In this study, we conducted verification of key influencing factors during cone penetration testing using the developed Mini Cone Penetration Tester (Mini-CPT), and compared the experimental results with empirical formulas to validate the equipment. The Mini-CPT was designed to measure cone penetration resistance through a Strain Gauge, and the resistance values were calibrated using a Load Cell. Moreover, the influencing factors were verified using a model ground constituted in a soil box. The primary influencing factors examined were the boundary effect of the soil box, the distance between cone penetration points, and the cone penetration speed. For the verification of these factors, the experiment was conducted with the model ground having a relative density of 63.76% in the soil box. It was observed that the sidewall effect was considerably significant, and the cone penetration resistance measured at subsequent penetration points was higher due to the influence between penetration points. However, within the speed range considered, the effect of penetration speed was almost negligible. The measured cone penetration resistance was compared with predicted values obtained from literature research, and the results were found to be similar. It is anticipated that using the developed Mini-CPT for constructing model grounds in the laboratory will lead to more accurate geotechnical property data.
Changes in substructure conditions, such as ballast fouling and subgrade settlement may cause the railway quality deterioration, including the differential geometry of the rails. The objective of this study is to develop and apply a hybrid cone penetrometer (HCP) to characterize the railway substructure. The HCP consists of an outer rod and an inner mini cone, which can dynamically and statically penetrate the ballast and the subgrade, respectively. An accelerometer and four strain gauges are installed at the head of the outer rod and four strain gauges are attached at the tip of the inner mini cone. In the ballast, the outer rod provides a dynamic cone penetration index (DCPI) and the corrected DCPI (CDCPI) with the energy transferred into the rod head. Then, the inner mini cone is pushed to estimate the strength of the subgrade from the cone tip resistance. Laboratory application tests are performed on the specimen, which is prepared with gravel and sandy soil. In addition, the HCP is applied in the field and compared with the standard dynamic cone penetration test. The results from the laboratory and the field tests show that the cone tip resistance is inversely proportional to the CDCPI. Furthermore, in the subgrade, the HCP produces a high-resolution profile of the cone tip resistance and a profile of the CDCPI in the ballast. This study suggests that the dynamic and static penetration tests using the HCP may be useful for characterizing the railway substructure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1C
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pp.29-38
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2011
The smaller diameter cone penetrometer has been widely used to estimate the characteristics of local area due to high vertical resolution. The half-bridge cirucits have been adopted to measure the mechnical strength of soil through the smaller diameter cone penetrometer due to the limitation of the areas for configuring the full-bridge circuit. The half-bridge circuit, however, is known as being easily affected to the temperature variation. The objective of this study suggests the temperature-compensated method in mini-cones. The diameter and length of the mini-cone is designed to 15mm and 56mm. The load cell of the mini-cone is extended about 54mm on the behind of the mini-cone to reflect the only temperature variation. The full-bridge circuit is installed to measure the temperature-compensated values in the mini-cone and the half-bridge circuit is also organized to compare the temperature compensated values with uncompensated values. The seasonal variation tests are performed to define the effect of temperature variation under summer and winter temperature condition. The densification tests are also carried out to investigate temperature effects during penetration. The measured mechanical resistances with temperature-compensated method show more reliable and reasonable values than those measured by thermal uncompensated system. This study suggests that the temperature-compensated method of the mini-cone may be a useful technique to obtain the more reliable resistances with minimizing the temperature effect.
Kim, Ju-Han;Park, Jung-Hee;Yoon, Hyung-Koo;Koh, Tae-Hoon;Lee, Jong-Sub
Proceedings of the KSR Conference
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2011.10a
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pp.261-267
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2011
The test fit has commonly used for the evaluation of the railbed condition, and indirect methods by using the compressional wave are also studied. the direct evaluation method by penetration test has not been studied. For the measurement of in-situ cone tip resistance of the railbed with minimizing the disturbance of the upper railbed. the cone penetrometer with the helical type outer rod(CPH) was developed. The outer rod, which has helical screw, is penetrated through the gravel layer and provides the reaction force for cone penetration testing. the cone tip resistances are measured by the mini cone penetrometer, where diameter is 15mm. For the developing the mini cone, strain gauge installation, circuit configuration, penetration rates and calibration process are considered. For the easy penetration of the screw rod in the field, the reaction force stepping plate and guide column are arranged. The screw rod are penetrated through the gravel layer. And the mini cone was pushed into the subgrade railbed at the penetration rate of 1mm/sec. The penetration test shows that the cone tip resistance increases along the depth. In addition, the subgrade condition is evaluated. This study demonstrates that the CPH may be effectively used for the evaluation of subgrade method any damage of the gravel layer.
Objective: To identify the most favorable sites that optimize the initial stability and survival rate of orthodontic mini-implants, this study measured hard and soft tissue thicknesses in the median and paramedian regions of the palate using cone-beam computed tomography (CBCT) and determined possible sex- and age-related differences in these thicknesses. Methods: The study sample comprised CBCT images of 189 healthy subjects. The sample was divided into four groups according to age. A grid area was set for the measurement of hard and soft tissue thicknesses in the palate. Vertical lines were marked at intervals of 0, 1.5, and 3.0 mm lateral to the midpalatal suture, while horizontal lines were marked at 2-mm intervals up to 24 mm from the posterior margin of the incisive foramen. Measurements were made at 65 points of intersection between the horizontal and vertical lines. Results: The palatal hard tissue thickness decreased from the anterior to the posterior region, with a decrease in the medial-to-lateral direction in the middle and posterior regions. While the soft tissue was rather thick around the lateral aspects of the palatal arch, it formed a constant layer that was only 1-2-mm thick throughout the palate. Statistically significant differences were observed according to sex and age. Conclusions: The anterolateral palate as well as the midpalatal suture seem to be the most favorable sites for insertion of orthodontic mini-implants. The thickness of the palate differed by age and sex; these differences should be considered while planning the placement of orthodontic mini-implants.
Purpose: The objective of this study was to compare the outcomes of surgical mini-implant placement when potential mini-implant sites were scanned using a lower-dose $180^{\circ}$ acquisition protocol versus a conventional $360^{\circ}$ acquisition protocol. Materials and Methods: Ten dentate human skulls were used to provide sites for potential mini-implant placement. The sites were randomly divided into 2 groups: $360^{\circ}$ and $180^{\circ}$ cone-beam computed tomography (CBCT) acquisition protocols. A small-volume $180^{\circ}$ CBCT scan and a $360^{\circ}$ CBCT scan of each site were acquired using a Morita Accuitomo-170 CBCT machine and then a mini-implant was placed. A follow-up $360^{\circ}$ CBCT scan was done as a gold standard to evaluate the location of the mini-implant and root perforation. Two raters evaluated the scans. Results: Ninety-eight percent of the mini-implants placed did not perforate any root structure. Two percent of the sites had an appearance suggestive of perforation. On a Likert scale, both raters agreed that their subjective evaluation of the diagnostic quality of the protocols, ability to make and read measurements of the sites, and preferences for the specified diagnostic task were comparable. The Cohen kappa showed high inter-rater and intrarater agreement. Conclusion: In this ex vivo study, we found that the $180^{\circ}$ rotational acquisition was as effective as the conventional $360^{\circ}$ rotational acquisition for the preoperative evaluation of potential mini-implant sites.
Purpose : Cortical bone thickness is one of the important factor in mini-implant stability. This study was performed to investigate the buccal cortical bone thickness at every interdental area as an aid in planning mini-implant placement. Materials and Methods : Two-dimensional slices at every interdental area were selected from the cone-beam computed tomography scans of 20 patients in third decade. Buccal cortical bone thickness was measured at 2, 4, and 6 mm levels from the alveolar crest in the interdental bones of posterior regions of both jaws using the plot profile function of $Ez3D2009^{TM}$ (Vatech, Yongin, Korea). The results were analyzed using by Mann-Whitney test. Results : Buccal cortical bone was thicker in the mandible than in the maxilla. The thickness increased with further distance from the alveolar crest in the maxilla and with coming from the posterior to anterior region in the mandible (p<0.01). The maximum CT value showed an increasing tendency with further distance from the alveolar crest and with coming from posterior to anterior region in both jaws. Conclusion : Interdental buccal cortical bone thickness varied in both jaws, however our study showed a distinct tendency. We expect that these results could be helpful for the selection and preparation of mini-implant sites.
Purpose : To compare the CT numbers on 3 cone-beam CT (CBCT) images with those on multi-detector CT (MDCT) image using CT phantom and to develop linear regressive equations using CT numbers to material density for all the CT scanner each. Materials and Methods : Mini CT phantom comprised of five 1 inch thick cylindrical models with 1.125 inches diameter of materials with different densities (polyethylene, polystyrene, plastic water, nylon and acrylic) was used. It was scanned in 3 CBCTs (i-CAT, Alphard VEGA, Implagraphy SC) and 1 MDCT (Somatom Emotion). The images were saved as DICOM format and CT numbers were measured using OnDemand 3D. CT numbers obtained from CBCTs and MDCT images were compared and linear regression analysis was performed for the density, $\rho$ ($g/cm^3$), as the dependent variable in terms of the CT numbers obtained from CBCTs and MDCT images. Results : CT numbers on i-CAT and Implagraphy CBCT images were smaller than those on Somatom Emotion MDCT image (p<0.05). Linear relationship on a range of materials used for this study were $\rho$=0.001H+1.07 with $R^2$ value of 0.999 for Somatom Emotion, $\rho$=0.002H+1.09 with $R^2$ value of 0.991 for Alphard VEGA, $\rho$=0.001H+1.43 with $R^2$ value of 0.980 for i-CAT and $\rho$=0.001H+1.30 with $R^2$ value of 0.975 for Implagraphy. Conclusion: CT numbers on i-CAT and Implagraphy CBCT images were not same as those on Somatom Emotion MDCT image. The linear regressive equations to determine the density from the CT numbers with very high correlation coefficient were obtained on three CBCT and MDCT scan.
PURPOSES : In this paper, the analytical solutions suggested to simulate the behavior of rheological fluids were rigorously re-derived and investigated for fixed conditions to evaluate the applicability for the solutions on a mini-cone slump test of cement paste. The selected solutions with proper boundary conditions can be used as reference solutions to evaluate the performance of numerical simulation approaches, such as the discrete element method. METHODS : The slump, height, and spread radius for the given boundary and yield stress conditions that are determined by five different analytical solutions are compared. RESULTS : The analytical solution based on fluid mechanics for pure shear flow shows similar results to that for intermediate flow at low yield stresses. The fluid mechanics-based analytical solution resulted in a very similar trend to the geometry-based analytical solution. However, it showed a higher slump at high yield stress and lower slump at low yield stress ranges than the geometry-based analytical model. The analytical solution based on the mini-cone geometry was not significantly affected by the yield criteria, such as von Mises and Tresca. CONCLUSIONS : Even though differences among the analytical solutions in terms of slump and spread radius existed, the difference can be considered insignificant when the solutions were used as reference to evaluate the appropriateness of numerical approaches, such as the discrete element method.
The treatment of skeletal Class III malocclusion in adolescents is challenging. Maxillary protraction, particularly that using bone anchorage, has been proven to be an effective method for the stimulation of maxillary growth. However, the conventional procedure, which involves the surgical implantation of mini-plates, is traumatic and associated with a high risk. Three-dimensional (3D) digital technology offers the possibility of individualized treatment. Customized mini-plates can be designed according to the shape of the maxillary surface and the positions of the roots on cone-beam computed tomography scans; this reduces both the surgical risk and patient trauma. Here we report a case involving a 12-year-old adolescent girl with skeletal Class III malocclusion and midface deficiency that was treated in two phases. In phase 1, rapid maxillary expansion and protraction were performed using 3D-printed mini-plates for anchorage. The mini-plates exhibited better adaptation to the bone contour, and titanium screw implantation was safer because of the customized design. The orthopedic force applied to each mini-plate was approximately 400-500 g, and the plates remained stable during the maxillary protraction process, which exhibited efficacious orthopedic effects and significantly improved the facial profile and esthetics. In phase 2, fixed appliances were used for alignment and leveling of the maxillary and mandibular dentitions. The complete two-phase treatment lasted for 24 months. After 48 months of retention, the treatment outcomes remained stable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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