2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제5권 포장, 도로 안전 ● 부대시설 및 환경

 

포장, 도로 안전 ․ 부대시설

및 환경

제 10 편 포장

제 11 편 안전시설

제 12 편 부대시설

제 13 편 도로건설과 환경영향

제 14 편 방음시설

제 15 편 환경친화적 도로 건설

제 16 편 도로 경관

제5권

 

제 10 편 포장

 

제10편 포장

11

2.1 포장 공용성

포장 공용성에 관한 기본 개념에는 기능적 공용성, 구조적 공용성 및 안전성이 포함된다. 포장의 기능

적 공용성(functional performance)은 포장체가 이용자에게 쾌적성이나 승차감을 얼마나 제공할 수

있는지를 의미하고, 포장의 구조적 공용성(structural performance)은 포장체의 물리적 상태, 즉 균

열·러팅·스폴링 또는 포장 구조의 하중전달 능력에 문제가 생겨 유지보수를 요하는 조건에 관계된다.

포장의 안전성은 주로 포장과 타이어 접촉에 따른 미끄럼 저항에 관계된다.

포장 구조 설계는 기능적 공용성과 구조적 공용성에 관한 사항만을 반영한다.

2.2 경험적 설계법

경험적 설계법이란 CBR 설계법 등과 같이 노상의 지지력 및 교통량의 정도에 따라 설계자의 경험에

따라 필요한 포장체의 두께를 설계하는 것으로서, 간편하고 단순하지만 지역 특성·재료 특성·교통 특

성·환경 특성 등에 대한 인자들을 반영하지 못하는 단점이 있다.

초창기 포장 설계는 경험에 따른 것이라 할 수 있다. 즉, 경험적으로 해당 지역의 지지력 ·

환경 하중 · 교통 수준 등에 대하여 포장 두께를 설계하는 것으로서, 대표적인 것이 미 공병

단에서 개발된 CBR 설계법이라 할 수 있다. 또한, 1950년대 말 미국에서 실시한 AASHO

도로 시험에 따라 개발된 초창기 ʼ86 AASHTO 설계법은 경험적 설계법에 가깝다고 할 수도

있다. 그렇지만, 경험적 설계법은 지역이 상이하여 노상 재료의 특성 및 지지력이 변화되거

나, 환경 하중이 상이하거나, 차량의 대형화 및 중량화 등 변화되는 교통 하중 등의 변화에

대해서는 제약이 따른다. 즉, AASHTO 설계법도 개발은 1950년대 말 미국 일리노이주 오타

와(Ottawa) 부근에서 행하여진 AASHO 도로시험에 따라 개발되었지만, 개발할 당시의 교통

하중이 현재의 교통 하중과는 현격한 차이가 있으며, 이외에도 당시의 포장 재료와 현재의

재료 등은 비교할 수 없을 만큼 변화되었다. 따라서, 경험적 설계법의 한계를 인지해야 한다.

2. 포장 설계 개념

제5권 포장, 도로 안전·부대시설 및 환경

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2.3 역학적-경험적 설계법

역학적-경험적(Mechanistic-Empirical, M-E) 설계법이란 포장체의 역학적 분석을 수행하여 포장체

의 거동을 분석한 후, 포장 거동과 포장 공용성 간의 관계를 나타내는 전이함수를 이용하여 포장의 공

용성을 예측하는 것이다. 포장 구조해석 프로그램의 발전으로 인하여 다양한 조건의 재료·환경·교통

하중의 인자를 해석으로 분석이 가능하고, 이들 결과를 실제 현장의 포장 상태와 연계하여 포장 두께

를 설계하는 방법이다.

경험적 포장 설계법의 한계 뿐 만 아니라, 컴퓨터의 해석 기능이 좋아짐에 따라 국외에서는

역학적-경험적 설계법을 개발하게 되었다. 미국, 유럽, 일본 등에서 포장 두께 설계하는데

있어 신뢰성 있고, 새로운 재료의 적용성 등을 원활히 하기 위해 역학적-경험적 설계법을

개발하였다. 미국의 AASHTO 역시 기존 ‘93 AASHTO Guide 개발 이후에, NCHRP

1-37A 설계 프로그램에서 역학적-경험적 설계법을 개발하였다. 국내에서도 역학적-경험적

설계법을 개발하였으며, 이 요령은 한국형 포장설계법을 기준으로 하여 기술되었다.

우선 설계 기간과 공용 기간을 가정하며, 주어진 지역에서의 교통 조건 · 환경 조건 · 포장 재

료 등을 입력 변수로 하여 포장 구조 해석을 실시한다. 구조 해석을 통하여 포장체의 거동인

응력 · 변형률 등을 구하고, 공용성 모형을 통하여 포장의 손상(균열, 소성변형, 평탄성 등)을

추정한다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하면, 전체 설계 기간 동안의 누적 손상을 얻을 수

있으며, 누적 손상 값이 주어진 공용성 기준에 만족하는지를 파악하여 해당 단면의 적정성을

판단한다. 만일 가정한 단면이 주어진 공용성 기준을 만족하면 이때 가정한 단면은 하나의

구조 설계 대안으로 선정되며, 그렇지 못할 경우에는 새로운 단면을 가정하여 이 과정을 반

복해야 한다.

위의 과정에 따라 포장 설계 시 해당 프로젝트에 적합한 여러 개의 단면을 대안으로 선정하

고, 이들 대안을 대상으로 경제성 분석을 실시하여 최종적인 포장 두께 설계를 선정한다(그림

2.1 참조).

일반적인 역학적-경험적 설계법과 기존 경험적 설계법에 있어서 입력변수의 차이를 표 2.1

에 나타내었다.

제10편 포장

13

YES

YES

NO

NO 피로균열 NO

영구변형

기준만족?

포장 단면 설정

교통조건(Ti)

포장구조해석

응력 / 변위

처짐량

공용성모델

포장 손상(ΔDT)

교통하중크기에

대한 누적손상

Σ(ΔDT)=ΔD

전체설계기간

동안의 누적손상

Σ(ΔD)

IRI

기준만족?

구조설계대안

환경조건(t)

도로재료

물성평가(t, D)

재료선정

Mix Design

설계기간

(Δt)

<그림 2.1> 도로 포장의 역학적-경험적 설계 절차

<표 2.1> 기존 설계법 입력 변수와의 차이점

입력변수

기존 설계법 M-E 설계법

아스팔트 콘크리트 아스팔트 콘크리트

재료 물성

상대강도계수

(ai)

콘크리트 탄성계수(Ec)

콘크리트 파괴강도(Sc)

동탄성계수

(E*)

휨(R), 쪼갬(S),

압축강도(C) 탄성계수(E)

열팽창계수

건조수축계수

노상 재료

물성

노상지지력계수

(SSV)

노상반력계수

(k)

회복탄성계수

(MR) 복합 노상반력계수

환경 조건

배수 특성계수

(m)

배수 특성계수

(m)

포장층 내부 온도

노상 함수량 변화

콘크리트 슬래브

깊이에 따른 온도 변화

교통

등가단축하중

(ESAL)

등가단축하중

(ESAL)

차종별 축하중 분포

차종별 축하중 분포

차축 간 길이