126

부 록

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

3.1 범위

도로 포장 구조 설계에서 노상토 및 입상 보조기층과 입도조정 쇄석기층 재료의 기

본 설계입력 물성으로서 탄성계수를 선택한다. 탄성계수는 매우 다양한 요소에 의해

영항 받는데 도로 포장 구조 설계에서는 노상토의 경우 체적응력, 축차응력, 함수비를,

입상 보조기층과 입상기층에 대해서는 체적응력을 영향요소로 고려한 탄성계수 결정모

델을 사용한다.

도로 포장 구조 설계에서는 응력수준과 함수비 등의 환경영향을 고려하여 탄성계수

결정모델로부터 탄성계수를 구할 수 있도록 재료에 대한 직접시험을 실시(설계수준 1)

하거나 재료의 기본 물성치로부터 상관경험모형을 이용하여 설계입력변수인 탄성계수

를 결정하는 방법(설계수준 2)을 채택하도록 하였으며 기존에 사용해 오던 CBR 시험

을 통해 간접적으로 노상토의 탄성계수를 추출하고 이를 설계입력변수로 사용하는 방

법(설계수준 3)을 사용할 수 있도록 하였다. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가

시험법은 설계수준 1에서 필요한 시험방법, 시험절차 및 소요되는 시험도구와 설계수

준 2에서 필요한 기본 물성시험의 종류와 이를 이용한 상관모형의 결정방법에 대하여

설명한다. 설계수준 3에서 사용하는 CBR시험법(KS F 2310)은 보편적으로 통용되고

있으므로 본 시험법 소개에서는 제외한다.

3.2 반복삼축압축시험을 이용한 설계입력물성 평가 (설계등급 1)

가. 시험법 적용의 범위

1) 본 시험방법은 노상토 및 입상 보조기층, 입도조정기층인 쇄석기층 재료의 포장

단면설계에 사용되는 탄성계수를 결정하기 위한 것이다.

2) 본 시험방법은 재성형 시편, 불교란 시편 모두에 적용 가능하다.

3) 응력조건은 포장층의 구성재료(노상, 보조기층, 쇄석기층)에 따라서 달리 적용한다.

4) 시편의 크기는 시험재료의 입도분포 특성에 따라서 달리 적용할 수 있다.

5) 본 절차에서 획득하는 탄성계수는 비선형성을 포함하는 것으로 응력의존의 탄성

127

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

계수이며 본 시험에서 적용하는 응력 범위 내에서 유효하다.

6) 본 시험절차에서 결정되는 탄성계수는 포장 구조해석에 적용 가능하다.

7) 본 시험절차는 시험과정의 안전 문제에 대해서는 포함하지 않는다.

8) 본 시험법은 포아송비 및 영구변형 관련 물성은 포함하지 않는다.

가. 용어정의

1) 노상토 : 입상보조기층 아래 위치하는 층의 재료로서 다짐된 노상토 또는 원지반

노상토로 구분된다.

2) 입상 보조기층 재료 : 본 재료는 토사와 골재를 혼합하거나 자연적으로 얻어지는

것으로서 특별한 안정처리를 하지 않은 재료에 해당한다.

3) 쇄석기층(입도조정기층) : 본 재료는 쇄석골재만을 사용하여 입도를 조정한 재료

에 해당한다.

4) 탄성계수 : 응력과 변형률의 관계를 맺는 계수이며, 비선형성, 응력 의존성, 함수

비 특성이 고려된 재료의 변형특성을 칭한다.

5) 안정응력 : 시편을 삼축압축시험장치에 거치할 때 시편과 상하부 캡 사이의 안정

적인 접촉을 확보하기 위해 가하는 수직 응력을 칭한다.

6) 공칭입자크기 : 체가름 시험결과에서 95% 누적 통과량에 해당하는 입자의 공칭

직경으로 정의한다.

나. 시험장치

1) 삼축압축 셀

① 시험의 구속응력 범위는 매우 작으나, 시험의 안전성 확보 측면에서 500kPa 이

상의 범위까지 구속응력 재하에 저항 할 수 있는 삼축 압축 셀을 사용한다.

② 삼축압축 셀은 셀 내부를 육안으로 볼 수 있도록 투명한 재질을 사용한다.

③ 구속응력은 압축공기를 사용한다.

④ 시편변형 측정 장치는 삼축 압축 셀 내부 또는 외부 어느 위치에 있어도 무방하다.

시편변형 측정 장치를 장착할 수 있는 장치를 갖추고 있어야 한다.

⑤ 하중측정 장치(load cell)는 삼축 압축 셀 내부 또는 외부 어느 위치에 있어도

무방하다.

2) 하중재하장치

① 하중재하는 응력 조절방식, 변형률 조절방식 모두 적용 가능하다.

128

부 록

② 하중재하는 유압식, 공기압식 모두 가능하다.

③ 개방형(open loop), 폐쇄형(closed loop) 조절 방식 모두 적용 가능하다.

3) 축하중 측정장치

① 축하중 측정장치는 전기식으로 결과를 획득할 수 있는 하중계(load cell)를 사

용한다.

② 하중계의 용량과 정밀도는 시편직경에 따라 <표 3.1>과 같은 수준을 요구한다.

시편직경(mm) 용량 (kN) 정밀도 (N)

50 2 이상 ±2

70 5 이상 ±5

100 10 이상 ±10

150 20 이상 ±20

<표 3.1> 반복삼축압축시험 하중계의 용량 및 정밀도 요구수준

4) 구속응력 측정 장치

① 구속응력을 공기압을 사용하므로 공기압을 측정할 수 있는 장치이어야 한다.

② 구속응력 측정 장치는 전기식으로 측정할 수 있는 장치이어야 한다.

③ 구속응력 측정 장치의 용량은 500kPa, 정밀도는 ±0.5kPa 이상이어야 한다.

5) 축변형 측정 장치

① 축변형은 전기식 측정 장치 (LVDT)를 사용하는 것을 원칙으로 한다.

② 축변형 측정 장치의 용량과 정밀도는 시편 길이에 따라 <표 3.2>와 같은 수준

을 요구한다.

시편직경(mm) 용량 (mm) 정밀도

50 5mm 이상 ±0.001m

70 6mm 이상 ±0.002m

100 8mm 이상 ±0.002m

150 10mm 이상 ±0.003m

<표 3.2> 반복삼축압축시험 축변형 측정장치의 용량 및 정밀도 요구수준

129

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

6) 시편성형장치

① 시편성형 방법과 장치는 부록에 따른다.

7) 기타장비

① 일반적인 삼축압축시험과 마찬가지로 O-ring, 고무막(membrane), 고무막 설

치 보조장치, 상부 캡(top cap), 하부 캡(bottom cap) 등이 필요하다.

② 하부 캡에는 배수를 위한 배수구멍(drainage valve)이 설치되어 있어야 한다.

다. 시험장치 검증

1) 시험 장치는 시험기에 사용되는 각각의 측정 장치 검증과 시험기 전체 시스템 검

증으로 나뉜다.

2) 시험장치 전체 시스템 검증

① 시험장치 시스템 검증은 매 1년 마다 또는 100회 시험 후 실시한다.

② 1년 또는 100회 시험 이전이라도 시험장치가 심각한 충격을 받은 경우에는 시

스템 검증을 수행한다.

시스템 검증은 강성도(탄성계수)를 알고 있는 인조 우레탄 검증시편을 사용하여

수행한다.

3) 각각 측정 장치의 개별적인 검증

① 검증대상 계측장치는 하중계(load cell), 변위계(LVDT), 압력계(pressure gage)

이다.

② 각각 측정 장치의 개별적인 검증은 매 6개월 마다 또는 50회 시험 후 실시한다.

③ 6개월 또는 50회 시험 이전이라도 각각 개별의 측정 장치가 심각한 충격을 받

은 경우에는 검증을 수행한다.

라. 시험시편

1) 시편성형 방법은 「부록 3.3절」을 따른다.

2) 시편의 크기는 시료의 공칭직경에 따라 다르게 사용한다.

3) 시편의 길이는 직경의 2배 이상이 되어야 한다.

4) 나무뿌리 등 이물질이 있는 불교란 시료는 시편에서 제외한다.

130

부 록

마. 삼축압축시험 시험장치에 시편 거치

1) 시험 준비

① 시험시편을 준비한다.

② 시료가 놓이는 상부캡(top cap) 및 하부판(base plate)를 깨끗이 청소해 둔다.

③ 하부판(base plate)에 설치된 배수구멍(drainage hole)의 열림 상태를 확인하

고, 만약 막혀있는 경우에는 압축공기를 사용하여 배수구멍(drainage hole)이

열림 상태가 되도록 한다.

2) 시편거치 순서

① 하부판(base plate)에 설치된 배수구멍(drainage hole)위에 거름종이(filter

paper)를 설치한다.

② 단부오차를 최소화하기 위해서 시편의 양 단부를 석고 처리한다.

- 석고를 반죽한다.

- 바닥판을 석고 처리한다. 이때 배수구멍이 막히지 않도록 주의한다.

③ 시편을 바닥판 위에 설치한다.

- 시편이 수직이 되도록 주의하여 설치한다.

- 시편이 바닥판의 중심에 위치하도록 주의하여 설치한다.

④ 시편상부 면을 석고처리한다.

⑤ 상부 캡을 설치한다.

- 시편을 조심스럽게 중심 위치를 맞춘다.

- 시편 주위로 흘러나온 여분의 석고를 제거한다.

⑥ 멤브레인을 조심스럽게 설치한다.

⑦ O-ring 을 설치한다.

- 아래 부분의 O-ring을 먼저 설치하고 윗 부분의 O-ring을 나중에 설치한다.

- O-ring 설치후 O-ring 주위를 진공왁스로 처리한다.

3) 삼축압축 셀의 결함

① 시편에 진공압(7kPa)을 재하하여 시편 밀봉상태를 확인한다.

(설명) 멤브레인이 손상된 경우에는 액상 rubber latex로 밀봉하거나 새로운

멤브레인을 씌워 밀봉상태를 확보한다.

② 밀봉이 확인되면 삼축셀을 씌운다.

131

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

③ 셀이 조립되면 하중제하장치를 조립한다.

바. 삼축압축시험 하중 재하 순서

1) 배수 밸브를 개방하여 시편 내부가 대기압상태로 되도록 한다.

2) 초기 구속응력을 재하한다.

(설명) 초기 구속응력의 크기는 노상토의 경우에는 41kPa, 쇄석기층 및 보조기층

재료의 경우에는 104kPa을 적용한다.

3) 초기 구속응력을 재하한 후 2시간 이상 기다린다. 이것은 시편의 양 단부를 처

리한 석고의 완전히 경화될 수 있는 양생시간을 확보하기 위함이다.

4) 초기 구속응력조건에서 육안으로 시편에 구속응력이 재하되었는지 멤브레인의

상태를 육안으로 관찰한다.

5) 초기 구속응력 조건에서 시편의 완전 밀봉 상태를 확인한다.

① 삼축압축시험장치 몸체 외부의 배수관(drainage line) 끝 부분을 물속에 넣어

둔다. 이때 두 개의 배수관(drainage line) 모두를 사용할 수도 있고, 하나만

사용하는 경우에는 사용하지 않는 배수관은 막아둔다.

② 만일 완전한 밀봉이 이루어진 경우라면 초기에 시편의 부피 변화에 의한 약간

의 공기방울 이후에는 공기방울이 발생하지 않는다.

③ 그러나, 계속해서 공기방울이 발생하는 경우에는 압축공기가 시편 내부로 스며

들고 있는 것이다.

④ 공기방울이 계속 발생하는 경우, 구속응력을 제거하고, 몸체를 분해하고, 멤브

레인을 추가로 하나 더 씌운 후, 다시 몸체, 구속셀 조립, 초기구속응력을 재

하한다. 이 상태에서 공기방울 발생 여부를 다시 확인한다. 공기방울이 멈춘

경우에는 시험의 계속 진행하고, 공기방울이 이 상태에서도 멈추지 않는 경우

에는 시험을 중지한다.

6) 안정응력을 재하한다.

① 안정응력 계산에서 재하봉 자체의 무게를 고려한다.

② 안정응력은 노상토 시료의 경우에는 6.9kPa, 쇄석기층 및 보조기층 시료의 경

우에는 13.8kPa 을 적용한다.

7) 하중재하 순서에 따라 구속응력, 축차응력을 재하하며 이 때의 구속응력, 축차응력,

축 변형률을 측정한다.

① 하중재하순서는 노상토 재료의 경우에는 <표 3.3> 쇄석기층 및 입상 보조기층

132

부 록

재료의 경우에는 <표 3.4>를 따른다.

② 변형률 조절방식의 시험장치인 경우 축변형률 0.04%/분의 속도로 하중을 재하

-역재하 한다.

③ 응력조절 방식의 시험장치인 경우 축차응력 50kPa/분의 속도로 하중을 재하-

역재하 한다.

③ 축차응력 재하단계에서 축차응력 및 축변형률은 적어도 2초에 1개 이상의 자료

를 측정 기록한다.

④ 모든 하중단계에서 영구 변형률이 5% 이상이면 시험을 종료하고 보고서에 이

러한 상황을 기록한다.

⑤ 반복하중 시험과정에서 총 누적 영구 변형량이 5% 이하이고, 강도특성이 필요

한 경우에는 파괴 하중까지의 전단시험을 연이어 수행할 수 있다.

구속응력 (kPa) 하중반복횟수

축차응력 (kPa)

재하 역재하

41 2 0 → 69 69 → 0

21 2 0 → 69 69 → 0

10 2 0 → 69 69 → 0

0 2 0 → 69 69 → 0

안정응력 : 6.9 kPa, 축변형속도 : 0.04%/분

<표 3.3> 노상토 시료에 대한 삼축압축시험의 하중 조합

133

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

구속응력 (kPa) 하중반복횟수 축차응력 (kPa)

재하 역재하

104 2 0 → 104 104 → 0

21 2 0 → 69 69 → 0

35 2 0 → 104 104 → 0

69 2 0 → 207 207 → 0

104 2 0 → 207 207 → 0

138 2 0 → 276 276 → 0

안정응력 : 13.8 kPa, 축변형속도 : 0.04%/분

<표 3.4> 쇄석기층 및 보조기층 시료에 대한 삼축압축시험의 하중조합

8) 시험이 완료되면 구속응력을 제거하고, 삼축셀을 분리한다.

9) 멤브레인을 제거하고 시편의 함수비를 측정한다.

10) 삼축압축시험 결과로부터 각 구속응력 단계에서 응력-변형률 곡선 그림을 그리고,

각 하중단계에서 탄성계수를 결정한다.

사. 응력단계별 탄성계수 계산

1) 구속응력 단계별 응력-변형률 곡선을 획득한다. 전형적인 응력-변형률 곡선은

<그림 3.1>과 같다.

2) 탄성계수 결정은 각 구속응력단계에서 수행된 2회의 반복재하과정 중, 2번째 재

재하 단계의 자료를 기준으로 결정한다. 응력-변형률 곡선에서 2번째의 재재하가

시작되는 점을 기준으로 한 응력-변형률 곡선의 기울기로부터 재재하 단계의 할

선탄성계수를 결정한다.

3) 탄성계수는 각 구속응력 단계에서 축차응력 크기에 따른 탄성계수를 연속적으로

결정한다.

4) 각 구속응력 단계에서 축차응력 크기에 따라 결정된 탄성계수 자료를 이용하여

<표 3.5>의 응력단계에서 최종적인 탄성계수를 결정한다.

134

부 록

Er

1

1

Eu

Axial Strain

unloading

reloading

initial loading

Deviatoric Stress

<그림 3.1> 삼축압축시험에서 결정되는 전형적인 응력-변형률 곡선

135

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

단계

노상토

단계

입상보조기층 재료

구속응력

(kPa)

축차응력

(kPa)

구속응력

(kPa)

축차응력

(kPa)

1

0

14 1

21

21

2 28 2 41

3 51 3 61

4 55 4

35

35

5 69 5 69

6

10

14 6 104

7 28 7

69

69

8 51 8 138

9 55 9 207

10 69 10

104

69

11

21

14 11 104

12 28 12 207

13 51 13

138

104

14 55 14 138

15 69 15 276

16

41

14

17 28

18 51

19 55

20 69

<표 3.5> 삼축압축시험을 이용한 탄성계수 결정 응력 단계

아. 결과보고

1) 결과 보고서에는 다음의 사항을 포함하여 기록한다.

① 시험자 및 시험일자를 기록한다.

② 시험시료의 기초자료 특성을 기록한다. 기초자료 특성에는 시료명, 흙의 통일

분류법상 분류, 최대건조단위중량, 최적함수비 등을 포함한다.

③ 시험시편의 성형방법을 기록한다.

④ 시험시편의 조건 (함수비, 최대건조단위중량, 다짐도)을 기록한다.

⑤ 각 구속응력 단계에서 결정된 응력-변형률 곡선을 기록한다.

⑥ 각 응력 단계에서 결정된 탄성계수 결과정리 표를 기록한다.

136

부 록

⑦ 실험결과는 결정모델을 적용하여 회귀분석된 결과(모델계수)를 포함한다.

2) 동일한 시료에 대하여 삼축압축시험 이외의 시험이 병행하여 수행된 경우에는 시험

항목 및 그 결과의 요약을 포함한다.

3.3 설계입력 물성 평가시험을 위한 시편성형

가. 시편 성형기법 적용의 범위

1) 본 시편성형 기법은 노상토, 쇄석기층 및 입상 보조기층 재료의 포장 단면설계에

사용되는 탄성계수를 결정하기 위한 시험 시편에 적용한다.

나. 시험 성형기법 일반사항

1) 삼축압축시험에 사용하는 시편의 크기는 시료입자의 공칭직경(95% 누적통과량에

해당하는 직경)의 5배 이상을 적용하는 것을 원칙으로 한다.

(설명) 시험기의 제약으로 크기가 작은 시편을 사용하는 경우에는 과대입자를

제거한 모델시료를 사용하여 시편을 성형하며, 이러한 경우에는 모델시

료의 영향을 시험 결과에 별도로 고려한다.

2) 시편의 높이는 시편 직경의 두 배 이상을 원칙으로 한다.

3) 재성형 시편의 건조단위중량은 다짐시험에서 결정된 최대건조단위중량의 85% 이

상을 목표로 한다.

4) 시편의 함수비는 다짐시험에서 결정된 최적함수비를 기본으로 한다.

5) 시편성형 방법은 노상토, 쇄석기층 및 입상 보조기층 재료 모두에 있어서 5층 봉

다짐 방법을 기본으로 한다.

다. 시편 성형 장치

1) 시편성형을 위해서는 시편성형용 다짐 봉, 시편성형 몰드 등이 필요하다.

2) 시편성형용 다짐봉은 시편직경 50mm 및 70mm 시편의 경우에는 다짐 램머의 무

게 1.2±0.1kg, 낙하높이 400±5mm, 다짐직경 25±1mm로 한다. 시편직경

100mm 또는 150mm 시편의 경우에는 다짐시험(KS F2312) D다짐 다짐램머

(4.5kg)를 적용한다.

3) 시편성형 몰드는 충분한 강성을 갖는 원통형 몰드 또는 split mold 를 사용한다.

137

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

3.4 시편 성형 절차

가. 시험시료 준비

1) 시험시료의 최대 공칭입자 크기는 성형하고자 하는 시편의 크기에 따라서 <표

2.6>과 같이 적용한다.

시편직경 (mm) 최대입자크기 (mm)

150 38mm 이하

100 19mm 이하

70 13mm 이하

50 9.5mm 이하

<표 3.6> 시험시료의 최대입자크기

2) 시험시료의 최대입자 크기 이상은 모두 제거한 모델시료를 사용하여 시험을 수행

한다. 모델 시료 사용에 따른 시험결과 보정은 부록 A-2 및 A-3을 따른다.

나. 시험시료 함수비 조절

1) 분무기를 사용하여 시료의 함수비를 최적함수비 조건으로 맞춘다.

2) 물을 뿌린 후 골고루 섞어서 균일한 함수비 조건이 될 수 있도록 하며, 5분 이상

밀봉된 상태에서 대기한다.

3) 시편 성형을 위한 시료의 함수비 측정은 전자렌지를 사용한 급속함수비 측정 방

법을 사용할 수 있다.

(설명) 전자렌지 가열시간은 시료의 양에 따라서 경험적으로 결정하며, 보통

10분～15분이면 적절하다.

4) 전자렌지를 사용한 함수비 측정에서 목표 함수비(최적함수비)에 ±0.2% 이내의

오차에 들어올 때 까지 함수비를 조절한다.

5) 목표 범위에 들어온 시편에 대해서, 정확한 함수비 측정을 위해서 표준함수비 측

정방법(105±5℃, 24시간)으로 함수비를 측정한다.

6) 최종적인 시편의 함수비는 표준 함수비 측정방법으로 측정한 결과를 사용한다.

138

부 록

다. 시편 다짐몰드 준비

1) split mold 또는 원통형 몰드를 준비한다.

2) split mold를 사용하는 경우 몰드를 조립하고 아래에 바닥판을 끼워 넣는다.

3) 경우에 따라서는 split mold 내부에 얄은 필름(OHP 필름)등을 넣어 시편 추출

시 시편의 손상을 줄이는 방법을 사용해도 무방하다.

4) 원통형 몰드를 사용하는 경우에는 유압기를 사용해서 시편을 추출한다.

라. 시편다짐 성형

1) 함수비 조절이 완료된 시료를 사용하여 5층 다짐으로 시편을 성형한다.

2) 한 층 다짐 부피를 계산한다.

π <식 3.1>

여기서, V1 = 한층 다짐부피

D = 다짐 몰드 내부의 직경

H = 목표 시편 높이

3) 한층 다짐 부피에 해당하는 시료의 무게를 계산한다.

γ <식 3.2>

여기서, W1 = 한층 다짐 시료 무게

V1 = 한층 다짐부피

γ = 시편의 목표 총단위중량 (아래 식 사용)

γ γ

여기서, γ = 시편의 목표 총단위중량

139

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

γ = 시편의 목표 건조단위중량

w = 시료의 측정된 함수비 (목표 함수비와 약간의 차이가

있을 수 있음, 목표 함수비 즉 최적함수비가 아님)

4) 한층 다짐시료 무게의 시료를 다짐몰드 내부에 넣는다. 이때 시료가 몰드 외부로

손실되지 않도록 매우 주의한다.

5) 시료를 몰드에 넣고 스페츌라로 골고루 쑤신다. 이때 몰드 벽면을 돌아가면서 쑤

셔서 몰드와 시편사이의 공간이 없도록 주의한다.

6) 다짐봉을 사용하여 목표 높이 까지 다짐을 실시한다.

7) 다짐봉을 사용하여 시편을 다질 때 시편이 균일하게 다짐될 수 있도록 골고루 균

질하게 다진다. 일반적으로 10회 ∼ 20회 정도 다짐이면 목표값을 얻을 수 있다.

8) 목표 높이에 도달하면 다음층 시료의 무게를 계량한다.

9) 이전에 다짐 층의 바닥을 약간 긁어 일으킨다. 이것은 다짐 층과 층 사이의 접촉

을 좋게 하기 위함이다.

10) 이후 동일한 반복작업을 마지막 측까지 수행한다.

11) 마지막 층이 목표 높이까지 다져지면 몰드직경보다 약간 작은 둥근 쇠판을 놓고

가볍게 타격하여 시편의 가장 윗면을 매끄럽게 정형한다.

마. 시편 추출

1) split mold 를 사용한 경우에는 조심스럽게 split mold 를 분해하여 시편 얻는다.

2) 일체형 mold 를 사용한 경우에는 유압식 시편 추출 장치를 이용하여 시료를 느린

속도로 추출한다.

바. 시험시편 조건 계산

1) 추출된 시편의 무게, 직경, 높이를 측정한다. 직경은 위, 중간, 아래 부분을 측정

하여 평균하며 높이는 서로 다른 위치에서 3회 측정하여 평균한다.

2) 성형된 시편의 건조단위중량 및 다짐도를 계산한다.

140

부 록

     

    

  <식 3.3>

여기서, γ = 시편의 건조단위중량

W = 시편의 무게

V = 시편의 부피

w = 시편의 함수비 (목표함수비가 아님)

    max

  ×  <식 3.4>

여기서, = 다짐도 (%)

γ = 시편의 건조단위중량

γ = 다짐시험에서 결정된 최대건조단위중량

사. 시험시편 적합성 평가

1) 최종적으로 성형된 시편의 외형적인 손상을 육안으로 평가한다. 만일 손상이 발견

되면 시편을 다시 성형한다.

2) 외형적인 손상이 없더라도 시편추출과정 등에서 과도한 하중이 시편에 가해진 경

우에는 시편을 다시 성형한다.

3) 성형된 시편의 다짐도가 목표다짐도의 근사 범위에 있는지를 검토한다.

4) 성형된 시편의 다짐도는 목표다짐도의 ± 0.5% 이내에 들어야 한다. 노상토의 경

우 목표 다짐도는 최대건조다짐밀도의 95%이상이므로 성형된 시편의 다짐도는

94.5% - 95.5% 범위 이내에 있어야한다.

5) 만일 성형된 시편의 다짐도가 허용범위를 벗어나면 시편을 다시 성형한다.

아. 최종적인 시험시편 조건의 보고 및 재평가

1) 시편 성형과정에서는 전자렌지를 이용한 급속함수비 측정 방법을 적용할 수 있다.

141

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

이것은 시편성형과정에서 시편의 적합성을 일차적으로 평가하기 위한 목적이다.

따라서 최종적인 시편의 상태는 표준함수비 측정법으로 결정된 함수비를 사용하

여 평가하여야 한다.

2) 표준함수비로 측정된 함수비 결과를 사용하여 시편의 다짐도를 다시 계산한다.

3) 최종적인 시편의 다짐도는 목표다짐도 ± 0.5% 이내에 들어야 한다. 노상토의 경

우 목표 다짐도는 95%이므로 성형된 시편의 다짐도는 94.5% - 95.5% 범위 이내

에 있어야한다.

4) 만일 최종 평가된 시편의 다짐도가 허용범위를 벗어나면 시험을 중지한다. 이러

한 경우 급속함수비 측정방법과 표준 함수비 측정방법에 많은 차이가 있는 경우

이므로 함수비 조절에 특별한 주의를 요한다.

5) 최종 평가된 시편의 다짐도가 허용범위 이내라면, 함수비, 건조단위중량, 다짐도

를 해당 시편의 조건으로 보고․기록 한다.

3.5 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 경험모형식 (설계등급 2)

가. 경험모형식

포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가를 위한 경험모형식은 국내 재료에 대한 시

험자료를 바탕으로 개발되었다. 경험모형식은 설계입력변수인 탄성계수와 기초물성 및

응력수준 사이에 상관성을 설정한다. 경험모형 설정에 사용된 국내 하부구조 재료의

탄성계수의 최대값과 최소값의 범위는 <표 3.7>과 같다. 상관모형 설정에 사용된 국내

하부구조 재료의 기초물성과 국내 하부구조가 경험하는 응력수준의 범위는 <표 3.8>로

설정하였다. 설계등급 2에서 사용할 국내 하부구조 층재료에 대한 경험모형식은 인공

신경망 이론을 이용하여 개발되었으며 노상토, 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층

재료별로 <표 3.9> ~ <표 3.11>과 같은 상관식의 형태로 표현할 수 있으며 각 재료에

해당하는 상관식에 관련되는 기초 재료물성을 산입하면 설계입력 변수인 탄성계수를

계산할 수 있도록 하였다.

142

부 록

구분 Emin Emax

노상토 39.0 276.0

보조기층 60.0 422.0

입도조정 쇄석기층 100 600

<표 3.7>경험모형 탄성계수의 최대값 및 최소값의 범위 (단위, MPa)

구분 항목 최소값(Min.) 최대값(Max.)

노상토

최적함수비(OMC, %) 6.0 15.0

최대건조단위중량(kN/m3) 1.65 2.34

균등계수(Cu) 0 41

#200체 통과량 (%) 1.0 20.0

구속응력  (kPa) 0 41

축차응력  (kPa) 14 69

보조기층 재료

최대건조단위중량(kN/m3) 2.0 2.4

균등계수(Cu) 9.0 65

#4체 통과량 (%) 25 55

구속응력  (kPa) 21 138

체적응력  (kPa) 84 690

입도조정

쇄석기층 재료

최대건조단위중량(kN/m3) 2.1 2.4

균등계수(Cu) 40 100

#4체 통과량 (%) 30 65

구속응력  (kPa) 21 138

체적응력  (kPa) 50 100

<표 3.8> 기초 물성과 응력수준(, , )의 최대치 및 최소치

143

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

<표 3.9> 노상 경험모형식

노상

       max      

       max      

       max      

여기서, max : 최대건조단위중량(t/m3)

Cu : 균등계수

 : 200번체 통과율(%)

OMC : 최적함수비(%)

<표 3.10> 입상 보조기층 경험모형식

입상 보조기층

    max      

    max      

여기서, max : 최대건조단위중량(t/m3)

Cu : 균등계수

 : 4번체 통과율 (%)

144

부 록

<표 3.11> 입도조정 쇄석기층 경험모형식

입도조정 쇄석기층

    max      

    max      

여기서, max : 최대건조단위중량(t/m3)

Cu : 균등계수

 : 4번체 통과율 (%)

나. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가절차 예

1) 설계등급 결정

① 포장 구조 설계 대상 구간의 설계등급을 결정한다.

2) 설계구간 지반조사

① 포장 구조 설계를 위한 설계구간의 시추조사 및 시험굴 조사를 수행하고 시료

를 채취한다.

- 시추조사 계획은 지반의 개략적인 변화특성 및 설계등급을 고려하여 결정한다.

- 시추조사를 통하여 설계대상 구간의 지층구조를 확인한다.

- 시험굴 조사를 통하여 기초물성 시험에 필요한 충분한 양의 시료를 확보한다.

② 노상토 층 아래 측이 연약한 원지반이 존재하는 구간에 대해서는 대책공법을

수립한다.

③ 채취된 시료에 대해서는 다짐시험, 체가름 시험 등 기초 물성시험을 수행한다.

3) 설계구간 시료 선정 및 채취

① 설계구간에서 사용할 입도조정 쇄석기층, 입상보조기층 재료를 재료원별로 선

정하고, 노상토는 절토부 또는 예상 재료원으로부터 직접 채취한다.

- 채취된 시료의 기초물성시험과 지반조사 자료를 분석하여 지반조건이 변

화하는 구간마다 대표적인 시료를 채취한다.

145

부록 3. 포장 하부구조 재료의 설계입력변수 평가 시험법

도로포장 구조 설계 요령

- 노상토 시료는 절토부 250m 구간 길이 마다 1개 이상의 시료를 선정한다.

- 입상 보조기층은 재료원별로 선정․채취한다.

- 입도조정 쇄석기층 재료는 재료원별로 선정․채취한다.

4) 하부구조 설계입력 물성 평가

① 설계대상 구간에서 선정 채취된 노상토 및 입상 보조기층, 입도조정 쇄석기층

재료에 대하여 다짐시험과 체가름 시험 등 기초물성 시험을 수행한다.

② 포장 구조 설계에서 제안하고 있는 경험모형식을 적용하여 노상토 및 입상 보

조기층, 입도조정 쇄석기층 재료의 탄성계수를 산정한다.

③ 포장 구조 설계에서 제안하는 환경변화 모형을 적용하여 노상토의 함수비 변화

를 예측한다.

- 포장 구조 설계 해석 프로그램 내에서 강수량과 지역(온도)조건을 이용하

여 기상청관측소 D/B로부터 자동으로 연산된다.

④ 설계입력변수 경험모형과 환경모형을 통하여 최종적으로 결정된 각 시료의 응

력 조건 및 환경조건에 따른 탄성계수의 대표 설계 평균값을 결정한다.

⑤ 설계구간에서 노상토 재료의 탄성계수 변화를 검토하여 하나의 포장단면으로

설계하는 구간 길이를 결정한다.

- 각 시료의 평균 탄성계수가 이전구간에 비하여 세 배 이하이면 하나의 포

장 단면으로 고려한다.

- 만일 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하면 노상토 및 입상보조

기층 설계구간을 나눈다.

- 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하는 경우라도 하나의 구간 길이

가 750m 이하이면 별도의 설계구간으로 구분하지 않는다.

- 독립적인 포장 단면구간의 변화 위치는 구조물과 토공 구간의 접속부 또는 흙

쌓기와 흙깎기 경계 구간 등 시공성을 고려하여 결정한다.

5) 설계등급이 2인 경우에는 각각의 설계구간에서 경험모형으로부터 결정된 각 응력

조건 단계에서의 탄성계수를 각각 평균하여 이를 응력단계별 탄성계수로 결정하

고 설계 입력 탄성계수 값으로 적용한다.

6) 설계등급 1인 경우에는 각 설계구간마다 채취된 시료에 대하여 반복재하삼축압축

시험을 수행하여 설계 탄성계수를 결정한다.

① 각 응력조건 단계에서의 탄성계수를 각각 평균하여 응력단계별 탄성계수를 결

정하고 이를 설계 입력 탄성계수로 적용한다.

146

부 록

7) 설계등급 3인 경우에는 노상재료의 CBR을 구하여 탄성계수로 환산한다.

① 노상의 탄성계수 범위를 4단계로 구분하여 설계 탄성계수를 구한다.

② CBR을 이용한 탄성계수의 환산은 아래 식을 이용한다.

MR = 17.6 × CBR0.64 <식 3.5>

여기서, MR : 회복탄성계수 (MPa), CBR : California Bearing Ratio(%)

③ CBR 값에 따른 노상 탄성계수의 범위는 아래와 같이 구분한다.

E (kPa) CBR 분 류

E<49,300 CBR<5 S1

49,300≤E<76,900 5≤CBR<10 S2

76,900≤E 10≤CBR S3

<표 3.12> 노상 조건의 구분