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Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

5. 공용성 해석

5.1 개 설

(1) 공용성 해석은 선정된 설계대안 포장체가 교통, 환경특성 등 주어진 조건 하

에서 시간에 따라 공용성이 저하되는 정도를 예측하는 단계이다.

(2) 본 요령에서 아스팔트 콘크리트 포장의 공용성은 균열, 영구변형 및 평탄성을

대상으로 한다.

【해 설】

아스팔트 콘크리트 포장의 공용성 해석은 포장체의 구조해석으로부터 얻어진 변형률

을 공용성 모델에 입력하여 상하향 피로균열, 누적영구변형량, 평탄성의 저하 정도를 예

측하는 과정이다. 피로균열의 경우, 구조해석에서 구한 인장변형률을 입력값으로 하며,

영구변형의 경우 연직 압축 변형률을 입력값으로 하여 공용성을 예측한다. 누적된 피로

균열, 영구변형, 아스팔트 콘크리트 포장 재령(Age)에 근거하여 포장 평탄성을 예측한

다. 공용기간 동안 산정한 누적피로균열, 누적영구변형 및 평탄성을 예측하여 설계기준

보다 작을 때까지 재료물성이나 포장단면을 변화하여 반복 설계를 수행한다.

5.2 공용성 예측

아스팔트 콘크리트 포장의 공용성 예측은 상향균열, 하향균열, 영구변형 및 평탄

성 예측모델을 이용하여 설계 해석 프로그램에서 자동으로 수행된다.

【해 설】

아스팔트 콘크리트 포장의 공용성 예측모델은 실내 피로균열 시험과 영구변형 시험

으로 도출한 매개변수를 사용하며, 실내시험에서 구한 매개변수에 의한 예측식과 현장

에서 측정한 상하향 피로균열 및 영구변형 공용성을 비교 분석하여 전이함수를 도출한

다. 도출된 전이함수를 고려한 예측식을 이용하여 아스팔트 콘크리트 포장의 공용성을

예측한다. 누적 상하향 피로균열율과 누적영구변형량이 설계기준을 초과할 경우에는

포장단면과 재료물성을 변화하여 설계기준을 만족시킬 때까지 계산을 반복 수행한다.

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5. 공용성 해석

도로포장 구조 설계 요령

마지막으로, 산정된 누적상하향 피로균열율과 누적영구변형량이 설계기준 내에 있을

때, 피로균열과 영구변형량을 결정하며, 이때의 공용수명을 결정한다.

아스팔트 콘크리트 포장의 표면 평탄성은 국제평탄성지수(IRI, International Rough

ness Index)(m/km)로 나타내며, 포장재령, 피로균열율, 영구변형을 변수로 하는 경험

식을 통해 계산된다. 설계기준보다 작은 국제평탄성지수(IRI) 값이 산출되어야 타당한

설계가 된다.

아스팔트 콘크리트 포장 공용성은 설계 해석 프로그램 내에서 자동으로 수행된다.

5.3 피로균열

(1) 피로균열은 반복되는 교통하중에 의해 아스팔트 콘크리트 포장의 표층에 손상

이 누적되어 발생하며, 아스팔트 콘크리트 포장의 공용성에 영향을 주는 주요

한 파손 형태이다.

(2) 아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열 설계기준은 피로균열율(%)로 나타내며,

피로균열은 해석기간 동안 전체 포장면적 중 피로균열이 발생한 면적의 백분

율로 나타낸다. 아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열은 설계등급 1의 경우

15% 이하, 설계등급 2의 경우 20% 이하를 설계기준으로 한다.

【해 설】

피로균열이 발생하는 위치에 따라 상향균열(Bottom-up crack)과 하향균열(Top-do

wn crack)로 나누며, 상향균열은 아스팔트 콘크리트 포장 층 하부에서 발생하여 상부

로 전이하고 하향균열은 표층 상부에서 발생하여 하부로 전이한다.

피로균열은 반복하중에 의해 생성되는 한계인장응력과 변형률이 발생하는 곳에서 나

타나게 된다. 피로균열은 아스팔트 콘크리트 포장 층의 강성과 교통하중 배열에 의해

크게 영향을 받으며, 한계지점에서 발생한 균열은 아스팔트 콘크리트 포장 층 전면으

로 전파된다. 선 형태로 시작되는 피로균열은 격자형태의 거북등 균열로 변화하며, 균

열 사이로 수분이 침투하여 전반적인 포장 성능을 약화시킨다.

아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열은 마이너의 법칙(Miner's law) 근거하여 누적피

로균열 손상도를 계산한다. 계산된 누적손상도를 이용하여 예측 피로균열율을 계산하고

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Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

현장의 피로균열과 비교하여 전이함수를 도출한다. 전이함수를 고려한 피로균열 예측식

을 이용하여 피로균열율을 재 산정하고 설계기준을 만족할 때 까지 설계를 재수행한다.

아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열은 종방향 균열, 횡방향 균열, 거북등 균열 등

하중과 연계된 모든 균열을 포함한다.

아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열 설계기준은 피로균열율(%)로 나타내며, 피로균

열율은 공용성 해석기간 동안 전체 포장 단면적 중 피로균열이 발생한 부분의 백분율

을 나타낸다. 피로균열 설계기준은 설계등급 1의 경우 15% 이하이며, 설계등급 2의 경

우 20% 이하이다.

5.4 영구변형

(1) 영구변형은 아스팔트 콘크리트 및 입상재료 층에서 발생한 바퀴자국의 누적된

변형 깊이로 나타낸다.

(2) 영구변형의 설계기준은 설계등급 1인 경우 10mm 이하이며, 설계등급 2인 경우

15mm 이하이다.

【해 설】

아스팔트 콘크리트 포장의 영구변형은 하중증가에 따라 바퀴자국(Wheel path)에서

발생하며, 아스팔트 혼합물층 및 입상재료층에서 발생한 누적된 변형깊이로 나타낸다.

영구변형량은 환경조건, 층 두께, 포장재료, 교통량과 밀접한 관계가 있다.

아스팔트 콘크리트 포장의 영구변형은 영구변형 예측식을 통해 설계수명 동안의 누

적 영구변형량을 계산한다. 계산된 누적 영구변형량과 현장의 영구변형량을 비교하여

전이함수를 도출한다. 전이함수를 고려한 영구변형 예측식을 이용하여 누적 영구변형

량을 재 산정하고 설계기준을 만족할 때 까지 설계를 재 수행한다.

누적영구변형은 아스팔트 콘크리트 포장 층에서 발생한 바퀴자국의 누적된 변형 깊

이를 나타낸다. 영구변형 깊이는 포장의 평탄성과 밀접한 관계가 있으며, 수막현상 등

을 일으켜 포장의 기능적 성능을 저하시킨다. 누적 영구변형의 설계기준은 공용성 해

석기간 동안 바퀴자국에서의 최대 영구변형 깊이로 나타내며 설계등급 1의 경우 10mm

이하이며, 설계등급 2의 경우 15mm 이하이다.

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5. 공용성 해석

도로포장 구조 설계 요령

5.5 평탄성

(1) 평탄성은 단위거리에 대한 포장 표면 단차의 누적 길이로 나타낸다.

(2) 평탄성의 설계기준은 설계등급 1의 경우 3.5m/km 이하이며, 설계등급 2의 경

우 4.0m/km 이하이다.

【해 설】

아스팔트 콘크리트 포장의 평탄성은 포장의 기능을 나타내는 중요한 변수이며, 평탄

성이 좋지 않은 포장은 이용자의 안정감을 해칠 뿐만 아니라 차량 운행비도 증가시킨

다. 평탄성은 차량 운행 거리에 대한 포장 표면 단차의 변화로 정의한다. 도로의 평탄

성은 국제평탄성지수(IRI, International Roughness Index)로 나타내며, 포장 파손도

및 포장의 재령과 밀접한 관계가 있다. 도로 평탄성은 역학적으로 규명이 어려워 대부

분 경험적인 모델을 사용하고 있다. 국내 도로포장의 시공년도 평탄성을 분석한 결과

초기 평탄성값을 1.18m/km로 정립한다.

포장의 재령, 피로균열율, 누적영구변형량을 이용하여 평탄성을 나타내는 국제평탄

성지수(IRI)의 변화량을 <식 5.1>과 같이 구한다.

               <식 5.1>

여기서,  = 국제평탄성지수(m/km),

Age = 포장재령(년),

RD = 영구변형(mm),

FC = 피로균열율(%).

분석 결과, 국제평탄성지수(IRI)는 아스팔트 콘크리트 포장의 재령, 피로균열, 영구변

형과 밀접한 관계가 있으며, 평탄성의 설계기준은 공용성 해석기간의 허용 평탄성지수

(IRI)로 표시하며, 설계등급 1의 경우 3.5m/km 이하이며, 설계등급 2의 경우

4.0m/km 이하이다.