요지
본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)에 고속축중계(WIM: Weigh-in-Motion)를 설치한 포장 시스템의 거동을 분석하기 위하여 수행되었다. PTCP는 일차로 폭으로 기존의 아스팔트 포장을 절삭하여 제거한 후에 시 공되었다. PTCP는 슬래브의 연장이 길기 때문에 긴장을 통해 프리스트레스를 적절히 작용시키기 위해서는 슬래브와 하부층과의 마 찰이 적어야 하며 이러한 영향을 시험시공을 통해 우선적으로 분석하였으며, 환경하중에 따른 슬래브의 종방향 거동도 분석하였다.
시험시공을 통해 얻은 결과를 바탕으로 공용중인 도로에 WIM 센서를 설치한 PTCP를 시공하였으며 이러한 포장체가 환경하중을 받 을 때의 컬링 거동을 측정하여 특성을 분석하였다. 연구결과 PTCP 슬래브 상부의 일부를 절삭하여 WIM 센서를 설치하더라도 PTCP 의 거동은 이에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었으며, WIM 센서의 정밀 측정에 부합되는 PTCP 시스템을 시공할 수 있는 기반을 마 련하였다.
핵심용어
포스트텐션 콘크리트 포장, 고속축중계, 환경하중, 컬링, 긴장, 마찰
고속축중계가 설치된 포스트텐션 콘크리트 포장의 실험적 거동 분석
Experimental Analysis of Weigh-in-Motion Sensor Installed Post-Tensioned Concrete Pavement Behavior
박 희 범 Park, Hee Beom 비회원·경희대학교 대학원 토목공학과 박사과정 (E-mail : [email protected])
배 종 오 Bae, Jong Oh 정회원·(주)삼우아이엠씨 부사장·경희대학교 대학원 박사과정 (E-mail : [email protected]) 김 성 민 Kim, Seong-Min 정회원·경희대학교 공과대학 토목공학과 부교수·교신저자 (E-mail : [email protected]) 안 주 옥 An, Zuog 비회원·경희대학교 공과대학 토목공학과 교수 (E-mail : [email protected])
ABSTRACT
This research was conducted to analyze the behavior of the post-tensioned concrete pavement (PTCP) system in which weigh-in-motion (WIM) sensors were installed. One lane of PTCP was constructed after removing the existing asphalt pavement. The frictional resistance between the slab and the underlying layer should be small enough for the PTCP slab to properly have prestresses by tensioning. By performing an experimental construction of PTCP, the friction effects and the longitudinal displacements of PTCP under environmental loads were investigated. Based on the knowledge obtained from the experiments, the actual PTCP sections including WIM sensors were constructed and the curling behavior of the system was investigated. As a result, the behavior of the PTCP system was not affected by the existence of WIM sensors, and the appropriate PTCP system when installing WIM sensors in it could be developed.
KEYWORDS
post-tensioned concrete pavement, weigh-in-motion, environmental load, curling, tensioning, friction 한국도로학회 논문집
제12권 제3호 2010년 9월 pp. 139 ~ 146
1. 서론
도로 포장의 조기파손을 야기하는 주요 원인으로는 과적차량 의 통행이 가장 크므로, 도로 포장의 공용성 확보를 위해서는 설계수명 기간 동안 설계하중 크기 이내의 하중이 포장체에 작
용토록 하는 것이 중요하다. 이로 인해 우리나라는 과적차량의 운행을 제한하기 위해서 국도 및 고속도로의 주요 지점에 차량 의 무게를 측정할 수 있는 중량측정소를 운영 중에 있다. 이러 한 중량측정소에서 차량의 무게를 측정하기 위해서는 차량이
일일이 정지하여야 하며 무게측정을 위한 인원이 항시 대기해 야 한다는 단점이 있다. 이에 반해 고속축중계(WIM: Weigh- in-Motion)는 주행하는 차량의 무게를 측정할 수 있는 시스템 으로써 운전자와 측정자 모두 편리하기 때문에 국내외에서 사 용이 늘고 있는 실정이다. WIM 시스템은 도로 포장을 약 8cm 정도 깊이로 절삭한 후에 설치되며 차량의 무게를 고감도 센서 를 사용하여 정확하게 측정하기 위해서는 도로 포장의 평탄성 및 내구성이 매우 중요시 된다. 따라서 아스팔트 포장은 소성 변형 및 러팅(rutting) 등에 의해 우수한 평탄성을 지속적으로 제공하기 어렵기 때문에 콘크리트 포장이 WIM 센서 설치를 위해서는 보다 적절한 것으로 평가되고 있다.
우리나라에서 사용되고 있는 대부분의 콘크리트 포장은 줄눈 콘크리트 포장이며 따라서 6m마다 횡방향으로 줄눈을 두고 있 다. 이러한 줄눈에 의해 슬래브는 분리되며 줄눈부에서의 하중 을 다웰바에 의해 전달하도록 되어있다. 이와 같은 줄눈콘크리 트 포장의 줄눈부는 환경하중에 의해 닫힘과 열림의 과정이 반 복되며 또한 슬래브 상하부의 온도차에 의해 슬래브가 위아래 로 굽는 컬링 거동이 발생한다. 따라서 줄눈콘크리트 포장에 WIM 센서 설치 시에 센서 장착을 위해 슬래브 상부의 일부를 절단하면 이곳에서 줄눈의 움직임과 같은 현상이 발생되며 슬 래브 각각의 컬링에 의해 평탄성이 저하되는 경향이 있다. 이 와 같은 문제를 해결할 수 있는 포장 공법으로 국내외에서 활 발히 연구 중인 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post- Tensioned Concrete Pavement)을 들 수 있다(Friberg and Pasko, 1973; Brunner, 1975; Klunker, 1981; Powers and Zaniewski, 1987, Medina-Chavez et al., 2003,윤동 주 외, 2009).
PTCP는 강선의 긴장을 통해 슬래브에 압축응력을 가함으 로써 슬래브에 발생하는 인장응력을 감소시키는 방식으로 슬 래브의 두께를 기존 콘크리트 포장에 비해서 반 이하로 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 하나의 슬래브 길이를 일반적으로 100m 내외에서 200m 이상까지도 가능하게 하여 줄눈 수를 줄눈콘크리트 포장의 90% 이상으로 대폭 감소시킬 수 있다.
따라서 아스팔트 포장의 일부분을 WIM 설치를 위해 콘크리 트 포장으로 전환할 경우에 PTCP는 요구되는 길이의 콘크리 트 포장체를 하나의 포장 슬래브로 제공함으로써 WIM 시스 템의 측정 정확도를 높일 수 있는 포장 시스템이라 할 수 있 다.
본 연구는 PTCP에 WIM 시스템을 적용할 경우에 PTCP의 거동을 현장 실험을 통해 분석함으로써 WIM 시스템과 PTCP 가 상호 효과적으로 결합하여 최적의 성능을 발휘할 수 있는 기반을 마련하기 위하여 수행되었다. 이를 위해 우선 시험시공 을 통해 슬래브와 하부층과의 마찰을 최소화하여 효과적으로 프리스트레스를 도입할 수 있는 하부층 조건에 대한 검토를 수 행하였으며, WIM 센서의 설치를 위해 슬래브를 절삭한 위치
의 거동을 계측하여 적용성을 분석하였다. 또한 환경하중에 대 한 PTCP 슬래브의 전반적인 종방향 변위도 분석하였다. 이러 한 시험시공의 결과를 토대로 공용 중에 있는 포장에 PTCP를 시공한 후 WIM 센서를 설치하였으며 이와 같은 PTCP와 WIM 센서가 결합된 시스템의 환경하중 하의 컬링 거동을 분 석하였다. 본 논문에서는 이러한 연구 내용 및 결과에 대하여 상세히 기술한다.
2. 하부층 마찰저항 실험
PTCP는 콘크리트 포장 슬래브에 강선의 긴장을 통해 프리 스트레스를 도입하여 콘크리트에 발생하는 인장응력을 감소시 키는 공법이기 때문에 적절한 긴장력의 도입이 매우 중요하다 고 할 수 있다. 만약 PTCP 슬래브가 하부층과의 마찰에 의해 움직임이 구속된다면 긴장 작업 시 적절한 긴장력이 도입되지 않을 것이다. 따라서 실험을 통해 PTCP 슬래브와 하부층의 마찰을 최소화시킬 수 있는 하부층 조건에 대한 분석을 수행하 였다.
마찰력이란 물체가 다른 물체의 표면에 접하여 움직이려고 할 때 또는 움직이고 있을 때 그 운동을 저지하려는 힘이 접촉 면을 따라 작용하는 저항력으로 이 힘은 물체의 수직항력과 마 찰계수의 곱으로 식(1)과 같이 계산된다.
( :`마찰계수, :`수직항력) (1)
따라서 마찰력의 크기는 수직항력에 비례하는데 이때의 비례 상수가 마찰계수이다. 마찰계수는 최대 정지 마찰력과 수직항 력의 관계를 나타내는 정지 마찰계수와 운동 마찰력과 수직항 력의 관계를 나타내는 운동 마찰계수가 있다. 운동 마찰계수는 항상 정지 마찰계수 보다는 작게 된다.
마찰력 실험을 위해 그림 1에서 보여주는 바와 같이 가로 1m, 세로 1m, 두께 14cm 크기의 슬래브를 제작하여 표 1에 나타낸 5가지 조건의 하부층 위에 설치하였다.
그림 1. 하부층 마찰력 실험을 위한 슬래브 제작
마찰력 실험을 통해 최대 정지 마찰력을 구하기 위해서 그림 2에 나타낸 바와 같이 로드셀이 장착된 하중재하기를 이용하여 수평하중을 재하하였으며 기존의 포장 슬래브를 반력벽으로 사 용하였다. 하중을 슬래브에 골고루 분포시키기 위해서 그림에 서와 같이 슬래브에 형강을 댄 후 하중을 이러한 형강에 작용 시켰다.
표 2에 나타낸 바와 같이 각각의 슬래브마다 5회에 걸쳐 마 찰력 실험을 수행하였으며 측정된 마찰력 중에서 최대 정지 마 찰력과 식 (1)을 사용하여 최대 정지 마찰계수를 산출하였다.
표에서 볼 수 있듯이 하부층 평탄화 작업과 비닐 2겹을 설치한 Case 1에서 최대 정지 마찰계수가 가장 작게 나오는 것을 확 인할 수 있으며 다양한 하부층 평탄화 작업과 비닐 1겹을 설치 한 Case 2와 3에서의 최대 정지 마찰계수가 유사하게 나오는 것을 알 수 있다. 하지만 하부층의 평탄화 작업이 미흡한 경우 인 Case 4와 5에서는 매우 큰 마찰계수를 얻었다. 특히 아스팔 트 포장을 제거한 상태 그대로 비닐만을 설치한 Case 5의 경 우에서는 마찰계수가 1.0 이상이 됨을 알 수 있으며 이는 콘크 리트를 타설하여 슬래브를 제작할 때 하부층의 굴곡에 따라 슬 래브의 하부가 형성되어 서로 쐐기 형태로 작용하기 때문인 것 으로 판단된다. 따라서 기존의 아스팔트 포장을 제거하고 PTCP를 시공할 경우에는 하부층을 다짐 등을 통해 어느 정도 평탄화 한 후에 비닐을 설치하고 콘크리트를 타설하면 슬래브 와 하부층과의 마찰을 최소화 하는데 효율적임을 알 수 있다.
또한 비닐을 2겹으로 설치하면 마찰계수를 크게 줄일 수 있다 는 것도 알 수 있다.
3. WIM 센서 설치를 위한 PTCP 실험체 거동 분석
PTCP에 WIM 센서를 효과적으로 설치할 수 있는지와 아스 팔트 포장을 제거한 후 PTCP를 시공할 경우 PTCP의 구조적 거동을 분석하기 위하여 영동고속도로 여주 부근의 폐도에서 시험시공을 수행하였다. PTCP 슬래브의 크기는 길이 60m, 폭 1.2m, 두께 15cm로 시공하였다. 환경하중에 의해 PTCP는 중앙을 기준으로 대칭으로 거동하며 중앙부에서는 종방향 거동 이 거의 없기 때문에 본 시험시공에서는 그림 3과 같이 슬래브 한쪽 끝에 앵커를 설치하여 움직임이 없도록 한 후 이곳을 PTCP의 중앙부로 가정하고 60m 길이로 슬래브를 시공하였 다. 따라서 본 시험시공은 120m 길이의 PTCP 슬래브의 거동 을 모사한다고 볼 수 있다. 본 시험시공에서 횡방향으로의 거 동은 주요 고려 사항이 아니기에 슬래브의 폭은 경제성을 고려 하여 실제 포장의 약 1/3 크기로 시공하였다. 슬래브 두께는 실제 PTCP의 두께와 같이 시공하였다. 하부층은 마찰 실험에 서 얻은 결과를 토대로 평탄화 작업을 수행한 후 비닐을 2겹으 로 설치하여 슬래브와 하부층 간의 마찰력을 줄일 수 있도록 하였다.
환경하중에 의한 PTCP 슬래브의 종방향 변위를 측정하기 위하여 그림 4에 보인 바와 같이 계측장치를 설치하였다. 슬래 브 양 끝단 부분과 끝단 부분에서부터 15m 간격으로 변위측정 계인 LVDT(Linear Variance Displacement Transducer)를
그림 2. 마찰력 측정 실험
표 1. 마찰력 실험을 위한 하부층 조건
하부층 조건
Case 1 슬러지 + 롤러다짐 + 비닐 2겹
Case 2 슬러지 + 롤러다짐 + 비닐 1겹
Case 3 슬러지 + 롤러다짐 + 모래 + 비닐 1겹
Case 4 자연상태 + 편삭기 처리 + 비닐 1겹
Case 5 자연상태 + 비닐 1겹
표 2. 하부층 조건에 따른 최대 정지 마찰계수
정지마찰력(kgf) 최대정지
1st 2nd 3rd 4th 5th 마찰계수
Case 1 88 62 77 77 63 0.27
Case 2 218 208 187 188 189 0.68
Case 3 175 155 177 167 170 0.54
Case 4 308 159 162.5 166 152 0.96
Case 5 417.5 218.5 178 176 180 1.3
콘크리트 자중 : 2300kgf/m3그림 3. 슬래브 끝단 앵커 설치
설치하였다. LVDT를 설치한 면의 반대쪽 면에는 양 끝부분에 만 LVDT를 설치하여 슬래브의 네 모서리에서는 모두 변위 측 정이 가능하도록 하였다.
또한 슬래브의 온도 변화를 슬래브 깊이에 따라 측정하기 위 하여 온도 측정 센서를 슬래브의 표면과 중간 깊이인 7.5cm, 그리고 하부에 장착하였다. 대기 온도 측정을 위한 온도 센서 도 슬래브 실험체의 근처에 설치하였다.
PTCP 슬래브에 WIM 센서를 설치하기 위하여 슬래브를 절 삭하여야 하는데 본 시험시공에서는 슬래브 중간 부분에서 폭 6cm, 깊이 8cm의 크기로 콘크리트를 절삭하였다. 콘크리트를 절삭 한 뒤 절삭 공간의 거동을 측정하기 위하여 그림 5에서와 같이 LVDT를 설치하였다.
환경하중에 의한 PTCP 슬래브의 종방향 변위를 약 2주간 측정한 결과를 그림 6에 나타내었다. 그림에서 0m로 표시한 곳이 슬래브의 자유단 끝단이며 60m로 표시한 곳이 앵커를 설 치하여 구속을 가한 반대쪽 끝단이다. 측정 위치의 변위가 0m 에서 60m 쪽으로 변화하는 것을 음(-)의 변위로 나타내었다.
그림에서 볼 수 있듯이 슬래브는 온도변화에 따라 수축과 팽창
을 지속적으로 하고 있으며, 60m 지점에는 앵커를 설치하였기 때문에 변위가 거의 발생하지 않으며 0m 지점 쪽으로 갈수록 변위가 점점 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
PTCP 각 위치에서 변위의 변화 크기를 보다 용이하게 비교 해 보기 위해서 그림 7과 같이 일일 변위 변화량을 분석하였다.
그림에서 볼 수 있듯이 측정 일자에 따라 온도의 변화가 다르 기 때문에 종방향 변위의 변화량은 다르지만 동일한 날에는 종 방향 거리의 위치에 따라 종방향 변위의 변화가 거의 선형인 것을 알 수 있다. 슬래브와 하부와의 마찰이 존재할 경우에는 일반적으로 변위의 변화가 거리의 위치에 따라 비선형으로 발 생하기 때문에 이러한 결과는 하부층과 슬래브 간의 마찰을 줄 이기 위한 하부층 평탄화 작업 및 비닐 설치가 매우 효과적이 었음을 보여주는 것이다.
또한 그림 8에서 볼 수 있듯이 PTCP 슬래브의 끝단 모서리 에 설치한 4개의 LVDT에서 측정한 종방향 변위를 살펴보면 횡방향 위치에 관계없이 거의 일정한 것을 알 수 있다.
그림 9에서는 WIM 센서 설치를 위해 절삭한 공간의 종방향 변위 변화와 PTCP의 슬래브 자유단 끝단 부분에서의 종방향 변위를 측정하여 비교하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 WIM 센 서 설치를 위해 절삭한 공간은 종방향으로 변위의 변화가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 절삭 공간에 WIM 센서
그림 4. PTCP 종방향 변위 측정을 위한 LVDT 설치
그림 5. 슬래브 절삭 구간 LVDT 설치
그림 6. 환경하중에 의한 PTCP 슬래브 종방향 변위
그림 7. 종방향 위치에 따른 변위 변화량
를 설치하였을 경우에 설치 위치에서의 균열 발생 등이 없으며 설치 위치가 안정되게 WIM 센서를 포함하고 있을 수 있다는 것을 보여준다.
그림 10에서는 WIM 센서 설치를 위해 절삭한 공간의 종방 향 변위 변화만을 확대하여 온도 변화와 비교하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 절삭 공간도 온도의 변화에 따라 변위의 변화가 발생하기는 한다는 것을 알 수 있다. 하지만 변위의 변화량은 최대 약 0.1mm로 매우 미소하여 WIM 센서 설치 공간에 영향 을 미치지는 않는다는 것을 알 수 있다.
PTCP는 강선에 의해 압축응력을 도입하고 있기 때문에 WIM 센서 설치를 위한 공간을 절삭을 통해 마련하더라도 그 곳에서 균열이 발생하지 않는 것을 알 수 있었다(그림 11(a)).
만약에 WIM 센서 설치를 위해 줄눈콘크리트 포장을 사용할 경우에는 WIM 센서 설치를 위해 절삭한 부분은 줄눈 커팅을 한 것과 같기 때문에 이곳에서 슬래브 하부로 균열이 발생할 확률이 높으며 WIM 센서 설치 공간의 거동은 줄눈부의 거동 과 유사하게 된다(그림 11(b)). 따라서 PTCP의 WIM 센서 설치 공간의 온도 변화에 따른 변위 변화를 줄눈콘크리트 포장 의 줄눈 부분의 변위 변화와 비교 분석하여 그림 12에서 보여 준다. 그림에서 온도가 상승하여 콘크리트 포장의 길이가 늘어 나 줄눈의 틈이 좁아지는 것을 양(+)으로 놓고 반대로 줄눈 틈이 증가하는 것을 음(-)으로 정의하였다. 그림 12(a)에서 볼 수 있듯이 줄눈콘크리트 포장의 줄눈 거동은 온도가 30도 일 때 줄눈 틈이 약 2mm 변화한 것을 알 수 있다(Lee and Stoffels, 2001). 하지만 그림 12(b)에 나타낸 PTCP의 WIM 센서 설치 절삭 공간의 온도 변화에 따른 변위 변화는 거의 무 시할 수 있을 정도로 작은 것을 알 수 있다. 이는 PTCP에 WIM 센서를 설치하는 것이 매우 효과적이라는 것을 보여주는 것이다.
그림 8. PTCP 슬래브 끝단의 종방향 변위
그림 9. PTCP 슬래브 끝단과 WIM 설치 절삭 공간의 종방향 변위 비교
그림 10. WIM 센서 설치 절삭 공간의 종방향 변위
(a) PTCP WIM 센서 설치 공간
(b) 줄눈콘크리트 포장 줄눈부
그림 11. 콘크리트 포장의 절삭 부분
4. WIM 센서가 설치된 PTCP 거동 분석
시험시공에서 얻은 결과를 바탕으로 그림 13에 나타낸 바와 같이 순천 근교의 2번 국도 송기검문소 구간에 길이 80m, 폭 3.5m, 두께 15cm의 PTCP 슬래브를 시공하고 WIM 센서를 설치하였다. WIM 센서 설치 후 공용중인 PTCP의 환경하중에 의한 슬래브의 컬링 거동을 측정하기 위하여 계측기를 설치하 였다. 그림에 보인 바와 같이 WIM 센서 설치 구간 사이에 각 각 LVDT를 설치하였다. 실험 구간이 현재 공용중인 도로이므 로 그림 14(a)에 나타낸 바와 같이 변위 측정 위치의 노견을 굴삭한 후에 LVDT를 설치하고 그림 14(b)와 같이 철판으로
덮어서 LVDT 센서를 보호하도록 하였다. 실험 시에 슬래브의 온도 변화를 슬래브 깊이에 따라 측정하기 위하여 온도 측정 센서인 Thermocouple을 시공 시 2.5cm, 5.5cm, 13.5cm 깊 이에 장착하였으며 시공 후 Thermochron i-button을 슬래브 표면에 설치하였다.
약 일주일간의 대기 온도 변화와 이에 따른 슬래브의 깊이별 온도변화 추세를 그림 15에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯 이 낮에는 슬래브의 표면 온도가 가장 높고 슬래브 하부의 온 도가 가장 낮아져서 슬래브 중앙부가 위로 솟는 모양인 컬다운 을 하게 되며, 반대로 새벽에는 슬래브 표면의 온도가 가장 낮 고 슬래브 하부의 온도가 가장 커져서 슬래브 중앙부가 아래로 가라앉는 형상의 컬업을 하게 된다. 이는 두께가 15cm인 PTCP 슬래브에서도 일반적인 콘크리트 포장 두께인 30cm일 경우와 거의 유사한 온도변화의 경향이 발생한다는 것을 의미 한다.
슬래브의 컬링 현상을 분석하기 위해서는 그림 15에 나타낸 슬래브 깊이별 온도 변화를 이용하여 평형 선형 온도경사(김성 민 외, 2008)를 구해야 하며 결과를 그림 16에 나타내었다. 그 림에서 볼 수 있듯이 대기의 온도 증가에 의해 슬래브의 상부 온도가 증가하였을 때는 슬래브의 컬다운을 야기하는 부(-) 온 도경사가 증가하며 대기 온도 감소에 의해 슬래브의 상부 온도
(a) 줄눈콘크리트 포장 줄눈부(Lee and Stoffels, 2001)
(b) PTCP WIM 센서 설치 공간
그림 12. 온도 변화에 따른 절삭부분 변위 변화
그림 13. PTCP 컬링 거동 측정 실험 셋업
(a) 수직변위 측정 LVDT 설치
(b) 설치 완료 후
그림 14. LVDT 설치 과정 Temperature, ℃
Joint Movement, mm Movement, mm
Temperature, ℃
가 감소하였을 때는 슬래브의 컬업을 야기하는 정(+) 온도경 사가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 부(-) 온도경사는 최대 약 0.9℃/cm까지 증가하였으며 정(+) 온도경사는 약 0.6℃
/cm까지 증가한 것을 알 수 있다.
WIM 센서를 설치한 PTCP 슬래브가 그림 15와 16에 나타 낸 온도 변화를 받을 때의 컬링 거동을 측정한 결과를 그림 17 에 나타내었다. 그림에서 수직변위 측정값의 기울기가 양(+) 의 방향이면 컬업이 발생하는 것이며, 음(-)의 방향이면 컬다 운이 발생하는 것으로 표시하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 각 각의 WIM 센서 사이의 슬래브 단부 위치에서는 거의 비슷한 수직변위 변화량을 보이고 있다. PTCP 슬래브의 종방향 컬링 거동은 슬래브 길이가 약 10m보다 길게 되면 양 끝단부분에서 만 발생하기 때문에(김성민 외, 2009) 본 실험에서 얻은 수직 변위는 횡방향 컬링에 의해 주로 발생한 것으로 분석되며 따라 서 세 곳의 측정 위치에서의 수직변위의 변화가 거의 일정한 것을 알 수 있다.
그림 18에서는 그림 16에 나타낸 수직 온도경사와 그림 17 에 나타낸 수직변위 변화를 이용하여 구한 특정일의 수직 온도 경사와 수직변위와의 관계를 보여 준다. 온도경사와 수직변위 는 서로 비례하며 특히 슬래브가 컬다운에서 컬업 모양으로 변
화를 시작할 때부터 컬업의 최고점에 도달할 때까지의 온도경 사와 수직변위는 거의 선형으로 비례하는 것을 알 수 있다. 컬 업의 최고점에서 컬다운 모양으로 변화를 할 때에도 온도경사 와 수직변위의 관계는 거의 선형이지만 컬다운 모양이 정점에 근접할수록 온도경사가 증가하여도 수직변위는 서서히 변화하 는 것을 알 수 있다. 이는 슬래브가 컬업을 할 경우에는 단부 부분이 들리면 되기 때문에 수직변위가 어느 정도 자유롭게 발 생하게 되지만 컬다운 시는 단부가 하부층을 파고 들어가기는 힘들기 때문에 발생하는 현상으로 판단된다. 이와 같은 컬링 거동은 일반적인 콘크리트 포장의 컬링 거동과 매우 유사한 거 동이다(김성민 외, 2008, 2009).
5. 결론
본 연구는 PTCP에 WIM 시스템을 효과적으로 적용하기 위하여 현장 실험을 통해 WIM 센서 설치에 적절한 PTCP 시스템을 설정하고 WIM 센서가 설치된 PTCP의 거동을 분 석하여 WIM 시스템과 PTCP가 적절히 결합할 수 있는 최적 의 PTCP 시스템을 개발하기 위하여 수행되었다. 본 연구를 위해 하부층 마찰 실험, 실물크기의 시험시공 및 공용중인 PTCP에서의 현장 실험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
그림 15. 슬래브 깊이에 따른 온도변화
그림 16. 수직온도경사 변화
그림 17. PTCP 슬래브 컬링 거동
그림 18. 온도경사와 수직변위의 관계
1. 기존의 아스팔트 포장을 제거한 후 PTCP를 시공할 경우에 슬래브와 하부층과의 마찰을 줄여 효과적으로 프리스트레싱 을 도입하기 위해서는 하부층의 평탄화 작업이 중요하며 또 한 비닐을 2겹으로 설치하는 것이 매우 효과적이다.
2. PTCP가 환경하중을 받을 때 PTCP의 서로 다른 종방향 위 치에서의 종방향 변위는 거리에 선형으로 비례하여 발생하 는 것이 바람직하며 이는 하부층과의 마찰이 작아서 효과적 으로 프리스트레스가 도입되었다는 것을 증명하는 것이다.
3. PTCP 슬래브에 WIM 센서를 설치하기 위해 절삭한 공간의 변위 변화는 무시할 수 있을 정도로 작으며 이는 절삭한 공 간에 WIM 센서를 설치할 경우에 안정성이 확보된다는 것 을 보여주는 것이다.
4. WIM 센서를 설치한 PTCP가 환경하중에 의해 컬링 거동을 야기할 때 수직 변위 변화는 수직 온도경사에 거의 선형으로 비례하는 것을 알 수 있으며 이는 일반적인 콘크리트 포장의 컬링 거동과 유사한 것이다.
5. WIM 센서가 설치된 PTCP에서 환경하중에 의한 컬링 현상 및 차륜하중에 의한 처짐을 다소 감소시켜 보다 더 안정적인 포장 시스템을 제공하기 위해서 경제성이 허락하는 범위에서 슬래브의 두께를 다소 증가시키는 방안이 제시될 수 있다.
