Constitutive Modeling for Resilient Behavior of Granular Materials under Repeated Loading

이석근,Rhee, Suk Keun Korean Society of Civil Engeneers 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.4

많은 포장구조 거동 모델은 입상재료의 거동을 묘사하는 구성방정식에 의존하고 있다. 본 연구에서는 비행장 포장의 입상재료 기층의 거동 예측을 위하여, 체적응력(bulk stress)과 팔면체 전단응력(octahedral shear stress)의 함수로 표시된 구성모델이 제안되었다. 이 모델의 특징은 비선형거동을 정확히 예측할 수 있고, 모델상수를 간단히 구할 수 있으며 전단효과에 의한 회복탄성계수의 감소현상을 나타낼 수 있다. 실내시험을 통하여 입상재료의 비선행 회복탄성거동을 관찰하였으며, 제안된 모델을 입증하기 위해 회복탄성계수를 측정하였다. 체적응력과 축차응력이 회복탄성계수의 변화에 가장 주요한 변수임이 관찰되었으며, 실내시험 결과 제안된 모델식에 의한 회복탄성계수의 예측치가 실측치와 잘 일치함을 알 수 있었다. 따라서 제안된 모델식은 비행장 포장에서 일어날 수 있는 광범위한 응력조건하의 입상재료의 회복탄성거동을 잘 묘사할 수 있음을 알 수 있다. Numerous pavement response models rely on constitutive relationships to describe the response of granular materials. In this study, a nonlinear elastic constitutive model which is a function of bulk stress and octahedral shear stress is proposed to describe the resilient behavior of thick granular base courses under flexible airfield pavements. Special features of this model are its accuracy to predict the nonlinear resilient behavior, its simplicity to determine the material constants and its ability to model the secondary effect of decreasing the resilient modulus due to shear effects. In laboratory tests, the nonlinear resilient behavior of granular materials is investigated and values of resilient moduli are determined to provide data for verifying the proposed model. It is found that the resilient modulus is much more dependent on the states of stresses in terms of bulk stress and deviator stress than any other factors. Result of comparison shows that predicted values of resilient moduli are in good agreement with the measured values indicating that the proposed model is suitable to describe the nonlinear resilient behavior of the granular material with wide range of stress states which meet in airfield pavements.

환경변수 및 도로재료의 특성을 고려한 동결깊이 분석

김석명(Kim Suk Myung),이석근(Rhee Suk Keun),김석남(Kim Suk Nam) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 D Vol.29 No.1D

이 연구는 지역별 환경변수 및 도로포장재료의 물리적 특성을 토대로 하여 국내에서 최근에 개발된 동결해석모델인 FrostAM을 사용하여 최근에 사업시행중인 전국 9개 사업지구에 대해 동결깊이 분석을 실시하였다. 동결깊이 분석에 필요한 자료중 환경변수는 기상청 사이트의 측정자료를 사용하였으며, 물리적 특성중 수리특성 분석을 위해 전국 각 지역으로부터 시료를 채취하여 불포화토 물성측정 장치를 사용하여 실내실험 및 분석을 실시하였다. FrostAM을 사용하여 분석된 동결깊이는 동결지수를 사용하여 결정된 각 사업지구의 동결깊이와 비교한 결과 14㎝~44㎝ 작게 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 동결지수에 의한 동결깊이는 전반적으로 크게 계상되었으며, 사업지구별로 설계자가 다르다는 점을 고려할 때 동결깊이 산정이 설계자에 따라 상당한 편차가 있는 것으로 보인다. In this research freezing depth analyses were performed for the recent 9 project field sites using FrostAM which is a freezing analysis model developed recently within the country and a model based on regional environmental factors and physical properties of pavement materials. The environmental factors needed for freezing depth analysis were obtained from the meteorological agency website. And there were laboratory tests and analyses using a measuring device for properties of unsaturated soil for the field site samples across country to obtain hydrographical properties among physical properties. The freezing depths analyzed by FrostAM were deeper in the range of 14㎝~44㎝ than those based on freezing index. It is considered that the freezing depths based on freezing index were overestimated. And there are considerable differences among the freezing depths based on freezing index which were designed by different designers.

보조기층재료의 MR 특성에 관한 실험적 연구

이인모,김상균,이석근,이우진,Lee, In Mo,Kim, Sang Gyun,Rhee, Suk Keun,Lee, Woo Jin 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 보조기층재료에 대해 변형측정정치의 위치 및 포화도에 따른 $M_R$값의 변화양상을 파악하고, 시료내의 입자크기(particle size)에 따른 치수효과(size effect)를 파악하여 적절한 $M_R$ 관계식을 제시하였다. 외부변형측정장치를 사용한 경우의 $M_R$값은 회복변형율을 과대평가 하기 때문에 내부변형측정장치를 사용한 경우보다 작았고, 포화도에 따른 $M_R$값은 wet 상태($S_r$=70%)가 damp 상태 ($S_r$=40%)보다 10% 정도 작게 나타났으며 시편을 구성하는 입자의 치수효과는 과대 입자(oversize particle)를 제거함에 따른 간극비의 변화와 직접적인 관계가 있음을 알 수 있었다. 이와같은 결과를 종합하여 보조기층의 $M_R$ 관계식은 damp 상태의 포화도에서, $M_R=3960{\cdot}{\theta}^{0.60}$ psi.로 제안할 수 있다. The resilient behavior of subbase materials, locally used in Korea. were evaluated in this study by performing laboratory MR tests. The variations of the MR value according to LVDT's location in experiments and moisture conditions, respectively, were evaluated. And, in order to determine the relevant MR characteristics of the prototype materials, laboratory model tests containing smaller particles than those of the prototype were conducted. Based on above results, the relationship of the MR and the bulk stress (${\theta}$) was suggested. The case using internal LVDT. gave much larger $M_R$ value than that using external LVDT, since the external LVDT somewhat overestimates the resilient strain. The measured $M_R$ in damp conditions ($S_r$=40%) was larger than that in wet conditions ($S_r$=70%) by about 10%. The relationship between the $M_R$ and the void ratio was linear according to particle size effect. The relationship of the $M_R$ and the bulk stress (${\theta}$) on subbase materials in damp conditions to be used in Korea could be recommended as $M_R=3960{\cdot}{\theta}^{0.60}$ psi.

소석회 사용에 따른 아스팔트 혼합물의 수분민감도 특성에 관한 연구

천상현(Sang-Hyun Chun),이석근(Suk-Keun Rhee),김남호(Nam-Ho Kim),황성도(Seng-Do Hwang) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

켐크리트 개질 아스팔트 혼합물의 실내 공용성 평가

박경일,이현종,이광호,이석근,Park, Kyung-Il,Lee, Hyun-Jong,Lee, Kwang-Ho,Rhee, Suk-Keun 한국도로학회 2001 한국도로포장공학회 논문집 Vol.3 No.3

켐크리트 개질 아스팔트 혼합물은 산소와 고온의 온도조건에서 급속하게 경화된다. 켐크리트 개질 혼합물을 아스팔트 포장의 표층에 적용할 경우 이러한 과다한 경화로 인하여 조기 균열이 발생되기도 한다. 이러한 조기 균열의 발생을 완화하기 위하여 켐크리트 개질 혼합물을 아스팔트 포장의 기층에 적용하고 있다. 본 연구에서는 켐크리트 개질 아스팔트와 혼합물의 공용성을 규명하기 위하여 아스팔트 바인더에 대해 동적유동시험 및 처짐보유동시험 등을 실시하였고 혼합물에 대한 일축인장 피로 및 휠트래킹, 수분손상 시험 등을 실시하였다. 또한 현장에서 채취한 시편에 대해 회복탄성계수시험을 실시하여 일반 및 켐크리트 개질 혼합물의 강성을 비교분석하였다. 이상의 시험결과로부터 켐크리트 개질 혼합물은 일반 혼합물에 비해 소성변형에 대한 저항성이 크다는 것을 알 수 있었다. 그러나 켐크리트 혼합물이 추운지방에 사용될 경우 저온균열의 문제가 발생할 가능성이 있을 것으로 사료된다. 켐크리트 혼합물을 기층에 적용하여 2년 이상 경과한 경우 켐크리트 개질 혼합물은 일반 혼합물에 비해 강성이 약 50% 정도 증가됨을 알 수 있었다. The stiffness of chemcrete modified asphalt mixtures increase rapidly with time in the presence f oxygen and high temperature, Sometimes the asphalt pavements that have chemcrete modified asphalt mixture applied on the surface none show premature cracking because of the excessive increase in the stiffness f the asphalt mixtures. To mitigate this premature cracking, the chemcrete modified mixtures have been used as a base course material. In this study, the performance of the chemcrete modified asphalt binder and mixtures are investigated through a course of various laboratory tests including dynamic shear rheometer and bending beam rheometer tests for binders and uniaxial tensile fatigue, wheel tracking, and moisture damage tests for the mixtures. And also the resilient modulus of the conventional and chemcrete modified mixtures are compared based on the test results conducted on the specimens obtained from various in-situ test sections. It can be concluded from the tests results that the chemcrete modified mixtures show better rutting resistance than conventional mixtures. The chemcrete modified mixtures may have low temperature cracking when it is applied in the cold region. The stiffness of chemcrete modified mixtures is approximately 50 percent higher than that of conventional mixtures more than two years after the chemcrete modified mixture was applied in the base course.

LTPP Data를 이용한 콘크리트 포장의 미끄럼저항 저하 속도에 관한 연구

이승우(Lee Seung Woo),이석근(Rhee Suk Keun),전성재(Chon Sung Jae) 대한토목학회 2005 대한토목학회논문집 D Vol.25 No.1D

전단 반사균열 모사 실험방법 개발 및 적용성 연구

김광우,임성빈,도영수,이석근,Kim, Kwang-Woo,Yim, Sung-Bin,Doh, Young-Soo,Rhee, Suk-Keun 한국도로학회 1999 한국도로포장공학회 논문집 Vol.1 No.1

본 연구에서는 노후된 기존 콘크리트 포장위에 아스팔트 덧씌우기를 했을 때 윤하중으로 인하여 발생하는 전단 반사균열을 모사할 수 있는 실내 실험방법을 개발하였다. 또한 각 혼합물의 기본 특성시험을 토대로 본 연구에서 개발한 실험방법을 사용하여 각 혼합물의 전단 반사균열 저항 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 본 연구에서 개발한 실험방법을 사용하여 측정한 전단 반사균열 저항 특성이 재료 및 보강 효과의 차이를 적절히 보여 현장에서의 상황을 잘 모사할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 일부 혼합물에 대하여 기존 피로수명 예측모델을 이용하여 전단 파괴수명을 예측한 결과 높은 상관성을 보여 향후 포장의 수명을 상대적으로 예측하는 것이 가능할 것으로 기대된다. This study was conducted to develop a test system for evaluating resistance against reflection cracking in shear mode caused by wheel load in asphalt concrete overlaid on the deteriorated cement concrete pavement. Reflection cracking resistance of selected polymer modified asphalt(PMA) mixtures with and without reinforcement was evaluated using this test system. It was shown that the test results accounted for the effectiveness of materials and reinforcement characteristics in terms of the difference in the resistance against reflection cracking. A shear failure life of a certain mixture was estimated with a high coefficient of determination. when the test results were used in a well known prediction model. Therefore, it seemed to be possible to use this technique for predicting a relative service life of on overlay.

유황을 첨가한 아스팔트 혼합물의 물리적 거동 특성

양성린(Yang Sung Lin),이석근(Rhee Suk Keun),김부일(Kim booil),정규동(Jeong Gyu Dong) 대한토목학회 2007 대한토목학회 학술대회 Vol.2007 No.10

Laboratory Performance Evaluation of Recycled Asphalt Binders with Differing Rejuvenators

김영민,임정혁,황성도,정규동,이석근,Kim, Yeong Min,Im, Jeong Hyuk,Hwang, Sung Do,Jeong, Kyu Dong,Rhee, Suk Keun Korean Society of Road Engineers 2015 한국도로학회논문집 Vol.17 No.6

PURPOSES : The objective of this study is to investigate the properties of recycled asphalt binders with five different rejuvenators, in order to evaluate the applicability of the recycled asphalt binders compared with the original asphalt binder. METHODS : In order to simulate recycled asphalt binders, fresh asphalt binders are aged by various Superpave aging procedures, such as the rolling thin-film oven (RTFO) and the pressure aging vessel (PAV). Then, selected rejuvenators are added to the aged asphalt binders in the amount of 5%, 10%, and 15%. The asphalt binder properties are evaluated by the dynamic shear rheometer (DSR), the rotational viscometer (RV), and the bending beam rheometer (BBR). In this study, AP-5 (penetration grade 60-80, PG 64-16) asphalt binder is used. A total of five types of rejuvenators are employed. RESULTS AND CONCLUSIONS : When considering aged asphalt without a new asphalt binder, it seems that the percentage of rejuvenator used in Korea is a bit too low, and that it fails to possess the characteristics of the original binder. From the current practice of evaluating the properties of recycled binder based on penetration ratio only, the amount of rejuvenator required is similar for the long-term-aged binder, but is excessive for the longest-term aged binder, causing deterioration of workability and stiffness of the recycled binder.

간접인장시험을 이용한 아스팔트 혼합물의 실내 수분손상 특성 평가

황성도(Hwang Sung Do),이석근(Rhee Suk Keun) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.2D

Moisture damage of asphalt pavements can usually occur because of the loss of adhesion and cohesion between the asphalt binder and aggregate in the asphalt mixture due to presence of water. And this is one of the causes that is effect on the main distress of asphalt pavement. The objective of this study is to find out moisture damage characteristics of asphalt pavement. Effects of this study changes of the material properties and resistance characteristics of moisture damage on the asphalt mixtures under various temperatures and repeated immersion using indirect tensile test and modify Lottman test were evaluated during this study. The asphalt mixtures were produced using straight asphalt binder, SBS modified asphalt binder and aggregates. The material properties (resilient modulus, indirect tensile strength, failure energy and DCSE<SUB>f</SUB>) of the asphalt mixtures were generally decreased with increasing to moisture damage caused by the number of repeated immersion. The decrease ratios of material properties by repeated immersion on SBS modified asphalt mixtures were lower than those of straight asphalt mixtures at all three test temperatures. As a conclusion, current criterion for evaluation moisture damage of asphalt mixtures is difficult for using distinction standard because of the limited evaluation criterion with one time immersion and single material property. Based on this research, to evaluate long term moisture damage on asphalt mixtures, material property tests of various kinds with repeated immersion test are considered. 아스팔트 포장에서 발생하는 수분손상은 우수 등에 의한 수분 침투로 아스팔트 혼합물 내의 접착력과 점착력이 손상되면서 발생하는 현상으로서, 아스팔트 포장의 주요 파손에 영향을 미치는 원인의 하나로 알려져 있다. 본 연구에서는 아스팔트 포장에서 발생하는 수분손상을 아스팔트 혼합물의 실내 물성 특성으로 규명하고자, 기존의 간접인장시험과 수정 라트만 시험방법을 이용하여 국내의 일반 및 SBS 개질 아스팔트 혼합물에 대해 반복 수침 및 다양한 온도 영역에서 아스팔트 혼합물의 물성 변화와 수분 저항성 특성을 평가하였다. 이를 통해 아스팔트 혼합물의 물성(회복탄성계수, 간접인장강도, 파괴에너지, 크리프 변형에너지) 변화가 반복적인 수침에 따른 수분손상과는 높은 상관성을 나타내었으며, 수침 횟수별로 다른 감소 경향을 나타내는 결과를 도출하였다. 그리고 재료 종류별로는 반복 수침에 따른 시험 물성값의 손실률은 모든 온도 영역에서 SBS 개질 아스팔트 혼합물이 일반 아스팔트 혼합물에 비해 낮은 경향을 나타내는 것으로 분석되었다. 결론적으로, 현행 아스팔트 혼합물의 수분손상 특성을 평가하는 방법은 단기적인 수침 조건과 단일 시험 물성에 의해 평가됨으로서 변별력 있는 기준으로 사용하는데 한계가 있는 것으로 판단된다. 이에 아스팔트 혼합물의 장기적인 수분손상 특성 및 변별력 있는 재료 물성의 평가를 위해서는 반복적인 수침 조건과 함께 다양한 물성 기준의 적용이 고려되어야 할 것으로 판단된다.