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Application of Temperature-compensated Resistivity Probe in the Field

온도보상형 전기저항 프로브의 현장 적용성 평가

  • 정순혁 (대림산업(주) 기술개발원, 고려대학교) ;
  • 윤형구 (고려대학교 건축사회환경공학부) ;
  • 이종섭 (고려대학교 건축사회환경공학부)
  • Received : 2010.12.17
  • Accepted : 2011.05.28
  • Published : 2011.08.31

Abstract

The practical use of the electrical resistivity, which can makes the acquirement of the high resolution data in specific area, is increased in order to obtain a reasonable data for a ground investigation. The objective of this study is development of TRPF(Temperature-compensated Resistivity Probe for Field test), and an application in the field test for obtaining a reliable electrical resistivity value about considering the temperature effects. Temperature sensor is attached at 15mm, 30mm, 90mm below from the cone tip in consideration with the results of temperature transient process of cone probe and safety, and the angle of cone tip is $60^{\circ}$ for geometrical reason and minimizing the disturbance during the penetration test. Diameter of the cone probe is equally 35.7mm and penetration rate is 2 cm/sec for a comparison with standard cones such as CPT and SPT, and others. The temperature change is instantly observed around $4^{\circ}C$ when touching the ground, and the comparing results among the other cones indicates that the temperature compensation should be conducted in the ground survey using the electrical resistivity. This study shows that the necessity of temperature effects compensation during penetration test through the development and field verification of TRPF (Temperature-compensated Resistivity Probe for Field test).

최근 신뢰성 높은 지반조사를 실시하기 위하여 국부적인 영역에서 해상도 높은 데이터의 획득이 가능한 전기비저항의 활용이 증가하고 있다. 본 연구의 목적은 온도 효과를 고려하여 보다 신뢰성 높은 전기비저항 값의 획득을 위한 현장용 온도 보상형 전기비저항 프로브의 개발 및 현장 적용성 평가이다. 프로브에 삽입된 온도센서는 온도전이 실험결과와 실험시 안정성 등을 고려하여 선단부로부터 15mm, 30mm, 그리고 90mm 지점에 부착하였고, 프로브 관입시 지반의 교란과 기하학적 형상을 고려하여 콘 형태로 제작하였으며 선단부의 각도는 $60^{\circ}$로 결정하였다. 현장실험에 사용되는 표준 콘과의 비교를 위하여 직경은 표준 콘과 동일한 35.7mm로 제작하였으며, 관입 속도도 동일하게 20mm/sec로 적용하였다. 관입 실험 시, 콘이 지반에 관입 되는 순간 약 $4^{\circ}C$의 온도 변화를 관찰하였으며 이를 보정하여 표준 콘에서 획득한 값과 비교하면 전기비저항을 이용한 지반조사시 반드시 온도에 대한 영향을 고려해야 함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 현장용 온도보상형 전기비저항 프로브의 개발 및 현장검증을 통하여 관입 실험 시 온도 보정이 반드시 필요함을 보여준다.

Keywords

References

  1. 김래현, 이종섭, 안신환, 이우진(2010) FBG센서를 이용한 콘 선단저항력의 온도영향 보상, 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 25, No. 10, pp. 31-40.
  2. 김영진(2003) 온도변화에 따른 동결토의 전기비저항과 초음파속도 실험연구. 한국지반환경공학회 학술발표회, 한국지반공학회, pp. 135-142
  3. 김용성, 김재진, 박준범(2008) 전기저항센서가 부착된 주상실험기에서 측정된 전기저항값을 이용한 용질의 이동해석. 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제28권 제4C호, pp. 231-238.
  4. 김준한, 윤형구, 정순혁, 이종섭(2009a) 4전극 전기비저항 탐사장비의 개발 및 검증, 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제29권 제3C호, pp. 127-136.
  5. 김준한, 윤형구, 최용규, 이종섭(2009b) 전기비저항 콘 프로브를 이용한 해안 연약지반의 간극률 평가, 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 25, No. 2, pp. 45-54.
  6. 오명학, 이기호, 박준범(2004) 함수비와 간극수 오염이 불포화 사질토의 전기비저항에 미치는 영향, 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제24권 제1C호, pp. 27-34.
  7. 윤형구, 이창호, 김준한, 이종섭(2009) 미소변형 전단파 속도를 고려한 선행압밀하중 산정, 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, Vol. 26, No. 5, pp. 5-16.
  8. 정순혁, 윤형구, 이종섭(2011) 온도보상형 전기비저항 프로브 - 개발 및 적용, 한국지반환경공학회 논문집, 한국지반환경공학회, 제12권 제1호, pp. 51-60.
  9. ASTM Standard D5578-95. (2000) Standard Test Method for Performing electronic Friction Cone and Piezo Penetration Testing of soils, Annual Book of ASTM Standards, ASTM International, West Conshohocken, PA.
  10. Archie, G. E. (1942) The electrical resistance log as an aid in determining some reservoir characteristics, Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Vol. 146, pp. 54-62.
  11. Bemben, S. M. and Myers, H. J. (1974) The Influence of Rate of Penetration on Static Cone Resistance in Connecticut River Valley Varved Clay, Proceedings of the European Symposium on Penetration Testing, Stockholm, Vol. 2, No. 2, pp. 33-34.
  12. Buteau, S., Fortier, R and Allard, M. (2005) Rate-controlled Cone Penetration Tests in Permafrost, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 42, pp. 184-197. https://doi.org/10.1139/t04-093
  13. Campanella, R. G. and Weemees, I. (1990) Development and Use of an Electrical Resistivity Cone for Groundwater Contamination Studies, Candian Geotehnical Journal, Vol. 27, pp. 557-567. https://doi.org/10.1139/t90-071
  14. Campanella, R. G. and Kokan, M. J. (1993) A new approach to measuring dilatancy in saturated sands, Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 16, No. 4, pp. 485-495. https://doi.org/10.1520/GTJ10288J
  15. Cho, G. C., Lee, J. S. and Santamarina, J. C. (2004) Spatial Variability in Soils: High Resolution Assessment with Electrical Needle Probe, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 130, No. 8, pp. 843-850. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:8(843)
  16. De Lima, D. C. and Tumay, M. T. (1991) Scale Effects in Cone Penetration Tests, Proceedings of the Geotechnical Engineering Congress 1991, ASCE, Boulder, Colorado, Vol. 1, pp. 38-51.
  17. Ferreira, M. P. and Negrao, J. H. (2006) Effects of spatial variability of earthquake ground motion in cable-stayed bridges, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 23, No. 3, pp. 233-247. https://doi.org/10.12989/sem.2006.23.3.233
  18. Griffiths, D. V. and Fenton, G. A. (2001) Bearing Capacity of Spatially Random Soil: the Undrained Clay Prandtl Problem Revisited, Geotechnique, Vol. 51, No. 4, pp. 351-359. https://doi.org/10.1680/geot.2001.51.4.351
  19. Hulbert, M. H., Bennett, R. H., and Lambert, D. N. (1982) Seabed geotechnical parameters from electrical conductivity measurements, Geo-Marine Letters, Vol. 2, pp. 219-222. https://doi.org/10.1007/BF02462767
  20. ISSMFE. (1989) International Reference Test Procedure for Cone Penetration Test(CPT), Report of the ISSMFE Technical Committee on Penetration Testing of Soils-TC16, with Reference to Test Procedures, Swedishi Geotechnical Institute, Linkoping Information, pp. 6-16.
  21. Jackson, P. D., Taylor-Smith, D. and Stanford, P. N. (1978) Resistivity-porosity-shape relationships for marine sands, Geophysics, Vol. 43, No. 6, pp. 1250-1268. https://doi.org/10.1190/1.1440891
  22. Kwon, T. H. and Cho, G. C. (2005) Smart geophysical characterization of particulate materials in a laboratory, Smart Structures and Systems, Vol. 1, No. 2, pp. 217-233. https://doi.org/10.12989/sss.2005.1.2.217
  23. Kim, J. H., Yoon, H. K. and Lee, J. S. (2010a) Void ratio estimation of seashore soft soils by electrical resistivity cone probe, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE (Accepted).
  24. Kim, R., Lee, W., Yoon, H. K., and Lee, J. S. (2010b) Temperature compensated Cone Penetrometers by using Fiber Optical Sensors, Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 33, No. 3, pp. 1-10.
  25. Luune, T., Eidsmoen, T., Gillespie, D. and Howland, J. D. (1986) Laboratory and field evaluation of cone penetrometers, Proceedings of the ASCE Specialty Conference In Situ '86: Use of In Situ Testes in Geotechnical Engineering, Blacksburg, pp. 714-729.
  26. Lunne, T., Robertson, P. K. and Powell, J. J. M. (1997) Cone penetration testing in geotechnical practice, Blakie Academic, Great Britain, London, pp. 1-7.
  27. Lee, J. S. and Santamarina, J. C. (2007) Seismic monitoring shortduration events - liquefaction in 1g models, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 44, No. 6, pp. 659-672. https://doi.org/10.1139/t07-020
  28. Lee, W., Shin, D. S., Yoon, H. K. and Lee, J. S. (2009) Micro-cone penetrometer for tip resistance and layer detection, Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 32, No. 4, pp. 358-364.
  29. Paice, G. M., Griffiths, D. V. and Fenton G. A. (1996) Finite Element Modeling of Settlements on Spatially Random soil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 122, No. 9, pp. 777-779. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1996)122:9(777)
  30. Post, M. L. and Nebbeling, H. (1995) Uncertainties in Cone Penetration Testing, Proceedings of the International Symposium on Cone Penetration Testing, CPT '95, Linkoping, Sweden, Vol. 2, pp. 73-78.
  31. Swedish Geotechnical Society (1992) Recommended Standard for Cone Penetration Tests, Report 1:93 E.
  32. Santamarina, J. C., Klein, K. A. and Fam, M. A. (2001) Soils and Waves - Particulate Materials Behavior, Characterization and Process Monitoring, Wiley, New York, pp. 393.
  33. Zeitoun, D. G. and Baker, R. (1992) A stochastic approach for settlement predictions of shallow foundations, Geotechnique, Vol. 42, No. 4, pp. 617-629. https://doi.org/10.1680/geot.1992.42.4.617
  34. Zuidberg, H. M., Hoope, J. ten and Geise, J. M. (1988) Advances in in-situ measurements, Proceedings of the 2nd International Symposium on Field Measurements in Geomechnics, Kobe, pp. 279-291.