와싱턴 주 교통부(Washington State Department of Transportation, WSDOT)의 콘크리트 포장 건설 프로그램은 1960년대와 1970년대 초반의 주간 시스템(interstate systems)의 완료 이후로 상대적으로 작은 규모였음. 이러한 도로포장의 상당수는 지금 수명의 막바지에 도달해 있고, 재건설을 위한 프로그램이 진행 중임. 도로포장의 서비스 수명을 50년 이상으로 하기 위해 최적의 물질과 시공사례가 사용되는 것이 필수적임. 이는 더 나은 성능 제공하는 다양한 혁신적 물질 또는 시공 사례를 평가하기 위해 건설 프로젝트에 포함되어온 여러 실험적 기능의 개발로 이어졌는데, 스터디드 타이어(studded tire)의 마모에 대해 더 저항력이 있는 도로 포장이 한 예임.

와싱턴은 미국의 서부 지역에 위치한 3개 주들 중 하나로, 겨울철에 많은 이들이 스터디드 타이어를 사용함. 이 보고서는 가로 방향의 타이닝(transverse tining)에 대한 대안으로써 사용된 카펫 끌기(carpet drag)와 세로 방향의 타이닝(longitudinal tining)을 사용하여 건설된 2개의 프로젝트에 대한 성능을 서술함. 이는 스터디드 타이어의 마모에 대해 더 커다란 저항력을 가지고 가로 방향의 타이닝보다 마찰 특성 및 타이어/포장의 소음 생성에서 더 나은 도로포장으로 이어지는 표면처리(texturing) 방법을 찾는 목적을 위한 것임.
 

와싱턴 주에서 콘크리트 도로포장에서의 마모는 주로 스터디드 타이어 때문인데, 이 타이어는 11월 1일부터 3월 31일까지 그 사용이 합법적임. 스터디드 타이어에서 발생하는 손상은 차량 바퀴 경로를 따라 약간의 밀림이 발생하는 것에서부터 1/2인치가 넘는 깊이의 바퀴 홈 파임에 이르기까지 그 범위가 다양함.

<그림 1>은 스터디드 타이어의 마모를 보여주고 있음. 여기서 콘크리트 도로포장에 1/2인치 깊이의 바퀴 홈(rutting)이 형성되었음. 이러한 타입의 바퀴 홈은 스포케인(Spokane) 도시 지역에서 특히 많이 발생하였으며, 이 지역은 와싱턴 주에서 가장 많이 스터디드 타이어를 사용하는 곳임.

<그림 1> 콘크리트 포장 위의 스터디드 타이어에 의한 마모 (I-90 스포케인)

앞에서 언급된 마모를 줄이기 위한 다양한 전략을 사용하여 와싱턴 주의 동부와 서부에서 일련의 실험적 장치들이 건설되었음. 이 보고서는 주간 고속도로 I-5 상의 2개의 와싱턴 서부 지역의 프로젝트 - Federal Way to S. 317th Street HOV Direct Access(이하 페더럴 웨이 프로젝트)와 Pierce County Line to Tukwila I/C(이하 피어스 카운티 라인 프로젝트) - 를 다루고 있음. 첫 번째 프로젝트는 가로 방향의 타이닝 대신에 카펫 끌기를 사용하여 건설되었음. 두 번째 프로젝트는 가로 방향의 타이닝 대신에 카펫 끌기를 사용했지만, 일부분에서 세로 방향 및 가로 방향 타이닝을 사용하기도 하였음.

I-5 고속도로 상의 두 프로젝트의 성능은 와싱턴 동부 지역의 3개의 프로젝트의 성능과 대조를 보였음. 와싱턴 동부 지역의 프로젝트는 모두 스포케인 도시 지역의 I-90 고속도로 상에서 이루어졌음. 첫 번째 프로젝트는 2001년에 완료된 Sprague Avenue I/C 3단계였음. 이 프로젝트는 여러 다른 골재 구조가 스터디드 타이어의 마모를 줄일 수 있는지 살펴보기 위해 골재의 차이를 사용하여 마일포스트(milepost, MP) 284와 287 사이에 서쪽 방향의 차선을 건설하였음. 이는 WSDOT의 표준 골재를 사용하여 똑같은 구간에 대해 동쪽 방향의 차선에서 1년 전에 건설된 프로젝트와 비교되었음. WSDOT의 650 psi 휨 강도 배합 설계가 두 개의 프로젝트에 사용되었음. 그 연구의 결론에 의하면, 골재의 차이는 스터디드 타이어의 마모에 대한 도로포장의 저항성에서 어떤 유의한 개선을 이끌어내지 못했음. 이 프로젝트는 컴바인드 그레데이션 프로젝트(combined gradation project)로 언급됨.

두 번째 프로젝트, Sullivan Road to Idaho State Line, 는 2003년에 완료되었음. 스터디드 타이어로 인한 바퀴 홈을 완화하기 위해 HMA 도로포장 위에 다양한 포장 처리가 설치되었음. 여기에는 마이크로/매크로 표면재처리(micro/macro resurfacing), 수정된 등급 D 고온배합 아스팔트(modified Class D HMA), 화이트타핑(whitetopping), 그리고 표준 등급 1/2인치의 슈퍼페이브 고온배합 아스팔트(standard Class 1/2 inch Superpave HMA)가 포함되었음. 화이트타핑이 그 프로젝트에서 관심이 있는 처리 방법이었음.

MP 239.20과 293.53 사이에 서쪽 방향의 차선에 3 인치, 4 인치, 그리고 5인치 두께의 섬유 강화 콘크리트가 각각 600 피트의 길이로 설치되었음. 배합 설계에 대한 휨 강도 요구사항은 650 psi에서 800 psi로 증가하였음. 추가적인 강도를 제공하고 어떤 균열도 지지할 수 있도록 평방 야드 당 3 파운드의 비율로 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fibers)가 배합에 포함되었음. 그 프로젝트에 대한 배합 설계는 I-90 상의 세 번째 프로젝트, Argonne Road to Sullivan Road, 에 사용된 800 psi 휨 강도 설계와 비슷했음. 화이트타핑은 매우 경량의 카펫 끌기로 마무리되었음. 보다 높은 휨 강도 배합 설계를 가진 화이트타핑 부분은 일반적인 콘크리트 포장보다 스터디드 타이어의 마모에 대해 더 저항력이 있는 것으로 증명되지 못했음. 그 프로젝트는 화이트타핑 프로젝트(Whitetopping Project)로 언급됨.

세 번째 프로젝트, Argonne Road to Sullivan Road(이하 아르곤에서 설리반으로의 프로젝트), 는 2005년에 완료되었음. 그 프로젝트는 더 높은 휨 강도의 배합으로 건설되었으나, 650 psi의 휨 강도 배합, 650 psi의 콘크리트 경화제 첨가제를 가진 배합과 높은 시멘트 함량을 가진 배합을 가진 짧은 구간도 포함하였음. 사용된 배합은 아래와 같음:

- 카펫 끌기와 가로 방향의 타이닝을 가진 650 psi 휨 강도
- 경화제를 첨가하고 카펫 끌기를 가진 650 psi 휨 강도
- 카펫 끌기와 가로 방향의 타이닝을 가진 800 psi 휨 강도
- 높은 시멘트 함량(925 lbs/cy)과 카펫 끌기

동쪽 방향의 차선은 2004년에, 서쪽 방향의 차선은 2005년에 개통되었음. 아르고에서 설리반으로의 프로젝트에 사용된 650 psi 배합 설계는 여러 면에서 I-5 상에 사용된 배합 설계와 유사하였음. 카펫 끌기는 대부분의 프로젝트 구간에 적용되었는데, 가로 방향의 타이닝을 가진 2개의 짧은 구간은 제외되었음. 그 연구의 결론에 의하면, 더 높은 휨 강도, 콘크리트 경화제, 그리고 더 높은 시멘트 함량은 650 psi의 일반적인 배합 포장보다 스터디드 타이어의 마모에 대해 더 큰 저항력을 가지지 못했음.

스터디드 타이의 마모 완화는 이 연구에서 다루어지는 이슈들 중에 하나임. 마찰 저항, 도로포장의 평탄성과 소음에 대한 데이타도 수집되고 분석되었음. 연방 고속도로청(Federal Highway Administration, FHWA)은 모든 콘크리트 포장에 대해 가로 방향의 타이닝을 사용하도록 요구하였음(FHWA는 현재 주 교통부가 다른 타입의 표면 처리가 안전한 이동에 필요한 마찰 성능을 제공한다면 가로 방향의 타이닝 이외의 표면 처리도 허용함). 잘못 건설된 가로 방향의 타이닝은 도로포장의 승차감에 유해할 수 있음. I-5와 I-90 상의 프로젝트는 카펫 끌기와 세로 방향의 타이닝이 용인되는 수준의 마찰 성능과 승차감을 가진 것으로 보여주기 위해 사용될 것임.

마지막으로, FHWA는 주 정부로 하여금 더 조용한 도로포장을 사용하도록 허용하는 프로그램을 가지고 있음. 가로 방향의 타이닝은 타이어/도로포장 소음 수준에 유해할 수 있는데, 표면 처리가 너무 깊거나 균질하지 않으면 더욱 그러함. I-5 프로젝트로부터의 소음 수준 데이타는 다양한 표면 처리를 가진 콘크리트 포장의 소음 특성에 대한 정보의 데이타베이스를 개발하는데 사용될 것임.

요약하면, 이 연구의 목적은 다음과 같음:

- 카펫 끌기와 세로 방향 타이닝이 가로 방향 타이닝보다 스터디드 타이어의 마모에 더 저항력이 있는지 결정함.
- 카펫 끌기 마무리와 세로 방향 타이닝을 가진 콘크리트 포장의 마찰 특성이 가로 방향 타이닝을 가진 포장과 비슷하거나 더 우수한지를 결정함.
- 카펫 끌기와 세로 방향 타이닝을 가진 콘크리트 포장이 용인되는 수준의 승차감을 가지고 있는지, 그리고 시간이 지남에 따라 그러한 승차감이 유지되는지를 결정함.
- 가로 방향의 타이닝을 가진 도로포장 보다 더 조용한 콘크리트 포장을 찾는데 있어 미래의 사용을 위해 타이어/도로포장의 소음 데이타를 제공함.
 

2개의 I-5 프로젝트에서 가장 흥미로운 측면은, 어떤 타입의 표면 처리가 콘크리트에 적용되든지 도로포장 위의 마모는 없을 수가 없다는 것임. 이는 카펫 끌기와 가로 방향의 타이닝을 가진 스포케인의 I-90 상에서 수행된 프로젝트와 대비를 이룸. 스포케인 프로젝트는 스터디드 타이어의 마모로 인해 5 - 10 mm의 바퀴 홈을 가졌음. 5개의 프로젝트 성능에 대해 다음과 같은 사실이 진술될 수 있음:

- 2개의 I-5 프로젝트에서 도로포장의 마모(최종 바퀴 홈 측정치에서 처음의 바퀴 홈 측정치를 뺀 것)는 5 ？ 6년의 모니터링 기간 동안 1mm 이하였음.
- 2개의 I-5 프로젝트에서 마찰 숫자는 매우 양호하였고, 모니터링 기간 동안 같은 수준을 유지하였음.
- 2개의 I-5 프로젝트와 3개의 I-90 프로젝트에서 승차감은 양호하거나 매우 양호하였으며, 다양한 모니터링 기간 동안 나빠지지는 않았음.
- 카펫 끌기를 한 포장 위의 소음 측정치는 일반적인 다이아몬드 그라인드가 된 도로포장이나 가로 방향의 타이닝을 가진 도로포장과 유사함.
- 3개의 I-90 프로젝트에서 도로포장의 마모는 5 - 7년의 모니터링 기간 동안 1.6 ？ 7.6 mm 였음.
- 가로 방향의 타이닝과 카펫 끌기로 처리된 콘크리트 포장은 3개의 I-90 프로젝트에서 스터디드 타이어의 마모에 똑같이 취약하였음.
 

이 연구로부터 다음의 결과가 도출될 수 있음:

- 카펫 끌기와 세로 방향 타이닝은 마모 저항성, 마찰 저항성, 승차감, 그리고 용인될 수 있는 소음 수준에 근거하여 콘크리트 포장에 대한 가로 방향 타이닝에 대해 용인될 수 있는 대안임.
- 높은 비율의 스터디드 타이어의 사용에서 발생하는 마모에 대해 저항력이 있는 콘크리트 포장을 만들어 낼 수 있는 표면 처리 기법이나 배합 설계는 없음.