1. 서 론
2. 실내다짐실험
2.1 지반재료와 토목섬유
2.2 실험조건 및 종류
2.3 실험방법
2.4 실내다짐실험 결과
2.5 실내다짐실험 결과 분석
3. 현장다짐실험
3.1 지반재료 및 다짐장비
3.2 현장다짐실험 조건 및 종류
3.3 전압회수 산정
3.4 현장다짐실험 결과
3.5 현장다짐실험 결과 분석
4. 유한요소해석
4.1 개념적 모델
4.2 유한요소해석의 개요
4.3 유한요소해석 결과 및 분석
5. 결 론
1. 서 론
최근 토목 공사현장에서 발생하는 여러 가지 지반 공학적 문제들을 해결하기 위해 토목섬유를 많이 사용한다. 초기의 토목섬유는 노상과 포장층의 분리(separation)의 역할을 하기 위해 사용되었으나, 현재에는 필터(filtration)의 기능 및 보강(reinforcement)의 역할 등 다양한 기능과 역할로 사용된다. 특히, 지반의 보강 역할을 위해 사용되는 토목섬유는 지반강도를 증대시키고, 다른 공법에 비해 비용이 저렴하고 시공성이 우수한 장점 등으로 각종 건설공사현장에서 많이 사용되고 있다. 일반적으로 토목섬유로 보강하여 다짐을 하게 되면 흙입자의 구조가 조밀화 되어, 성토재료의 전단강도가 증가하게 되고 투수성은 낮아지게 되며 같은 다짐에너지로 다짐을 하더라도 더 큰 에너지로 다졌을 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다(Hong et al., 2018). 그리고 토목섬유를 수평으로 포설하여 다짐을 실시할 경우 수평으로 보강된 층은 기초지반의 지지력을 증가시켜 축조되는 상부구조물의 안정성이 향상되고 지반파괴를 방지하며, 상부구조물의 하중을 분산시켜 성토된 지반의 수평 및 수직 변위, 부등침하 등을 감소시킨다. 또한, 다양한 시공 조건에서 사용되어 토목섬유에 의한 지반 보강효과를 얻을 수 있다. Cho et al.(2017)은 보강토 옹벽에서 토목섬유 보강으로 인한 수평변위가 감소함을 확인하였고, Hong and Lee(2010)는 성토지지말뚝에서의 토목섬유의 보강으로 인한 말뚝의 효율이 증가함을 검증하였으며, Hong et al.(2013)은 토목섬유로 보강된 철도 노반의 반복하중에 대한 하중지지력이 무보강 시와 비교하여 크게 증가함을 확인하였다.
성토공사 시 사용되는 성토재료는 투수성이 좋고 다짐이 양호한 사질토에 국한되는 경우가 많다(Christopher and Berg, 1990; Tatsuoka et al., 1996). 하지만 이러한 양질의 성토재료는 현장에서 즉시 입수가 곤란하고, 성토재료의 확보를 위한 추가적인 비용이 발생한다. 그리고 양질의 성토재료로 적합하지 않은 흙의 경우에는 성토 후 구조물의 안정성과 강성을 확보하기에 어려움이 있다(Hong et al., 2018). 특히, 고함수비의 흙은 다짐 시 가할 수 있는 다짐에너지가 제한되어 효율적인 다짐에 어려움이 있다. 이러한 고함수비의 범위는 흙의 성질이나 상태에 따라 각각 다르게 나타나며, 다짐에너지가 증가하더라도 흙의 밀도와 강도 특성은 증가하지 않고 오히려 강도가 저하되는 과다짐 현상(Im, 2016)이 발생한다.
일반적으로 다짐 시 함수비가 높아짐에 따라, 다짐에 의해 흙이 짓이겨져 작용되는 다짐 하중이 제한되고, 과다짐 현상의 발생으로 인해 유효한 다짐의 어려움이 있다. 그래서 현재까지 대부분의 연구는 최적함수비에 가까운 상태이거나 다짐이 가능한 상태의 함수비에서 토목섬유를 보강하고 실내실험이나 모형실험 등을 실시하여 지지력 및 건조밀도의 증가 효과를 분석하였다(Hong et al., 2013; Im et al., 1999; Park, 2014; Shin et al., 2000). 또한 실제 현장에서의 다짐은 다짐도 확보를 위해 건조된 상태의 지반재료를 최적함수비에 가까운 상태로 가수(加水)하여 실시하고 있으며, 함수비가 높을 경우에는 지반재료를 건조 시켜 다짐을 실시하기 때문에 이로 인한 시간적, 공간적 비용이 소요된다.
따라서 본 연구에서는 고함수비 상태 흙에서의 토목섬유 보강으로 인한 다짐효과를 확인하고자 실내다짐실험, 현장다짐실험, 수치해석을 실시하였다. 실내다짐실험에서는 토목섬유의 보강 유𐤟무와 다짐몰드의 크기를 다르게 하여 고함수비 구간에서의 건조밀도 변화를 분석하였다. 그리고 현장다짐실험에서는 최적함수비 보다 높은 함수비 구간의 성토재료에 토목섬유의 보강 조건을 다르게 하여 다짐을 실시하고, 이에 따른 건조밀도 변화를 비교･분석하여 토목섬유 보강에 의한 다짐효과를 확인하였다. 또한, 토목섬유의 보강으로 인한 지반 내에서의 토목섬유와 토사층의 거동에 대한 개념적 모델을 설명하고, 수치해석의 방법으로 검증하였다.
2. 실내다짐실험
2.1 지반재료와 토목섬유
2.1.1 지반재료
실내다짐실험에 사용된 지반재료는 울산 OO 건설공사의 현장발생토를 사용하였다. 지반재료는 Table 1과 같이 0.075mm 체 통과량이 50% 미만으로 조립토이고, 4.75mm 체 통과량은 50% 이상으로 모래(S)에 해당되며, 액성한계(LL)는 38.30%, 소성지수(PI)는 5.53으로 Casagrande(1948)의 소성도표에 의해 저소성실트(ML)로 구분된다. 따라서 통일분류법(USCS)에 의해 지반재료는 실트질모래(SM)로 분류된다. Fig. 1은 지반재료의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.
Table 1. Physical properties of soil (KS F 2324, 2016)
2.1.2 토목섬유
실내다짐실험에 사용된 토목섬유는 PET매트(Polyester mat)를 사용하였다. PET매트는 지오텍스타일의 한 종류로 분리, 보강, 배수, 여과 등의 기능이 있고 연약지반에서 모래층과 원지반토의 분리, 인장강도에 의한 장비의 주행성 향상, 지반의 지내력 보강 등의 용도로 모래와 같은 잔골재와 함께 주로 사용된다(Hong et al., 2018). Table 2는 본 연구에서 사용된 PET매트의 물성값을 정리한 것이다. PET매트의 조직은 경𐤟위사를 직각으로 교차된 형태이고, 직물의 밀도는 경𐤟위사 방향으로 인치당 19∼21개 이며, 사용된 섬유의 종류는 폴리에스테르, 두께는 약 0.5mm이다. 그리고 인장신도는 20%, 인장강도는 100kN/m이고, 봉합강도는 50kN/m이다.
Table 2. Physical properties of PET-mat
| Fiber type | Product type | Elongation (%) | Tensile strength (kN/m) | Seam strength (kN/m) |
| Polyester | Woven geotextile | 20 | 100 | 50 |
2.2 실험조건 및 종류
Table 3은 실험종류별 조건을 정리한 것이다. 실험은 Fig. 2(a), (c)와 같이 PET매트를 포설하지 않은 무보강 상태에서 몰드의 직경(D) × 높이(h)가 150mm × 125mm인 D다짐실험과 직경(D) × 높이(h)가 265mm × 125mm인 대구경 몰드의 다짐실험을 각각 실시하고, 각 다짐층별로 Fig. 2(b), (d)와 같이 1층, 2층, 3층, 4층에 토목섬유를 각각 포설하였다. 다짐하중이 작용하는 몰드 면적에 대한 래머(D = 50mm)의 면적비는 D다짐실험에서 0.33이고, 대구경 몰드 다짐실험에서는 0.19이다. 여기서, 래머의 면적과 몰드의 높이가 동일할 경우, 래머의 면적비가 감소하게 되면 몰드의 부피는 커지므로 다짐체에 작용하는 다짐에너지는 동일한 래머의 무게, 낙하고, 다짐층수, 다짐회수로 다짐하였을 때 보다 감소하고, 이로 인해 건조밀도는 감소하게 된다. 또한 다짐도와 전단강도 역시 감소하게 된다.
Table 3. The type and conditions of D Proctor compaction test and large mold compaction test
| Contents | No. of geosynthetic layers | Diameter of mold (mm) | Area ratio of rammer (relative to mold area) |
| D-NR | - | 150 | 0.33 |
| D-PM-4 | 4 | ||
| L-NR | - | 265 | 0.19 |
| L-PM-4 | 4 |
토목섬유의 크기는 D다짐실험에서 직경 D=150mm, 대구경 몰드 다짐실험에서 직경 D=265mm로 몰드 내부의 직경의 크기와 동일하게 제작하였다.
2.3 실험방법
실험방법은 먼저, 현장에서 채취한 흙을 공기 중에서 건조하고, 건조된 흙에 가수(加水)하여 함수비를 조절하였으며, 일정 시간 방치하여 함수비가 전체적으로 일정하게 되도록 하였다. D다짐실험은 KS F 2312(2016)의 다짐실험 방법에 의해 실시하였고, 대구경 몰드를 이용한 다짐실험은 D다짐실험과 동일한 다짐에너지를 작용시키기 위해 식 (1)을 이용하여 층당 다짐회수를 산정하였다. 여기서, Ec=다짐에너지(kNm/m3), W=래머의 무게(kN), H= 래머의 낙하고(m), Nd=다짐층수, Nh=층당 다짐회수, Vm=몰드의 부피 (m3)이다. Table 4와 같이 식 (1)을 이용하여 산정된 층당 다짐회수는 약 172회이다. 실험은 각각 3회씩 실시되었고 토목섬유는 각 층의 다짐이 종료된 후 포설하였다. 함수비는 실험 종료 후 시료추출기를 이용하여 다짐체 전체를 추출하였고, 추출된 다짐체의 높이를 기준으로 상･중･하 세 부분으로 나누어, 코어 부분의 시료를 채취하고 건조하여 그 결과를 평균하였다.
| $$E_c=\frac{W\cdot h\cdot N_d\cdot N_h}{V_m}kN\;m/m^3$$ | (1) |
Table 4. Results of compaction energy of D Proctor compaction test and large mold compaction test
2.4 실내다짐실험 결과
Table 5는 D다짐실험과 대구경 몰드 다짐실험의 토목섬유 보강 유𐤟무에 따른 최적함수비와 최대건조밀도 결과를 정리한 것이다. Fig. 3(a)는 실험종류별 각각 3회씩 다짐한 결과이고, 이 결과를 평균하여 Fig. 3(b)와 같이 다짐곡선으로 나타내었다. 결과를 보면, 다짐곡선의 형태는 토목섬유를 보강함으로써 최적함수비는 감소하고, 최대건조밀도는 증가하는 경향을 나타내었다.
Table 5. Results of D Proctor compaction test and large mold compaction test
| Contents | Optimum moisture content, wopt (%) | Maximum dry density, 𝛾dmax (g/cm3) |
| D-NR | 10.5 | 1.789 |
| D-PM-4 | 8.2 | 1.874 |
| L-NR | 10.9 | 1.786 |
| L-PM-4 | 8.2 | 1.878 |
2.5 실내다짐실험 결과 분석
2.5.1 토목섬유 보강 유𐤟무에 따른 건조밀도 변화
Table 6은 토목섬유를 보강하지 않은 무보강(D-NR)일 때와 토목섬유를 4층 보강(D-PM-4)하였을 때의 함수비에 따른 건조밀도 결과를 정리한 것이다. 결과를 보면, 무보강 시의 최적함수비인 10.5% 보다 낮은 함수비 구간인 6.0∼ 8.2%일 때의 건조밀도는 토목섬유를 보강함으로써 약 6.8∼ 7.8% 증가하여 다짐에 효과적이다. 그러나 함수비가 최적함수비 보다 높은 15∼20%의 함수비 구간에서는 건조밀도가 약 0.5∼0.6%만 증가하여 토목섬유를 보강하더라도 그 효과는 크지 않았다. 이는 높은 함수비로 인한 과다짐 현상의 발생으로 효과적인 다짐이 되지 않았고, D다짐실험에서는 다짐 몰드 면적에 대한 래머의 면적비가 0.33으로 크기 때문에 지반의 구속효과에 대한 영향이 적기 때문인 것으로 판단된다.
Table 6. The results of D Proctor compaction test with geosynthetics
2.5.2 고함수비 구간의 몰드 직경에 따른 건조밀도 변화
Table 7은 무보강일 때의 최적함수비 보다 높은 함수비 구간인 15.0∼20.0%에서의 몰드 직경에 따른 건조밀도를 정리한 것이다. 그 결과 D다짐실험에서는 건조밀도가 0.5∼0.6% 증가하였지만, 대구경 몰드를 이용한 다짐실험에서는 건조밀도가 2.4∼3.7% 증가하였다. 하중 작용면에 비해 측면지반의 면적이 충분히 넓을 경우, 함수비가 높은 구간에서도 토목섬유 보강으로 인한 구속효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 실내다짐실험 결과로부터 실제 현장에서의 함수비가 높은 지반재료의 토목섬유 보강으로 인한 거동을 비교𐤟분석하고자 현장다짐실험을 실시하였다.
Table 7. The results of Proctor test compaction tests using geosynthetics at high water contents
3. 현장다짐실험
3.1 지반재료 및 다짐장비
3.1.1 지반재료
본 연구의 현장다짐실험에 사용된 지반재료는 실내다짐실험과 동일한 현장 발생토를 사용하였다. 현장 원지반의 지층분포는 Table 8과 같고, 현장다짐실험이 실시된 지층인 0m∼15.2m의 구간은 매립층으로 N치는 5/30∼28/30(회/cm)이며, 토질상태는 자갈섞인 실트질 모래이다. 현장다짐실험에 사용된 지반재료의 평균 함수비는 15.31%로 실내다짐실험에서의 최적함수비 10.5% 보다 약 4.8% 높다. 현장다짐실험에 사용된 토목섬유는 실내다짐실험과 동일한 토목섬유인 PET매트를 사용하였고 Fig. 4와 같이 포설하였다.
Table 8. Distribution of natural ground (field compaction test)
3.1.2 다짐장비
현장다짐실험에 사용된 다짐장비는 Fig. 5와 같다. 다짐장비의 전체 중량은 11ton이고, 롤러의 폭(L)은 2.0m이며, 접지면(B)의 폭은 0.55m이다. 여기서, 다짐장비의 접지 폭은 지반조건인 흙의 종류, 함수비 상태 등에 따라 다르게 나타난다. 따라서 현장다짐실험의 지반조건이 함수비가 높은 양질의 토사임을 감안하고, 설계 시 적용한 값(B)인 0.4∼0.7m과 현장 실측에 의한 값을 참고하여 평균값인 0.55m를 적용하였다.
3.2 현장다짐실험 조건 및 종류
고함수비의 현장 발생토에서 토목섬유의 보강에 따른 효과를 분석하기 위해 총 6가지의 현장다짐실험을 실시하였고, 조건 및 종류는 Table 9와 같다. 여기서, 토목섬유 보강으로 인한 건조밀도의 변화를 확인하기 위해 Fig. 6과 같이 PET매트의 설치 위치를 하부(PM-1(l)), 중간(PM-1(m)), 상부(PM-1(u))의 각 하나의 층에만 포설한 경우와 1층(PM-1(l)), 2층(PM-2), 3층(PM-3)으로 보강층수를 증가시킨 경우의 현장다짐실험을 하였다. 그리고 층다짐 후의 건조밀도를 확인하고자 모래치환법에 의한 현장들밀도시험(KS F 2311, 2016)을 실시하였다. 현장들밀도시험은 1층, 2층, 3층의 각 층의 다짐이 종료된 후 실시하였다.
Table 9. Condition and type of field compaction tests according to reinforcement of geosynthetics
3.3 전압회수 산정
효율적인 전압회수를 산정하기 위해 2회, 4회, 8회, 12회, 16회의 전압을 실시하고, 그 결과를 Fig. 7과 같이 전압회수에 따른 건조밀도의 변화로 나타내었다. 지반재료의 평균 함수비 15.42%일 때 가장 효율적인 전압회수는 12회로 산정되었고, 건조밀도는 1.825g/cm3이다.
3.4 현장다짐실험 결과
층다짐에 의한 심도별 건조밀도 결과를 Fig. 8과 같이 ‘전압면으로부터의 심도(z/B)’와 건조밀도의 관계로 나타내었다. 여기서, ‘전압면으로부터의 심도(z/B)’는 층다짐 종료 후의 들밀도시험이 실시되는 위치의 심도에 대한 다짐장비의 접지 폭을 의미한다. 결과를 보면, 토목섬유를 보강함으로 인해 건조밀도는 증가하는 경향을 나타내었다.
3.5 현장다짐실험 결과 분석
3.5.1 토목섬유의 보강층수에 따른 건조밀도 변화
토목섬유의 보강층수에 따른 거동을 분석하기 위해 PET매트의 보강층수를 1층(PM-1(l)), 2층(PM-2), 3층(PM-3)으로 보강하고 현장다짐실험을 실시하였으며, 결과를 Table 10과 같이 정리하였다. 그 결과, PET매트의 보강층수가 증가함에 따라 건조밀도는 평균 0.9%, 5.1%, 6.2% 각각 증가하였고, 2층(PM-2)만 보강하더라도 건조밀도는 크게 증가하였다. 따라서 고함수비 상태의 흙을 층다짐 할 경우 토목섬유를 ‘전압면으로부터 심도(z/B)’가 ‘0.54’, ‘1.07’인 위치에 각각 보강하고 다짐을 하면 효율적인 다짐이 가능하다.
Table 10. Condition and type of field compaction test according to reinforcement of PET-mat
3.5.2 토목섬유의 보강 위치에 따른 건조밀도의 변화
토목섬유의 보강 위치에 따른 건조밀도를 분석하기 위해 성토체를 심도에 따라 3개의 층으로 나누어 ‘전압면으로부터 심도(z/B)’가 ‘0.28’, ‘0.81’, ‘1.43’인 위치에 PET매트를 하나의 층에만 각각 보강하여 현장다짐실험을 실시하였다. 그 결과를 Table 11과 같이 정리하였다. 결과를 보면, 토목섬유의 보강위치(z/B)가 각각 ‘0.28’, ‘0.81’, ‘1.43’일 때 건조밀도는 1.9%, 1.7%, 1.2% 증가하여 전압면으로부터의 심도(z/B)가 ‘0.28’인 성토체 직하에 토목섬유를 설치하고 다짐을 하는 것이 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
Table 11. Condition and type of field compaction test according to reinforcement of PET-mat
4. 유한요소해석
4.1 개념적 모델
Kim et al.(2018)은 단일지반재료로 구성된 지층에 토목섬유를 1층 포설한 토사층의 수평 및 수직저항에 대한 토목섬유와 토사층의 거동에 대한 개념적 모델을 단순화하여 Fig. 9와 같이 나타내었다. 일반적으로 다짐에 의해 발생하는 수평 및 수직방향의 변형은 토사층의 밀도를 증가시키고, 다짐에 의한 하중이 작용하면 흙 입자는 수평 바깥 및 수직 아래 방향으로 이동하게 되며, 이로 인해 토사층의 수평 및 수직방향으로의 거동이 발생한다. 하지만 토목섬유를 설치함으로써 토목섬유에 의한 구속효과로 토사층의 측방구속을 증대시켜 토사층의 수평 및 수직 방향의 이동 역시 억제된다. 따라서 토목섬유에 의해 수평 및 수직방향의 거동이 억제됨으로써 다짐에너지는 동일한 부피의 흙에 집중되어 조밀해지고, 토사층 전체에 균일하게 작용하여 건조밀도는 증가한다.
4.2 유한요소해석의 개요
앞서 제시된 토목섬유와 토사층의 거동에 대한 개념적 모델을 분석하고 검증하고자 수치해석을 실시하였다. 수치해석은 수치해석의 방법 중 가장 범용적으로 사용되는 유한요소법(FEM, finite element method)을 사용하였으며, 사용된 프로그램은 Plaxis 2D이다.
4.2.1 해석지반
본 해석에 사용된 Plaxis 2D 프로그램을 이용하여 x축 - y축 방향으로 좌표를 입력하여 2차원 요소망을 작성하였다. 여기서, x축 방향은 지반의 수평방향이고, y축 방향은 심도이다. 그리고 모델링은 Mohr-Coulomb model을 사용하여 지반은 Geometry 요소, 하중은 Distributed load 요소, 토목섬유는 Geogrid 요소를 사용하였다. 또한, 경계조건은 해석하고자 하는 Geometry 하부에서의 변형은 발생하지 않는 것으로 가정하여 모델링에서 제외시키기 위해 수평𐤟수직 방향을 모두 구속(full fixity)하였고, Geometry 양 측면에서는 수평 방향만의 변형을 구속(roller condition; ux=0, uy=free)하였다.
4.2.2 해석과정
토목섬유의 보강 유･무와 보강층수에 따른 지반내의 거동을 유한요소해석 하는 과정은 Fig. 10과 같이 2단계로 나뉘어 진다. 1단계는 초기 응력분포해석 단계, 2단계는 하중재하의 순서로 해석을 실시하였다.
4.2.3 설계정수
현장다짐실험의 유한요소해석에 지반정수를 산정하기 위해 직접전단시험과 일축압축시험을 실시하였다. 시험은 현장다짐실험의 무보강 상태일 때의 함수비 14.99%, 습윤단위중량 20.80kN/m3일 때의 시료를 재성형하여 직접전단시험과 일축압축시험을 실시하였다. 그 결과, 현장다짐실험의 유한요소해석에 적용된 지반정수는 Table 12와 같다. 그리고 토목섬유는 PET매트의 인장강도 값인 100kN/m을 적용하였다.
Table 12. Soil applied the finite element analysis method (Mohr-Coulomb model)
|
Unit weight, 𝛾t (kN/m3) |
Water content, w (%) |
Modulus of deformation, Es(kN/m2) |
Poisson's ratio, v |
Cohesion, c(kN/m3) |
Internal friction angle, 𝛷 (°) |
| 20.80 | 14.99 | 16,572 | 0.33 | 19.2 | 22.7 |
4.3 유한요소해석 결과 및 분석
4.3.1 토목섬유의 보강 유𐤟무에 따른 거동
현장다짐실험의 무보강인 경우와 토목섬유를 3층 보강한 경우의 깊이에 따른 수평 및 수직변위의 유한요소해석 결과를 Fig. 11과 같이 나타내었다. 결과를 보면, 토목섬유를 보강함으로써 토사층의 수평 및 수직변위는 감소하는 경향을 나타내었고, 특히, 토목섬유가 포설된 위치에서 토사층의 수평변위는 크게 감소하는 것으로 분석되어 토목섬유 보강으로 인한 구속효과가 발생하였다. 따라서 토목섬유가 다짐에 의한 지반내의 토사층의 수평 및 수직방향의 거동을 억제함으로써 다짐에너지는 동일한 부피의 흙에 집중되고, 토사층 전체에 균일하게 작용하여 흙은 더 조밀해져 건조밀도가 증가할 것이다.
4.3.2 토목섬유의 보강층수에 따른 거동
토목섬유를 1층, 2층, 3층으로 보강한 경우의 깊이에 따른 수평 및 수직변위 결과를 Fig. 12와 같이 나타내었다. 그 결과, 토목섬유의 보강층수가 증가함에 따라 수평 및 수직변위는 감소하여, 토목섬유의 보강층수가 증가할수록 구속효과 역시 증가하여 변위를 감소시키는데 더 효과적이다.
4.3.3 토목섬유의 보강 유𐤟무에 따른 거동
토목섬유를 보강위치를 각각 ‘0.28’, ‘0.81’, ‘1.43’의 위치에 보강한 경우의 깊이에 따른 수평 및 수직변위 결과를 Fig. 13과 같이 나타내었다. 그 결과, ‘0.28’의 위치에 토목섬유를 보강하였을 때 최대수평변위는 가장 작게 발생하는 것으로 분석되어, 현장다짐실험과 마찬가지로 성토체의 다짐면으로부터 가까운 위치에 토목섬유를 보강하는 것이 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
5. 결 론
본 연구에서는 토목섬유를 보강한 고함수비 흙에서의 구속효과를 확인하기 위해서 실내다짐실험, 현장다짐실험, 수치해석이 실시되었다. 결론은 다음과 같다.
(1) 실내다짐실험에서 토목섬유를 보강하고 D다짐실험을 실시한 결과, 최적함수비는 감소하고 최대건조밀도는 증가하였으며, 다짐에너지를 증가시켜 다짐한 다짐곡선의 거동과 유사한 경향을 나타내는 것으로 분석되어 토목섬유를 보강함으로써 다짐에너지가 증가하는 효과가 있다.
(2) 실내다짐실험에서 최적함수비 10.5% 보다 높은 함수비 구간인 15.0∼20.0%에서의 건조밀도는, D다짐실험에서는 0.5∼0.6% 증가하였지만, 대구경 몰드를 이용하여 다짐을 실시한 실험에서는 2.4∼3.7%가 증가하는 것으로 분석되어 하중 작용면에 비해 측면지반의 면적이 충분히 넓을 경우, 높은 함수비 구간에서도 토목섬유 보강으로 인한 구속효과가 발생하였다.
(3) 현장다짐실험에서 토목섬유의 보강층수에 따른 거동을 분석하기 위해 PET매트의 보강층수를 1층, 2층, 3층으로 보강하고 다짐을 실시한 결과, PET매트의 보강층수가 증가함에 따라 건조밀도는 평균 0.9%, 5.1%, 6.2% 각각 증가하여 2층만 보강하더라도 건조밀도는 크게 증가하였으며, 2층 이후 점차 수렴하는 경향을 나타내었다.
(4) 현장다짐실험에서 토목섬유의 최적의 보강 위치를 선정하기 위해 ‘전압면으로부터 심도(z/B)’를 다르게 하여 다짐을 실시한 결과, ‘전압면으로부터의 심도(z/B)’가 ‘0.28’인 성토체 직하에 토목섬유를 설치하고 다짐을 하는 것이 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
(5) 토목섬유와 토사층의 거동에 대한 개념적 모델을 분석𐤟검증하고자 수치해석을 실시하였다. 그 결과, 토목섬유의 보강으로 인한 구속효과가 발생하여 지반내 토사층의 수평 방향 거동은 억제되었고, 다짐에너지는 동일한 부피의 흙에 집중되고 토사층 전체에 균일하게 작용하였다. 이에 따라 흙은 더 조밀해져 건조밀도가 증가하는 것으로 분석되었다.
(6) 수치해석 결과, 토목섬유의 보강층수가 증가함에 따라 변위 억제효과 역시 증가하였고, 보강위치별 변위는 성토체의 다짐면으로부터 가까운 심도(z/B)인 ‘0.28’에 토목섬유를 보강하였을 때 가장 작게 발생하였다.
