지오그리드 보강 쇄석보조기층의 성능평가 :Performance Evaluation of Geogrid-Reinforced Crushed Stone Subbase Layer

권혁민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권혁민 (한국교통대학교, 한국교통대학교 일반대학원)

지도교수: 오정호

발행연도: 2016

저작권: 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

지오그리드 보강 쇄석보조기층의 성능평가

권혁민 철도시설공학과 2016.01 학위논문

2015

투수성 포장체 쇄석 보조기층 지오그리드 보강효과 확인에 대한 연구

권혁민 , 오정호 , 한신인 복합신소재구조학회논문집 2015.01 학술저널

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최근 급격한 도시화 및 산업화로 인한 도심지 도로 포장률 증가로 인한 불투수층의 증가로 도심지 물 순환 체계가 파괴되고 이로 인해 가뭄피해, 하천의 건천화, 지하수 고갈 등의 문제가 발생하고 있다. 이 문제를 보완 하고자 국내 외 에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 개념을 도입한 투수성 포장체 개발 및 설계에 대한 연구가 진행 중에 있다. 투수성 포장체는 기층 및 보조기층을 저류층으로 활용할 수 있고, 부분적으로 노상으로 물을 침투시킬수 있는 특징이 있다. 국내에서도 LID기술을 도입한 도로 구조물이 시공되고 있지만, 도로 기층 및 보조기층의 재료로 기존 도로에 사용되던 혼합골재를 적용하고 있는 사례가 많다. 혼합골재는 우수 침투 시 하부층 재료 입자가 유실될 수 있고 또한 전단강도 계수 감소로 인한 지지력 저하로 차량 반복하중에 의한 침하가 일어 날 수 있다. 이에 대한 대안으로 해외 투수성포장체 보조기층 재료로 사용되고 있는 AASHTO No.57 의 입도분포를 고려한 국내 쇄석 골재를 선정하였다. 구조적 안정성 증가를 위해 토목섬유의 일종인 지오그리드를 활용하고, 보강 전/후에 대한 성능을 현장시험을 통해 평가 하였고, 실내 영구 변형률 시험을 통해 장기적인 반복하중에 대한 러팅 저항성 평가 및 우수 유입에 전/후 영향에 대한 검토를 수행하였다. 재료 비교 대상은 25mm, 13+25mm , 혼합골재 총 3가지로 모두 동일한 시험을 진행하여 비교 검토 하였다. 연구 결과 13+25mm 쇄석골재 지오그리드 보강시 지지력, 영구변형에 우수한 것을 확인하였다. 쇄석골재의 경우 우수 유입시 영구변형률 차이가 거의 없었으며, 혼합골재의 경우 영구변형율이 9배 증가하는 것을 확인하였고, 이를 통해 투수성 포장체 보조기층 재료로 쇄석 골재가 적합한 것을 검증하였다. 마지막으로 지오그리드 보강 시 최적의 쇄석 입도를 검토하기 위해 개별요소해석을 수행하였다. 직접전단시험 및 지오그리드 반복인장시험 모델링을 수행 하였고, 해석 결과 쇄석의 평균입경(D50)이 지오그리드 격자 내접원 직경의 약 45~60% 일 경우 보강효과가 가장 뛰어난 것을 확인 하였다.

Urbanization has rapidly increased the portion of paved layers that result in the change of the water circulation system. This change leads to frequent events of flooding, drought, and urban heat island. To resolve these issues, a permeable pavement system based on the Low Impact Development (LID) concept is being applied to international urban areas. Therefore, it is necessary to establish a rational design procedure for the permeable pavement system that reflects our environmental conditions. Due to inherent characteristics of permeable pavement system, water infiltrates thorough the layers so that it may reduce the bearing capacity of sub-layers. In this study, we selected crushed stone material, which has similar material properties to AASHTO #57 aggregate that is being used in US permeable pavement system, as the subbase layer for the permeable pavement system. In addition, we installed a self-manufactured geogrid at different locations within the crushed-stone subbase layer for the purpose of increasing the structural capacity, and conducted field experimental programs to examine its performance. A laboratory experimental program was also conducted to evaluate the rutting resistance of geogrid-reinforced crushed stone material, subjected to cyclic loading under the simulated rainfall condition. For the aggregate size distribution used for experimental programs, two types of aggregate gradations were considered: one has a maximum size of aggregate 25mm crushed stone, and the other has a combined aggregate size composed of 25mm and 13mm crushed stone about the same portion. It reveals that geogrid-reinforced sections generally improved the load bearing capacity by 20~40%. With respect to the aggregate gradation, a combined material of 13mm and 25mm aggregates showed better performance. The performance of geogird-reinfroced crushed stone was found to be superior in assessment of rutting resistance under rainfall condition compared to flexible base material, which is widely used for typical pavement systems. An extensive effort was also made to investigate the correlation between geogrid rib size and aggregate gradation, using a discrete element method. As a result, when the average particle diameter size (D50) is about 45∼60% of the inscribed circle diameter of the geogrid rib, it is deemed the geogrid reinforcement effect yields optimum.

#투수포장 #지오그리드 #쇄석보조기층 #PFC3D

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 2
1.2.1 연구 내용 2
1.2.2 연구 범위 3
Ⅱ. 이론적배경 4
2.1 투수성 포장 시스템 개요 4
2.2 평판재하시험 및 반복평판재하시험 6
2.2.1 평판재하시험 6
2.2.2 반복평판재하시험 8
2.3 동평판재하시험(LWDT) 11
2.4 영구변형률시험 18
2.5 지오그리드 21
2.6 개별요소해석 24
2.6.1 접촉-강성모델(Contact-Stiffness Model) 26
2.6.2 미끄럼 모델(Slip Model) 30
2.6.3 접착모델(Bonding Modil) 30
Ⅲ. 현장시험을 통한 투수포장체 성능평가 32
3.1 쇄석보조기층 재료선정 32
3.2 최적의 지오그리드 보강위치 확인 34
3.2.1 시험조건 및 시험 결과 38
3.3 쇄석보조기층 입도 조정 효과 44
3.3.1 시험조건 및 현장 조성 44
3.3.2 계측 결과 48
3.3.2.1 25mm 쇄석 보조기층 48
3.3.2.2 13+25mm 쇄석 보조기층 50
Ⅳ. 실내 영구변형시험을 통한 투수포장체 성능평가 54
4.1 실내 시험 구성 54
4.4.1 모형토조제작 및 개량된 골재 진동 다짐기 54
4.1.2 시편 제작 57
4.1.3 실험 절차 및 계획도 58
4.2 재료에 따른 조건 별 시험 결과 비교 60
4.2.1 25mm 쇄석 골재 60
4.2.1.1 지오그리드 보강 유/무 61
4.2.1.2 우수유입 유/무 62
4.2.2 13+25mm 쇄석 골재 64
4.2.2.1 지오그리드 보강 유/무 65
4.2.2.2 우수유입 유/무 66
4.3 혼합골재 보조기층 적용성 판단 68
Ⅴ.개별요소해석을 이용한 지오그리드 격자 크기 및 쇄석 입자 상관관계 비교 71
5.1 지오그리드 미시물성치 결정 71
5.2 지오그리드 반복인장시험 모델링 76
5.3 직접전단시험 모델링 84
Ⅵ. 결 론 88

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