Comparison of Shear Properties of Crumb Rubber-Bottom Ash Mixture Considering Reinforcement Types of Waste Fishing Net

ISSN 1229-2427 http://dx.doi.org/10.7843/kgs.2012.28.9.47 한국지반공학회논문집 제28권 9호 2012년 9월 pp. 47 ～ 55

폐어망 보강형식에 따른 폐타이어-저회 혼합토의 전단특성 비교

Comparison of Shear Properties of Crumb Rubber-Bottom Ash Mixture Considering Reinforcement Types of Waste Fishing Net

권 순 장¹ Kwon, Soon-Jang 김 윤 태² Kim, Yun-Tae 안 재 훈³ Ahn, Jae-Hoon

Abstract

This paper investigates the shear properties of crumb rubber-bottom ash mixture reinforced by waste fishing net (WFN).

Mixtures used in this experiment consist of crumb rubber and bottom ash (2mm^～10mm) with the same weight ratio.

In this study several series of direct shear tests were carried out on the five different specimens : unreinforced mixture, reinforced mixtures with 1 or 2 single-layered WFN, reinforced mixtures with 1 or 2 double-layered WFN. The experimental results indicated that the shear properties of reinforced crumb rubber-bottom ash mixture were strongly influenced by reinforcing layer of WFN. It was found that the shear strength and internal friction angle of the mixtures increased with an increase in reinforcing layer of WFN due to interlocking effect and friction between mixture and WFN.

요 지

본 연구에서는 폐어망 보강형식에 따른 폐타이어-저회 혼합토의 전단특성을 고찰하였다. 실험에 사용된 혼합토는 폐타이어(분말입경 2mm～10mm)와 저회를 동일한 무게비로 구성하였으며, 준비된 혼합토에 폐어망 보강 시 층수와 겹수를 달리하여 보강함으로써 5종류의 시편(무보강 혼합토, 1층 혹은 2층 보강 혼합토, 2겹 1층 혹은 2층 보강 혼합 토)이 만들어졌다. 직접전단시험을 수행한 결과 폐어망 보강 혼합토의 역학적 특성은 폐어망 보강 층수와 보강 겹수에 크게 의존하는 것을 알 수 있다. 폐어망 보강 층수와 보강 겹수가 증가함에 따라 혼합토의 전단강도와 내부마찰각은 증가한다. 이것은 보강된 폐어망과 혼합토 입자간의 마찰 및 억물림 효과에 기인하는 것으로 판단된다.

Keywords : Waste fishing net, Crumb rubber, Bottom ash, Interlocking, Recycling

1. 서 론

최근 우리나라의 연안 해역은 해상에서 버린 폐기물

이나 육상에서 흘러들어간 쓰레기 등으로 인하여 심각 한 오염문제를 나타내고 있는 실정이다. 이러한 해양 폐 기물 중 특히 어민들이 어로 중에 고의 또는 실수로 버

1 정회원, 부경대학교 해양공학과 석사과정 (Member, Graduate Student, Dept. of Ocean Engineering., Pukyung National Univ)

2 정회원, 부경대학교 해양공학과 부교수 (Member, Associate Prof, Dept. of Ocean Engineering., Pukyung National Univ., Tel: +82-51-629-6587, Fax: +82-51-629-6590, [email protected], 교신저자)

3 정회원, 부산대학교 토목공학과 조교수 (Member, Assistant Prof, Dept. of Civil Engineering, Busan National Univ)

* 본 논문에 대한 토의를 원하는 회원은 2013년 3월 28일까지 그 내용을 학회로 보내주시기 바랍니다. 저자의 검토 내용과 함께 논문집에 게재하여 드립니다.

(a) Before loading (b) After loading

Fig. 1. Behavior mechanism of waste fishing net reinforced mixture at load acting

리는 각종 어구 중에서 폐어망은 연안 해역에서 큰 문제 를 야기시킨다. 폐어망은 주로 나일론(nylon)이나 폴리 에틸렌(polyethylene)과 같은 석유화학물질로 난분해성 이기 때문에 분해되지 않고 원형 그대로 해저 바닥에 장기간에 퇴적된다. 이러한 폐기물은 어장을 황폐화시 키고, 선박의 프로펠러에 폐어망이 감기는 문제가 발생 하여 크고 작은 해난 사고의 원인이 된다. 통계 자료의 미비로 아직까지 정확한 양을 추정할 수는 없으나 현재 까지 폐어망과 폐로프는 약 200만톤 가량 근해에 축적 되어 있는 것으로 추정하고 있으며 연간 4만톤 가량이 해양에 투기되고 있는 것으로 예측하고 있다(Kim et al., 2001). 또한 경제성장에 따라 해상 뿐만 아니라 육상에 서 저회 및 폐타이어 등과 같은 산업폐기물의 발생량이 증가하고 있다. 이러한 산업폐기물의 처리로 인해 상당 한 비용이 소모되고 있고 매립을 위한 매립부지 확보로 인해 사회적･환경적 문제를 야기하고 있다. 또한 천연 골재의 부족과 가격 상승으로 인해 공사비 증가와 골재 의 수급문제가 대두되고 있다. 따라서 폐어망, 저회 및 폐타이어와 같은 산업폐기물을 지반공학적 재료로 재 활용하기 위한 연구가 필요하다.

따라서 본 연구는 산업폐기물인 폐타이어와 저회 및 폐어망을 지반공학적 재료로 재활용하기 위한 연구로 서 폐타이어-저회 혼합토를 만들고 혼합토의 강도증진 을 위해 폐어망을 포설하여 보강효과를 얻음으로써 폐 어망 보강 혼합토를 개발하는데 목적을 두고 있다. 폐타 이어를 지반재료로 재활용함으로써 경량성, 내구성, 단 열성 등과 같은 건설적인 측면에서 이점이 있을 뿐만 아니라 저회 및 폐타이어의 비축량을 감소시킴으로써 매립공간과 부지확보 문제 해결 등과 같은 환경적인 측 면에서도 장점이 있다. 또한 폐어망을 새로운 보강 재료 로 활용함으로써 사회적으로 부각되고 있는 환경문제 를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 경제적 관점에서 건설 재료비의 절감 및 매년 수백억원 이상의 국가 예산을 절약하는 효과를 기대할 수 있다.

Kim, Y. T., and Kang, H. S.,(2010)은 폐타이어 분말 과 저회를 혼합한 혼합토를 대상으로 실험적 연구를 수 행함으로써 폐타이어 분말 입경과 배합비에 따른 역학 적 특성 변화를 분석하였다. 기존 연구결과에 의하면 폐 타이어 분말은 경량성 확보에는 도움이 되지만, 폐타이 어 분말 함량이 증가함에 따라 전단강도는 감소하는 특 성이 있다(Kim and Kang, 2011). 일반적인 지반재료는 인장과 전단저항에 취약하지만 토목섬유 등과 같은 보

강재를 지반재료에 삽입함으로써 전단강도를 증가시킬 수 있다(Vidal, 1969; Prabakar and Sridhar, 2002; Kaniraj and Gayathri, 2003; Yetimoglu and Salbas, 2003; Park and Tan, 2005; Yetimoglu et al., 2005; Zhang et al., 2006, 2008; Long et al., 2007; Sawwaf, 2007; Kim et al., 2008). 따라서 본 연구에서는 혼합재료의 역학적인 특성을 개선하기 위하여 폐어망을 보강재로 사용하여 폐어망의 보강 형식(4가지)에 따른 혼합토의 역학적 특 성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토를 대상으로 직접전단시험을 수 행하여 폐어망 보강 형식에 따른 전단강도 정수 및 응력 -변형 거동 특성을 파악하였다.

2. 폐어망 보강 폐타이어-저회 혼합토

Figure 1은 외부하중 작용 시 폐어망 보강 혼합토의 거동 메카니즘을 나타낸다. 하중 작용 전에는 Figure 1(a)와 같이 저회와 폐타이어 분말이 혼합된 혼합토에 폐어망을 보강한 형태로 구성되어 있고 폐타이어 분말 로 인하여 재료의 경량성이 확보된다. 또한 폐어망을 재 활용할 뿐만 아니라 혼합토의 전단 및 인장에 대한 취약 점을 개선시키기 위하여 폐어망을 보강한 형태이다. 외 부하중 작용 시 Figure 1(b)와 같이 흙 입자의 상대적인 움직임으로 인해 폐어망에 인장응력이 유발됨으로써 폐어망 보강 혼합토의 전단강도를 증가시키는 보강효 과를 발휘하게 된다(Kim et al., 2008).

이러한 개념을 바탕으로 본 연구에서는 폐타이어-저 회 혼합토에 폐어망을 보강하여 혼합토의 전단특성을 개선시킴으로써 폐어망, 폐타이어 및 저회를 적극적으 로 재활용하게 할 것으로 기대된다.

Pic. 2. Bottom ash

Table 1. Physical properties of bottom ash

Specific gravity test Gs 2.0

Mechanical analysis of soil

D10(mm) 0.12

D30(mm) 0.43

D60(mm) 1.35

Uniformity

coefficient(Cu) 11.25 Coefficient of

gradation(Cc) 1.14

Compaction test

Optimum moisture

content(_) 15.3%

Maximum dry unit

weight(_{ m ax}) 10.5kN/m³

X-ray analysis (XRF, XRD)

Main constituent (content)

SiO2(52.7%), Al2O3(19.3%) Main crystallographic Quartz, Mullite Pic. 1. Crumb rubber

Fig. 2. Particle-size distribution curves of bottom ash and crumb rubber

Fig. 3. Dry unit weight with effective diameter of crumb rubber

3. 혼합재료 및 실험방법

3.1 재료 특성

Picture 1의 폐타이어 분말은 C사에서 제조된 타이어 분말로서 상온에서 절단된 폐타이어 조각을 동결조(Freezer, -120°C)에 투입하여 유리온도(Tg=-68°C) 이하에서 동 결, 분쇄하여 철심과 섬유질이 제거된 분말이다.

Figure 2는 폐타이어와 저회의 입도분포곡선을 나타 내고 있다. 입도분포곡선을 통해 구한 폐타이어 분말의 입경 분포는 2mm～10mm이며, 유효입경(D10)은 2.16mm 이다. 폐타이어 분말의 건조단위중량을 측정하기 위해 표준다짐을 실시하였다. 내경 100mm, 높이 127.3mm의 표준몰드에 시료를 3층으로 넣고 각 층마다 2.5kgf의 해

머를 30cm의 높이에서 25회씩 떨어뜨려 다짐하는 방법 을 적용하였다. 표준다짐시험으로 얻어진 폐타이어 분말 의 건조단위중량은 6.55kN/m³으로 나타났다. Epps(1994) 는 다짐된 폐타이어 조각의 단위중량 범위는 3.16kN/m³ 에서 6.6kN/m³의 범위를 나타내고 있음을 알 수 있다.

Figure 3과 같이 건조단위중량은 폐타이어 유효입경에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 폐타이어 분말의 건조단위중량은 Epps(1994)의 실험결과 값과 Figure 3의 여러 연구자들에 의해 얻어진 값의 범위 안에 포함되어 있음을 알 수 있다.

Picture 2의 저회는 삼천포 화력발전소에서 발생한 것 으로 균등한 공시체 제작을 위해 No.4체를 통과시켜 자 갈크기의 입자를 배제하였다. Table 1은 비중시험, 다짐 시험, 입도분포시험 및 X-선 분석을 통해 구한 저회의 물리적 특성을 나타내고 있다. 저회의 비중은 2.0이고, 유효입경(D10)은 0.12mm이다. 저회의 균등계수는 11.25, 곡률계수는 1.14로 비교적 양호한 입도분포를 가진 모 래와 유사한 특성을 가진다. 다짐시험을 통해 구한 저회 의 최적함수비와 최대 건조단위중량은 각각 15.3%와

Pic. 3. Waste fishing net

Table 2. Apparent densities of fishing net and waste fishing net

Item Apparent density

(kg/m³)

Fishing net PE 173.91±0.29

Nylon 214.84±0.06

Waste fishing net PE 175.07±0.05

Nylon 219.23±0.03

Table 3. Material properties of waste fishing net (PE)

Parameter Waste Fishing Net

Type (abbreviations) Polyethylene (PE) Aperture [width×length] 22mm×22mm

Diameter 0.8mm

Cross-section Circularity

Tensile strength drying 5.0～9.0g/den

wetting 5.0～9.0g/den

Tensile elongation

drying 8～35%

wetting 8～35%

Young's modulus 300～850kg/m²

Specific gravity 0.94～0.96

(a) Waste fishing net

(b) Geogrid(KICT, 1999) Fig. 4. Tensile stress of reinforcement

10.5kN/m³으로 나타났다. 또한 XRF(X-ray Fluorescence) 와 XRD(X-ray Diffractogram)을 통하여 저회의 화학적 성분 및 주요결정상을 분석하였다. Table 1은 XRF 분석 결과로부터 구한 저회의 화학적인 성분을 나타낸 것으 로 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 성분이 많이 함유되 었다. XRD 분석 결과로부터 얻은 저회의 주요결정상은 Quartz(SiO2)와 Mullite(Al2O3·2SiO2)로 나타났다(Kim et al., 2008).

어망은 크게 폴리에틸렌(Polyethylene : PE)과 나일론 (Nylon)으로 구분된다. Figure 3은 본 논문에서 사용한 폐어망으로 폴리에틸렌 계열이며 부산 영도구에서 발 생한 것이다. 폐어망의 기본적인 특성을 살펴보면 Table 2와 같다. 어망과 폐어망의 겉보기 밀도는 물의 약 1/5 수준으로 물에 쉽게 부상할 수 있음을 알 수 있다. 한편

폐어망과 어망의 겉보기 밀도를 비교하면 폐어망이 약 1～2% 정도 크나, 그 값의 차이가 크지 않아 염분 등에 의한 겉보기 밀도 변화는 크지 않은 것으로 판단된다. Table 3은 본 연구에서 사용한 폐어망의 재질인 폴리에 틸렌의 일반적인 특징을 나타낸다(Kim et al., 1985).

폐어망이 보강재로서의 역할을 할 수 있는지를 판단 하기 위해 폐어망에 대한 인장실험을 수행하였다. 인장 강도시험은 만능인장시험기를 사용하였으며 폐어망의 인장파괴 거동은 Figure 4(a)와 같다. 응력-변형 거동은 Figure 4(b)의 지오그리드와 유사하며 폐어망의 변형률 은 지오그리드 보다 높게 나타났다. 폐어망은 변형률 약 27%에서 파단되었는데 이는 폴리에틸렌 섬유의 일반적 인 파단 시 신장률인 20% 보다 조금 높은 수치이다. 이 것은 Picture 3에 있는 폐어망의 매듭 부분이 인장응력 을 받을 때 조여짐으로 인해 신장률이 증가된 것에 기인 한다. 인장강도는 지오그리드에 비해 낮은 수준이었으 나 보강재로서의 기능은 충분히 발휘할 것으로 판단된다.

Case1. Unreinforced mixture

Case 2. Reinforced mixture with 1 single-layer

Case 3. Reinforced mixture with 2 single-layers

Case 4. Reinforced mixture with 1 double-layer

Case 5. Reinforced mixture with 2 double-layers Fig. 5. Conceptual diagram of reinforcement types of waste fishing

net

Table 4. Details of direct shear test on unreinforced and reinforced crumb rubber-bottom ash mixutre

Type Reinforce layer Reinforce thickness

Mix proportion (CR:BA)

Relative density (Dr, %)

Water content (_, %)

_

(kN/m³)

_

(kN/m³)

Case 1 0 0

1:1 60 16 9.44 7.58

Case 2 1 Single

Case 3 2 Single

Case 4 1 Double

Case 5 2 Double

Fig. 6. Compaction curves for crumb rubber-bottom ash mixture

3.2 직접전단시험

폐어망 보강형식에 따른 폐타이어-저회 혼합토의 전 단강도 특성을 파악하기 위해 폐타이어-저회 혼합토를 조성하여 Figure 5에 나타낸 형식으로 폐어망을 보강하 여 직접전단시험을 수행하였다. Case 1은 무보강 혼합 토를 나타낸다. Case 2는 폐타이어-저회 혼합토에 폐어 망을 1층 보강하였고, Case 3은 폐어망을 2층 보강한 상 태이다. Case 4와 Case 5는 폐어망을 2겹으로 하여 각각 1층 및 2층으로 보강한 상태이다. Table 4는 실험에 사 용된 무보강 및 보강 폐타이어-저회 혼합토의 배합조건 이다. 폐타이어-저회 혼합토는 건조된 폐타이어-저회의 무게비를 1:1로 혼합하였고, 함수비는 16%로서 최적함 수비 상태이다. 최적함수비는 Figure 6과 같은 다짐시험 결과로부터 산정되었다. 직접전단시험 시 각 시료의 초 기 조건을 동일하게 유지하기 위해 초기 상대밀도를 일 정하게 유지함으로써 시험에 대한 일관성을 확보하였 다. 무보강 및 보강 폐타이어-저회 혼합토의 초기 상대 밀도를 각각 60%로 설정하였다. 상대밀도는 폐타이어- 저회 혼합토의 최대 건조단위중량과 최소 건조단위중 량을 바탕으로 산정되었다. 전단상자의 크기는 100mm×

100mm×90mm로서 직육면체 형태이다. 전단 시 적용된

(a) Waste fishing net before reinforcing

(b) Waste fishing net after direct shear test Fig. 7. SEM analysis

Fig. 8. Shear stress versus axial strain curves for reinforced crumb rubber-bottom ash mixture by waste fishing net with single-layer

Fig. 9. Shear stress versus axial strain curves for reinforced crumb rubber-bottom ash mixture by waste fishing net with double-layer

연직응력은 30kPa, 60kPa, 90kPa, 120kPa이며, 전단변 형률은 1.0%/min으로 제어하였다. 폐타이어-저회 혼합 토의 보강에 사용된 폐어망의 크기는 전단상자의 크기 와 동일하게 하였다.

4. 실험결과 및 분석

4.1 폐어망 보강 혼합토 상호작용 메카니즘

Figure 7은 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 분석 결과를 나타낸다. Figure 7(a)는 보강 전의 폐어망에 대한 SEM 분석 사진이다. 폐어망의 겉 이 매끈한 상태임을 알 수 있고 폐어망의 여러 올 사이 에 다른 입자는 보이지 않는다. Figure 7(b)는 직접전단 시험 수행 후 보강에 사용된 폐어망을 SEM 분석한 결 과이다. Figure 7(b)는 Figure 7(a)와는 달리 폐어망 표면 에 긁힌 자국을 볼 수 있다. 이는 직접전단시험 시 폐어 망 표면이 혼합토의 입자에 의해 긁힌 것으로 판단된다.

또한 폐어망의 여러 올과 혼합토의 입자가 억물림되어

있는 것을 알 수 있다. 이러한 SEM 분석 결과를 통하여 혼합토의 입자와 폐어망 표면 사이에 마찰(friction)과 억물림(interlocking)이 작용할 뿐만 아니라 폐어망의 인 장저항에 의하여 혼합토의 전단강도가 증가된다는 것 을 알 수 있다.

4.2 전단응력-변형 곡선

Figure 8은 연직응력 90kPa 하에서 무보강 및 1겹 (single-layer) 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토 (Case 1, Case 2 및 Case 3)의 전단시험 결과를 나타낸 다. 이 결과에서 알 수 있듯이 무보강 혼합토의 응력-변 형곡선은 뚜렷한 첨두강도를 나타내지 않는다. 혼합토 에 폐어망을 보강하였을 때에도 뚜렷한 첨두강도를 나 타내지 않고, 축변형률이 커짐에 따라 전단응력이 증가 하는 경향을 나타낸다. 일반적으로 타이어 조각 또는 분 말은 압축성이 크고 연성이 큰 재료이기 때문에 이러한 경향을 나타낸다. Zornberg et al.(2004)은 타이어 조각- 모래 혼합토의 거동 연구에서 이와 비슷한 결과를 보고

Table 5. Result of direct shear test of unreinforced and reinforced crumb rubber-bottom ash mixutre`

Type Cohesion

(kPa)

Angle of internal friction

Basic strength at failure

Case 1 Unreinforced mixture 19.97 35.9° Peak or 13%

Case 2 Reinforced mixture with 1 single-layer 22.32 39.4° 13%

Case 3 Reinforced mixture with 2 single-layers 25.21 42° 13%

Case 4 Reinforced mixture with 1 double-layer 25.08 40.6° 13%

Case 5 Reinforced mixture with 2 double-layers 29.91 43° 13%

Fig. 10. Relationship of shear stress and normal stress with waste fishing net layers

Fig. 11. Relationship of shear stress and normal stress with single-layer or double-layer

하였다. 그리고 Figure 8에서 폐어망의 보강 층수가 1 single-layer에서 2 single-layers로 증가 시 전단강도가 증가됨을 알 수 있다.

Figure 9는 연직응력 90kPa 하에서 무보강 및 2겹 (double-layer) 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토 (Case 1, Case 4 및 Case 5)의 응력-변형곡선을 나타낸다.

1겹 폐어망으로 보강하였을 때 보다 2겹 폐어망으로 보 강된 혼합토에서 축변형률이 커짐에 따라 전단응력의 증가가 더 큰 경향을 나타낸다. 폐어망 보강 겹수가 증 가할수록 전단강도가 크게 발현되고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 결과로부터 폐어망의 보강 층수와 보강 겹수 가 증가할수록 혼합토 입자와 폐어망 사이의 마찰과 억 물림 현상이 크게 발생됨에 따라 혼합토의 강도가 개선 된다는 것을 알 수 있다.

4.3 전단강도 정수

Figure 9와 같은 전단응력-변형 곡선의 거동 특성에 따라 첨두응력 또는 수평변형률 13%에 대응하는 전단 응력을 이용하여 전단강도 정수를 산정하였다. 폐타이 어 분말의 연성적인 거동특성에 의해 응력-변형률 관계 에서 첨두응력이 뚜렷하지 않기 때문에 수평변형률 13%에 대응하는 전단응력을 바탕으로 전단강도 정수를 산정하였다. Table 5는 직접전단시험을 통해 구한 무보 강 및 폐어망(single-layer, double-layer)으로 보강된 혼 합토에 대한 전단강도 정수를 나타낸 것으로 폐어망 보 강 형식에 따라 전단강도 정수를 정리하였다.

Figure 10은 1겹 폐어망 보강 혼합토의 연직응력과 전단응력의 관계를 나타내고 있다. Figure 10 혹은 Table 5와 같이 보강 층수가 증가함에 따라(Case 1→Case 2→

Case 3) 혼합토의 내부마찰각은 35.9°에서 42°로 증가하 였고, 점착력도 약간 증가하는 경향을 나타내고 있다.

이것으로부터 폐어망의 보강 층수가 증가할수록 입자 와 폐어망 사이의 억물림 작용이 증가하여 내부마찰각

이 증가한다는 것을 알 수 있다. Figure 11은 2겹 폐어망 의 보강 혼합토의 연직응력과 전단강도의 관계를 나타 내고 있다. 2겹 보강일 경우에도(Case 1→Case 4→Case 5) 폐어망과 입자간의 마찰과 억물림 효과에 의해 전단 강도가 증가하였다.

폐타이어-저회 혼합토에 폐어망을 보강하였을 경우 내부마찰각과 점착력의 증가를 Figure 12에 나타내었다.

내부마찰각과 점착력의 증가율을 산정하기 위하여 식 (1)과 같은 FIR(Friction increase ratio)과 CIR(Cohesion increase ratio)을 구하였다.

(a) Angle of internal friction increase ratio

(b) Cohesion increase ratio

Fig. 12. Angle of internal friction and cohesion for reinforced crumb rubber-bottom ash mixture

_{ }

_

∆×  (1a)

_{ }

_

∆

×  (1b)

여기서, 와 _는 무보강 폐타이어-저회 혼합토의 내부마찰각과 점착력을 각각 나타낸다. FIR은 내부마찰 각 증가율이고 CIR은 점착력 증가율을 의미한다. Figure 12(a)와 같이 폐어망을 보강하기 전과 폐어망을 보강한 후의 내부마찰각을 비교해보면 폐어망을 1겹으로 1층 및 2층으로 보강 시(Case 2 및 Case 3) 내부마찰각 증가 율은 각각 9.7% 및 16.8%이며, 2겹으로 1층 및 2층 보강 시(Case 4 및 Case 5) 내부마찰각 증가율은 각각 12.9%

및 19.4%이다. 1겹 1층 및 2층 보강 시(Case 2 및 Case 3) 점착력 증가율은 각각 11.8% 및 26.2%이며, 2겹 1층 및 2층 보강 시(Case 4 및 Case 5) 각각 25.6% 및 49.8%

이다. 내부마찰각과 점착력의 증가는 전단강도의 증가 를 의미한다. 이것은 폐어망의 보강 겹수와 보강 층수가

증가함에 따라 폐어망 보강 폐타이어-저회 혼합토의 마 찰 및 억물림 작용이 증가하는 것에 기인한다. 이처럼 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토의 전단특성 은 폐어망의 보강 층수와 보강 겹수에 크게 의존하고 있음을 알 수 있다. 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토의 전단강도 정수와 전단응력-변형 곡선을 종합 해 볼 때 폐어망의 보강 층수와 보강 겹수가 증가하면 전단특성에 긍정적인 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 또한 폐어망을 1겹으로 2층 보강하는 경우(Case 3)가 2 겹으로 1층 보강하는 경우(Case 4)보다 전단강도 정수 가 큼을 알 수 있다. 이것으로부터 동일한 양을 보강하 더라도 여러 층으로 보강하는 것이 강도특성에서 유리 함을 알 수 있다.

5. 결론 및 고찰

본 논문에서는 폐어망 보강 방법에 따른 폐타이어-저 회 혼합토의 역학적 특성을 파악하기 위해 폐어망 보강 을 4가지 형식으로 보강한 폐타이어-저회 혼합토를 대 상으로 직접전단시험을 수행하였다. 시험결과로부터 얻 은 결론은 다음과 같다.

(1) SEM 분석 결과, 폐타이어-저회 혼합토에 폐어망 보 강 시 혼합토의 입자와 폐어망 표면 사이에 마찰과 억물림이 작용할 뿐만 아니라 폐어망의 인장저항에 의하여 혼합토의 전단강도가 증가하였다.

(2) 폐어망으로 보강된 폐타이어-저회 혼합토의 전단응 력-변형 곡선은 압축성이 큰 폐타이어로 인해 뚜렷 한 첨두강도를 나타내지 않고, 축변형률이 커짐에 따라 전단응력이 증가하는 경향을 나타낸다. (3) 직접전단시험 결과, 폐어망 보강 층수가 증가함에

따라 혼합토의 내부마찰각은 증가하고 점착력도 증 가하는 경향을 나타낸다. 또한 폐어망의 겹수를 늘 렸을 때에도 전단강도가 증가한다. 즉, 폐어망의 보 강 층수와 보강 겹수가 증가할수록 폐어망과 혼합 토 입자 간의 마찰 및 억물림 효과가 증가하여 전단 강도 및 내부마찰각 증가에 긍정적인 영향을 주는 것으로 판단된다.

(4) 본 연구에서 개발된 폐어망 보강 혼합토는 교량 뒷 채움재, 도로 성토재, 보강토 옹벽의 뒷채움재 등으 로 사용될 수 있으나, 추후 현장 검증이 필요하다.

감사의 글

이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으 로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업 (2011-0029426, 2011-0007023)의 성과이며 이에 깊은 감사를 드립니다.

참 고 문 헌

1. Kim, D. A. (1985), Fishing gear technology, Kyomoon publishing company.

2. Kaniraj, S. R. and Gayathri, V. (2003), “Geotechnical behavior of fly ash mixed with randomly oriented fiber inclusions”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.21, No.3, pp.123-149.

3. Kim, S. D., Jeon, J. K., and You, K. S. (2001), “Pyrolysis Reaction Mechanisms of PE, PP, NY of Major Components of Spent Fishing Ropes and Nets”, Journal of material cycles and waste management, Vol.18, No.4, pp.410-418.

4. Kim, Y. T. and Kang, H. S. (2008), “Mechanical Properties of Waste Tire Powder-Added Lightweight Soil”, Korean Society of Civil Engineers, Vol.28, No.4C, pp.247-253.

5. Kim, Y. T. and Kang, H. S. (2010), “Shear Properties of Waste Tire-Bottom Ash Mixture with Different Particle Size of Waste Tire”, Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.2, pp.55.-62.

6. Kim, Y. T. and Kang, H. S. (2011), “Engineering Characteristics of Rubber-added Lightweight Soil as a Flowable Backfill Material”, Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol.23, No.9, September 1, 2011, pp.1289-1294.

7. Kim, Y. T., Kim, H. J., and Lee, G. H. (2008), “Mechanical behavior of lightweight soil reinforced with waste fishing net”,

Geotextiles and Geomembranes, Vol.26, pp.512-518.

8. Korea Institute of Construction Technology. (1999), “Engineering Properties of Various Geogrid Types and Their Field Applications”.

9. Long, P. V., Bergado, D. T., and Abuel-Naga, H. M. (2007),

“Geosynthetics reinforcement application for tsunami reconstruction;

evaluation of interface parameters with silty sand and weathered clay”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.25, No.4-5, pp.311-323.

10. Park, T. and Tan, S. A. (2005), “Enhanced performance of reinforced soil walls by the inclusion of short fiber”, Geotextiles and Geome- mbranes, Vol.23, No.4, pp.348-361.

11. Prabakar, J. and Sridhar, R. S. (2002), “Effect of random inclusion of sisal fibre on strength behavior of soil”, Construction and Building Materials, Vol.16, pp.123-131.

12. Sawwaf, M. A. E. (2007), “Behavior of strip footing on geogrid- reinforced sand over a soft clay slope”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.25, No.1, pp.50-60.

13. Vidal, H. (1969), “The Principle of Reinforced Earth”, Highway Research Record No. 282.

14. Yetimoglu, T., Inanir, M., and Inanir, O. E. (2005), “A study on bearing capacity of randomly distributed fiber-reinforced sand fills overlying soft clay”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.23, No.2, pp.174-183.

15. Yetimoglu, T. and Salbas, O. (2003), “A study on shear strength of sands reinforced with randomly distributed discrete fibers”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.21, pp.103-110.

16. Zhang, M. X., Javadi, A. A., and Min, X. (2006), “Triaxial tests of sand reinforced with 3D inclusions”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.24, No.4, pp.201-209.

17. Zhang, M. X., Zhou, H., Javadi, A. A., and Wang, Z. W. (2008),

“Experimental and theoretical investigation of strength of soil reinforced with multi-layer horizontal-vertical orthogonal elements”, Geotextiles and Geomembranes, Vol.26, No.1, pp.1-13.

(접수일자 2012. 3. 23, 심사완료일 2012. 8. 23)