암반 공학에서 토양 보강에 사용되는 지오그리드는 토목 공학 커뮤니티에서 점점 더 많은 관심을 받고 있으며 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
지오그리드의 주요 목적은 토양의 공학적 특성을 개선하고 토양을 보강하고 안정화시키는 것입니다.
프로젝트에 적합한 지오그리드를 선택하는 것은 장기적인 내구성과 비용 효율성을 보장하는 데 필수적입니다. 특정 애플리케이션에 적합한 지오그리드를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 요소가 있습니다:
- 엔지니어링 설계 요구 사항
- 사양 선택
- 재료 선택
- 생산 공정의 영향
- 구조적 형태
- 제품 강도 테스트 방법
지오그리드 보강 토양 엔지니어링 설계 요구 사항
올바른 지오그리드를 선택하는 첫 번째 단계는 프로젝트 유형과 의도된 애플리케이션을 명확하게 정의하는 것입니다.
지오그리드는 도로 건설, 제방 보강, 사면 안정화, 옹벽 건설 등 다양한 프로젝트에 사용됩니다.
애플리케이션에 따라 프로젝트 요구 사항을 충족하기 위해 특정 특성과 속성을 가진 지오그리드가 필요할 수 있습니다.
지오그리드는 일반적으로 격자 구조에 따라 이축 지오그리드와 단축 지오그리드로 나뉩니다.
단축 지오그리드
단축 지오그리드는 가장 일반적으로 사용되는 옹벽 유형으로, 한 방향의 높은 인장 응력을 견디도록 설계된 반면 횡방향의 강도는 낮습니다.
토양을 안정화시키는 강도와 내구성으로 인해 보강 토양 옹벽에 이상적입니다. 벽 높이가 높고 주로 수직으로 작용하는 힘이 가해지는 곳에 주로 사용됩니다.
이축 지오그리드
벽의 설계와 토양의 특성에 따라 두 방향으로 강도를 제공하는 이축 지오그리드를 사용할 수도 있습니다. 이축 지오그리드는 세로(기계) 및 가로(기계 간) 방향의 강도가 동일합니다.
두 개의 수직 방향으로 효과적인 보강을 제공하여 하중을 보다 고르게 분산시킵니다. 이축 지오그리드는 토양 조건을 예측하기 어렵고 더 강력한 보강이 필요한 응용 분야에 자주 사용됩니다.
선택 지오그리드 사양 지오그리드 보강 토벽 프로젝트에서
인장 강도 및 계수
지오그리드는 가해지는 힘을 견디고 효과적인 보강을 제공할 수 있는 충분한 인장 강도를 가져야 합니다. 지오그리드의 핵심 매개변수로서 지오그리드가 인장력을 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 나타냅니다.
인장 강도는 종종 인장 강도(UTS)로 지정되며 단위 폭당 힘의 단위(예: kN/m 또는 lbs/ft)로 측정됩니다.
인장 강도는 보통 저강도, 중간 강도 또는 고강도로 분류됩니다. UTS 요구 사항은 예상 하중, 응력, 벽 높이 및 토양 조건에 따라 달라집니다.
또한 지오그리드의 강성과 하중을 효과적으로 분산하는 능력을 나타내는 지오그리드의 계수를 고려하세요.
모공 크기 및 모양
기공 크기는 지오그리드 텐돈 또는 스트랜드 사이의 개구부 크기를 나타냅니다. 일반적으로 최대 개구부 크기 또는 공칭 기공 크기로 지정됩니다.
지오그리드의 기공 크기와 모양은 토양 상호 작용, 다짐 및 골재 결합에 영향을 미치는 핵심 요소입니다.
기공이 큰 지오그리드는 일반적으로 거친 입자의 토양에 사용되며, 기공이 작은 지오그리드는 미세한 입자의 토양에 더 적합합니다.
정사각형, 직사각형, 삼각형 등 기공의 모양도 지오그리드의 성능과 토양 입자와의 상호 작용에 영향을 미칩니다.
효과적인 토양 연동을 달성하고 지오그리드 구조에 토양 침입을 방지하기 위해 적절한 기공 크기와 모양을 가진 지오그리드를 선택합니다.
관절 강도/효율
접합 효율은 지오그리드가 한 리브 또는 스트랜드에서 다른 리브 또는 스트랜드로 인장력을 전달하는 능력을 측정하는 척도입니다. 또한 지오그리드 구조 내에서 조인트의 강도를 의미하기도 합니다.
백분율로 표시되며 교차하는 가닥 사이의 조인트 강도를 나타냅니다.
조인트 강도가 높을수록 하중을 분산하는 하중 전달 능력이 향상됩니다.
지오그리드를 선택할 때는 설계 및 제조 품질을 고려하여 조인트 강도가 프로젝트 요구 사항을 충족하기에 충분한지 확인하세요.
일반적으로 최소 조인트 효율 요구 사항은 프로젝트 사양에 명시되어 있습니다.
장기적인 내구성
지오그리드의 내구성은 프로젝트의 수명에 매우 중요합니다.
자외선에 대한 내성, 화학물질 노출, 생분해, 프로젝트 지역에 만연한 환경 조건과 같은 요소를 고려하세요.
내구성과 열화에 대한 내성이 강화된 지오그리드는 특히 장기적인 애플리케이션에 매우 중요합니다.
사양에는 장기적인 내구성과 설치 손상에 대한 저항성에 대한 요구 사항이 포함되는 경우가 많습니다.
스트레인 호환성
지오그리드는 과도한 변형을 방지하고 안정성을 유지하기 위해 주변 토양과 변형 호환성을 보여야 합니다.
변형 호환성은 지오그리드가 큰 변형률 차이 없이 토양과 함께 변형되고 늘어나는 능력을 말합니다.
이 속성은 지오그리드와 토양이 복합 시스템으로 함께 작동하도록 보장합니다.
설치에 적합한 롤 크기
지오그리드는 일반적으로 롤 형태로 제공되며, 크기는 롤의 폭과 길이에 따라 지정됩니다.
롤 크기는 벽 높이, 보강재 배치, 설치 용이성 등의 요소를 고려하여 특정 프로젝트 요구 사항에 적합해야 합니다.
지오그리드마다 겹치는 거리, 앵커 트렌치 깊이, 연결 방법 등 특정 설치 요구 사항이 있을 수 있습니다.
일부 지오그리드는 적절한 설치를 위해 특수 장비나 기술이 필요할 수 있습니다.
비용 고려 사항
모든 건설 프로젝트에서 비용은 항상 중요한 요소입니다.
프로젝트 요구 사항을 충족하는 지오그리드를 선택하는 것도 중요하지만 초기 구매 비용, 설치 비용, 장기 유지 관리 비용 등 전반적인 비용 효율성을 고려해야 합니다.
고품질 지오그리드는 유지보수 및 수리 비용을 절감하여 장기적으로 더 나은 가치를 제공할 수 있습니다.
표준 및 규정 준수
마지막으로, 선택한 지오그리드가 관련 업계 표준 및 규정을 준수하는지 확인하세요.
지역마다 건설에 사용되는 지오신세틱에 대한 특정 요구 사항이 있을 수 있습니다.
규정 준수는 프로젝트가 안전 및 품질 표준을 충족하도록 보장합니다.
보강토 옹벽의 지오그리드 재료 선택
지오그리드 생산의 원료는 주로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 유리 섬유, 폴리에스테르 등입니다. 일반적으로 단방향 지오그리드는 폴리에틸렌으로 생산되고 양방향 지오그리드는 폴리프로필렌으로 생산됩니다. 이는 주로 다음과 같은 이유 때문입니다:
1. 고밀도 폴리에틸렌의 분자 구조는 선형이며 분기가 거의없고 결정 성이 최대 75% ~ 90%입니다. 기계적 강도, 높은 강성 및 인성, 높은 표면 강도 및 사용 온도 (80 ℃), 우수한 내 용매성, 산, 알칼리 및 증기 저항성뿐만 아니라 우수한 치수 안정성 및 환경 스트레스 균열 저항성을 가지고 있습니다. 단방향 그리드 생산에 매우 적합합니다. 단점은 인장 강도에 도달했을 때의 연신율이 일반적으로 약 12%로 크다는 것입니다.
2. 폴리프로필렌 공중합체는 측면 메틸기가 있는 선형 구조입니다. 폴리에틸렌보다 기계적 강도와 충격 강도가 우수하고 강성과 굽힘 저항성이 높으며 고온 저항성과 화학적 내식성이 높습니다. 단점은 저온에서 부서지기 쉽고 노화되기 쉽다는 것입니다. 스트레칭이나 다른 방법으로 변형해야 하므로 양방향 스트레칭으로 제작되는 양방향 지오그리드에 특히 적합합니다.
3. 유리섬유 지오그리드는 폴리머로 코팅된 직조 또는 스티치 유리섬유로 만들어집니다. 인장 강도가 우수하고 탄성이 높으며 크리프 및 온도 변화에 대한 저항성이 뛰어납니다. 유리섬유 지오그리드는 화학적으로 불활성이며 내구성이 뛰어나 장기적인 성능이 중요한 애플리케이션에 적합합니다. 하지만 플라스틱 지오그리드보다 가격이 비쌀 수 있습니다.
4. 폴리에스테르 지오그리드는 보호 폴리머로 코팅된 고강도 폴리에스테르 원사로 만들어집니다. 인장 강도가 높고 연신율이 낮으며 자외선 및 화학 물질 노출과 같은 환경적 요인에 대한 저항성이 우수합니다. 폴리에스테르 지오그리드는 토양 보강이 필요한 기계식 안정화 흙(MSE) 벽에 자주 사용됩니다.
특정 지오그리드 보강 흙 옹벽 프로젝트의 지오그리드 재료 선택은 프로젝트 요구 사항, 예상 하중, 토양 조건 및 예산과 같은 요인에 따라 달라집니다.
생산 기술이 지오그리드 선택에 미치는 영향
지오그리드는 가공 기술에 따라 일체형 연신 폴리머 지오그리드, 고강도 섬유 직조 지오그리드 및 복합 용접 지오그리드로 분류할 수 있으며, 이 중 후자의 두 가지가 직조 지오그리드입니다.
일체형 스트레칭으로 생성된 지오그리드
일반적으로 압출 시트 가열-정밀 펀칭-세로 연신 후 가로 연신하는 방식으로 형성됩니다.
이 스트레칭 효과는 매우 중요합니다. 폴리머 분자의 방향을 바꾸고 그리드의 성능을 크게 향상시킵니다:
1. 분자의 방향성 배열은 재료의 강도를 향상시키는 동시에 방향성 분자는 노드의 무결성을 향상시킵니다.
이는 의사 그리드(예: 직조 및 복합 용접)와는 다릅니다. 의사 그리드의 노드는 직조 또는 복합 용접되어 무결성이 떨어지고 종방향 및 횡방향 힘 전달 성능이 좋지 않습니다.
2. 인장 계수가 개선되어 그리드가 낮은 변형률에서 높은 인장 강도 성능을 발휘할 수 있습니다.
3. 장기 크리프 테스트는 장기 연속 하중 하에서 스트레칭 처리된 폴리머 그리드의 경향이 크게 감소하여 보강의 신뢰성이 보장됨을 입증했습니다.
4. 스트레칭은 폴리프로필렌 그리드의 변형 처리로, 저온 취성 및 쉬운 노화의 단점을 크게 줄이고 사용 내구성을 향상시키는 등 많은 특성을 개선합니다.
직조로 생성된 지오그리드
고강도 섬유 지오그리드라고도 하는 고강도 합성 소재 리본으로 짜여져 있습니다.
강도가 높고 연신율이 낮은 폴리에스테르 섬유 또는 유리 섬유로 만들어집니다. 경편기에서 격자 모양으로 직조한 후 공정 요구 사항에 따라 폴리염화비닐(PVC)을 함침시킵니다.
이 그리드의 리브는 인장 강도가 높고 의사 노드의 무결성이 좋지 않으며 노드 강도가 매우 낮고 세로 및 횡 방향 힘 전달 성능이 매우 낮으며 토양의 인발 저항은 원래 강도보다 낮습니다. 보강재로서 그 강도를 충분히 활용하지 못합니다.
복합 용접 지오그리드
여러 개의 폴리프로필렌 스트립 또는 강철-플라스틱 복합 스트립을 엮고 노드를 용접하여 만든 유사 그리드입니다.
단일 보강 강도는 상대적으로 높습니다. 노드가 날실과 씨실 방향으로 겹쳐서 형성되기 때문에 전체 강도는 노드의 용접 강도에 따라 달라집니다.
이 노드의 전단 강도, 인열 강도 및 파열 강도는 상대적으로 낮습니다. 무결성이 좋지 않고 강도가 낮으며 세로 및 가로 힘을 전달하는 노드의 성능이 좋지 않으며 치수 안정성과 전반적인 성능이 상대적으로 좋지 않습니다.
지오그리드 생산 프로세스 요약
미국 드렉셀 대학교에서 제안한 노드 강도 테스트 방법과 이를 통해 테스트한 전체 인장 지오그리드 및 의사 지오그리드 결과(노드 강도는 단일 리브 강도의 백분율로 표시)는 다음 표에 나와 있습니다:
| 유형 | 노드 강도/싱글 리브 강도 |
| 통합적으로 확장된 양방향 지오그리드 | 90% – 100% |
| 통합적으로 확장된 양방향 지오그리드 | <10% |
| 노드는 컴파일된 의사 양방향 그리드입니다. | 3% – 13% |
생산 기술이 우수한 지오그리드는 외관이 균일하고 표면이 매끄러우며 카본 블랙의 광택이 뚜렷합니다.
생산 기술이 열악한 지오그리드는 표면이 거칠습니다.
표면 거칠기 및 기타 패턴은 마찰을 약간 증가시킬 수 있지만 마찰은 강화 성능의 작은 부분 만 차지하고 주요 강화 성능은 그리드 메쉬와 필러 사이의 연동력 및 임베딩 효과이기 때문에 그리드의 전체 강화 성능을 향상시킬 수 없습니다.
거친 표면 그리드의 가공 기술이 상대적으로 낮다는 것을 나타내는 것 외에도 표면 패턴 마크와 노치는 외력을 받을 때 응력이 집중되어 인장 성능을 약화시키고 내구성에 영향을 미칩니다.
또한 마찰을 기준으로 앵커 길이를 결정하는 것은 경제적이지 않습니다.
보강 토양 공학에서 지오그리드의 구조적 선택
구조적 형태가 지오그리드의 성능에 미치는 영향은 주로 노드 형태와 기판 구성이라는 두 가지 측면에서 나타납니다.
전체적으로 늘어난 폴리머 지오그리드는 단일 재료로 되어 있고 하중이 필요하지 않으며 노드가 일체형이고 단일 리브의 강도와 노드 강도가 잘 일치하며 전체 강도가 높습니다.
직조 지오그리드의 노드는 의사 노드이며, 노드에서 직조된 날실과 씨실 리본은 함침된 폴리염화비닐(PVC)로만 결합되어 강도가 낮고 힘 전달 성능이 떨어집니다.
용접된 복합 지오그리드의 메시 크기는 약 100mm입니다. 이 그리드의 메쉬 크기가 너무 커서 리브의 굽힘 강성이 감소하고 구부러지고 변형되기 쉬우 며 물린 힘이 감소합니다. 이 그리드는 합성을 통해 두 가지 재료로 만들어졌으며 노드도 의사 노드이고 노드 강도가 낮으며 힘 전달 성능이 좋지 않습니다.
플라스틱-강 복합 스트립은 운송, 시공 및 사용 과정에서 손상, 균열 및 파열이 발생할 수 있으며 주변의 습기와 습기는 강성 보강재에 부식성 부식을 유발하여 유효 단면이 작아지고 저항과 수명이 단축됩니다.
제품 강도 테스트 방법의 영향
위의 지오그리드에 표시된 강도는 인장 시험으로 측정한 것입니다. 따라서 재료의 인장 시험 방법과 시험 데이터의 중요성은 설계 시 특별히 주의해야 할 요소 중 하나입니다.
통합 인장 강도를 가진 지오그리드의 보강은 토양 입자와의 기계적 연동 및 맞물림을 통해 이루어집니다.
이를 바탕으로 미국 지오신세틱 연구소의 표준 GRI-GGI는 다음과 같이 규정하고 있습니다:
인장 테스트 데이터의 측정은 토양의 그리드에 가해지는 힘의 전달 관계를 준수해야 합니다.
또한 종 방향 인장력의 획득은 횡 방향 보강재의 직각 전달, 즉 토양 내 지오그리드의 종 방향 인장력이 횡 방향 보강재와의 기계적 연동을 통해 종 방향 보강재로 전달되는 것과 분리 할 수 없다는 지적이 있습니다.
따라서 인장 시험에서는 가로 보강재를 클램핑하고 세로 방향으로 늘려서 세로 인장력을 측정합니다.
일체형 지오그리드의 종방향 및 횡방향 리브는 전체이기 때문에 당연히 종방향 보강재를 직접 클램핑하고 늘려서 인장 강도를 측정할 수도 있습니다. 이 두 가지 방법으로 얻은 결과는 왜곡 없이 일관됩니다.
다른 두 가지 유형의 의사 그리드는 노드 강도가 낮아 손상됩니다. 그리드를 구성하는 세로 및 가로 구성 요소는 전체가 아닙니다. 가로 리브의 물린 힘이 노드에 전달되면 노드 강도가 낮아 손상되어 세로 보강재가 미끄러지고 보강재가 실패합니다.
이러한 상황 때문에 인장 강도를 측정할 때 클램프는 세로 보강재에만 고정할 수 있습니다. 측정되는 것은 그리드의 전체 강도가 아니라 세로 보강재의 강도입니다. 전체 강도를 나타내기 위해 세로 보강재의 강도를 사용하는 것은 왜곡된 것입니다.
이것은 또한 의사 그리드가 표시 강도는 높지만 실제 강도가 낮은 중요한 이유이며 보강재로서의 치명적인 약점이기도합니다. 보강 토양 옹벽 건설을 위해 이러한 유형의 지오그리드를 선택할 때는 특별한주의를 기울여야합니다!
마지막으로
결론적으로, 보강토 프로젝트에 적합한 지오그리드를 선택하는 것은 옹벽의 안정성, 장기적 성능 및 비용 효율성을 보장하는 데 필수적인 중요한 결정입니다.
지반 공학 엔지니어와 상담하고 프로젝트 사양을 검토하고 토양 조건, 예상 하중, 그리드 사양, 재료, 생산 공정, 테스트 방법, 구조 등을 고려하여 사용할 지오그리드의 유형과 재료를 결정하는 것이 중요합니다.
QIVOC는 숙련된 지오그리드 제조업체 및 공급업체입니다. 다년간 축적된 제품 및 프로젝트 경험이 올바른 지오그리드를 선택하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 필요한 사항이 있으시면 언제든지 문의해 주세요.
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