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문제 정의
- 본 연구는 국내의 초연약지반에 적용 가능한 지지력개선효과에 미치는 보강재의 강성도의 영향을 고려한 지지력 이론식을 제안하는 것을 목적으로 하고 있으며 이를 위하여 직포, 지오그리드, 강봉(대나무 대채재료)을 이용한 실내모형실험을 수행하였다.
제안 방법
- 강봉은 7톤 습지도저의 무한궤도(폭 0.55m, 길이 3.0m)와 대나무 망 현장타설 폭 0.5m×0.5m을 상정하여 강봉 망을 0.1m×0.1m 로 제작하였다(그림 2 참조).
- 먼저 제1모터를 이용하여 재하속도 400mm/min로 각 단계별 하중의 ±1.0kgf까지 재하 후, 제2모터를 이용하여 재하속도 0.1mm/min 로 각 단계별 하중의 ±0.01kgf 까지 재하 하였다.
- 본 연구에서는 점토지반의 함수비를 120%(약 3LL)로 조절하여 목표높이 (80cm)까지 타설하고, 표층보강재를 거치시켰다. 표층보강재의 구속방법은 완전구속, 부분구속조건의 2가지 조건으로 실시하였다.
- 본 연구에서는 점토지반의 함수비를 120%(약 3LL)로 조절하여 목표높이 (80cm)까지 타설하고, 표층보강재를 거치시켰다. 표층보강재의 구속방법은 완전구속, 부분구속조건의 2가지 조건으로 실시하였다. 보강재의 단부에 T=23.
- 재하방법은 실제 현장에서의 급속시공(비배수조건)을 모사하기 위하여 급속하중을 기본으로 하며, 2개의 모터를 이용하였다. 먼저 제1모터를 이용하여 재하속도 400mm/min로 각 단계별 하중의 ±1.
- 01kgf 까지 재하 하였다. 각 단계의 재하가 완료된 후 15분경과 후 차기 하중을 증가시키는 방법으로 점토지반의 중앙에서 단계적으로 하중을 재하 시켰다. 각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다.
- 각 단계의 재하가 완료된 후 15분경과 후 차기 하중을 증가시키는 방법으로 점토지반의 중앙에서 단계적으로 하중을 재하 시켰다. 각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다. 실험 종료 후에는 본 연구에서 제작한 교반기를 이용하여 토조안에서 직접 교반시킨 후 차기시험을 실시하였다.
- 각 단계별의 재하시간은 예비모형실험을 통해 결정하였고, 하중 증가 없이 침하가 지속적으로 진행되는 하중을 극한하중(Ultimate load)으로 정의하여 극한하중에서 각각의 실험을 종료하였다. 실험 종료 후에는 본 연구에서 제작한 교반기를 이용하여 토조안에서 직접 교반시킨 후 차기시험을 실시하였다. 표 4에 실시한 실내모형실험 조건을 나타내고 있다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 전라남도 광양항에서 채취한 해성점토를 실내모형실험의 모형지반에 사용하였다. 채취한 시료는 불순물을 제거한 후 재성형하여 실험에 사용하였고, 시료를 대상으로 물리적 특성과 역학적 특성을 조사하기 위해 각종 토질시험을 실시한 결과 광양 점토시료는 비중 2.
- 실내모형실험에서 표층보강재로는 PP직포와 지오그리드, 강봉 등을 사용하였으며, 지오그리드시료는 결합형 지오그리드를 사용하였다. 또한 대나무 망 대체재료 선정을 위하여 강성도(캔틸레버시험과 굴곡시험)를 실시하였다(함태규, 2008).
- 본 연구에서 사용한 실내모형실험기는 모형토조, 재하장치, 계측장치로 구성되어 있고, 모형토조 크기는 길이 2000mm, 높이 1000mm, 폭 500mm이며, 최대 100mm까지 측정가능하며 오차범위 1/100mm변위를 측정할 수 있는 자기저항식 변위계(LVDT)를 이용하였다(함태규 등, 2008).
성능/효과
- 본 연구에서는 전라남도 광양항에서 채취한 해성점토를 실내모형실험의 모형지반에 사용하였다. 채취한 시료는 불순물을 제거한 후 재성형하여 실험에 사용하였고, 시료를 대상으로 물리적 특성과 역학적 특성을 조사하기 위해 각종 토질시험을 실시한 결과 광양 점토시료는 비중 2.65, 액성한계(LL) 45.9% 및 소성지수(PI) 24.2%이며, 통일분류법의 분류기준에 의하면 CL로 분류되는 것으로 확인되었다. 표 1에 물성시험결과를 나타내었다.
- 표 3에 본 연구에서 사용한 보강재의 강성도를 나타내고 있다. 표로부터 지오그리드A의 강성도는 직포의 33배, 강봉 망은 직포의 690배 인 것을 알 수 있다. (함태규, 2008)
- 또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)는 지지력에 미치는 각각의 지지력 항의 감도정도를 분석하고자 재하응력과 q1/q, q2/q, q3/q, q4/q 와의 관계를 나타낸 것이다. 그림 7(a), 8(a), 9(a)로부터 야마노우치 제안식으로 산정한 지지력q는 재하응력의 증가와 함께 거의 같은 값의 증가 정도를 보이다가 극한하중에 이르렀을 때 재하응력보다 작은 지지력 값을 나타내며 파괴에 이르는 모형실험 결과를 거의 정확히 표현하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)의 결과를 살펴보면 실험에 사용된 보강재 모두 재하응력 0.
- 그림 7(a), 8(a), 9(a)로부터 야마노우치 제안식으로 산정한 지지력q는 재하응력의 증가와 함께 거의 같은 값의 증가 정도를 보이다가 극한하중에 이르렀을 때 재하응력보다 작은 지지력 값을 나타내며 파괴에 이르는 모형실험 결과를 거의 정확히 표현하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 그림 7(b), 8(b), 9(b)의 결과를 살펴보면 실험에 사용된 보강재 모두 재하응력 0.4tf/m2 까지는 지지력 항 중 점착력으로 인한 지지력 항(q1)의 효과가 가장 크고, 재하응력 0.4tf/m2 이후부터 재하하중에 의한 보강재의 인장력이 발생되어 지지력 항(q2)의 효과가 급격히 증가되어 지지력의 약 70%이상을 차지하는 것을 알 수 있다.
- 1. 보강재 종류에 관계없이 재하응력 0.4tf/m2 까지는 지지력 항(q1)의 효과가 가장 크고, 재하응력 0.4tf/m2 이후부터는 보강재의 인장력이 급격히 증가하여 지지력 항(q2)의 효과가 전체 지지력에 약 70%이상 차지하는 것으로 나타났다.
- 2. 선행하중 23.0kgf로 부분구속하여 실시된 실내모형실험결과, 직포는 지지력 항(q2)의 효과가 차지하는 비율 q2/q가 78%, 지오그리드A는 81%, 강봉 망은 91%로 나타나, q2/q항은 강성도에 의존한다 판단된다.
후속연구
- 3. 본 연구에서 제안한 강성도를 고려한 지지력 산정방법은 실험을 통해 얻은 결과를 거의 정확히 추정하는 것으로 나타났으며, 추후 여러 가지 시험을 통한 검증이 필요하다 판단된다.
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