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Time Domain Reflectometry 방식을 이용한 도로 하부의 함수비 계측 및 보정 방안에 관한 연구
A Study on Measuring and Calibration Method using Time Domain Reflectometry Sensor under Road Pavement 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.10 no.2, 2010년, pp.23 - 30  

조명환 ((주)도화종합기술공사 기술개발연구원) ,  이윤한 ((주)도화종합기술공사) ,  김낙석 (경기대학교 토목환경공학부) ,  박주영 ((주)도화종합기술공사 기술개발연구원)

초록
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본 연구는 도로 설계나 공용성 평가 및 잔류 수명 예측시 필요한 아스팔트 콘크리트 포장 하부의 함수비 계측에 관한 논문으로 여러 함수비 계측 방법 중 미국 Campbell 사에서 제작한 TDR(Time Domain Reflectometry) 방식의 함수센서(CS616)를 도로 하부에 설치하고, 함수 센서에 대한 검정과 보정시험을 수행하였다. 함수센서의 검정 방법으로 피복두께 및 센서간섭의 영향, $5^{\circ}C\sim25^{\circ}C$ 범위에서 온도의 영향 및 다짐률의 영향에 대하여 검토하였으며, 함수센서가 매설된 6개 지역으로부터 얻어진 토질에 대하여 보정시험을 수행하였다. 함수센서 검정결과 피복두께 및 센서 간섭의 영향은 크지 않은 것으로 나타났으며, 온도 및 다짐률의 영향은 체적함수비로 $\pm6%$ 미만으로 무시가능 한 것으로 나타났다. 또한 노상 및 보조기층에 대한 보정시험 결과 $R^2$값이 모두 0.9이상으로 나타났으며, 6개 현장 시료에 대한 총괄식보다 개별 현장에 대한 보정식을 사용하는 것이 보다 정확한 현장계측이 이루어질 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The research presents moisture content measuring and calibration method of road pavement, especially asphalt concrete pavement for performance evaluation or remaining life prediction using Time Domain Reflectometry(TDR) sensor, CS616 made by campbell INC. Before calibration test of CS616, accomplish...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 현장에서 95% 다짐으로 시공된다고 가정하지만 실질적으로 현장 다짐 시에도 오차가 발생할 가능성도 있다. 따라서 본 연구에서는 다짐률에 따른 함수센서의 계측오차를 확인하기 위하여 보성 현장에서 채취된 노상토에 대해 70%~90% 범위에 대한 6가지 다짐률에 대한 실내 시험을 수행하였다. 시험 결과는 표 7과 그림 7에 나타내었다.
  • 따라서 본 연구에서는 토양의 함수비를 측정하기 위하여 국내 동결지수 400℃·일 미만의 6개 현장에 대하여 도로하부의 함수비를 측정하기 위한 TDR 방식의 함수센서(CS616)를 매설하였으며, 매설된 함수센서의 올바른 보정시험을 제안하기 위하여 피복두께, 센서 간 간섭 영향, 온도의 영향 및 다짐률 변화에 대한 실내 시험을 수행하고자 한다.
  • 본 연구는 토양의 함수비를 측정하기 위하여 TDR 방식의 함수센서(CS616)에 대한 올바른 보정시험을 제안하기 위하여 피복두께, 센서 간 간섭 영향, 온도의 영향 및 다짐률 변화에 대한 실내 시험을 수행하였으며, 시험 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 6개 지역 도로 현장에서 채취된 노상토 및 보조기층에 대해서 실내 보정시험을 수행하였다. 실내 보정시험은 함수 센서의 적용성 검토에서 사용된 몰드와 동일한 50 cm×20 cm×25 cm 크기의 아크릴 재질의 시험 몰드를 사용하였으며, 그림 9(a)와 같이 다짐 시 보정 시험 몰드의 파손을 막기 위하여 나무 블록을 이용하여 보호하였다.
  • 본 연구에서는 포장 하부의 함수량을 측정하기 위하여 TDR 방식의 CS616 센서를 적용하고자 하며, TDR 방식의 함수비 측정 방법은 짧은 전자기 펄스를 우선 발사한 후 되돌아오는 반응을 계측하는 방식으로 레이더와 동일한 기술로볼 수 있다. TDR 방식의 계측시스템은 그림 1(a)와 같이 펄서, 샘플러, 오실로스코프, 동축케이블 및 계측프로브로 구성된다.

가설 설정

  • 마이크로파의 펄스가 전송선을 따라 전달될 때, 여러 가지 면에서 빛과 비슷한 형태를 보여주게 된다. 그리고 펄스가 동축선을 따라 이동하는 동안, 동축선은 유전체(conductor) 사이에 전자기 영역을 발생시키며, 그림 1(b)와 같이 동축선의 내부와 외부 유전체 사이에는 포텐셜(potential) 차이가 발생하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아스팔트 콘크리트 포장의 하부구조는 어떻게 구성되어 있는가? 아스팔트 콘크리트 포장의 하부구조는 보조기층, 동상방지층 및 노상층으로 구성되어 있으며, 노상층의 경우 겨울철을 지나 봄이 되면 동상효과(frost heaving effects)에 따른 포장 파손과 여름철 장마 기간 동안의 수분 침투로 인한 지지력 감소가 발생하게 된다. 이러한 동상효과나 지지력 감소는 포장 하부 특히 노상토의 함수비 변화와 관련이 깊지만 실시간 계측에 어려움이 있다.
노상층의 계측상의 문제점은 어떤 것인가? 아스팔트 콘크리트 포장의 하부구조는 보조기층, 동상방지층 및 노상층으로 구성되어 있으며, 노상층의 경우 겨울철을 지나 봄이 되면 동상효과(frost heaving effects)에 따른 포장 파손과 여름철 장마 기간 동안의 수분 침투로 인한 지지력 감소가 발생하게 된다. 이러한 동상효과나 지지력 감소는 포장 하부 특히 노상토의 함수비 변화와 관련이 깊지만 실시간 계측에 어려움이 있다. 이러한 계측상의 문제점을 보완하고 포장상태의 토양수분 함량을 측정하기 위하여 TDR 방식으로 함수비를 측정하는 방법이 Topp 등(1985) 및 Dasberg 등(1985)에 의해서 시도되었다.
노상층의 계절에 따른 파손 위험에는 무엇이 있는가? 아스팔트 콘크리트 포장의 하부구조는 보조기층, 동상방지층 및 노상층으로 구성되어 있으며, 노상층의 경우 겨울철을 지나 봄이 되면 동상효과(frost heaving effects)에 따른 포장 파손과 여름철 장마 기간 동안의 수분 침투로 인한 지지력 감소가 발생하게 된다. 이러한 동상효과나 지지력 감소는 포장 하부 특히 노상토의 함수비 변화와 관련이 깊지만 실시간 계측에 어려움이 있다.
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참고문헌 (12)

  1. 김부일, 전성일 (2005) LTTP 구간에서 TDR 방식 함수량계를 이용한 현장함수비 보정모델 개발과 함수비 분석 연구. 한국도로학회 논문집 제7권 4호, 한국도로학회. 

  2. 박재현, 윤성용, 김상준, 선우중호 (1997) TDR(Time Domain Reflectometer)을 이용한 함수량의 측정. 한국수자원학회 논문집 Vol. 30 No. 6, 한국수자원학회. 

  3. 박재현, 윤성용 (1998) TDR(Time Domain Reflectometry)을 이 용한 토양수농도 측정에 관한 연구. 한국수자원학회 논문집 Vol. 31 No. 2, 한국수자원학회. 

  4. 허승오, 정강호, 박찬원, 하상건, 김정규 (2007) TDR, TDR 센 서로 측정한 토양수분 함량의 정확성 검정. 한국수자원학회 학술발표대회 논문집, 한국수자원학회. 

  5. Baker, J.M. and Lascano, R.J. (1989) The Spatial Sensitivity of TDR, Soil Science, 147. 

  6. Dasberg S. and Dalton, F.N. (1985), Time Domain Reflectometry Field Measurements of Soil Water Content and Electrical Conductivity, Soil Science Society of America Journal, Vol. 49. 

  7. Dean, T.J., Bell, J.P. and Baty, A.J.B. (1987) Soil moisture measurement by an improved capacitance technique, Part I, Sensor design and performance, Journal of Hydrology, Vol. 93. 

  8. Ekblad, J. and Isacsson, U. (2007) Time-domain Reflectometry Measurements and Soil-water Characteristic Curves of Coarse Granular Materials Used in Road Pavements, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 44, Issue 7. 

  9. Klemunes, Jr. J. (1998) Determining Soil Volumetric Moisture Content Using Time Domain Reflectometry, Report No. FHWARD- 97-139, U.S. Department of Transportation. 

  10. Runkles, B., White, N. and Ashmawy, A. (2006) Calibration and Accuracy Assessment of the TDR One-Step Method for Quality Control of Compacted Soils, Report No. BD-544-19, Florida Department of Transportation. 

  11. Sallam, A.M., White N.K. and Ashmawy, A.K. (2004 Evaluation of the Purdue TDR Method for Soil Water Content and Density Measurement, Florida Department of Transportation. 

  12. Topp, G.C., and Davis, J.L. (1985) Time Domain Reflectometry(TDR) and Its Application to Irrigation Shceduling, In Advances in Irrigation, Vol. 3, Daniel Hilled(ed), Academic. 

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