KR100691807B1 - 토목섬유용 필터성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장에서나 연구실에서 토목섬유인 필터의 성능을 간단한 방법으로 신속하고도 정확하게 가늠해 볼 수 있는 토목섬유용 필터 성능시험장치를 제공하기 위한 것으로서, 일정한 높이차를 두고 간극수압센서가 장착된 복수의 필터틀 사이에 필터 시편을 장전한 상태에서 하부 반복재하부로는 필터틀의 하부로 상향압력을 주기적으로 가하여 필터 시편의 상승 침출성을 측정하고 상부 재하부로는 필터 시편측에 하향압력을 가하여 필터 시편의 하향 침출성을 측정하며, 이렇게 측정된 상승 침출성과 하향 침출성을 토대로 당해 토목섬유용 필터의 성능을 정확히 가늠할 수 있게 한 토목섬유용 필터성능 시험장치를 특징으로 한다.

Description

토목섬유용 필터성능 시험장치{Testing Equipment of Filter Capacity for Geosynthetic Materials}

도 1은 일부가 절개된 본 발명의 토목섬유용 성능시험장치의 정면도

도 2는 필터틀의 분해단면도

도 3은 하부 반복재하부의 부분절개 정면도

도 4는 필터 시편의 평면도

도 5와 도 6은 필터 시편에 대한 일방향 흐름의 시험예시도

도 7은 필터 시편에 대한 양방향 흐름의 시험예시도
도 8은 일방향 및 양방향 흐름시험시 잉여수가 재하튜브측 배수관으로 배수 되는 과정의 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 필터틀 11∼13: 원통

14: 플랜지 20: 하부 반복재하부

21: 재하 반복 실린더 22: 압력전달 실린더

23,24: 피스톤 30: 상부 재하부

31: 고정판 32: 재하튜브

33: 배수관 34: 변위계

35: 변위계 홀더 37: 배수관

40: 기대 41: 급수통로

50: 필터 시편 51: 패킹

본 발명은 현장이나 연구실 내에서 토목 구조물용 지오텍스타일인 필터의 성능을 신속 간편하고 정확하게 가늠해 볼 수 있게 한 토목섬유용 필터성능 시험장치에 관한 것이다.

준설토나 토사로 매립할 지반이 연약하여 매립 후 경시적으로 지반침하현상이 우려되는 지역에 적용되는 토목섬유는 그러한 우려를 불식시키는 데 요긴한 토목자재이다. 이러한 토목섬유는 대부분 합성섬유제 지오텍스타일이며, 필터라고도 한다.

토목섬유는 제조자마다 물성과 인장강도, 투수성 등 제반 성능에 차이가 날 수 있다. 성능이 불분명한 토목섬유를 사전 검토 없이 토목공사현장에 적용하는 것은 그만큼 위험부담이 따르기 때문에 현장적용에 앞서 사전에 필터의 성능을 확인하는 것이 중요하다.

하지만, 현장에 투입하기에 앞서 필터의 성능을 정확히 측정해볼만한 마땅한 도구나 장치가 지금까지 출현된 바 없어 애로가 적지 않았다.

따라서 본 발명의 목적은 현장에서나 연구실에서 토목섬유인 필터의 성능을 간단한 방법으로 신속하고도 정확하게 가늠해 볼 수 있는 토목섬유용 필터 성능시험장치를 제공하는 것이다.

이 과제는, 일정한 높이차를 두고 간극수압센서가 장착된 복수의 필터틀 사이에 필터 시편을 장전한 상태에서 하부 반복재하부로는 필터틀의 하부로 반복 상승압력을 가하여 필터 시편의 상승 침출성을 측정하고 상부 재하부로는 하향압력을 가하여 필터 시편의 하향 침출성을 측정하며, 이렇게 측정된 상승 침출성과 하향 침출성을 토대로 당해 토목섬유용 필터의 성능을 정확히 가늠할 수 있게 한 토목섬유용 필터성능 시험장치로 달성할 수 있다.

도 1에서, 본 발명의 토목섬유용 성능 시험장치는 필터틀(10)과 하부 반복재하부(20), 상부 재하부(30), 및 기대(40)로 구성된다.

도 2와 함께 설명하면, 필터틀(10)은 1매 또는 2매의 필터 시편(a)을 소정의 간격으로 장전할 수 있도록 반경이 동일한 여러 개의 원통(11∼13)으로 이뤄진다. 이들 원통(11∼13)은 반경이 동일하며, 단일 수직선상에 각 원통(11∼13)의 중심이 일치하도록 적층하고 체결과 해체가 용이하도록 보울트로 맞닿은 플랜지(14)끼리 연결할 수 있게 한 것으로서, 기대(40)의 일측에 직립시켜 고정하게 된다.

각 원통(11∼13)은 높이방향으로 차등을 둬 상부 재하하중이 재하될 때의 필 터 시편(a)내 수압을 측정하는 수압센서(15)가 내장되어 있다. 모든 수압센서(15)는 위치별 간극수압이 검측되는 즉시 육안으로 확인할 수 있도록 계측판독부(50)에 전기적으로 연결된다.

다시 도 1에서, 하부 반복재하부(20)는 필터틀(10)의 밑으로 지하수에 상응하는 상승수압을 반복적으로 가하여 필터 시편(50)에 대한 상승 침출성을 가늠하게 하기 위한 것으로, 기대(40)의 타측에 탑재된다. 재하 반복실린더(21)는 공압 또는 유압실린더로서, 가압 포트(21a)와 해압 포트(21b)는 도시하지 아니한 콤프레서 또는 유압펌프에 호스로 연결된다.

도 3에서, 하부 반복재하부(20)는 위쪽의 재하반복실린더(21)와 압력전달실린더(22)를 수직으로 배치하고, 각 피스톤(23,24)의 로드는 연직방향으로 연결되어 연동되게 한 일종의 맥동용 펌프이다. 이 하부 반복재하부(20)는 주기적인 압력유체의 공급과 회수를 통하여 재하반복실린더(21)측 피스톤(23)의 왕복동으로 압력전달실린더(22)의 피스톤(24)을 움직여 기대(40)의 급수통로(41)로 유입되는 시험수를 가압하거나 흡인하는 맥동작용으로 필터 시편(50)에서 이뤄지는 상승 침출수 및 하강 침출수의 간극수압을 측정토록 하는 것이다.

도 1에서, 상부 재하부(30)는 상부 원통(11)의 상단을 밀폐하는 고정판(31)의 저면에 상부 원통(11) 상단으로 삽입되어 고정판(31)의 일측에 설치된 급기관(36)을 통해 도시하지 아니한 콤프레서로부터 공압이 가해지면 팽출되어 하부 하중을 재하하고 공압이 회수될 때 수축되는 재하튜브(32)가 부착된 것이다.

재하튜브(32)는 신축이 자유로운 벨로우즈형이며, 그 중심에는 배수관(33)이 수밀성이 유지되도록 관통한 채로 고정돼 있다. 이 배수관(33)은 밸브에 의해 개폐되며, 필터틀(10)내에 충전되는 시험수가 급수되어 적정수위를 초과하거나 상부 하중이 재하될 때 흘러넘치는 물을 외부로 방출시키기 위한 것으로, 고정판(31)을 수직으로 헐겁게 관통하여 상부 재하하중의 크기에 따라 수직으로 팽출되거나 수축될 때 그 움직임을 좇아 오르내릴 수 있도록 관통되어 있다.

고정판(31) 상에서 배수관(33)을 비껴난 일점에는 직립형 변위계 홀더(35)가 있고, 여기에 변위계(34)가 장착되어 있다. 변위계(34)는 재하튜브(32)에 종속된 배수관(33)의 승강폭으로 재하튜브(32)의 수직 팽창도에 따른 필터 시편(50)의 연직방향 변형을 측정하기 위한 것이다.

기대(40)에는 필터틀(10)의 하단과 하부 재하부(20)의 하단과 내부적으로 통하는 급수통로(41)가 설치되어 있고, 급수통로(41)의 바닥에서 가장 낮은 곳에는 유실되는 시험수를 일시적으로 받아두는 유실수실(42)이 설치되어 있다. 유실수실(42)에는 유실수용 드레인관(43)이 밸브(44)로 개폐가능하게 부착되어 있다. 또, 급수통로(41)의 일측에는 시험수를 공급하기 위한 시험수관(46)이 수압계를 자악한 상태로 설치되어 있다.

도면부호 (60)은 기대(40)의 상판에 천공된 통수공(45) 위에 깔아 시험토양이 쏟아져 내리지 않게 하는 부직포를 표시한다.

도 4에서, 필터 시편(50)은 상기한 원통(11∼13)의 플랜지(14)를 포함한 평면적에 맞게 재단하고 가장자리에 패킹(51)을 둘러붙이거나 맞댄 것이다.

다음으로, 상기한 토목섬유용 필터성능 시험장치를 이용한 일방향 흐름 시험 방법에 대하여 설명한다.

토목섬유용 필터가 적용될 현장의 지반여건이 준설해사 매립층 위에 모래층을 조성하고 그 위에 쇄석필터로 된 경우에는, 도 5와 같이, 중간 및 상부 원통(12,11)이 분리된 하부 원통(13)에 준설해사(a)를 가득 담고 그 위에 필터 시편(50)을 얹은 다음에 중간 원통(12)를 얹고 하부 원통(13)의 위쪽 플랜지(14)와 중간 원통(12)의 아래쪽 플랜지(14)를 맞대어 보울트로 체결한다. 또, 중간 원통(12)에 모래(b)를 가득 담고 그 위에 상기와 같은 요령으로 다른 필터 시편(50)을 얹은 다음에 상부 원통(11)을 앉히고 서로 맞닿은 중간 원통(12)의 위쪽 플랜지(14)와 상부 원통(11)의 하부 플랜지(14)끼리 맞대고 보울트로 체결한다. 그리고 상부 원통(11)에 적당량의 쇄석필터(c)를 채워 일방향 흐름시험에 대비한다.

필터가 적용될 현장의 지반여건이 준설해사와 쇄석필터로 된 경우의 일방향 흐름시험준비는 도 6과 같이, 중간 원통(12)을 배제하고, 하부 원통(13)에는 준설해사(a)를 담고 필터 시편(50)을 얹은 다음에 하부 원통(13) 위에 상부 원통(11)을 얹고 보울트로 체결하고, 상부 원통(11)에 적당량의 쇄석필터(c)를 채운다. 적당량이란 재하튜브(32)가 최대한 팽창되더라도 쇄석필터(c)에 접촉되지 않는 안전한 수준의 양을 말한다. 시험수(w)는 쇄석필터(c) 위로 넉넉히 차오르도록 시험수관(46)으로 공급하고, 시험이 진행되는 동안 하튜브(32)의 팽창에 의한 재하하중에도 필터(50)를 통과하지 못해 넘치는 잉여 시험수(w1)는 도 8과 같이 배수관(33)을 열어 배수시킨다.

상기와 같이 필터 성능시험준비를 마치고 상부 재하부(30)에 시험에 필요한 정격 압력을 가하면 재하튜브(32)가 팽출되면서 필터통(10)내의 시험수(w)를 압박한다. 이때, 필터 시편(50)을 통해 빠져 내리는 투수량에 상응하는만큼의 수위는 위치별 간극수압센서(15)에 의해 감지되고, 그 감지신호는 도시하지 아니한 판독부에 인가된다.

다음은 상부 및 하부의 반복재하하중을 이용한 양방향 필터 성능시험에 관한 설명이다.

도 7에서, 상부 원통(11)과 중간 원통(12) 그리고 중간 원통(12)과 하부 원통(13) 사이에 각각 필터 시편(50)을 장전하고 상부 원통(11)에는 준설해사(a)를 그리고 중간 원통(12)에는 쇄석필터(c)를 채우고 하부 원통(13)은 비워둔다. 급수통로(41)로 시험수(w)를 공급하여 배수관(33)으로 시험수(w)가 배수되는 상태를 확인한 후 봉쇄한다. 상부 재하부(30)로는 정압을 가하고 하부 반복재하부(20)의 재하반복실린더(21)와 압력전달실린더(22)로 급수통로(41)내의 시험수를 반복해서 가압하고 흡인하는 펌핑을 정해진 시간 또는 회수만큼 주기적으로 실시하여 필터 시편(50)에 관한 인덱싱 시험, 즉 클로깅특성과 인장강도, 투수계수 등 토목섬유의 성능에 관한 전반적인 시험을 실시한다.

이러한 일방향 또는 양방향 필터성능 시험을 통하여 당해 토목섬유가 시공현장의 여건에 부합되는 지의 여부를 판단하는 데 활용하게 된다.

필터 시편(50)에 대한 인덱싱시험이 종료된 후에는 하부 반복재하부(20)와 상부 재하부(30)에 가해진 압력을 해제하고, 필터틀(10)을 해체하여 필터 시편(50)과 시험에 동원된 시험수(w), 준설해사(a), 모래(b), 쇄석필터(c)를 말끔히 비우고, 유실수는 배수관(44)으로 배출하여 후속 필터성능시험에 대비한다.

이상 설명한대로, 본 발명의 토목섬유용 필터성능 시험장치는 시공현장이나 연구실에서 시공현장의 여건에 부합되도록 작성한 필터 시편과 시험재료를 세팅하여 신속 간편하면서도 정확하게 토목섬유용 필터의 제성능을 파악할 수 있다.

Claims (1)

1. 높이별로 필터 시편 내의 수압 감지용 간극수압센서가 장착된 복수의 원통이 수직으로 배열되고 각 원통 사이에 필터 시편을 장전하도록 된 필터틀과;

   상기 필터틀의 하부로 시험수를 통한 반복하중을 주기적으로 필터 시편측에 가하는 하부 반복재하부와;

   상기 필터틀의 상부에서 넘치는 시험수 배수용 배수관이 딸린 재하튜브로 필터 시편에 상부 하중을 가하도록 된 상부 재하부와;

   상기 재하튜브 내에서 재현되는 상부 재하하중에 의한 필터 시편의 연직방향변형측정용 변위계와;

   상기 필터틀과 하부 반복재하부 및 변위계를 탑재하고, 시험수 공급용 시험수관이 부착된 급수통로를 구비한 기대;로 이루어진 것을 특징으로 하는 토목섬유용 성능 시험장치.

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