세종기지 및 시베리아 흙의 동결특성 시험

김영진(Kim Youngchin),신재원(Shin Jaewon),손승모(Son Seungmo) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.2

남극 세종기지 및 시베리아의 블라디보스톡에서 채취한 흙 시료에 대하여 지반공학적인 기본 시험 즉, 비중시험, 다짐시험, 입도시험, 온도변화에 따른 열전도율시험, 부동수분시험, 일축압축강도시험을 수행하였다. 또한 블라디보스톡시료에 대해 온도변화별 인장강도시험을 수행하였다. 일축압축강도시험과 인장강도 시험시 시료의 동결에 의한 부피의 팽창을 억제하면서 공시체를 만들어 온도 변화 및 함수비 변화에 따른 강도변화를 비교하였다. 열전도율 시험 결과 영하 상태에서 흙의 열전도율은 영상 상태에서의 그것보다 훨씬 높게 나타났다. 온도변화에 따른 부동수분시험 결과 부동수분은 0~-5℃ 사이에서 급격히 감소하였으며, -20℃까지도 부동수분이 존재하였다. 압축강도시험 결과 함수비 변화에 따라서 다양한 응력-변형률 곡선을 보였으며, 남극의 사질동결토는 동일 온도의 얼음보다 훨씬 큰 강도를 보였으나, 블라디보스톡의 점성동결토는 초기 영하상태에서는 얼음 보다 작은 강도를 보이다가 -15℃ 이하에서 서서히 얼음 보다 큰 강도를 나타내기 시작하였다. 또한 온도저하에 따라 인장강도가 증가하였다. Soil samples from the King Sejong Station in Antarctic and Vladivostok were tested in the laboratory and specific gravity, compaction curve, grain size distribution were determined. The effect of temperature change on the thermal conductivity, unfrozen water content, compressive strength were investigated. In addition, the change of tensile strength with temperature of the soil from Vladivostok was measured. Samples for the compressive strength test and tensional strength test were prepared in a mould with a fixed volume to prevent swelling. Also the effects of temperature and water content change on those strength were compared. Results from the thermal conductivity test showed that thermal conductivity values for both soils was larger at temperatures below freezing than those above freezing. The unfrozen water content dropped rapidly within a temperature range of 0~-5℃ and then gradually decreased further -20℃. Compressive strength test results showed various stress/deformation curves with a change in water content. Sandy soil of the King Sejong Station had a much larger strength than ice at an identical temperature, while clayey soil of Vladivostok had a smaller strength than ice in the initial stage, but showed a larger strength at temperatures belows -15℃. Tensile strength tests revealed an increase in the strength with a decreasing temperature.

동결지수와 전국 포장국도에서 실측한 동결깊이의 관계

김영진(Kim Youngchin),홍승서(Hong Seungseo) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.4

우리 나라는 계절 동토지대로서 겨울에는 기온이 영하로 떨어져 지반에 동상현상이 발생하고, 봄에는 얼었던 지반이 융해하면서 도로포장을 파손하거나 그 수명을 단축시킨다. 이러한 동상 및 융해로 인한 도로포장의 파손을 방지하기 위하여 도로포장하부에 동상방지층을 설치하고 있다. 그런데 국내에서는 도로 동상방지층의 두께 결정시 사용되는 동결깊이 추정식으로서 미국이나 일본에서 개발된 식을 이용하고 있다. 그러나 이 식들은 자국의 기후 및 지반 조건에서 만들어진 것이므로 국내에서 그대로 적용하는 것이 합리적이라고 말하기는 어렵다. 우리 나라의 기후 및 지반조건에 맞지 않는 동결깊이 산정식을 도로 설계시 적용할 경우 전국에 새로 설치하는 도로 동상방지층의 두께가 달라질 수 있으며, 이에 따라 공사비가 잘못 산정될 수도 있다. 따라서 도로 공사비의 효율적인 집행과 도로의 내구성 향상을 위해 국내 기후 조건과 지반 여건에 맞는 동결깊이 산정식의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 전국 89개 포장국도에서 측정한 동결깊이와 기상청 측정 기온으로부터 산정한 동결지수를 함수로 하여 동결깊이 산정식(안)을 만들어 보았다. 아울러 지역별, 음/양지(陰/陽地) 조건별로 동결깊이가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다. 또한 국내에서 기존에 이용하고 있던 동결깊이 산정식 및 외국의 동결깊이 산정식들과 그 결과가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다. Korea is known to have seasonal frost during winter and the effect of low temperatures and water may cause a weakening of pavements. For that reason, frost protection layers have been constructed in pavements to avoid damage caused by frost action. The practies established in USA and Japan have been adopted as anti-frost design methods in Korea. However, the characteristics of Korean soils are different. Additionally, there is no formulation of a reasonable equation for frost penetration depth and the criterion to identify potentially frost-susceptible soils in present pavement design manuals in Korea. Therefore, adequate pavement design procedures in seasonal frost areas, as well as construction and maintenance practices are required. In this paper, frost penetration depths along national roads in Korea were measured and analyzed over several years. The frost penetration depth was analyzed with respect to the provinces of Korea and sunny/ shaded areas. Additionally, measurement results were compared to the formula of the US Army Corps of Engineers and Ifukube in Japan.

폐비닐 골재 혼합 아스콘의 성질

김영진(Youngchin Kim) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.12

농촌 비닐하우스에서 배출되는 폐비닐을 녹여 19mm 크기의 골재를 만들었다. 이것을 아스콘에 몇몇 중량비로 혼합한 후 단열효과시험, 동결융해 후 인장강도시험, 빙착인장강도시험 그리고 현장 밀도시험을 각각 실시하였다. 그 결과 폐비닐골재는 내부에 공극을 다수 포함하고 있는 관계로 폐비닐골재 혼합율이 증가할수록 단열효과가 증가하였다. 아스콘의 동결융해 후 인장강도는 폐비닐골재 혼합율 0%일 때보다 혼합율 2.5%일 경우 크게 증가하였지만, 혼합율 5%, 10%에서는 혼합율 2.5%일 때보다 다소 감소하는 경향을 보였다. 빙착인장강도는 일반아스콘에 비해 폐비닐골재를 2.5% 추가한 아스콘에서 더 작게 나타났다. 현장 채취시료에 대한 공극률시험 결과 폐비닐골재를 추가한 아스콘의 공극률이 일반 아스콘의 그것보다 작았다. The 19 mm-sized aggregate was produced by melting vinyl waste (waste polyethylene film) generated from vinyl greenhouses in rural areas. It was mixed with As’cone at various weight ratios, and then insulation effect test, tension test after repeated freezing and thawing, ice pull-out strength test and field density test were conducted for the mixtures. These results demonstrated that as the mixing ratio of polyethylene aggregate increased, the insulation effect increased, due to the many pore spaces that existed in the polyethylene aggregate. After repeatedly freezing and thawing As’cone, the tensile strength significantly increased at 2.5% of the polyethylene aggregate content rather than 0% of polyethylene aggregate content but it also slightly decreased at 5% and 10% of polyethylene aggregate content in comparison to 2.5% of its polyethylene aggregate content. As’cone added with polyethylene aggregate by 2.5% resulted in lower ice pull-out strength than that of normal As’cone. As a result of the porosity test for the samples taken at the site, porosity of the As"cone, which added polyethylene aggregate, was smaller than that of the general As’cone.

폐비닐 혼합에 따른 아스팔트의 성질 변화

김영진(Youngchin Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2015 No.09

철도에서의 동상방지를 위한 모형시험에서 XPS 및 PE골재의 설치 효과

김동관(Donggwan Kim),윤여원(Yeowon Yoon),김영진(Youngchin Kim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.10

본 연구에서는 철도노반에서의 동결융해로 인한 피해를 줄이고자 뛰어난 단열효과와 강도를 가진 XPS(eXtruded PolyStyrene)와 PE골재(polyethylene aggregates)를 사용하여 동상을 억제하는 방법을 연구하고자 대형동토실에서 모형시험을 수행하였다. 이를 위해 노반과 PE골재의 혼입비율을 변화시켜 건조밀도와 함수비, 온도에 따른 열전도율을 측정하였다. 시험결과 노반에 혼입된 PE골재 비율에 비례하여 단열효과가 증가하였지만, 간극의 함수비와 온도변화에 민감하였다. 또한 철도노반을 모사한 모형시험에서 각 단열재의 두께와 설치순서를 다르게 한 후 단열효과를 비교 결과, XPS의 단열효과가 우수한 것으로 나타났으며 XPS판자가 상부, PE골재가 하부에 설치될 때 그 반대의 경우보다 단열효과가 뛰어난 것으로 나타났다. In this research, in order to study insulation effect of commercial XPS and recycled PE aggregates for prevention of frost heave in the roadbed of railroad track from the freezing temperature, model tests were carried out in the large freezing room. For this, thermal conductivities were measured for various dry densities, water contents, temperatures and mixing ratios of PE aggregates. From the tests, it can be seen that thermal conductivities of roadbed decrease with the increase of the ratio of mixed PE aggregates. However it was sensitive to the changes of temperature and water content due to the amount of water in the voids. From the model test of railroad track, it can be seen that the time to reach 0 ℃ was longer for XPS than that for the PE aggregates. Also the test shows best insulation effect can be achieved when XPS board was installed above the PE aggregate layer rather than the opposite order.

수정 Berggren 법과 수치해석법에 의한 동결깊이 산정 비교

김광진(Kwangjin Kim),김영진(Youngchin Kim),이대영(Daeyoung Lee),이하영(Hayoung Lee) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.6

본 논문은 수정 Berggren 법과 상전이 현상을 모델링할 수 있는 유한요소 수치해석법을 사용하여 단열재를 포함한 대표적인 다층 지반에 대하여 동결깊이를 산정하여 비교 ? 분석하였다. 균일한 단층 지반에서 수정 Berggren 법은 유한요소 수치해석법과 거의 동일한 결과를 보여주고 있다. 그러나 단열재를 포함한 다층 지반에서 수정 Berggren 법은 유한요소 수치해석 결과와 비교할때 정확하지 않은 결과를 나타내고 있다. 따라서 단열재를 포함한 다층 지반에서는 수정 Berggren 법 대신에 유한요소나 유한차분법에 기반을 둔 수치해석법을 사용하여 동결깊이를 산정하여야 할 것으로 사료된다. This paper presents computed frost penetration depths for a number of cross sections of multilayered system including insulation. Results of Modified Berggren method were compared with those of numerical analysis which is based on finite element method with phase change. For the homogeneous single layer medium, Modified Berggren method gives almost the same results as finite element based numerical method. For the multilayered systems with insulation, Modified Berggren method shows, however, inaccurate results compared with FEM results. Therefore numerical solution based on finite element or finite difference should be used in place of Modified Beggren method to estimate the frost penetration depth for the layered medium with insulation.

콘크리트 궤도의 동결깊이 및 동상량 측정 연구

이대영(Daeyoung Lee),김영진(Youngchin Kim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.1

계절적 동토 지역에 건설되는 도로, 철도 등의 구조물은 동결 융해의 반복으로 인한 기후조건으로 인해 동상 피해가 발생한다. 구조물 건설 시 동결깊이는 계절적 동토 지역에 건설되는 도로, 철도의 구조물 설계에 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 현장시험시공을 통한 고속철도 콘크리트 궤도의 동결깊이 및 동상량 계측을 수행하였다. 강원도, 경기도, 충청북도 철도노선 인근에 모형 콘크리트 궤도를 설치한 후 메틸렌블루를 이용한 동결깊이와 동상량을 측정하였다. 본 연구를 통해 계측된 최대 동결깊이 및 동상량은 국내 한랭지 철도노반설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Many infra suructure such as road, railway, building and utility foundations have been damaged by the repeated freezing and thawing of the soil during winter and spring every year in seasonal frost region. The frost penetration depth is most important factor in the design of structure such as road, railway and building in seasonal frost region. This paper presents the results of calculation of frost penetration depth and frost heaving in concrete track for railway construction. Model concrete track were installed near the railway track in Gangwon, Gyeonggi, Choongbuk province and frost penetration depth were measured using methylene blue frost penetration depth gauge. Model concrete track in Cheolwon, frost heaving of concrete track were also evaluated. The measure of maximum frost penetration depth and frost heaving can be applied to design railway track for cold region in Korea.