HWD 처짐량과 PCI를 적용한 보수공법 결정 Decision Criteria for Maintenance and Rehabilitation Concrete Pavement with Heavy Weight Deflectometer and Pavement Condition Index원문보기
우리나라 공항은 군항공기와 더불어 민간 항공기 운항의 증가와 공항포장의 노후화로 인하여 포장 유지보수에 투입되는 비용이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 공항포장의 효과적인 관리를 위해 공군에서 사용하고 있는 현재의 유지관리시스템은 조사, 분석, 평가 과정이 어느 정도 체계화되어 있지만 마지막 단계인 보수 공법 결정 논리 부분은 명확한 기준이 없어 다소 주관적인 요소가 개입될 수 있다. HWD(Heavy Weight Deflectometor)를 이용한 비파괴 시험를 통해 구조적 지지력을 나타내는 처짐량을 조사하고 육안조사를 실시하여 PCI를 조사하여 포장 상태와 잔존 수명을 파악하고 있지만 보수가 필요할 경우 어떤 공법을 적용하여야 하는지는 체계화되어 있지 않기 때문이다. 포장 유지관리시스템(...
우리나라 공항은 군항공기와 더불어 민간 항공기 운항의 증가와 공항포장의 노후화로 인하여 포장 유지보수에 투입되는 비용이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 공항포장의 효과적인 관리를 위해 공군에서 사용하고 있는 현재의 유지관리시스템은 조사, 분석, 평가 과정이 어느 정도 체계화되어 있지만 마지막 단계인 보수 공법 결정 논리 부분은 명확한 기준이 없어 다소 주관적인 요소가 개입될 수 있다. HWD(Heavy Weight Deflectometor)를 이용한 비파괴 시험를 통해 구조적 지지력을 나타내는 처짐량을 조사하고 육안조사를 실시하여 PCI를 조사하여 포장 상태와 잔존 수명을 파악하고 있지만 보수가 필요할 경우 어떤 공법을 적용하여야 하는지는 체계화되어 있지 않기 때문이다. 포장 유지관리시스템(PMS : Pavement Management System)을 효과적으로 운영하기 위해서는 포장상태 조사, 평가. 예측, 우선 순위 결정, 공법 결정 등 일련의 과정을 객관적이고 합리적으로 수행함으로서 예산 절감과 최적의 포장상태를 유지할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이들 과정 중 현재 논리적으로 취약하고 실질적으로 가장 중요한 부분인 보수 공법 결정의 기준을 개발하고자 한다. 이를 위하여 처짐량 값을 반영한 구조해석결과로부터 얻어진 강도대비 응력 비율을 기초로 SI(Structure Index) 라는 지수를 개발하여 슬래브의 구조적 능력을 분류하였고 PCI 값과 조합하여 결정논리를 구현하였다. 다음으로 슬래브의 부분 보수와 재포장의 두가지로 양분되어 있는 공항 포장의 보수 공법에 공항관리자의 입장에서 선택이 가능한 다른 공법을 도입할 수 있는 다양성을 추구하고자 하였다. 이는 궁극적으로 공항에서 사용하는 공항의 유지관리 예산을 절감할 수 있는 기회가 되리라 사료된다. 본 연구는 현재 포장 상태와 잔존 수명 결정에만 국한되어 있는 공군의 포장 조사 업무 성과를 폭넓게 적용할 수 있는 기틀을 마련하고자 이루어졌다. 기존에 포장 조사한 결과를 토대로 포장에 문제가 발생하여 보수가 필요할 경우 사용할 수 있는 공법 적용 기준을 제시함으로써 보다 합리적이고 객관적인 의사결정의 토대를 제공했다는 데 큰 의미가 있다. 또한 일반적으로 공항 포장의 경우 PCI 값만으로 유지보수 공법을 결정하는데 반해 구조적 지지력을 나타내는 처짐량까지도 고려하여 역학적으로 개념에서 보다 합리적인 의사결정이 가능하다. 조사된 처짐량 및 처짐곡선과 역산된 탄성계수와는 각 층별 탄성계수와 처짐곡선 종류에 따라 상관관계가 크게 차이가 나타났다. 포장 상부(슬래브)와 포장 전체의 특성 나타내는 최대처짐량과 역산된 슬래브층의 탄성계수와 상관관계가 높지는 않았지만 어느 정도 상관성이 있는 것으로 나타났고, 역산된 노상 탄성계수와 노상 상부의 특성을 나타내는 BCI간의 상관관계도 비교적 크게 나타났다. 그러나 국내공항의 포장은 보조기층 이하는 자료 미비 등으로 파악하기 어려워 슬래브층의 탄성계수를 주요 변수로 구조해석을 수행하였다. SI(Structure Index)라는 HWD의 역산 탄성계수와 슬래브 두께에 의하여 결정되는 지수를 도입하여 공항 포장의 콘크리트 슬래브가 가지는 강성을 정량화하였다. 여기서 슬래브 두께에 의하여 강성을 정량화하는 과정에서는 신뢰성을 높이기 위하여 3차원 유한요소 해석기법을 적용하여 구조해석을 수행하였다. SI 지수와 기존에 사용하는 공항 포장의 평가 기준인 PCI를 동시에 고려하여 포장의 보수공법을 선정할 경우, 포장의 파손 상태뿐만 아니라 구조적 강성을 동시에 고려하는 선정이므로 기존의 방법에 비하여 더 객관적이라 이야기할 수 있다. 국내 공항의 경우 현재까지는 균열 및 줄눈 씰링, 슬래브 부분 보수, 슬래브 전면 보수와 같은 소규모 사후 보수공법을 주로 적용하였다. 이와 같은 보수를 반복하다가 PCI가 떨어지고, HWD의 지지력이 취약해지는 시점에서 전면 재포장의 방법을 사용하여 포장을 유지관리 해왔다. 이와 같은 전통적인 방법은, 활주로를 복수로 확장하는 공사가 빈번하게 발생하던 과거에는 신규 활주로 건설 이후에 기존 활주로 재포장이 가능했기에 적합한 보수방법 이었다. 그러나, 신규 활주로 건설의 필요성이 없어진 공항의 경우에는 장기적인 포장의 유지관리를 위하여 새로운 방법을 찾아야할 필요가 있다. 본 논문에서 제안하는 바와 같이 다이아몬드 그라인딩 등 새로운 예방적 유지관리 공법을 적용하여 표면조직의 손상, 미끄럼저항성저하, 단차 발생과 같은 문제는 극복이 가능하다. 그리고 원위치파쇄공법, 조강콘크리트를 사용한 부분 재포장과 같은 공법을 슬래브의 파손이 심한 일부구간에 사용할 경우 전면적인 재포장 없이 단기간의 보수로 활주로의 성능을 유지할 수 있다. 이와 같은 방법은 재포장이 실시되는 기간을 최대한 지연시킴으로서 국가의 방위력 차질을 최소화하면서 보수비용을 절감할 수 있는 방법이라 사료된다. 수십 년 동안 백여 개의 공항에서 축적된 자료를 이용하여 개발된 해외 알고리즘에 비해 본 연구에 적용된 자료의 양은 상당히 적기 때문에 그대로 적용하기에는 다소 신뢰성 측면에서 무리가 있으나, 현재 주관적인 관점에 의해 공법이 결정되는 방식에 비해 참고할 수 있는 기준이 개발되었다는 점에서 활용도가 클 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서 제시된 공법 기준이 적용되었을 경우 실제 어느 정도 효과가 있는지 정확히 검증하기 위해서는 추적 조사 등의 향후 연구 과업이 지속적으로 진행되어야 한다. 추적 조사에 따라 데이터가 축적되면 Feed-back 분석에 의해 기준에 대한 보정이 가능하며, 보다 신뢰도 높은 논리 기준이 정립될 수 있을 것으로 판단된다.
우리나라 공항은 군항공기와 더불어 민간 항공기 운항의 증가와 공항포장의 노후화로 인하여 포장 유지보수에 투입되는 비용이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 공항포장의 효과적인 관리를 위해 공군에서 사용하고 있는 현재의 유지관리시스템은 조사, 분석, 평가 과정이 어느 정도 체계화되어 있지만 마지막 단계인 보수 공법 결정 논리 부분은 명확한 기준이 없어 다소 주관적인 요소가 개입될 수 있다. HWD(Heavy Weight Deflectometor)를 이용한 비파괴 시험를 통해 구조적 지지력을 나타내는 처짐량을 조사하고 육안조사를 실시하여 PCI를 조사하여 포장 상태와 잔존 수명을 파악하고 있지만 보수가 필요할 경우 어떤 공법을 적용하여야 하는지는 체계화되어 있지 않기 때문이다. 포장 유지관리시스템(PMS : Pavement Management System)을 효과적으로 운영하기 위해서는 포장상태 조사, 평가. 예측, 우선 순위 결정, 공법 결정 등 일련의 과정을 객관적이고 합리적으로 수행함으로서 예산 절감과 최적의 포장상태를 유지할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이들 과정 중 현재 논리적으로 취약하고 실질적으로 가장 중요한 부분인 보수 공법 결정의 기준을 개발하고자 한다. 이를 위하여 처짐량 값을 반영한 구조해석결과로부터 얻어진 강도대비 응력 비율을 기초로 SI(Structure Index) 라는 지수를 개발하여 슬래브의 구조적 능력을 분류하였고 PCI 값과 조합하여 결정논리를 구현하였다. 다음으로 슬래브의 부분 보수와 재포장의 두가지로 양분되어 있는 공항 포장의 보수 공법에 공항관리자의 입장에서 선택이 가능한 다른 공법을 도입할 수 있는 다양성을 추구하고자 하였다. 이는 궁극적으로 공항에서 사용하는 공항의 유지관리 예산을 절감할 수 있는 기회가 되리라 사료된다. 본 연구는 현재 포장 상태와 잔존 수명 결정에만 국한되어 있는 공군의 포장 조사 업무 성과를 폭넓게 적용할 수 있는 기틀을 마련하고자 이루어졌다. 기존에 포장 조사한 결과를 토대로 포장에 문제가 발생하여 보수가 필요할 경우 사용할 수 있는 공법 적용 기준을 제시함으로써 보다 합리적이고 객관적인 의사결정의 토대를 제공했다는 데 큰 의미가 있다. 또한 일반적으로 공항 포장의 경우 PCI 값만으로 유지보수 공법을 결정하는데 반해 구조적 지지력을 나타내는 처짐량까지도 고려하여 역학적으로 개념에서 보다 합리적인 의사결정이 가능하다. 조사된 처짐량 및 처짐곡선과 역산된 탄성계수와는 각 층별 탄성계수와 처짐곡선 종류에 따라 상관관계가 크게 차이가 나타났다. 포장 상부(슬래브)와 포장 전체의 특성 나타내는 최대처짐량과 역산된 슬래브층의 탄성계수와 상관관계가 높지는 않았지만 어느 정도 상관성이 있는 것으로 나타났고, 역산된 노상 탄성계수와 노상 상부의 특성을 나타내는 BCI간의 상관관계도 비교적 크게 나타났다. 그러나 국내공항의 포장은 보조기층 이하는 자료 미비 등으로 파악하기 어려워 슬래브층의 탄성계수를 주요 변수로 구조해석을 수행하였다. SI(Structure Index)라는 HWD의 역산 탄성계수와 슬래브 두께에 의하여 결정되는 지수를 도입하여 공항 포장의 콘크리트 슬래브가 가지는 강성을 정량화하였다. 여기서 슬래브 두께에 의하여 강성을 정량화하는 과정에서는 신뢰성을 높이기 위하여 3차원 유한요소 해석기법을 적용하여 구조해석을 수행하였다. SI 지수와 기존에 사용하는 공항 포장의 평가 기준인 PCI를 동시에 고려하여 포장의 보수공법을 선정할 경우, 포장의 파손 상태뿐만 아니라 구조적 강성을 동시에 고려하는 선정이므로 기존의 방법에 비하여 더 객관적이라 이야기할 수 있다. 국내 공항의 경우 현재까지는 균열 및 줄눈 씰링, 슬래브 부분 보수, 슬래브 전면 보수와 같은 소규모 사후 보수공법을 주로 적용하였다. 이와 같은 보수를 반복하다가 PCI가 떨어지고, HWD의 지지력이 취약해지는 시점에서 전면 재포장의 방법을 사용하여 포장을 유지관리 해왔다. 이와 같은 전통적인 방법은, 활주로를 복수로 확장하는 공사가 빈번하게 발생하던 과거에는 신규 활주로 건설 이후에 기존 활주로 재포장이 가능했기에 적합한 보수방법 이었다. 그러나, 신규 활주로 건설의 필요성이 없어진 공항의 경우에는 장기적인 포장의 유지관리를 위하여 새로운 방법을 찾아야할 필요가 있다. 본 논문에서 제안하는 바와 같이 다이아몬드 그라인딩 등 새로운 예방적 유지관리 공법을 적용하여 표면조직의 손상, 미끄럼저항성저하, 단차 발생과 같은 문제는 극복이 가능하다. 그리고 원위치파쇄공법, 조강콘크리트를 사용한 부분 재포장과 같은 공법을 슬래브의 파손이 심한 일부구간에 사용할 경우 전면적인 재포장 없이 단기간의 보수로 활주로의 성능을 유지할 수 있다. 이와 같은 방법은 재포장이 실시되는 기간을 최대한 지연시킴으로서 국가의 방위력 차질을 최소화하면서 보수비용을 절감할 수 있는 방법이라 사료된다. 수십 년 동안 백여 개의 공항에서 축적된 자료를 이용하여 개발된 해외 알고리즘에 비해 본 연구에 적용된 자료의 양은 상당히 적기 때문에 그대로 적용하기에는 다소 신뢰성 측면에서 무리가 있으나, 현재 주관적인 관점에 의해 공법이 결정되는 방식에 비해 참고할 수 있는 기준이 개발되었다는 점에서 활용도가 클 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서 제시된 공법 기준이 적용되었을 경우 실제 어느 정도 효과가 있는지 정확히 검증하기 위해서는 추적 조사 등의 향후 연구 과업이 지속적으로 진행되어야 한다. 추적 조사에 따라 데이터가 축적되면 Feed-back 분석에 의해 기준에 대한 보정이 가능하며, 보다 신뢰도 높은 논리 기준이 정립될 수 있을 것으로 판단된다.
The maintenance budget for airport pavement has been gradually increased due to the aging airport pavement and the growth of civil and military air flights. The maintenance of airport pavement became more effective since the Korean Air Force had established the survey, analysis, and evaluation proce...
The maintenance budget for airport pavement has been gradually increased due to the aging airport pavement and the growth of civil and military air flights. The maintenance of airport pavement became more effective since the Korean Air Force had established the survey, analysis, and evaluation process for its airport pavement. Despite of well defined process, the final decision - selection of maintenance methods - can be influenced by engineers''s subjective opinion because it is not properly defined. As a matter of fact, the pavement condition and remaining service life are evaluated with the structural capacity test conducted by the HWD(Heavy Weight Deflectometor) and the PCI(Pavement Condition Index) determined by the pavement condition survey. However, the construction method selection criterion is not defined for possible pavement damage happened in airport pavement. This thesis is focus on widening the application of airport pavement management system by providing the construction method selection criterion with existing pavement condition. The selection criterion proposed in this thesis supports more reasonable and appropriate decision for airport pavement maintenance than existing condition. New decision logic incorporates the structural capacity of existing pavement represented by HWD deflection into maintenance method selection process. Existing maintenance method had been determined only by PCI that represents only the pavement surface distress in most of cases. The research process of this thesis has following orders; (1) the literature survey on existing criterion for maintenance method selection, (2) the investigation of relationship between HWD deflection and predicted elastic modulus of pavement, (3) the 3D finite element analysis to evaluate HWD load and corresponding deflection for various pavement conditions, (4) the development of SI(Structural Index) based upon the ratio between the strength and predicted stress in concrete slab, and (5) the development of maintenance method selection criterion using both PCI and SI representing the pavement surface distress and the structural capacity respectively. Maintenance methods discussed in this thesis provide more choice to military airport pavement engineers because they showed wide spectrum from preventive to corrective maintenance methods. For instance, the diamond grinding, one of the common preventive maintenance methods but never tried in Korea, can resolve the pavement surface damage, the loss of friction, and the faulting. The rubblization with asphalt overlay or the partial slab replacement with rapid setting concrete can take care the severe damaged pavement section without total reconstruction, therefore they can minimize the airport closure and the maintenance budget. New maintenance methods suggested in this thesis will upgrade airport pavement performance with the minimal loss of airpower The maintenance method criterion proposed in this thesis is based on limited resources available from Korean Air Force pavement survey team, therefore its reliability could be limited as a consequences. But we believe that new criterion provides reasonable logic that is much better than the subjective maintenance method selection conducted by engineers now. We like to suggest further research on verifying newly developed criterion by investigating the performance of pavement maintenance.
The maintenance budget for airport pavement has been gradually increased due to the aging airport pavement and the growth of civil and military air flights. The maintenance of airport pavement became more effective since the Korean Air Force had established the survey, analysis, and evaluation process for its airport pavement. Despite of well defined process, the final decision - selection of maintenance methods - can be influenced by engineers''s subjective opinion because it is not properly defined. As a matter of fact, the pavement condition and remaining service life are evaluated with the structural capacity test conducted by the HWD(Heavy Weight Deflectometor) and the PCI(Pavement Condition Index) determined by the pavement condition survey. However, the construction method selection criterion is not defined for possible pavement damage happened in airport pavement. This thesis is focus on widening the application of airport pavement management system by providing the construction method selection criterion with existing pavement condition. The selection criterion proposed in this thesis supports more reasonable and appropriate decision for airport pavement maintenance than existing condition. New decision logic incorporates the structural capacity of existing pavement represented by HWD deflection into maintenance method selection process. Existing maintenance method had been determined only by PCI that represents only the pavement surface distress in most of cases. The research process of this thesis has following orders; (1) the literature survey on existing criterion for maintenance method selection, (2) the investigation of relationship between HWD deflection and predicted elastic modulus of pavement, (3) the 3D finite element analysis to evaluate HWD load and corresponding deflection for various pavement conditions, (4) the development of SI(Structural Index) based upon the ratio between the strength and predicted stress in concrete slab, and (5) the development of maintenance method selection criterion using both PCI and SI representing the pavement surface distress and the structural capacity respectively. Maintenance methods discussed in this thesis provide more choice to military airport pavement engineers because they showed wide spectrum from preventive to corrective maintenance methods. For instance, the diamond grinding, one of the common preventive maintenance methods but never tried in Korea, can resolve the pavement surface damage, the loss of friction, and the faulting. The rubblization with asphalt overlay or the partial slab replacement with rapid setting concrete can take care the severe damaged pavement section without total reconstruction, therefore they can minimize the airport closure and the maintenance budget. New maintenance methods suggested in this thesis will upgrade airport pavement performance with the minimal loss of airpower The maintenance method criterion proposed in this thesis is based on limited resources available from Korean Air Force pavement survey team, therefore its reliability could be limited as a consequences. But we believe that new criterion provides reasonable logic that is much better than the subjective maintenance method selection conducted by engineers now. We like to suggest further research on verifying newly developed criterion by investigating the performance of pavement maintenance.
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