한 국 방 재 학 회 논 문 집 제10권 2호 2010년 4월
pp. 23 ~ 30
도로교통방재
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
조명환*·이윤한**·김낙석***·박주영****
Cho, Myung-hwan · Lee, Yoon-han · Kim, Nakseok · Park, Jooyoung
···
Abstract
The research presents moisture content measuring and calibration method of road pavement, especially asphalt concrete pave- ment for performance evaluation or remaining life prediction using Time Domain Reflectometry(TDR) sensor, CS616 made by campbell INC. Before calibration test of CS616, accomplished a sensor verification tests. Verification test items were covering depth and interference effect of two CS616 sensors, temperature effects between 5
oC~25
oC and compaction ratio effects. Cov- ering depth and interference effects between two CS616 sensors were just small and the effects of temperature and compaction ratio effected a Volumetric Moisture Contents at ±6% under disregard appeared with the fact that was possible. Also, obtained the calibration equation of the subgrade and subbase course, R
2showed above of all 0.9.
Key words
: Time Domain Reflectometry, Field Measuring System, Road Pavement, Moisture Contents
요 지
본연구는 도로설계나 공용성 평가및잔류 수명예측시필요한 아스팔트콘크리트포장하부의 함수비 계측에관한 논 문으로 여러 함수비 계측 방법 중 미국
Campbell
사에서 제작한TDR(Time Domain Reflectometry)
방식의 함수센서(CS616)
를도로하부에설치하고,
함수센서에대한검정과보정시험을수행하였다.
함수센서의검정방법으로피복두께및센서간섭의영향
, 5
oC~25
oC
범위에서온도의영향및다짐률의영향에대하여검토하였으며,
함수센서가매설된6
개지역으로부 터얻어진 토질에대하여보정시험을수행하였다.
함수센서검정결과피복두께및센서간섭의영향은크지않은것으로나타 났으며,
온도및다짐률의영향은 체적함수비로±6%
미만으로무시가능한것으로 나타났다.
또한노상및보조기층에 대한보정시험결과
R
2값이모두0.9
이상으로나타났으며, 6
개현장시료에대한총괄식보다개별 현장에대한보정식을사용하는것이보다정확한현장계측이이루어질것으로사료된다
.
핵심용어
: TDR,
현장계측,
도로포장,
함수비···
1. 서 론
아스팔트콘크리트 포장의 하부구조는보조기층
,
동상방지 층및 노상층으로구성되어 있으며,
노상층의 경우겨울철을 지나 봄이 되면 동상효과(frost heaving effects)
에 따른 포장 파손과 여름철 장마 기간 동안의 수분 침투로 인한 지지력 감소가발생하게된다.
이러한 동상효과나지지력감소는 포장하부 특히노상토의 함수비변화와관련이깊지만실시간 계측에 어려움이 있다
.
이러한 계측상의 문제점을 보완하고 포장상태의토양수분함량을측정하기위하여TDR
방식으로함수비를 측정하는 방법이
Topp
등(1985)
및Dasberg
등(1985)
에 의해서 시도되었다. TDR
을 이용하여토양 내 함수량을 측정하는방법은임피던스변화에따른반향점과 이 사 이를 흐르는 전자기파의 속도와 유전율 변화의 관계를 이용
하며
(
박재현 등, 1997), TDR
을 이용하여 토양 내 오염원의농도를 측정할 수 있다
.
이때 토양내의 오염원의 농도를 측 정할 경우에는 반향되는 전자기파의 크기를 활용하게 된다(
박재현과 윤성용, 1998).
그러나 국내의 경우TDR
방식의함수센서에 대한보정방법 및시험 조건에대한명확하게 정 립되어 있지 않다
.
따라서 본 연구에서는 토양의 함수비를****정회원·(주)도화종합기술공사기술개발연구원선임연구원(E-main:[email protected])
****(주)도화종합기술공사사장
****정회원·경기대학교토목환경공학부교수(교신저자)
****(주)도화종합기술공사기술개발연구원위촉연구원
측정하기위하여국내 동결지수
400
oC
·일 미만의6
개 현장에대하여 도로하부의함수비를 측정하기위한
TDR
방식의함수센서
(CS616)
를매설하였으며,
매설된함수센서의올바른보정시험을 제안하기 위하여 피복두께
,
센서 간 간섭 영향,
온도의영향및 다짐률변화에대한실내시험을수행하고자 한다
.
2. 흙의 함수비 측정 및 보정 방법
2.1 흙의 함수비 측정 방법포장상태에서토양의 수분 함량을 측정하는 것은 쉽지 않 기 때문에 많은 경우 건조기를 이용한 중량수분 함량 측정 방법을 이용하거나 토양수분 포텐셜 측정용인 텐시오미터를 이용한토양수분의에너지 특성을활용한다
.
이 외에도흙의 함수비를 측정하기 위하여 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다(Runkles
등2006).
①실내 오븐건조 방법
②마이크로웨이브 오븐 방법
③직접가열 방법
④카본카바이트개스 압축시험 방법
⑤방사능 측정방법
이중에서현장 함수비측정을위하여방사능측정방법이 가장효과적이지만방사능측정방법은잘 보정된측정장비 뿐만 아니라 현장에서측정하기 위해 측정을 수행하는 기술 자의교육과 특별한자격사항이요구된다
.
특히 중량수분함 량은 시료를 채취해서건조하기 때문에 시료채취 당시의 토 양수분함량을 아는것이 어렵고,
토양수분포텐셜은에너지를측정하는 것이기때문에이 역시토양의수분함량을얻는 것이불가능 하다
.
따라서 최근에 이런 측정상의 어려움을 극복하기 위해 여 러 나라에서 포장에서의토양수분 함량을 직접 측정하는 다 양한센서를 개발하고있으며
,
대표적으로사용되고있는 측 정방법으로Time Domain Reflectometry(TDR)
방식과Frequency Domain Reflectometry(FDR)
방식이 있다(
허승호등
, 2007). TDR
방식은 토양의함수량을측정하기위하여 파형발생기와오실로스코프로구성된다
.
FDR
방식은 전기용량(capacitance)
을이용한방법으로공명진동수나 그것의 변화를 측정하여 반복적인 파장을 생성해 내는발진기로불리는전자회로에 의해생성된다
. FDR
은 도식적인분석을통해파장의안내자역할을하는탐침의길이 에 따른 전송시간을 인식하는 것이 아니라
,
공명 발진기가 탐침을따라전송되는반사 신호의피크(
피크는 탐침의끝에 서 반사가 일어난 후의 어떤 시간에 발생)
를 인식하는 방식이다
.
이 방법은Dean
등(1987)
에 의해 처음 개발되었다.
FDR
센서도TDR
처럼EC
나 유기물 함량의 영향을 받고,
영향의크기는
TDR
보다더 클 수 있다(
허승오등, 2007).
2.2 TDR 방식의 함수센서
본 연구에서는 포장 하부의 함수량을 측정하기 위하여
TDR
방식의CS616
센서를 적용하고자 하며, TDR
방식의함수비 측정 방법은 짧은전자기 펄스를 우선 발사한 후 되 돌아오는반응을계측하는방식으로레이더와동일한기술로
볼 수 있다
. TDR
방식의 계측시스템은 그림1(a)
와 같이펄서
,
샘플러,
오실로스코프,
동축케이블및 계측프로브로구성된다
. TDR
펄서는 전자기적 단계 펄스를 발생시키며,
발생 단계 펄스는동축선을따라 이동하게된다
.
마이크로파의펄스가 전송선을따라전달될 때
,
여러가지 면에서빛과 비 슷한 형태를 보여주게 된다.
그리고 펄스가 동축선을 따라이동하는 동안
,
동축선은 유전체(conductor)
사이에 전자기영역을 발생시키며
,
그림1(b)
와 같이 동축선의 내부와 외부유전체 사이에는포텐셜
(potential)
차이가발생하게 된다.
TDR
방식 계측방법의 기본적인 이론에서 전송선을 따라 이동하는에너지의전자기적펄스의속도는접촉되어있거나 전송선을감싸고 있는매질의 유전상수(K
a)
에 의존한다는것이다
.
즉,
유전상수가높을수록속도는 더 느려지게된다.
일 반적으로 토양은 공기,
미네랄과 유기물 입자 그리고 물로 구성되어지는데공기는유전상수가1
정도이며,
미네랄입자는2
에서4
사이 그리고수분은약80
정도의값을갖는다.
이처럼 토양 내의 다른 물질들과 비교하였을 때
,
수분이 가지고 있는 유전상수가 상대적으로 크기 때문에 토양 내에 평행하 게 묻힌전송선내부를따라 흐르는에너지의마이크로파 펄 스의 이동속도는 토양내의 수분에 크게의존하게된다.
TDR
방식의함수센서로부터얻어진결과에서전자기펄스 가 탐침길이를 따라 이동할 때 소요되는 전송시간(pulse
transit time)
은 탐침 주위에 있는 매질체의 유전상수에 의존하게 되며
,
탐침길이와전송시간과의관계로부터매질체의 유전상수는식
(1)
을 통해서전송시간의함수로표현할수있다.
그림 1. TDR 함수센서 시스템
(1)
그러나식
(1)
의 유전상수로부터측정되는함수비는 도로를 설계하거나 거동을 분석할 때 사용되는 중량함수비(GMC, Gravimetric Moisture Contetn)
가 아닌 체적함수비(VMC, Volumetric Moisture Content)
가 측정된다.
따라서 체적함수 비와중량함수비들을상호변환하여목적에 맞도록사용하게 되며,
두 함수비간의변환은 경험식을 활용하게된다(Sallam
등
2004).
2.3 TDR 방식 함수센서의 보정방법
Klemunes, Jr(1998)
는 함수비 계산을 위한 유전상수의 계산방법에따른 정확도를 판단하기위하여
28
가지 각기 다른 흙에 대하여 그림1(a)
의t
에 해당하는L
a를 시험실에서 측정하였다
. L
a를 결정하는 방법 중Tangent
방법을 사용하는것이
L
a를 가장 정확하게 측정할 수 있는 것으로 나타났다.
Tangent
방법다음으로Peak
방법이좋은것으로나타났으며,
Diverging Line
방법이가장 부정확한 것으로나타났다.
국내의 경우 박재현 등
(1997)
은TDR
함수센서의 검증을위하여 내경
100 mm,
길이250 mm
인 파이프 하단에 다공성판을부착시켜검증시험을수행하였다
. TDR
함수센서의검 증시험은여러 용기에각기다른함수량을가지는토양을채운 후
TDR
함수센서로함수량을 측정하였다.
그리고 각 토양의 시편을 채취하여건조기에서 건조한 후 함수량을 측정 하고
,
이함수량과TDR
을 이용하여측정한함수비를비교하 는 방식으로 수행하였다.
시험결과TDR
함수센서를 이용하 여측정한함수비와전기오븐에서 건조하여측정한함수비간의 오차율이
3.4%
로 측정시간이 매우 짧은 것에 비하면 매우 정확한결과를보여주었다
.
또한 전통적으로사용하는장 치를 이용할 경우 급격한 함수량 변화를 측정하기어려웠으 나TDR
을 이용할경우 빠른시간 내에정확한 함수량의값을측정할 수있다고 보았다
.
김부일 등
(2005)
은 흙의 함수비를 계측하기 위하여Campbell
사의CS616
을 사용하였으며,
보정시험을 그림60 cm×60 cm×50 cm
의 사각형공시체에 대하여시험을 수행하였다
.
김부일 등(2005)
은 노상층 재료와 보조기층 재료에대하여 다음과 같은
CS616 TDR
함수센서의 보정방정식을표
1
과 같이 제안하였다.
그리고실내시험을통해 제안한보 정방정식과현장에서측정한실험결과를비교한결과,
약간의편차가 존재하지만 대체적으로 보정방정식에 부합되는 것을 확인할 수 있다고 보고하였다
.
그리고 이와 같은 결과는 실 내 보정시험으로부터 제안한 보정방정식이 실제 현장에서도 충분히적용가능하다고 보았다.
허승오 등
(2007)
은 우리나라에 소개되어 있는 몇 가지의토양수분측정용 센서를 현장에서 코어를 이용해 측정한 용 적수분 함량과비교하여 센서의 정확도나 이용 가능성을 검 정하기위해
7
종의함수센서를선택해 실험을수행하였다.
허승오 등
(2007)
이 적용한 함수센서는가격이 비싼 것으로 알려진
TDR
형태의 센서2
종, FDR
형태의 센서5
종에 대하여 시험하였다
. TDR
센서는Soilmoisture
사에서 제작한MiniTrase
와Imko
사의Trime
이고, FDR
은Sentek
사에서 개발한EasyAG, EnviroSCAN
과Delta-T
사에서 제작한PR- 1
과WET-2
및Decagon
사에서 제작한ECH2O
센서였다.
비교결과
TDR
인MiniTrase
가 결정계수(R
2)
가0.964
이고 표 준오차(SE)
가0.01
로 좋은 결과를 보여줬고, WET-2
의R
2와SE
가0.932
와0.013
이였으며, EasyAG
는0.877
과0.0211, EnviroSCAN
은0.803
과0.0259
의 값을 보였다.
일반적으로 토양수분함량측정오차가1%
미만인센서가정확한수분함량 해석을 유도할 것이지만 위의 센서중
MiniTrase
를 비롯한
4
개의 센서 정도가 토양의 수분 함량을측정하는데 유용하다고 보고하였다
.
2.4 현장 함수비 계측시스템
본 연구에서는 표
2
와 같이 한반도 남부지역(
동결지수400
oC
·day
미만) 6
개지역에 대하여함수센서를매설하였으 며,
각 현장별센서배치를그림2
에 나타내었다.
함수센서의 경우 포장 하부에해당하는보조기층,
동상방지층및 노상에K Ct = 2 --- L
2 표 1. CS616 함수센서의 재료별 보정방정식재료 보정방정식 노상층 −
0.1004T
2+ 7.5601T
−101.59
보조기층 −
0.1919T
2+ 10.1991T
−118.14
표 2. 현장 함수비 계측시스템 동결지수
400
oC
·day
~350
oC
·day 350
oC
·day
~200
oC
·day 200
oC
·day
미만 현장 안동 김천
,
부여,
장성 보성,
합천그림 2. 현장 함수비 계측시스템
각
3
개씩 매설된 것을 알 수 있으며,
함수 센서는 미국Campbell
사에서 제작한2rod TDR
방식의CS616
함수 센 서이다.
이때3
개의함수 센서 중2
개는CR1000
데이터 로 거 및 무선 모뎀과 연결하여 상시 자동 계측을 수행 할 수 있으며,
중앙의 함수 센서1
개는 자동 센서의 망실 또는 장기 계측에 따른 함수 센서 검증을 위하여 설치하였다
.
온도 센서는 포장 상부와 하부의5
개 층 또는4
개 층에 대하여 각층마다2
개씩매설하였다.
3. 함수센서 적용성 검토
3.1 피복두께 및 간섭의 영향현장함수비 계측을 위하여
TDR
방식의 함수센서를적용하였으며
, Topp
등(1985)
는 탐침주위의3,800 mm
2의 타원형 단면적이함수량 측정 시 영향을 미치는 영역이라보고하였 다.
그리고Baker
등(1989)
는탐침주위3,500 mm
2~4,000 mm
2에 이르는 아령형 단면적이 계측 영향권에 해당하고
1,000 mm
2의 단면적에서가장 민감한것으로보고하였다.
또한 탐침을눕혀서 설치했을경우 탐침봉으로부터 반경
2 cm
지역이 영향권이므로 적어도
2 cm
이상의 깊이로 설치해야 한다고보고하였다(
박재현등, 1997).
TDR
방식의 센서 중Campbell
사에서 제작한CS616
함수 센서에 대한 보정시험은 김부일 등
(2005)
과Ekblad
등(2007)
이 수행하였다.
김부일 등(2005)
은 보정시험 시60 cm×60 cm×50 cm(
가로×
세로×
높이)
의 시험 몰드를 적용하였으며
, Ekblad
등(2007)
의 경우는 시험몰드의 크기를50 cm×20 cm×25 cm
로김부일등(2005)
이적용한시험몰드보 다 작은 크기와 스테인리스 스틸재질의시험 몰드를 적용하 였다.
그러나
TDR
함수 센서는 전기저항을 이용하는 방법으로시험몰드를스테인리스 스틸로 제작할 경우 시험 오차가 발 생할수 있다는우려가 있기 때문에 본 연구에서는두 시험
몰드 중 크기가 작은
50 cm×20 cm×25 cm
크기의 아크릴재질의 시험 몰드를 제작하였다
.
이때 함수 센서의 피복 두 께의 영향은 그림3(a)
및 그림3(b)
와 같이3 cm
와6 cm
를 적용하였다.
그리고 센서간섭의 영향을평가하기위하여 그림
3(c)
와같이3 cm
간격으로센서를복층 설치하여시험을수행하였다
.
그림3(a)
및 그림3(c)
에서 최소 피복 두께와 센서간의간격은Topp
등(1985)
및Baker
등(1989)
가 보고한 계측결과로부터계산된영향반경인1.8 cm~3.6 cm
의 사이값에 해당하는
3.0 cm
의 피복두께 또는 센서 간격을 적용하였다
.
피복 두께 변화에 대한 시험 결과를 표
3
과 그림4
에 나 타내었다.
표3
을 살펴보면 시험 결과로부터 얻어진 계측주기나체적함수비의값이피복 두께에따라차이가있는것을 알 수 있다
.
그러나 그래프로 나타낸 그림4
를 살펴보면 피복두께
3 cm
와6 cm
의 시험 결과가거의선형적으로나타나표
3
에서 확인한시험 결과의 차이는 피복 두께의영향보다시험을수행하기위하여 적용된체적함수비
,
온도및 다짐률 등의영향에의한것으로사료된다.
따라서동일한조건(
동일한 함수비
,
온도 및 다짐률 등)
으로 시험을 수행할 수 있다 면 피복 두께의영향은크지 않을 것으로사료된다.
표
4
와 그림5
는 센서 간섭 영향에 대한 시험 결과를 나타낸 것이다
.
표4
와 그림5
를 살펴보면피복두께의영향과는 달리 센서 간섭의 영향으로복층 하부 센서와 복층 상부 센서로부터 얻어진 시험결과 사이에 일정부분 차이가 있는 것을 확인 할 수 있다
.
복층 하부 센서와 복층 상부 센서의간섭 영향량을 확인하기 위하여 표
5
에 센서 간섭에 따른 오차율 검토결과를나타내었다.
표5
를 살펴보면상부 센서 와 하부센서에서각각 측정된 주기의경우0.2%~2.7%
정도 차이가 발생하는것으로 나타났다.
그리고 이러한센서 간섭또는 주기 차이가 체적함수비 계측결과에 미치는 영향은
±1%
정도로만약 최소피복 두께와 센서간 간격을5 cm
이상 유지하고 함수센서가 적용되는 도로 하부의 최소두께
15 cm
를 고려한다면 도로 하부에함수센서를 적용하는데 큰문제가 없을것으로 사료된다
.
그림 3. 피복두께 및 센서간섭 영향 시험 방법
표 3. 피복두께의 영향(90% 다짐률)
VMC
목표(%)
3cm
피복6cm
피복계측주기
(period) VMC
계측(%)
계측주기(period) VMC
계측(%)
0% 17.04 0 18.04 2
10% 20.94 11 21.43 13
20% 23.70 21 24.17 24
30% 27.42 30 29.03 33
40% 29.49 39 30.65 46
50% 31.08 49 31.03 53
3.2 온도의 영향(5oC 이상)
TDR
방식의 함수센서는흙과 공극률을 메우고 있는 공기 와 물 사이의전기 전도 차이를 이용하여흙의 함수비를 측 정하며,
전기 전도율은 온도에 대하여 변한다.
따라서 실제 함수센서가매설되는도로하부도1
년4
계절이라는한반도의계절적특성을고려할때온도에대한 민감도도평가해야할
필요가 있다
.
본 연구에서는
10
oC~25
oC
범위의온도에대하여체적함수 비20%
와30%
에 대하여 실내 시험을 수행하였으며,
시험 결과를 표6
과 그림6
에 나타내었다.
표6
과 그림6
을 살펴보면 시험이수행된온도구간내에서온도가증가할수록 주 기도 증가하며
,
온도와 주기 간에는 선형적인 관계가 있는 것을 알 수 있다. 5
oC
이상 온도에서 온도 변화가 함수비 계측결과에 미치는 영향을 평가한 결과 온도에 대한 민감도 는 체적함수비20%
보다30%
가 큰 것으로 나타났지만 온도 에 대한영향이 크지않은 것으로나타났다.
그러나본 연구 에서는5
oC
이상에대해서만 검토하였으며, 5
oC
미만에대해 서는 추가검토가 필요할것으로 사료된다.
3.3 다짐률의 영향
도로 하부층에
TDR
방식의함수센서를적용할때,
현장다짐은최적함수비로부터얻어진최대건조단위중량의
95%
로 시공된다
.
따라서 함수센서에 대한 보정시험을 수행할 경우도 동일한다짐률을유지하며 보정시험을수행하여야한다.
따라 서 실내실험시현장다짐을 확보하기위하여충분한다짐 에 너지가 필요하지만 센서 파손이나 다짐 에너지 확보와 같은 제한사항이있어 충분한 다짐률확보가어렵다.
또한 현장에서
95%
다짐으로 시공된다고 가정하지만 실질적으로 현장다짐 시에도 오차가 발생할 가능성도 있다
.
따라서 본 연구 에서는다짐률에따른 함수센서의계측오차를 확인하기위하여 보성 현장에서 채취된 노상토에 대해
70%~90%
범위에대한
6
가지다짐률에대한 실내시험을 수행하였다.
시험 결 과는 표7
과 그림7
에 나타내었다.
본 연구에서수행한다짐률영향에대한시험 시노상토에
대하여
40%
이상의체적함수비조정및 다짐의어려움에 따그림 4. 피복 두께의 영향(90% 다짐률) 표 4. 센서 간섭의 영향(90% 다짐률)
VMC
목표복층하부센서 복층상부센서 계측주기
(period) VMC
계측(%)
계측주기(period) VMC
계측(%)
- (A) (B) (C) (D)
0% 17.21 0 16.89 0
10% 21.26 11 20.71 11
20% 24.13 21 23.61 22
30% 27.83 30 27.28 30
40% 29.95 39 29.35 40
50% 31.13 49 31.04 48
그림 5. 센서 간섭의 영향(90% 다짐률)
표 5. 센서 간섭에 대한 오차율 검토 결과
VMC
목표A-C
(E, period) E/A
(%) E/C
(%) B-D
(%)
0% 0.32 1.86 1.89 0
10% 0.55 2.66 2.66 0
20% 0.52 2.20 2.20 -1
30% 0.55 2.02 2.02 0
40% 0.60 2.04 2.04 -1
50% 0.09 0.29 0.29 1
표 6. 온도변화시험 결과(90% 다짐률)
VMC 20% VMC 30%
온도
(
oC)
주기(period)
온도(
oC)
주기(period)
11.84 27.42 17.63 23.96
14.94 27.89 19.75 24.13
24.03 29.03 25.00 24.17
그림 6. 온도 영향에 대한 시험 결과
라 다짐률
70%, 75%
및83%
에 대해서 모든 경우데 대한 시험을수행할 수 없었으며,
그림7
과 같이 체적함수비0%,
40%
및50%
대에서 수행된 시험 결과에 대한 분석은 힘든것으로나타났다
.
따라서다짐률에대한 영향 평가는함수비10%, 20%
및30%
에서 얻어진 시험 결과를 사용코자 하며,
그림
8
에 시험 결과를 나타내었다.
그림8
을 살펴보면 다짐 률이증가할수록동일체적함수비에대한 함수센서(CS616)
의 출력값인주기도선형적으로증가하는 것을알 수 있다.
다짐률에따라함수센서의출력값인주기가변하므로함수 센서의 보정시험 시 현장 다짐과 보정시험 시 실내 다짐의 차이가 보정결과에미치는 영향의 크기를 파악해야 할 필요 가 있다
.
때문에,
다짐률에 대한 시험 결과에대하여 다짐률을 고려한 경우와 무시한 경우에 대한 선형회귀분석을 수행 하였으며
,
각각의경우에 대한회귀식은식(2)
및 식(3)
과 같 다.
식(2)
와 식(3)
을 통하여 다짐률 고려 여부에 따른 잔 차를 표8
에 나타내었다.
표8
을 살펴보면 다짐률을 고려한경우표준오차나잔차가더 작게나타났지만 그차이는체적
함수비
1%~2%
정도로 실제 보정시험시 다짐률에 대한 시험을 수행에 필요한 노력에 비하여 비효율 적인 것이며
,
다 짐률에 의해서 발생할수 있는 계측오차의크기는 미미하여 무시할수 있을것으로 사료된다.
고려
: VMC = 0.0350×period
−0.3288×(
다짐율×0.01)
−0.3440 (2)
무시
: VMC = 0.0339×period
−0.5871 (3)
4. 함수센서 보정 시험
본 연구에서는
6
개 지역 도로 현장에서 채취된 노상토 및보조기층에대해서실내보정시험을수행하였다
.
실내보정시 험은 함수 센서의 적용성 검토에서 사용된 몰드와 동일한50 cm×20 cm×25 cm
크기의 아크릴 재질의 시험 몰드를 사용하였으며
,
그림9(a)
와 같이다짐 시 보정 시험 몰드의 파손을 막기 위하여나무 블록을이용하여보호하였다
.
보정시험 방법은 그림
9(a)
와 같다. 1
층 시료 준비를 준비하고 다표 7. 다짐률 변화에 따른 계측결과
VMC
다짐률별계측주기(period)
70% 75% 79% 83% 88% 90%
0% 17.11 17.08 17.99 18.04 17.04 17.64 10% 19.05 19.86 20.83 21.13 21.26 21.79 20% 21.57 21.96 22.75 23.46 23.70 23.96 30% 25.17 25.78 26.47 27.08 27.42 27.89
40% - - 29.76 - 29.49 30.17
50% - - 31.05 31.03 31.08 31.36
그림 7. 다짐률 변화에 대한 시험 결과
그림 8. 다짐률에 따른 계측 주기 변화 곡선
표 8. 다짐률 변화에 따른 오차율
구분 다짐률고려 다짐률무시
표준오차
2.43% 3.17%
잔차
최대
5.12% 6.64%
최소
-3.78% -5.71%
그림 9. 함수센서 시험 전경
짐후 그림
9(c)
와같이 함수센서(CS616)
과 온도계를정치시 킨다.
그 후 상부시료로 센서를덮고2
층 다짐을 수행한다.
이때최대건조밀도의
90%~95%
다짐이 이루어지도록하였다.
함수센서 보정시험 결과를 그림
10
에 나타내었으며, 6
개 현장에대한 노상 및 보조기층 재료에대한 보정 시험 결과 를 표8
과9
에 노상과 보조기층에 대하여 각각 나타내었다.
표
8
과9
를살펴보면보정시험으로부터3
차식 형태의보정식을 얻을 수 있으며
6
개 지역에 대한 보정식 모두 적합계수(R
2)
가0.9
이상인 것으로 나타났다.
또한6
개 현장에 대한 개별 보정식 뿐만 아니라 표8
과9
에 나타낸 바와 같이 종 합식도 구할 수 있지만,
종합식 보다는 개별식을 사용하는것이 보다 정확한 현장 계측자료를 획득할 수 있을 것으로 사료된다
.
5. 결 론
본 연구는 토양의 함수비를측정하기 위하여
TDR
방식의함수센서
(CS616)
에대한올바른보정시험을제안하기위하여피복두께
,
센서 간 간섭 영향,
온도의 영향 및 다짐률 변화 에 대한 실내 시험을 수행하였으며,
시험 결과는 다음과 같다
.
1)
함수센서(CS616)
에 대하여 피복두께,
센서 간 간섭 영향 및 온도의 영향에 대하여 실내 시험을 수행하였다
.
시험 결과 이들이시험결과로부터 얻어지는체적함수비 의 크기에미치는영향은크지않은 것으로나타났으며
,
오히려 보정시험시정확한체적함수비조건을 유지하는 것이 중요할것으로사료된다
.
2)
다짐률과 주기를 고려하여 얻은 회귀식을 살펴 볼 때,
다짐률을고려한 보정시험의체적함수비정확도는 주기 에 비하여상대적으로 영향이작은 것으로사료된다
.
이 는 실제다짐률에 대한보정시험수행에 필요한노력에 비하여 비효율적인 것이며,
보정 시험 시 다짐을90%
이상 확보한다면다짐률에대한영향을 무시할수 있거 나
,
얻어진 체적함수비에3.5
내외의 보정 계수를 사용 하여 다짐에대한 보정을수행해도문제가없을 것으로 사료된다.
3) 6
개 현장으로부터획득된 노상과보조기층재료에 대하 여 보정시험을 수행하였으며,
그 결과 각각의 시료로부 터 얻어진 보정식의R
2가0.9
이상으로 나타났다. 6
개지역의 종합식을 사용할 수도 있지만 각각의 보정식을 사용하는것이 보다정확한 현장계측자료를얻을 수 있 을 것으로사료된다
.
감사의 글
본 연구는국토해양부 건설교통
R&D
정책인프라사업의 일 환인“
남부지역도로의포장구조체현장계측시스템구축 및계측결과분석
(08-
기술혁신-C01)”
연구결과의일부입니다.
연구지원에 감사드립니다
.
참고문헌
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한국수자원학회 논문집
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한국수자원학회.
그림 10. 실내 보정시험 결과
표 8. 노상층 보정시험 결과 종합
지역 회귀식
R
2안동
0.0003 x
3−0.0208 x
2+0.4934 x
−3.883 0.99
김천
0.0002 x
3−0.0126 x
2+0.2963 x
−2.3436 0.99
합천
0.0002 x
3−0.0144 x
2+0.3385 x
−2.6867 0.99
장성 −
0.0001 x
3+0.0109 x
2−0.2321 x +1.503 0.99
보성
0.0002 x
3−0.0127 x
2+0.3191 x
−2.6871 0.99
부여
0.0001 x
3−0.0078 x
2+0.1905 x
−1.596 0.99
총괄
0.00007 x
3−0.0044 x
2+0.1147 x
−1.0493 0.97
표 9. 보조기층 보정시험 결과 종합
지역 회귀식
R
2안동
0.00005 x
3−0.0046 x
2+0.1186 x
−1.0085 0.99
김천
0.0001 x
3−0.0092 x
2+0.2438 x
−20663 0.99
합천
0.0004 x
3−0.0249 x
2+0.5369x
−3.8079 0.99
장성
0.00008 x
3−0.071 x
2+0.2142 x
−2.0233 0.99
보성
0.0002 x
3−0.0135 x
2+0.3283 x
−2.6486 0.99
부여
0.0003 x
3−0.018 x
2+0.3962 x
−2.9225 0.99
총괄 −
0.00002 x
3+0.0014 x
2−0.0157 x
−0.038 0.93
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◎논문접수일
: 10
년03
월10
일◎심사의뢰일
: 10
년03
월11
일◎심사완료일
