PURPOSES : This study aims to evaluate the vertical displacement caused by differential drying shrinkage in concrete pavements within tunnels under various independent variables using structural analysis. METHODS : The behavior of differential drying shrinkage was assessed based on literature reviews of slab thickness and atmospheric humidity. The equivalent linear temperature difference (ELTD) values were analyzed using regression analysis. A three-dimensional solid element model of a two-lane highway tunnel section with six slabs was created using the ABAQUS finite element program by referring to standard drawings. Dowels and tie bars were placed in accordance with the highway standards of the Korean Highway Corporation. RESULTS : The results of a finite element analysis revealed no significant difference in vertical displacement owing to the type of slab base. However, thicker slabs exhibited a smaller vertical displacement. Additional dowels installed at the shoulder of the driving lane did not significantly inhibit vertical displacement. A narrower joint spacing resulted in a smaller vertical displacement. A comparison with field data from Tunnel A showed that the amount of differential drying shrinkage varied with the relative humidity of the atmosphere during different seasons. CONCLUSIONS : Increasing the slab thickness and reducing the joint spacing can improve driving performance by mitigating differential drying shrinkage during dry winter conditions. Future research will involve the creation of indoor test specimens to further analyze the behavior of differential drying shrinkage under varying conditions of relative humidity, slab base moisture, and wind presence.

현재 도로포장 유지보수 과정으로부터 노화된 폐 아스팔트가 발생하며, 순환 아스팔트로서 재활용하기 위해 아스팔트 오일을 첨가제 등과 함께 혼합하여 노화된 아스팔트의 성상 회복 및 유동성을 개선하여 도로포 장 재료로 활용하고 있다. 또한 아스팔트 오일의 사용은 저온영역의 성능 개선에도 영향을 미쳐 개질아스팔트 제작에도 활용하고 있으며, 개질 아스팔트는 SBS(Styrene Butadiene Styrene), SBR(Styrene Butadiene Rubber)등 고무계열의 폴리머와 오일 등을 원 아스팔트에 혼합하여 아스팔트 바인더의 공용성을 향상시키는 기술로서 폴리머는 아스팔트의 고온 영역의 물성, 오일은 저온영역의 물성을 개선하는데 사용된다. 이 중 폴 리머에 관한 연구는 활발히 이루어지고 있는 반면 아스팔트에 사용하는 오일에 관한 연구는 상대적으로 연 구가 부족한 실정이다. 따라서 오일의 사용으로 인한 아스팔트의 물성 변화에 관한 실험적인 검토가 필요 하다고 판단된다.

본 연구에서는 연속철근 콘크리트 포장(CRCP) 본선차로에 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 길어깨가 적용되었을 경우에 타이바와 슬래브에 작용하는 응력을 완화시키고자 창녕밀양 고속도로 건설사업단 1공구에 타이바 규격 및 배치에 따른 3가지 경우를 구성하여 시험시공 을 실시하였다. 각 경우마다 타이바에 철근 변형률계를 설치하고 길어깨 포장에 콘크리트 변형률계를 설치하여 거동 분석을 수행하였 다. 분석 결과, 모든 경우에서 타이바와 콘크리트 슬래브의 응력이 강도에 비해 작게 분석되어 공용성에는 문제가 없음을 확인하였다. 향후 주기적인 거동 분석을 통해 최적의 타이바 배치 및 규격을 설계하여 콘크리트 포장의 공용성을 향상시키고자 한다.

현재 국내 고속도로는 과거 대비 새로운 재료 개발 및 공법이 적용되고 있으나, 설계법은 과거 10년 대비 큰 변화가 없어서 실무에 서 적지 않은 어려움을 호소하고 있다. 2011년 개발 완료되어 실용화된 “한국형 포장설계법(KPRP, Korean Pavement Research Program)”을 통해 포장단면 설계 및 시공에 있어서 공기단축 및 원가절감은 어느 정도 달성했으나, 그 후 후속 연구 및 효율적 유지 관리로 인하여 “변화하는 포장 설계 트랜드” 반영이 미흡한 현실이다. 최근 고속도로 포장은 “효율적 포장”이 아닌 “장수명 포장”으로 그 설계, 시공 및 유지관리 패러다임에 변화를 주는 추세로, 이에 상응하는 포장설계 플랫폼 개발이 필요한 상황이다. 본 연구는 EXPD-JCP의 개선 방향으로 매뉴얼에서 제시한 전이함수와 기존 KPRP 소스코드 내 전이함수를 비교하여 가장 적합한 전이함수를 선정하는 방향으로 진행한다. Spalling의 변수들로는 중차량 비율, 수정동결지수, 쪼갬인장강도, 포장 두께가 있다. IRI 산 정 시 주요한 인자인 Spalling의 계산식을 검토하고 계산식 내의 변수들을 검증한다. 기존 KPRP JCP의 공용성해석 소스코드가“도로 포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”과 상이함과 더불어 피로균열과 IRI 둘 다 과소설계의 가능성이 매우 다분하므로 학술용역 발 주기관과 협의하여 확보한 HPMS 데이터를 활용하여 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”의 전이함수를 검증하고 보정한 후 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수를 선정한다. 데이터 확보가 용이하지 않을 경우 KPRP JCP에 대한 과거의 문헌들을 수집하고 분석하여 JCP의 공용성 전이함수들의 변수와 식을 검토하고 KPRP 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)” 의 전이함수 식 중 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수 식을 선정하여 적용한다.

2020년 국토교통부에서는 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’에 의하면, 전국의 고속국도 및 일반국도를 대상으로 결빙 취약 구간 464 개소를 선정하여 관리중에 있다. 그러나 감사원은 2020년 진행한 주요 사회기반시설(도로ㆍ고속철도) 안전관리실태 감사에서 결빙 취 약 구간 선정 시 터널 입출구부 등 결빙위험이 큰 구간이 도로포장 홈파기 대상구간에서 누락된 점을 지적하였다. 이러한 근거로 결 빙에 취약한 터널 입ㆍ출구에서 결빙사고가 우려되는 등 ‘겨울철 도로교통 안전 강화대책’의 실효성이 저하될 가능성이 제시되었다. 또한 본 연구에서 자체적으로 검토한 결과, 4개 특성 12개 항목으로 구성된 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’의 도로시설 항목에서 터널, 교량 등 도로시설물의 배점 부여 기준을 확인하기 어려웠으며, 각 도로시설에 대한 정의가 모호하여 평가표의 현장 적용성이 제 한되거나 신뢰도 검증이 부족한 점을 확인하였다. 본 연구에서는 국토교통부에서 제공하는 노드(Node) 및 링크(Link) 기반의 국내 도로망 GIS(Geographic Information System)데이터 에 결빙사고 데이터의 위치정보를 결합하여 고속국도 및 일반국도의 터널 및 교량 등을 포함하는 도로시설물 및 그 주변에서 발생한 결빙사고 이력을 자료화하였다. 최종적으로 도로시설물별 결빙사고 발생 비율 및 사고 심각도(사망자, 부상자 수)에 대한 분석을 통해 도로시설물의 결빙사고 상관 정도와 영향 범위를 파악하였다.

도로 결빙이란 도로 표면에 형성된 얼음층으로 도로 결빙으로 인한 교통사고의 치사율은 결빙이 원인이 아닌 교통사고의 치사율과 비교하여 1.5배 높은 수치인 2.3으로 나타났다. 현재 국토교통부에서는 결빙사고 취약구간을 선정하고 관리하기 위하여 결빙 취약구간 평가기준표를 제시하였다. 그러나 도로 결빙은 노면 온도와 수분 공급에 따라 형성되며 기온, 구름량, 풍속, 풍향, 상대습도, 강수량 등 의 기상인자들이 복합적으로 작용하여 발생하며, 기존의 평가 기준은 이와 같은 인자들을 충분히 반영하지 못하여 결빙 형성을 예측 하고 평가하는 능력이 부족하다고 판단된다. 따라서 본 연구는 결빙 교통사고 데이터의 통계적인 분석을 통하여 결빙이 형성되는 기 상 조건을 구체화하고 결빙사고 및 결빙 형성을 예측하기 위한 기상학적 기준을 마련하는 것을 목적으로 진행되었다. 2018년 1월 1 일～2024년3월 15일 동안 발생한 결빙 사고와 사고 발생 당시 및 이전 6시간동안의 기상 데이터를 분석 데이터로 사용하였다. 이때, 역거리 가중법, 기온감률 등 공간보간기법을 적용하였다. 이후, 박스도표, 히스토그램, 경험적 누적분포함수 등의 통계분석을 적용하여 결빙사고의 기상 분포 특성을 확인하였다. 최종적으로 결빙사고의 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 기온 및 습도에 따른 결빙사고 의 발생 확률을 계산하였다. 이와 같은 연구 결과는 결빙 형성을 예측하는 기온 및 습도의 기준점으로 제시할 수 있으며 더 나아가, 추후 결빙사고 예방 및 예보의 기준으로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

2019년 12월, 상주-영천 고속도로 상행선에서 도로 노면 결빙에 의한 연쇄추돌사고로 48명의 사상자가 발생하였다. 이에, 국토교통부 는 2020년 1월 결빙 취약구간 선정기준을 마련하여 결빙 취약구간 403개소를 지정하고, 결빙 취약구간을 대상으로 2022년까지 1,699억 원의 예산을 투입하여 결빙사고 예방사업을 계획하였다(BAI, 2021). 하지만, 결빙 취약구간 선정기준에 대해 적정성 검토가 이루어지 지 않아 그 신뢰성과 실효성이 충분히 검증되지 않았다. 본 연구에서는 국가교통정보센터의 노드·링크(Node·Link) 체계를 기반으로 전국 고속국도 및 일반국도의 특성정보(시설, 선형구조, 기상, 교통 등)를 GIS(Geographic Information System) 데이터로 구축하였다. 최근 5년 결빙사고 발생이력이 있는 도로구간(Link)을 확인하고 Random Forest 알고리즘을 통해 도로 특성정보의 결빙사고에 대한 변수 중요도(Feature Importance)를 분석했다. 이를 통해 결빙사고와 각 인자의 상관성을 파악하여 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’의 항목별 배점을 수정, 보완함으로써 평가표의 신뢰성을 제고한다.

CRCP(Continuously Reinforced Cement Pavement)는 시멘트 콘크리트 포장 공법 중 하나이다. 한국형 포장 설계법(KPRP: Korean Pavement Research Program)은 국내 실정에 맞게 개발된 도로 포장 설계법으로, 2011년에 최초로 개발되었다. 현재 최신 버전은 2016년 4월에 발표된 것으로, 이후 약 8년간 업데이트가 이루어지지 않았다. 본 연구의 목적은 한국형 포장 설계법 내 기존 CRCP 해 석 모듈을 분석하고 이를 개선하는 것이다. 또한, 본 연구에서 개선된 CRCP 해석 모듈은 추후 개발 예정인 고속도로 역학적-경험적 설계법(EXPD: EXpressway Pavement Design)에 적용될 예정이다. 문헌 조사를 통해 한국형 포장 설계법의 설계 매뉴얼인 국토교통 부의 도로포장 구조 설계요령(2015)과 TxCRCP-ME의 설계 매뉴얼인 Texas Tech University의 Develop Mechanistic-Empirical Design for CRCP(Soojun Ha 외, 2012)의 내용이 유사함을 확인하였다. 또한, 한국형 포장 설계법 내 기존 CRCP 해석 모듈이 Texas Tech University에서 개발한 역학적-경험적 설계 포장 프로그램인 TxCRCP-ME와 유사함을 확인하였다. 그러나, 휨강도, 탄성계수, 함수비, 복합지지력 K값, 허용하중반복횟수 등 사용자가 입력한 값에 기반한 계산 과정과 공용성 해석에서 기존 KPRP의 CRCP 해석 모듈이 설계 매뉴얼인 국토교통부의 도로포장 구조 설계요령(2015)과 차이점을 보였다. 이러한 분석을 토대로, 추후 개발 예정인 EXPD-CRCP는 기존 KPRP에서 설계 매뉴얼과 상이한 부분을 국토교통부의 도로포장 구조 설계요령(2015)을 준수하여 국내 실정에 적합한 역학적-경험적 설계법으로 개선하고자 한다.

콘크리트 포장의 평탄성과 내구성은 환경 조건에 크게 영향을 받으며, 슬래브 상하부 간의 온습도 차이는 부등건조수축 및 와핑 (Warping) 현상을 유발하여 포장의 장기 성능 저하를 초래할 수 있다. 이는 주행성 저하, 균열 발생, 유지보수 비용 증가의 원인이 되 며, 특히 터널과 같은 특수 환경에서는 상하부 간의 습도 차이가 더욱 크게 나타나 부등건조수축이 심화될 가능성이 높다. 터널 내부 는 직사광선의 영향을 받지 않지만, 통풍이 잘 이루어져 건조한 환경이 조성되며, 이러한 조건에서는 슬래브 상부에서 수분 손실이 가 속화되고 하부는 습윤 상태를 유지하여 상하부 간의 큰 습도 차이를 발생시킨다. 이는 슬래브의 비균일한 수분 이동을 유발하여 부등 건조수축을 더욱 크게 발생하게 한다. 국내에서는 터널 길이가 500m 이상인 장대 터널에서 콘크리트 포장 적용이 증가하고 있으며, 아스팔트 포장 대비 화재 시 유독가스 발생 위험이 낮다는 이유로 국토교통부에서 콘크리트 포장을 권장하고 있다. 이로 인해 터널 내 콘크리트 포장의 사용이 증가하고 있 으나, 기상환경 변화 및 습도 관리 미흡으로 인해 콘크리트 포장 줄눈부에서의 평탄성 불량 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 문제는 주행성 저하, 도로 이용자의 민원 증가 및 유지보수 비용 상승을 초래하고 있어, 구체적인 원인 분석과 대책 마련이 필요한 실 정이다. 따라서 본 연구는 터널과 같은 특수 환경에서 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 부등건조수축에 미치는 영향을 실험적으로 분석하고, 슬래브의 수평 변형률 및 수직 변위를 측정하여 건조 수축에 따른 변형 거동을 정량적으로 평가하고자 하였다. 다양한 습도 조건에서 슬래브의 변형 양상을 비교 분석함으로써, 터널 환경에 적합한 콘크리트 포장 설계 및 유지관리 기준을 제시하고, 콘크리트 포장의 장 기 성능을 개선하기 위한 대책을 마련하고자 한다.

대한민국의 도로망 확장과 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 이와 함께 시멘트콘크리트 포장의 성능과 수명에 미치는 환경 조건의 중요성도 높아지고 있다. 특히, 많은 고속도로 구간이 시멘트콘크리트로 시공되었으며, 기존 연구는 온습 도 차이에 따른 슬래브의 부등건조수축 현상을 주로 다루었다. 슬래브 상하부의 온습도 차이는 일일 및 계절적 주기에 따라 컬링과 와핑을 유발하며, 이러한 현상은 포장의 평탄성과 주행성에 문제를 일으킨다. 그러나, 콘크리트 내부 습도 변화와 이에 따른 장기적인 변형 거동에 대한 연구, 특히 배수가 어려운 터널 환경에서 습도 변화가 콘크리트 슬래브의 변형에 미치는 영향에 대한 이해는 미비 한 실정이다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 터널과 같은 환경에서 하부 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 거동에 미치는 영향을 실험적으 로 조사하고자 한다. 실험에서는 서로 다른 하부 수침 조건을 적용하여 콘크리트 시편을 제작하고, 부등건조수축으로 인한 변형률과 수직변위를 측정하였다. 이를 통해 슬래브의 습도 분포와 변형 거동 간의 관계를 파악하고, 장기적인 성능 예측에 필요한 데이터를 확 보할 예정이다. 또한, 유한 요소 해석(FEM)과 데이터 간의 관계 분석을 통해 실험 결과의 신뢰성을 높이고, 향후 터널 포장 설계에 반 영할 수 있는 구체적인 지침을 마련할 것이다.

국내에는 지형적인 조건 또는 그 외의 여러 제약에 따라 줄눈 콘크리트 포장(JCP)을 시공하는 경우가 많았다. JCP는 시공 이후 양생 제로 도포함에도 불구하고 시간이 지남에 따라 부등건조수축이 나타나, 운전자의 승차감과 안정성을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 포장설계 지침을 지속적으로 개정하고 있지만, 부등건조수축으로 인한 민원이 계속 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 JCP의 부등건조수축량에 영향을 줄 수 있는 변수를 설정하여 변수에 따른 거동 차이를 보고자 하였다. 3D 유한요소해 석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 유한요소법을 통한 해석을 진행하였고, 모델링은 2차로 6 슬래브를 모형화하였다. JCP의 부등건조 수축량에 영향을 주는 슬래브 깊이별 온도변화가 포장설계에 따라 어떻게 변화하는지 고려하기 위하여, 그에 대한 변수로 하부층 종 류의 영향, 슬래브 두께의 영향, 주행차로 다웰바 추가 설치 유무의 영향, 줄눈 간격의 영향을 설정하였다. 기본적인 모델의 유한요소해석 부등건조수축량 결과와 위에서 설정한 변수를 적용하여 만든 모델에 대한 유한요소해석 부등건조수축 량 결과를 각각 도출하였고, 기본 모델 결과와 변수를 적용한 모델 결과를 비교하여 각각의 인자가 어느 정도의 영향을 미치는지 확 인해 보았다. 영향이 큰 인자들을 선별하여 복합적인 변수에 대한 영향을 보고자 하였고, 복합 변수를 적용한 모델의 유한요소해석 부등건조수축 량 결과와 기본 모델의 유항요소해석 부등건조수축량 결과를 비교하여 그 차이가 어느 정도인지 확인하였다. 이에 따라 앞으로 JCP구 간 부등건조수축에 대한 해결을 위해 중점을 두어야 할 인자를 파악할 수 있었으며, 결과를 현장에 적절하게 적용한다면 도로 주행성 과 안전성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위해 현장 데이터와도 비교 분석하였고, 계절에 따라 약간의 차이는 있었으나, 평균값 과는 유사하여 본 연구의 구조해석 모형이 다양한 조건에 따른 연직변위 발생함에 있어 비교하는데 유용하다고 판단하였다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 응력완화줄눈 설치 간격을 제시 할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재 료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온 도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모 형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온 도를 블로우업이 일나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 응력완화줄눈 설치 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬래브 두께에 따라 지역별로 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 판단된다.

PURPOSES : In this study, a preliminary study on the optimal clustering techniques for the preprocessing of pavement management system (PMS) data was conducted using K-means and mean-shift techniques to improve the correlation between the dependent and independent variables of the pavement performance model. METHODS : The PMS data of Jeju Island was preprocessed using the K-means and mean-shift algorithms. In the case of the K-means method, the elbow method and silhouette score were used to determine the optimal number of clusters (K). Moreover, in the case of the mean-shift method, Scott’s rule of thumb and Silverman’s rule of thumb were used to determine the optimal cluster bandwidth. RESULTS : The optimal cluster sets were selected for the rut depth (RD), annual average daily traffic (AADT), and annual maximum temperature (AMT) for each clustering technique, and their similarities with the original data were investigated. Additionally, the correlation improvement between the dependent and independent variables were investigated by calculating the clustering score (CS). Consequently, the K-means method was selected as the optimal clustering technique for the preprocessing of PMS data. The K-means method improved the correlations of more variables with the dependent variable compared to the mean-shift method. The correlations of the variables related to high temperature—such as the annual temperature change, summer days, and heat wave days—were improved in the case wherein the AMT, a climate factor, was used as an independent variable in the K-means clustering method. CONCLUSIONS : The applicability of the clustering methods to preprocessing of PMS data was identified in this study. Improvements in the pavement performance prediction model developed using traditional statistical methods may be identified by developing a model using clustering techniques in a future study.

PURPOSES : The study aims to establish a comprehensive life cycle assessment model for bridges in South Korea considering domestic carbon emission factors. The main aims are to evaluate the carbon emission of bridge construction, focusing on the Seong-ri Bridge as a case study, and to improve national environmental policies and management strategies. METHODS : We utilized the life cycle assessment (LCA) methodology, adhering to standards set by ISO, to categorize each phase of the bridge's life cycle. The process involved selecting the bridge type based on the compilation of a detailed analysis range. The analysis covered various stages from raw material supply (A1-A3) to construction (A4-A5) and maintenance (B2-B5), excluding certain stages due to data unavailability. Carbon emission factors were then applied to quantify emissions at each stage. RESULTS : The findings indicate that the raw material production phase (A1-A3) contributes to approximately 96% of the total carbon emissions, highlighting its significant impact. We report detailed calculations of emissions using domestically developed emission factors for materials such as steel and concrete and establish a carbon emission per unit length measure for comparative analysis with other infrastructure. CONCLUSIONS : We leveraged LCA ISO standards to analyze each stage of the Seong-ri bridge, calculating its carbon emissions based on domestic factors for CO2, CH4, and N2O. By tailoring the study to Korea-specific emission factors, we develop a greenhouse gas model closely aligned with the nation’s environmental conditions. The results contribute to improving environmental impact assessments and strategically aiding national policy and management decisions.

PURPOSES : This study aims to provide quantitative profile values for the objective evaluation of concrete surface profile (CSP) grades in concrete structures. The main aims are to quantify the CSP grade required for concrete surface pretreatment and proposing a more suitable CSP grade for structural maintenance. METHODS : Initially, the challenges in measuring concrete surface profiles were outlined by analyzing pretreatment work and profile samples of concrete pavements. Theoretical foundations for quantifying concrete surface roughness were established, and regression models including linear regression, cubic regression, and log regression were selected. Additionally, the interquartile range anomaly removal technique was employed to preprocess the data for regression modeling. RESULTS : Concrete CSP profiles were measured through indoor tests, and the measured data were quantified. Linear regression, cubic regression, and log regression models were applied to each CSP grade for comparative analysis of the results. Furthermore, comparative studies were conducted through adhesion strength tests based on the CSP grade. CONCLUSIONS : Our results are expected to establish objective standards for the pretreatment stage of concrete repair and reinforcement. The derived reference values can inform standards for the restoration and reinforcement of concrete structures, thereby contributing to performance improvement. Moreover, our results may serve as primary data for the repair and reinforcement of various concrete structures such as airports, bridges, highways, and buildings.

아스팔트는 점성이 높은 도로포장 재료로서 골재와 채움재를 결합시키는 역할을 하는 중요한 재료이다. 아스팔트 콘크 리트는 생산 및 시공 과정에서 혼합물이 장비에 부착되는 현상이 발생하여 생산 효율 및 성능 저하를 유발하기도 한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 석유류와 식물성 기름을 부착방지제(Asphalt Release Agent)로 사용하고 있다. 하지 만 석유류는 단시간에 아스팔트를 용해시켜 혼합물의 성능 저하를 유발할 수 있고, 발생하는 유증기로 인해 작업자를 위 험에 노출시킬 수 있다. 식물성 기름은 석유류에 비해 아스팔트에 대한 용해력은 다소 작지만 석유류와 동일한 문제를 야기하며 제품 단가로 인해 높은 비용을 발생시킨다. 이에 따라 아스팔트 혼합물 생산 및 시공현장에서 저독성이며 친환 경적인 부착방지제의 중요도가 상승하고 있다.

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립변 수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나 타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전과 이 후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법 을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립 변수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망 의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인 자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전 과 이후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

본 연구는 특수한 조건에서의 줄눈 콘크리트포장의 설계 및 성능에 관한 분석을 목적으로 한다. 줄눈 콘크리트포장은 시멘트 콘크리트 포장의 한 형태로, 오랜 기간 도로 포장형식으로 사용되어 왔다. 이 포장 방식은 철근을 사용하지 않는 대신, 콘크리트 슬래브의 균열을 줄눈을 통해 유도하고, 다월바와 타이바를 통해 슬래브에 생기는 응력을 줄이는 방식이 다. 대한민국의 다양한 지역 환경과 계절적 특성은 도로 포장설계에 주요한 인자로 적용된다. 특히, 슬래브의 부등건조수 축이 평탄성 문제의 주요 원인으로 지적되며, 이는 온습도의 변화에 의해 발생한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 을 활용하여 줄눈 콘크리트포장 슬래브의 거동을 분석하고, 콘크리트 슬래브의 두께, 줄눈 간격, 타이바 및 다웰바의 배 치 등 주요 설계 변수의 영향을 평가한다. 이러한 설계 인자들이 슬래브의 응력과 변위에 미치는 영향을 확인하며, 다양 한 환경 조건 하에서의 설계 방법의 유효성을 검증한다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 실제 배치 방식을 모델링하여, 기존 설계 방식의 보안 사항을 파악하고, 설계 기준 내에서의 주요 인자 변화를 통해 부등건조수축을 완화할 수 있는 방 안을 제시한다. 이를 통해, 특수 환경 조건에서의 온습도 영향을 고려한 효율적인 포장 설계 방안을 도출함으로써, 도로 포장의 평탄성과 내구성 향상에 기여하고자 한다.

국내 고속도로의 본선차로 포장은 시공비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 시공하였으나, 최근 유지보수비용이 증가함에 따 라 유지관리비용이 저렴하고 공용성이 뛰어난 연속철근 콘크리트 포장을 확대 적용하고 있는 추세이다. 그러나 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공될 때 접속차로의 포장은 대부분 줄눈 콘크리트 포장으로 시공하고 있어 서로 다른 포장 형식이 접속함으로 인해 거동 차이가 발생하여 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로 연속철근 콘크리트 포장과 접속차로 줄눈 콘크리트 포장을 시공할 경우 줄눈 간격에 따른 접속차로 줄눈 콘크리트 포장의 응력 특성을 분석하기 위하여 유한요소해석 프 로그램을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 줄눈 간격별로 줄눈 콘크리트 포장의 해석모델을 구성하였으며 환경하중인 선형수직온도 경사와 온도하강, 그리고 선형수직온도경사와 온도하강을 동시에 적용하여 해석을 실시하였다. 구조해석 결과, 모든 온도조건에서 줄 눈 간격이 좁아질수록 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것으로 나타났다.