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Ⅰ. 개 요

1. 하중전달계수(J)는 AASHTO 콘크리트 포장의 설계인자로서 줄눈, 균열 또는 길어깨 사이 등 콘크리트 포장 슬래브의 불연속 지점에서 하중전달능력을 나타냄.

2. 하중전달계수(J)는 콘크리트 응력에 비례하므로 J값이 클수록 슬래브 두께가 커짐.

Ⅱ. 포장의 유형별 하중전달계수값(AASHTO 기준)

Ⅲ. 하중전달계수의 적용

1. 하중전달계수는 주어진 하중에서 콘크리트에 발생하는 응력에 비례한다.

2. 따라서 하중 전달계수값이 클수록 콘크리트 응력도 크며 결과적으로 설계될 슬래브두께는 커진다. CRCP의 경우 하중전달계수값이 JCP나 JRCP의 경우보다 작으므로 같은 조건에서 슬래브두께를 약간 줄일수 있음을 알 수 있다.

3. 온도변화가 클수록 큰값 사용

Ⅳ. 하중전달계수의 특징

1. 하중전달계수의 영향요소

1) 포장형식(JCP > JRCP > CRCP)

2) 다웰바 사용 유무 (다웰바 미사용 > 다웰바 사용)

3) 길어깨 포장 형식 (아스팔트포장 > 콘크리트포장)

Ⅴ. 문제점 및 향후 연구과제

1. 현재 AASHTO 값 그대로 사용 => 국내 계절, 환경영향 맞게 재정립 요구

2. 장기적 온도 data 습득 => 계절별 온도보정모형 개발

3. 설계요소와 J값의 상관관계 연구 요구됨

Ⅰ. 개 요

1. 노상반력계수는 AASHTO의 설계인자로 강성 포장구조를 설계하기 위하여 노상의 포장슬래브에 대한 지지력의 정도를 산정해야 한다.

2. 이것은 유효노상 반력계수로 표시되며 보조기층의 형태와 두께, 강성기초의 깊이, 지지력감소등의 복합적인 영향에 따라 변화된다.

Ⅱ. 유효노상반력계수(K)의 산정

1. 유효노상반력계수에 대한 영향요소 결정

1) 유효노상반력계수는 노반토의 (동)탄성계수 뿐만 아니라 여러 가지 다른 요소들에 의해 달라지므로 우선 고려해야할 복합요소들을 산정해야 한다.

2) K값에 영향을 주는 요소

① 보조기층의 두께 및 탄성계수

② 국부적인 지지력 손실

③ 기반암의 깊이

2. 노반동탄성계수 설정

계절적인 노반동탄성계수치를 산정한다.

3. 보조기층의 탄성계수 설정

1) 유효 K값을 산정하는 세번째 단계로 각 계절별 보조기층 탄성계수(ESB)를 구한다.

2) 이 탄성계수는 노반동탄성계수를 결정하기 위하여 사용한 계절구분에 대응되어야 한다.

4. 합성노상반력계수 산정

1) 반무한 깊이, 즉 기반암의 깊이가 3.0m이상인 노상으로 가정한 각 계절별 노상반력계수를 구한다.

2) 포장슬래브를 보조기층이 없어 노상에 바로 설치할 경우 k = MR / 49.3

5. 강성기초의 효과를 고려한 노상반력계수 산정

산정된 합성노상반력계수에 대해 강성기초의 효과를 고려하여 수정

6. 상대손상 산정

필요한 슬래브의 두께를 산정하는 단계로서 각 계절별 상대손상 Ur을 결정한다.

7. 평균상대손상 결정

총 Ur값을 구분한 계절수로 나누어 평균상대손상을 결정한다.

8. 지지력손실에 대한 수정 유효노상반력계수 산정

보조기층침식에 의해 야기되는 잠재적인 지지력손실을 고려하여 유효노상반력계수를 수정한다.

Ⅲ. 결론

1. 콘크리트 슬래브를 지지하는 지지력은 노반토의 지지력 뿐만 아니라 보조기층, 강성기초의 깊이 및 지지력손실 등 여러 가지 요소들을 고려하여 결정한다.

2. 포장슬래브의 두께를 결정하는 설계도표를 이용하기 위해서는 이러한 여러 가지 요소들이 고려된 설계 유효노상반력계수(k)를 구하여야 한다.

3. 도로환경(배수, 동상, 수분변화) 미반영

4. 실제포장체의 동적하중 미반영으로 신뢰성 낮음

Ⅰ. 개 요

1. 동탄성 계수(Resilient Modulus)는 동적삼축압축시험의 반복 축차하중을 가하여 측정한 축방향 변형률에 대한 반복 축차응력의 비로서 탄성적 성질을 표시

2. ‘86 AASHTO 포장 설계 법에서는 ’72 AASHTO 잠정지침의 노상지지력 계수를 동탄성 계수로 대체하여 포장설계의 주요인자로 사용

Ⅱ. Mr 결정시 고려사항

1. 재료의 종류, 포화도, 밀도로 인한 영향을 충분히 고려

2. 계절별 환경인자의 변화를 고려하여 결정

Ⅲ. Mr 시험

1. 노상에서 윤하중에 의한 지지력을 모사한 시험법으로 원추형 공시체에 일정주기, 크기, 빈도를 반복축차응력을 가함.

Mr(kg/cm2) = 동적 축차응력/축방향 회복 변형률

2. 반복 재하시험의 하나로 포장 구조체가 일정 기간동안 고정되어 충분히 안정된 상태에 놓인후에 포장재료가 갖는 탄성 강성도 특정치를 얻을수 있는 시험법

Ⅳ. Mr의 영향요소

1. 함수비 : 함수비 증감하면 Mr감소함

2. 밀도. 다짐특성 : 다짐도 클수록 Mr 증가

3. 동결 융해 : 반복되는 동결 융해로 Mr 급격히 감소

4. 흙의 종류 및 특성 : 느슨한 입도일수록 Mr 작음

Ⅴ. Mr의 장점

1. 실제 포장에 유사한 탄성계수값인 설계입력변수를 구할 수 있다.

2. 가연성 포장재료의 기본적인 응력-변형률관계 제공

3. 포장내 응력상태와 포장재료 평가방법 제공

4. 포장의 구조해석을 위한 역학적 분석의 기초성질을 나타냄.

Ⅵ. 결 론

1. 현재까지 국내에서는 Mr시험 장비가 부족하여 ‘86 AASHTO 포장 설계법의 적용이 어려운 실정임

2. 따라서 Mr시험 장비의 구비 및 지속적인 시험실시로 우리실정에 맞는 Mr 산정법을 연구 개발하여 ‘86 AASHTO 포장 설계법의 조기정착에 기여

3. 향후 MR시험기 보급 및 MR적용 설계법에 대한 인식이 성숙되기 전까지 과도단계에서 기존설계법을 적용할 수 있도록 Mr-CBR, Mr-R값의 상관관계식 개발 적용 필요.

Ⅰ. 신뢰도

1. 신뢰도 설계인자는 예상교통량(w8.2)과 예상공용성(W8.2)의 편차를 고려한 것으로써 포장구간이 유지할 수 있는 확실성의 수준을 예측한 것이다.신뢰도 개념을 적용하기 위하여 도로기능에 따른 적정신뢰도(R)을 선정하고 현장조건을 대표하는 전체표준편차(So)를 선택

2. 신뢰도는 포장설계에 있어서 일종의 안전율(Safety Factor)의 개념으로서, 설계에 고려되지 않은 요소나 고려되었더라도 불확실하게 산정된 변수등을 고려 해 준다.

3. 신뢰도는 다음 그림에서 빗금친 부분의 면적(분포의 총면적이 1.0일때)을 퍼센트로 나타낸 것이며 포장의 실제수명이 설계수명을 넘을 확률을 나타낸다.

신뢰도의 개념

4. 중요한 도로일수록 높은 신뢰도를 요구하며, 신뢰도가 높을수록 안전한 설계가 되므로 콘크리트 슬래브의 두께도 두꺼워 진다.앞의 그림에서 실제 공용성의 분포는 정규분포로 가정하며 그 표준편자(So)는 신뢰도와 함께 중요한 입력변수중의 하나이다. 신뢰도는 도로의 기능에 따라 다음 표의 값을 사용한다.

Ⅱ. 표준편차

1. 현장조건을 대표하는 표준편차(So)를 선택한다.

2. 공용성 분포의 표준편차는 일반적으로 0.3～0.4의 값을 사용하는데 장래 교통량의 불확실성을 고려하여 설계교통량을 충분히 잡은 경우는 0.34를 사용하고 장래교통량의 불확실성을 고려하지 않은 경우는 약간 큰 값인 0.39를 사용한다.

3. AASHTO 도로시험에서 얻어낸 So값은 교통오차가 포함되지 않았지만 도로시험에서 얻어낸 공용 예상오차는 강성포장에서는 0.25, 가요성포장에서는 0.35이다. 이 오차는 강성과 가요성포장에서 각각 0.35와 0.45인 교통전체표준편차에 상응한다.

Ⅲ. 결론

1. 근본적으로 신뢰도란 설계에 있어서 다양한 설계대안들이 해석기간에 걸쳐 확보할 수 있는 확실성의 정도를 구체화한 것이다.

2. 신뢰도 설계인자는 예상교통량(w8.2)과 예상공용성(W8.2)의 편차를 나타낸 것으로써 포장구간이 설계된 기간동안 유지할 수 잇는 확실성의 수준을 예측한 것이다.

3. 일반적으로 교통량, 교통량 전환의 어려움, 공공 효용 기대치등이 커지기 때문에 이러한 기대를 따르지 못할 위험도를 최소로 해야 한다. 이는 신뢰도를 높게 선택하므로써 해결할 수 있다. 이용량이 많은 도로에서는 높은 신뢰도가 적용되며 반면에 50%의 최저 신뢰도는 이용량이 적은 국지도로에 적용된다.

Ⅰ. 공용기간(Performance Period)

1. 개요

공용기간이란 초기포장 포설후 전반적인 보수 또는 덧씌우기 등이 필요한 시기까지의 기간을 말한다. 즉 최종 서비스지수(Pt)에 도달할 때 까지의 기간을 의미한다.

설계 누적 교통량 산출의 기본이 되는 기간으로서 최소 5년, 최대 20년을 기본으로 한다.

2. 일반적으로 권장하는 공용기간

공용기간과 해석기간

Ⅱ. 해석기간(Analysis Period)

1. 개요

해석기간이란 공용기간을 포함하여 경제성 검토, 포장형식 결정등의 장기정책을 평가하기 위한 기간으로 1회의 보수 또는 덧씌우기를 포함하여 단계건설을 고려한 전체 포장수명 기간을 말한다.

2. 일반적인 해석기간

1) 고속도로의 경우 30년

2) 그 밖의 도로에서는 20년을 기준으로 한다.

3. AASHTO의 해석기간 추천 값

Ⅲ. 결론

1. 국내에서는 공용기간과 해석기간에 대한 구분을 두지 않고 일괄적으로 설계기간을 아스팔트 10년, 콘크리트 20년으로 하지만 향후에는 구분이 필요

2. 유한요소해석(FEM)에 의한 포장구조해석으로 잔존수명예측과 설계교통량등을 예상하여 공용기간 및 해석기간을 산정하는 것이 바람직.

Ⅰ. 개 요

설계포장두께지수(SN)는 포장구조의 각층에서 사용되는 재료의 형태에 따른 적합한 상대강도 계수를 사용하여 가요성 포장층의 두께를 환산하기 위하여 교통해석, 노반토의 상태, 환경조건으로부터 유도된 지수이다.

Ⅱ. 설계 포장두께 지수의 산정

1. 포장 두께지수

설계도표에서 노상지지력 계수와 8.2TON 등가 단축하중 교통량을 직선으로 연결해서 포장두께지수 산정

2. 설계 포장 두께지수

1) 설계 도표에 의한 산정

포장 두께지수(SN)로부터 지역계수(R)를 고려하여 설계도표에서 수정된 설계 포장두께지수 산정

2) 기본식에 의한 산정

Ⅲ. 포장두께 산정

1. 시공과 유지보수를 고려한 각층의 최소두께와 설계포장 두께지수의 상관 관계에서 층분석개념으로 각층의 두께와 총두께를 결정한다.

2. 일반식 : SN = a1 D1 + a2D2 + a3D3

도로및공항 기술사 문제로는 더이상 출제되지 않을듯 하오니 참고만 하시기 바랍니다. 

Ⅰ. 개 요

1. 상대강도 계수는 포장을 구성하는 재료의 기능적 능력을 상대적으로 나타내는 계수로서 포장두께 지수와 총두께의 경험적인 관계를 나타낸다.

2. 상대 강도계수는 각층의 재료 특성을 나타내는 강도지수인 CBR, R값 등으로부터 관계 도표를 이용하여 산정해야 한다.

Ⅱ. 포장두께지수와 상대 강도계수의 관계식

1. 포장두께지수(SN)는 층별 상대 강도계수와 층두께의 함수로 표시된다.

2. 일반식

SN = a1D1 + a2D2 + a3D3

Ⅲ. 상대강도계수의 적용

1. 현재 우리 나라는 건설교통부에서 재료의 종류에 따라 다음과 같이 상대 강도계수를 적용하고 있다.

2. 상대강도계수(ai) 적용상의 문제점

1) 미 AASHTO 제시값 이용, 국내 여건과 비슷한 4개주(오하이오, 유타, 일리노이, 와이오밍주) 평균값으로 적용(‘86AASHTO에서는 직접시험을 실시하여 사용토록 권장)

2) 국내 여건에 맞는 계수도출을 위하여 포장재료에 대한 역학적 거동의 실험과 연구개발이 필요하다.

Ⅳ. 결 론 (문제점 및 대책)

가. 국내 재료조건에 맞는 상대강도계수가 필요함

나. 현재 개질아스팔트 적용시 상대강도계수가 없으므로 일반아스팔트의 상대강도계수 적용으로 비경제적․비합리적 포장구조계산 이용

다. 포장구조설계시 동상방지층에 대한 역학적 기능을 무시하여 상대강도계수가 없으며, 비경제적․비합리적 포장구조계산을 하는 실정이므로 이에 대한 연구 및 대책이 필요

라. 상대강도계수 적용치는 AASHTO 잠정지침에서 제시한 값중에서, 우리나라 환경과 유사한 미국 4개주에서 사용하는 상대강도계수의 평균값을 사용함.

마. 각층 재료에 대한 역학적 시험에 대한 제한이나, 시험결과에 대한 고려없이 단지 상대적 선택에 의해서 사용되고 있는 실정이며, 연관되어 이용될 수 있는 시험결과 또한 전무한 상태임.

바. 따라서 우리나라 고유의 포장설계기법을 조속히 개발하여 적용하기 이전까지, 우리나라에 적합하도록 보완, 수정하여 실무에 잠정적으로 사용하여야 함.

도로및공항 기술사 문제로는 나오지 않으나 참고만 하시기 바랍니다. 

Ⅰ. 개 요

1. 지역계수는 ‘72AASHTO잠정 지침에서 포장설계 기본식의 입력변수로서 포장층이 설치되는 지역의 기후조건을 반영하기 위한 척도로서, AASHO 도로시험과 다른 기후적, 환경적 조건을 포장설계에 고려하기 위해 제시

2. 노상토의 온도와 함수량의 연간 변화를 고려하는 가중 평균 값으로써 0～5사이의 계수로 정의된다.

3. 지역계수(Rf)값은, 설계 공용기간 동안의 8.2t 단축하중 누가 통과횟수와 역함수관계를 갖음.

Ⅱ. 지역 계수의 적용

1. 지역계수는 년간 노상지지력의 변화를 나타내는 계수로서 다음과 같은 가중치를 고려하여 년간의 평균 값을 취한다.

1) 노상이 13.0cm 이상 동결지역 : 0.2～1.0

2) 여름과 겨울에 노상 흙 함수비 변화가 없는 지역 : 0.3～1.5

3) 봄철 해빙기 노상이 젖어있는 지역 : 4.0～5.0

2. 국내 실무적용 기준값

1) 대전 이남지역 : 1.5

2) 서울북부지역 및 표고 500m이상지역 : 2.5

3) 기타지역 : 2.0

Ⅲ. 결 론

가. 단지 가중치 개념이며, 외국의 전역에 걸친 검증을 통한 값이므로, 적용시에는 우리나라 실정에 맞게 보완되어 사용되어야 함.

나. Rf값의 산정이 관용적, 주관적인 면이 많다.

다. 배수불량에 대한 대처방안 미흡한 단점 보유.

라. 우리나라 기후 및 계절특성에 부합되는 세분화된 새로운 계수의 개발이 요구됨.

마. 지구 온난화 현상으로 평균온도가 예년에 비해서 높아짐에 따라 지역계수의 분류를 대전을 기준으로 한 우리나라의 현 실정은 연구 및 검토가 요구됨.