은 PET film을 가지고 경사판 시험을 실시한 결과이다. Specimen 1은 상재하중을 94.58lb로 가하여 19˚～24˚의 마찰각을 얻었으며, Specimen 2는 상재하중을 186.18lb로 가하여 20.5˚～28˚, Specimen 3 또한 하중을 275.38lb 유지한 상태로 21˚～29˚ 사이의 마찰각이 나타남을 알 수 있었다. 이렇듯 같은 재질의 PET film 을 가지고 접촉면에 대한 경사판 시험을 했음에도 불구하고 마찰각이 작게는 약 2˚ 크게는 8˚ 정도의 차이가 나는 이유는 Tilt table을 수동으로 핸들을 조작하여 경사를 주었기 때문에 바닥판의 상승속도가 일정하지 않기 때문에 나타난 결과로 판단된다(그림 2(b) 참조).
경사판 시험을 이용한 기존 연구를 살펴보면 Johns와 Dixon(1998a)은 일반적으로 경사판 시험이 접촉 마찰각 혹은 접촉 전단강도를 비교적 정확하게 평가한다고 하였다. 그러므로 그림 4의 비교결과에서 작은 수직응력에서 경사판 시험결과와 높은 수직응력에서 대형전단시험 결과를 추세선을 추가하여 회귀분선을 하여보면 실험이 수행되지 않은 수직응력의 값을 다른 수직응력에서 얻어진 결과를 추정하여 예상할 경우 매우 큰 오차를 발생시킬 수 있음을 보여주고 있다.
2) 전단강도를 산출하는 방법이 약간씩 다르지만 대형전단 시험과 경사판 시험의 강도정수(e, ϕ)를 구하면 작은 수직응력을 가한 경사판시험이 상대적으로 큰 수직응력을 가한 대형전단시험보다 마찰각이 크게 산정됨을 알 수 있었다. 또한, 전단시험 결과를 추세선을 추가하여 회귀분선을 하여보면 실험이 수행되지 않은 수직응력의 값을 다른 수직응력에서 얻어진 결과를 추정하여 예상할 경우 매우 큰 오차를 발생시킬 수 있음을 알 수 있었다.
각 시험방법에 따라 전단강도를 산출하는 방법이 약간씩 다르며 경사판 시험에서는 점착력이 없는 것으로 나타나지만 대형전단 시험에서는 점착력이 구해지므로 강도정수(e, ϕ)를 비교하기에는 어려움이 따른다. 하지만 점착력 성분을 무시하고 마찰각만을 비교한다면 작은 수직응력을 가한 경사판 시험이 상대적으로 큰 수직응력을 가한 대형전단시험보다 마찰각이 크게 산정되었다(표 2). 경사판 시험을 이용한 기존 연구를 살펴보면 Johns와 Dixon(1998a)은 일반적으로 경사판 시험이 접촉 마찰각 혹은 접촉 전단강도를 비교적 정확하게 평가한다고 하였다.

후속연구

재활용한 경량재료를 이용하여 채움 재료로 활용한다면 연약지반상의 침하도 경감 할뿐만 아니라, 자원의 재활용 또한 향상 될 것이다. 국내를 살펴보면 PET병을 이용한 제품은 경제활동의 발달로 인하여 사용량이 매년 증가하는 추세이다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

정적마찰 시험을 통한 접촉전단 특성평가
Evaluation of Interface Shear Properties Through Static Friction Tests 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

정적마찰 시험을 통한 접촉전단 특성평가 Evaluation of Interface Shear Properties Through Static Friction Tests 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

정적마찰 시험을 통한 접촉전단 특성평가
Evaluation of Interface Shear Properties Through Static Friction Tests 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper