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문제 정의
- 본 연구는 현장시험구간을 바탕으로 다양한 영향 인자에 대한 중 . 신 .
- 2%가 분리되어 부착 정도가 불량한 것을 알 수 있다. 시공 당시 밀링 장비를 매끈한 것으로 하였는데 장비 선정의 문제로 판단되기고 한다. 또한, 비부착 상태라고 가정할 때는 포장의 두께가 얇고, 중앙부, 겨울철보다는 여름철에 그리고 모서리보다는 중앙부에 과대한 하부 인장응력을 유발하여 포장 파손에 더 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 신 . 콘 거동에 미치는 영향을 조사하였다.
- 신 . 콘* 포장의 거동 분석을 진행함으로서 UTW 설계법 개발의 기초 자료를 제공하고자 한다. 또한 교통하중 하에서 콘크리트 슬래브에 응력의 최대치가 발생하는 지점을 찾아내고, 콘크리트 슬래브 두께에 따른 거동 변화 그리고 여름철(8 월) 및 겨울철(11월) 두 차례에 걸친 정적하중재하 실험으로 부터 포장 온도가 중 .
제안 방법
- 두께에 따른 변형률 실측을 위해 차량 하중2.65ton 단축을 두께 50mm, 100mm, 150mm 구간에각각 재하하여 슬래브 내부에 매설된 스트레인 계측기를 이용하여 상 . 하부의 변형률을 측정하였다.
- 둘째, 슬래브 중앙부를 중심으로 25cm 간격으로 앞바퀴(①) 하중을 재하하여 하중재하위치에 따른 거동 분석을 위하여 그림 6과 같은 순서로 실험을 진행하였다.
- 하중재하 조건은 다음 그림 8과 같이 듀얼 타이어의 좌외측 앞부분 재하(좌-전), 듀얼 타이어의 중심부재하(좌-중), 듀얼 타이어의 우외측(좌-우)이다. 바퀴 재하 위치간 변형률을 알아보기 위하여 후륜의 앞 듀얼 타이어의 위치 (그림 5②, ③, ④)에 따른 변형률을 비교하였다. 그림 9는 두께 150마 구간에서 바퀴 위치를 변화시키며 실험한 결과로서 하중 재하 위치가 좌→중중우로 바뀔수록 중앙부 종 .
- 본 연구는 기존의 FEM 해석 결과와 HWLS를 이용한 실내실험결과를 토대로 현장에서 콘크리트 두께와 포장 온도 및 하중재하위치에 따른 중 . 신 .
- 본격적인 정적하중 재하실험에 앞서 후륜의 복 축을 사용하여 재하위치 별 변형율 특성을 살펴보았다. 하중재하 조건은 다음 그림 8과 같이 듀얼 타이어의 좌외측 앞부분 재하(좌-전), 듀얼 타이어의 중심부재하(좌-중), 듀얼 타이어의 우외측(좌-우)이다.
- 변형률 계측기는 Kyowa 제품의 PMFL-60-2LT 콘크리트 매립용 계측기를 사용하였다. 시공 후약 40 시간 그리고 3개월이 지난 시점에 정적하중재하 실험을 진행하였다. 계측기는 그림 2~그림 4와 같이 설치하였으며, 50mm구간에서는 콘크리트 두께가 얇은 관계로 콘크리트 상부의 계측기를 묻는데 어려움이 있어 콘크리트 하부에만 계측기를 설치하였다.
- 실험구간에서의 한계변형률의 위치를 찾기 위하여 차량의 전륜 단축으로 정적하중재하 실험을 하였다. 실험 시기는 중 .
- 65ton)의 하중을 재하했다. 이때 한계변형률이 발생하는 중앙부 및 줄눈부에서 하중재하위치가 슬래브 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 그림 16은두께 50mm 구간으로 하중 재하지점으로부터 50cm이상 떨어진 구간에는 종 .
- 정적하중재하 실험은 레미콘 차량의 적재 수량(水量)을 이용하여 하중 크기를 조절하며 진행하였다. 첫째, 콘크리트 두께에 따른 중 .
- 신 . 콘 거동을 평가하기 위한 공용성 평가 실험을 진행하였다. 단면은 그림 1과 같이 폭 3.
- 신 . 콘 두께별로 3번씩 측정하였으며, 가장 측정오차가 적게 나타난 100mm구간의 데이터를 가지고 최대 변형률 위치를 결정하였다. 그림 14은 정적하중재하 위치를 나타내고 있다.
- 신 . 콘 포장에서 변형률이 가장 민감하게 반응하는 여름에 실시하였다. 50mm, 100mm 그리고 150mm의 세 구간에서 중 .
- 신 . 콘의 거동분석을 위해 포장온도가 최고 25~27℃, 최저 23℃인 8 월과 최고온도 9~ 10℃, 최저온도 -4~-5℃인 11월두 차례에 걸쳐 실험이 진행되었다.
- 신 . 콘의 거동을 분석하였다. 변형률 계측기는 Kyowa 제품의 PMFL-60-2LT 콘크리트 매립용 계측기를 사용하였다.
- 콘 거동은 그림 5의 ①번 바퀴의 정적하중을 이용하여 각각의 콘크리트 슬래브 두께 구간에서 진행하였다. 타이어 형식별 거동을 비교하기 위해 바퀴 ②, ③, ④로 각 계측기 지점에 하중을 재하여 그 때의 변형률을 비교, 평가하였다. 포장 온도에 따른 중 .
- 하부에 각각 ibutton 매립하고, 2003년 하절기(8월)과 동절기(11월) 두 차례에 걸쳐 슬래브 상 . 하부와 대기 온도를 1시간 간격으로 측정하였다. 그림 7은 8월과 11 월 24시간동안 대기 온도와 포장온도 분포를 보여주고 있다.
- 65ton 단축을 두께 50mm, 100mm, 150mm 구간에각각 재하하여 슬래브 내부에 매설된 스트레인 계측기를 이용하여 상 . 하부의 변형률을 측정하였다.
- 하중재하 위치에 따른 거동을 살펴보기 위해 여름철(8월)에 슬래브 중앙부를 중심으로 좌, 우로 25cm 간격으로 그림 6에 보인 것과 같이 단축 (2.65ton)의 하중을 재하했다. 이때 한계변형률이 발생하는 중앙부 및 줄눈부에서 하중재하위치가 슬래브 거동에 미치는 영향을 평가하였다.
대상 데이터
- 6) 미네소타주 Mn ROAD의 주간 고속도로인 I - 95 인근 도로에서 1995년에 10개구간을 UTW를 시공하였는데, 1년 후인 1996년에 PCI (Pavement ConditionIndex) 를 측정한 결과 9개 구간이 86을 넘 어 공용성이 매우 우수하다고 보고되었다.4) 미시피시 주 볼톤의 1-20 인근 도로에 1996년 두께 102mm), 152mm, 203mm의 UTW를 시공하였다. 이후 1999년 4월에 모니터링 결과 두께 102mm 구간에서는 균열과 스폴링이 발생하였지만 그 이상의 두께에서는 좋은 공용성을 평가받았다.
이론/모형
- 콘의 거동을 분석하였다. 변형률 계측기는 Kyowa 제품의 PMFL-60-2LT 콘크리트 매립용 계측기를 사용하였다. 시공 후약 40 시간 그리고 3개월이 지난 시점에 정적하중재하 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 나타냈으며 (a)줄눈부에서는 슬래브 중앙으로 부터 (-) 방향으로 25, 50, 75cm 지점에서 줄눈 부에 하중이 재하되었을 때 발생하는 인장 변형률의 75,12, 5, 0%가 발생하였으며, ( + )방향으로는 62.5, 18.75, 0%의 변형이 발생하였다. (b)중앙부에서는 ㈠방향으로 47.
- 98%가 아스팔트로 포장되어 있다.1)아스팔트 포장의 주요 파손 원인인 러팅(rutting)과 피로균열 등으로 전체 파손의 약 75%가 영구변형 (permanent deformation) 형태로 되어 있다? 매년 막대한 비용이 아스팔트 포장 유지보수에 사용됨에 따라, 대안으로 UTW (Ultra-Thin Mhitetopping) 를 국내에 도입하는 기초연구가 다양하게 진행되어 왔다.3)
- 1. 정적하중재하실험 결과 미소한 차이이지만 슬래브의 줄눈부 횡방향과 중앙부 횡방향이 최대 변형률 발생 지점으로 나타났으나, 줄눈부 횡방향, 중앙부 횡방향, 길어깨부 종방향에서도 유사한 인장 변형률이 발생하였다. 따라서, 중 .
- 2. 콘크리트 두께가 50mm인 경우, 정적하중재하 실험결과 콘크리트 하부에서 발생하는 인장 변형률이 100, 150mm에 비해 급격하게 증가하므로, 중차량 교통량이 많거나 기존 아스팔트 포장이 약하다고 판단될 때에는 10cm이상의 콘크리트 두께가 필요할 것으로 판단된다.
- 3. 포장온도가 25~27℃인 8월과 9~ 10℃인 11월의 정적하중재하실험 결과 35~55%에 해당하는 인장변형률이 감소하였다. 온도가 하강함에 따라 아스팔트 강성이 증가하여 중 .
- 화이버 (Fiber)로 보강한 콘크리트를 사용하였으며 5년동안 이 구간을 모니터링하여 우수한 공용성을 보인 것으로 조사되었다.6) 미네소타주 Mn ROAD의 주간 고속도로인 I - 95 인근 도로에서 1995년에 10개구간을 UTW를 시공하였는데, 1년 후인 1996년에 PCI (Pavement ConditionIndex) 를 측정한 결과 9개 구간이 86을 넘 어 공용성이 매우 우수하다고 보고되었다.4) 미시피시 주 볼톤의 1-20 인근 도로에 1996년 두께 102mm), 152mm, 203mm의 UTW를 시공하였다.
- 중앙부에서도 슬래브 중앙으로부터 (-)방향으로 25, 50, 75cm 떨어진 지점에하중을 재하됐을 때 슬래브 중앙부에 하중을 재하 하였을 때 발생하는 인장 변형률의 55, 25, 10% 변형이 발생하였고, ( + )방향으로는 45, 15, 5%의 변형이 발생하였다. 따라서 재하 위치(줄눈부, 중앙부) 와 관계없이 종방향의 경우 75cm, 횡방향의 경우에는 50cm일 때 하중 영향이 거의 없음을 알 수 있었다. 150- 구간에서는 그림 18과 같은 거동을 보여주었다.
- 대기 온도가 10 ℃, 2UC, 32℃으로 증가함에 따라 변형률은 18, 40, 78micron으로 선형적 증가를 보였다. 또한, 하중재하에 의한 영향권을 분석한 결과 재하지점으로 부터 약 25.4cm가 지남에 따라 인장 변형률이 60~80%까지 급격히 감소함을 알 수 있었다.6)
- 전반적으로 대기온도에 슬래브 온도가 1~2시간 늦게 상승 , 감소함을 알 수 있다. 본 시험에서 계절별 최고 T는 하절기에 슬래브 두께가 10cm인 구간에서 2.5℃, 15cm 구간에서는 4 ℃, 동절기에 각각 3℃, 5℃로 겨울철이 여름철보다 약 23% 이상 높게 나타났다. 두께에 따라 10cm보다 15cm에서 z\T가 0.
- 슬래브 중앙에서보다 모서리에 바퀴 주행 경로가 위치할 경우 슬래브 전체 거동에 미치는 영향이 더 크다는 것을 알 수 있다. 이 결과는 미국 미네소타 주의 공용성 평가 결과 공용 중인 도로에서 발생한 균열 중 82%가 모서리 균열이었다는 연구결과와 일치한다. 따라서, 중 · 신 - 콘 포장에서의 줄눈 간격 설정시 차량 주행 경로를 고려하여 설계에 반영되어야 할 것으로 판단된다.
- 4%~92%가 콘크리트 슬래브 하부에서 발생하는 것을 알 수 있다. 이 결과로 슬래브 중앙으로부터 25cm 떨어진 지점에 하중이 재하될때 슬래브 중앙에서 최대 인장변형률의 47~75%에 해당하는 결과와 비교하여 상대적으로 큰 인장변형률이 발생한다는 것을 알 수 있다. 슬래브 중앙에서보다 모서리에 바퀴 주행 경로가 위치할 경우 슬래브 전체 거동에 미치는 영향이 더 크다는 것을 알 수 있다.
- 슬래브 중앙부와 슬래브 줄눈 부에 발생하는 횡 방향 인장 변형률이 슬래브 중앙으로 부터 25cm 지점에 재하될 때 종방향의 경우 약 75cm이상 떨어졌을 때 몇 구간의 지점을 제외하고 대부분의 지점에서 변형률비 0에 가까움을 알 수 있다. 이상을 요약하면 UTW포장의 경우 두께에 상관없이 하중 영향권이 그리 넓지 않음을 알 수 있다. 급격한 응력 감소가 일어나는 즉 하중이 놓였을 때 곡률이 큰 구조물임을 알 수 있어 줄눈부등 취약한 불연속면 주위에서는 응력 집중이 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
- 슬래브 두께에 관계없이 하단에 인장 변형율이 발생하고 있어 이론적인 값과는 큰 차이를 보이고 있다. 코아를 이용하여 본 구간의 부착상태를 살펴본 결과 22.2%가 분리되어 부착 정도가 불량한 것을 알 수 있다. 시공 당시 밀링 장비를 매끈한 것으로 하였는데 장비 선정의 문제로 판단되기고 한다.
- 신 . 콘 거동 분석 결과 슬래브 중앙부와 줄눈부에서 약 25cm 떨어진 지점에 최대 인장변형률의 47~75%에 해당하는 변형이 발생하는 것으로 나타났으며 줄눈부 모서리에서는 최대 92%의 인장 변형률이 발생하였다. 그러나 75cm 떨어진 곳에서는 하중에 따른 변형률이 영에 가깝게 떨어져 그 영향이 매우 적음을 보여주었다.
- 2m로 하였다. 화이버 (Fiber)로 보강한 콘크리트를 사용하였으며 5년동안 이 구간을 모니터링하여 우수한 공용성을 보인 것으로 조사되었다.6) 미네소타주 Mn ROAD의 주간 고속도로인 I - 95 인근 도로에서 1995년에 10개구간을 UTW를 시공하였는데, 1년 후인 1996년에 PCI (Pavement ConditionIndex) 를 측정한 결과 9개 구간이 86을 넘 어 공용성이 매우 우수하다고 보고되었다.
후속연구
- 그러나 한편으로 슬래브 상하에 압축과 인장이 발생하는 것은 HWLS를 이용한 실내 실험결과와 유사하여 단순히 부착력의 문제로 결론을 내리기에는 무리가 있어 보인다. 지속적인 향후 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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