권태혁 교수는 '에너지와 지속가능성 문제‘에 대한 지반공학적 솔루션을 개발하는 것입니다. 에너지 지반공학과 지속가능한 지반공학의 다학제적 연구를 수행함으로써 (1) 친환경/지속가능한 지반 개량 공법과 (2) 기후변화와 자연재해에 대한 도시방재시스템 기술의 개발을 위해, 지반공학 관련 기초적인 지식을 생산 및 실용적인 공학적 솔루션을 제공하고자 합니다. 현 사회의 지속가능성 증대와 스마트 도시로의 변화에 대한 미래도시 수요에 맞춰 미생물을 이용한 친환경/저비용 지반개량기술을 개발 및 산사태 방재기술 개발 연구에 관심이 있습니다. - 친환경 생물학적 지반보강 - 탄소중립을 위한 에너지 지반공학 기술 - 재난 대응을 위한 지반구조물의 스마트 센싱

□ 친환경 생물학적 지반보강

친환경적인 지반개량기술에 대한 사회적 수요에 맞추어, 지반공학과 바이오기술을 융합한 바이오-지반공학기술 분야의 연구를 선도하고 있습니다. 기존 지반공학 분야에서 널리 사용되고 있는 보강재료는 시멘트이지만, 시멘트를 제조하는 과정에서 발생하는 이산화탄소로 인해 새로운 대체 보강재료가 필요한 상황입니다. 권태혁 교수 연구팀에서는 흙 속의 미생물을 이용한 친환경/저비용 지반개량기술 개발을 수행 중이며 우수한 연구성과를 이루고 있습니다.

토양미생물과 젖산균 미생물 종을 이용한 지반개량기술은 사질토의 투수율 저감과 침식저항성 증진에 높은 효율성을 보이는 것을 증명하였습니다. 젖산균인 Leuconostoc종의 발효기작을 자극함으로써 흙 내부에서 생성된 바이오폴리머(Biopolymer)가 흙의 공극을 막아 지반 보강에 기여한 것입니다. 이러한 메커니즘을 pH, 수압, 사질토입자크기 등의 영향에 따라 근본적인 이론을 제시하였으며, 이를 탄성파를 이용하여 모니터링하는 방법도 규명하였습니다. 또한 미생물을 이용하여 탄산칼슘을 고결하는 방법인 MICP(Microbial Induced Calcite Precipitation)의 연구도 수행하고 있습니다. 탄산칼슘은 자연계에 가장 많이 존재하는 염의 종류로 고강도 재료로 사용되는 물질입니다. 미생물의 효소 작용을 통하여 요소를 분해하여 칼슘 이온과 반응을 하면 탄산칼슘이 생성되는데, 이러한 방법이 흙의 강도 증진 및 투수율 저감에 효율적인 것을 확인하였으며, 흙 내부에서 탄산칼슘이 침전되는 메커니즘도 밝혀냈습니다. 이를 통해 시멘트의 대체재로서 친환경적이고 지속가능한 지반개량 재료로 미생물을 활용할 수 있을 것입니다.

 

□ 재난 대응을 위한 지반구조물의 스마트 센싱

지반공학분야는 원위치(in situ)에서 공학적 처리를 하는 학문으로 구조물의 안정성을 확인하기 위해서 현장 주변에 계측 센서들을 설치하고 데이터를 수집하여 현장 지반의 상태를 파악해야 합니다. 이와 관련하여 권태혁 교수와 GELA연구팀은 드론(Drone), 비파괴 검사 등을 활용한 연구를 수행하고 있습니다.

최근 급격한 기후변화와 집중호우로 인해, 전세계적으로 대규모 산사태와 토석류로 인한 피해가 증가하고 있으며, 이를 예방하기 위해 차세대 로보틱스 기술들을 산사태 및 토석류 연구 분야에 접목하여 드론-사진측량 기술을 적용하였습니다. 위성영상 기반 및 UAV-LiDAR을 활용하여 산사태 취약 지역을 감지하는 기술을 개발하였으며, 이는 산사태 위험지역의 효율적 관리와 효과적인 방재기술 구축을 통한 선제적 대응 및 대비로 활용이 가능할 것 같습니다.

또한 탄성파를 활용하여 구조물의 기초를 파악하는 연구도 수행하고 있습니다. 이는 송전 철탑 파손사고 발생 및 풍하중 설계기준 변경에 따라 보강공사가 필요한 송전철탑 기초의 경우, 노후 철탑기초의 제원을 확보하는데 활용될 수 있으며, 초고층/복하빌딩의 기초가 손상되었을 경우 손상 발생 위치를 추정하는 데에 적용될 수 있습니다.

[그림 좌부터] 미생물 생성 바이오폴리머, 미생물에 의한 투수율 감소, MICP로 인한 공극 내 탄산칼슘 고결

   

[그림 좌부터] UAV-LiDAR 기반 지형 조사, 탄성파를 이용한 기초 제원 파악 및 손상 발생 위치 추정 기법