국도 아스팔트포장의 특수포장 적용을 위한 교통량 기준 제안 연구 A Study on Decision Criteria of traffic volumes for Choosing of Modified Asphalt Pavement in Korea National Highway원문보기
국가 기간산업의 중추 역할을 수행하는 일반 국도는 대부분 일반 아스팔트 포장으로 되어 있으며, 최근 들어 고온 및 중차량의 증대로 인해 포장의 수명이 급격히 줄어들고 있는 실정이다. 이런 이유로 많은 경우 신설포장에 대해서는 SMA. 개질아스팔트 등 특수포장이 적용되고 있다. 그러나 어떤 경우에 특수 포장을 채택할 것인가에 대한 적용 기준이 명확히 제시되어 있지 않아 설계 실무자들이 포장형식 선정을 위한 의사 결정에 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 이에 대한 부분적인 해결책으로 과거 10여 년 동안 수행된 국도 포장유지관리시스템의 자료를 이용하여 교통량에 따른 일반 아스팔트포장의 수명을 분석하였다. 분석결과 신설포장은 9.5년, 덧씌우기 포장은 5.6년으로 나타났다. 또한 현재의 포장 수명에 대한 분포 자료를 이용하여 설계 수명인 10년을 공용하기 위한 교통량을 신뢰수준에 따라 제시하였다. 그 결과 90%의 신뢰수준에서는 8.2ton 표준 축하중 2,300 ESAL, 80% 신뢰수준에서는 8.2ton 표준 축하중 1,500 ESAL로 나타났다 즉, 여기서 제시된 교통량보다 많은 구간에 대해서는 특수 포장의 적용을 검토할 것을 제안한다.
국가 기간산업의 중추 역할을 수행하는 일반 국도는 대부분 일반 아스팔트 포장으로 되어 있으며, 최근 들어 고온 및 중차량의 증대로 인해 포장의 수명이 급격히 줄어들고 있는 실정이다. 이런 이유로 많은 경우 신설포장에 대해서는 SMA. 개질아스팔트 등 특수포장이 적용되고 있다. 그러나 어떤 경우에 특수 포장을 채택할 것인가에 대한 적용 기준이 명확히 제시되어 있지 않아 설계 실무자들이 포장형식 선정을 위한 의사 결정에 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 이에 대한 부분적인 해결책으로 과거 10여 년 동안 수행된 국도 포장유지관리시스템의 자료를 이용하여 교통량에 따른 일반 아스팔트포장의 수명을 분석하였다. 분석결과 신설포장은 9.5년, 덧씌우기 포장은 5.6년으로 나타났다. 또한 현재의 포장 수명에 대한 분포 자료를 이용하여 설계 수명인 10년을 공용하기 위한 교통량을 신뢰수준에 따라 제시하였다. 그 결과 90%의 신뢰수준에서는 8.2ton 표준 축하중 2,300 ESAL, 80% 신뢰수준에서는 8.2ton 표준 축하중 1,500 ESAL로 나타났다 즉, 여기서 제시된 교통량보다 많은 구간에 대해서는 특수 포장의 적용을 검토할 것을 제안한다.
Most national highways are paved with asphalt. Since increased traffic volume and high temperature have reduced the service life of pavements, modified asphalt pavements or stone mastic asphalt (SMA) have gradually been adopted. However, pavement engineers have difficulty to select pavement types du...
Most national highways are paved with asphalt. Since increased traffic volume and high temperature have reduced the service life of pavements, modified asphalt pavements or stone mastic asphalt (SMA) have gradually been adopted. However, pavement engineers have difficulty to select pavement types due to lack of standard specifications for these new pavement types. In this study, service lives of general asphalt pavements based on traffic volume were analyzed using the inventory data of pavement management system (PMS) collected for last 10 years. The results showed 9.5 and 5.6 year average service lives for new constructed pavements and overlays, respectively. The traffic volumes for the design life of 10 years was presented based on confidence levels using service life distributions of current pavements. For the confidence level of 90%, 2,300 ESAL was obtained; 1,500 ESAL for the confidence level of 80%. This indicates that modified asphalt pavements should be considered for sections with the higher traffic volume.
Most national highways are paved with asphalt. Since increased traffic volume and high temperature have reduced the service life of pavements, modified asphalt pavements or stone mastic asphalt (SMA) have gradually been adopted. However, pavement engineers have difficulty to select pavement types due to lack of standard specifications for these new pavement types. In this study, service lives of general asphalt pavements based on traffic volume were analyzed using the inventory data of pavement management system (PMS) collected for last 10 years. The results showed 9.5 and 5.6 year average service lives for new constructed pavements and overlays, respectively. The traffic volumes for the design life of 10 years was presented based on confidence levels using service life distributions of current pavements. For the confidence level of 90%, 2,300 ESAL was obtained; 1,500 ESAL for the confidence level of 80%. This indicates that modified asphalt pavements should be considered for sections with the higher traffic volume.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 지난 10여 년간 수행해 온 국도 포장유지관리시스템 (PMS : Pavement Management System)의 자료를 분석하여 국도 아스팔트 포장의 파손 특성 및 수명을 파악하였다. 또한 포장 파손의 발생을 저감시켜 포장의 수명을 연장시키기 위한 특수 포장의 적용 기준을 통계적 분석을 통해 교통량에 따라 제시하였다.
일반적으로 점추정치들은 참값과 일치하지 않으나 이를 확인할 수 있는 방법이 없으므로 이 불확실성을 예측구간을 설정하는데 반영해야 하며 특히, 표본의 크기가 작을 때는 더욱 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 평균에 대한 신뢰구간 보다는 예측에 따르는 오차를 반영한 구간을 구 하는데 관심이 있으므로 후자의 예측구간을 선택 하기로 한다. 여기서 예측구간은 식(2)를 이용하여 구한다.
가설 설정
둘째, 교통량은 설계기간 동안 수명을 크게 변화시킬 정도로 급격하게 변화하지 않는다고 가정 한다.
이 세 가지 조건에 대한 평균수명은 표 1에서 보는 바와 같이 덧씌우기를 할수록 수명이 줄어드는 경향을 보이고 있다. 여기서의 누적교통량은 표본구간의 과거 교통량을 알 수 없는 관계로 교통량 증가가 없다고 가정하고 계산하였다.
첫째, 해당 조사년도 변동에 따른 조사주체나 환경의 변화, 즉 조사자의 변동이나 조사장비의 변동은 무시하고 연도별 조사환경은 동일하다고 가정한다.
제안 방법
(3) 국도 포장유지관리 시스템의 데이터베이스 자료를 이용하여 일반국도에 특수 포장을 적용하기 위한 기준 교통량을 신뢰수준별로 제시하였다. 신뢰수준의 구간은 60%, 70%, 80%, 90%로 나누어서 제시하였으며, 특수 포장의 형식은 개질 아스팔트나 SMA 또는 콘크리트 포장 등이다.
본 연구에서는 신뢰수준을 각각 60%, 70%, 80%, 90%로 하고 국도 아스팔트 포장이 설계수명에 해당하는 교통량 예측구간을 설정하였다. 각 신뢰수준별로 설계수명까지 유지할 수 있는 확률에 대한 최대 교통량을 선정하여 이를 국도 포장 형식 선정을 위해 참고할 수 있는 기준 교통량으로 하였다. 구체적인 분석방법은 그림 5에서 보는 바와 같이 각각의 신뢰수준에 따른 예측구간 을 산정하고 정책상 결정된 신뢰수준에 따라 예측구간별 기준 교통량을 결정하는 과정을 따른다.
국도 아스팔트 덧씌우기 이후 포장의 수명에 대해 알아보기 위해 국도 포장관리시스템의 데이 터베이스 자료를 이용하여 초기포장의 평균수명 과 덧씌우기 이후의 포장 평균수명을 비교하였다. 포장의 수명은 초기포장수명, 첫 번째 덧씌우기 포장수명, 두 번째 덧씌우기 포장수명 세 가지로 나누어서 비교 분석하였다.
국도 포장관리시스템 데이터베이스에 제시된 교통량은 연평균 일일 교통량으로 총교통량, 트럭 교통량(2죽6륜 이상)과 10 ton 표준 죽하중 교통량(ESAL : Equivalent Single Axle Load)으로 나누어지는데 이는 양방향 전차로에 대한 교통량으로 나타낸다. 따라서 총교통량과 트럭교통량 의 경우 차로당 교통량으로 환산하기 위해 차로 수를 고려하여 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 지난 10여 년간 수행해 온 국도 포장유지관리시스템 (PMS : Pavement Management System)의 자료를 분석하여 국도 아스팔트 포장의 파손 특성 및 수명을 파악하였다. 또한 포장 파손의 발생을 저감시켜 포장의 수명을 연장시키기 위한 특수 포장의 적용 기준을 통계적 분석을 통해 교통량에 따라 제시하였다.
본 연구에서는 신뢰수준을 각각 60%, 70%, 80%, 90%로 하고 국도 아스팔트 포장이 설계수명에 해당하는 교통량 예측구간을 설정하였다. 각 신뢰수준별로 설계수명까지 유지할 수 있는 확률에 대한 최대 교통량을 선정하여 이를 국도 포장 형식 선정을 위해 참고할 수 있는 기준 교통량으로 하였다.
본 연구에서는 특수 포장 공법 적용 기준을 결정하기 위해 60%, 70%, 80%, 90% 등의 신뢰수준을 가지고 예측에 따르는 오차를 식(2)를 이용하여 산출하였다. 또한 식 (2)에서 산출된 예측 구간의 하한치는 의미가 없으므로 각 신뢰수준에 대한 단측 구간만을 분석 대상으로 하였다.
조사된 표본구간 연장 214km의 국도 아스팔트 포장에 대한 결함을 소성변형, 일반균열, 거북등균열 등으로 나누어 각 결함별 분포정도를 분석하였다. 소성변형은 조사표본 구간에서 소성변형 깊이(rut depth)가 1.25cm(l/2 inch)이상 되는 구간(Shahin, 1994)의 연장을 산정하였고, 일반 균열 및 거북등균열의 경우는 결함이 발생한 구간의 연장을 산정하였다.
(3) 국도 포장유지관리 시스템의 데이터베이스 자료를 이용하여 일반국도에 특수 포장을 적용하기 위한 기준 교통량을 신뢰수준별로 제시하였다. 신뢰수준의 구간은 60%, 70%, 80%, 90%로 나누어서 제시하였으며, 특수 포장의 형식은 개질 아스팔트나 SMA 또는 콘크리트 포장 등이다.
아스팔트 포장의 수명 연장을 위한 특수 포장 적용 기준을 교통량에 따라 선정하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.
본 연구에서는 국도 포장유지보수시스템의 데이터베이스 자료(건설교통부 1998, 건설교통부 1999)를 이용하여 분석하였다. 조사된 표본구간 연장 214km의 국도 아스팔트 포장에 대한 결함을 소성변형, 일반균열, 거북등균열 등으로 나누어 각 결함별 분포정도를 분석하였다. 소성변형은 조사표본 구간에서 소성변형 깊이(rut depth)가 1.
국도 아스팔트 덧씌우기 이후 포장의 수명에 대해 알아보기 위해 국도 포장관리시스템의 데이 터베이스 자료를 이용하여 초기포장의 평균수명 과 덧씌우기 이후의 포장 평균수명을 비교하였다. 포장의 수명은 초기포장수명, 첫 번째 덧씌우기 포장수명, 두 번째 덧씌우기 포장수명 세 가지로 나누어서 비교 분석하였다. 이 세 가지 조건에 대한 평균수명은 표 1에서 보는 바와 같이 덧씌우기를 할수록 수명이 줄어드는 경향을 보이고 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 국도 포장유지보수시스템의 데이터베이스 자료(건설교통부 1998, 건설교통부 1999)를 이용하여 분석하였다. 조사된 표본구간 연장 214km의 국도 아스팔트 포장에 대한 결함을 소성변형, 일반균열, 거북등균열 등으로 나누어 각 결함별 분포정도를 분석하였다.
본 연구의 결과로 제시된 기준 교통량에 대한 검증을 위해 연구에서 사용된 자료와는 별도의 자료(건설교통부, 1996)를 이용하여 연구 결과를 검증하였다.
전체 조사표본구간 중 검증을 위한 대상구간인 신설포장 구간은 총 116개구간이었다. 연구결과 신뢰수준 60%인 경우 기준 교통량 462 ESAL (10t 축하중 기준) 이상인 조사표본 구간은 총 55 개구간으로 나타났다.
데이터처리
이런 경향을 통계적으로 좀 더 명확히 하기 위해 세 집단 이상의 평균차이를 검증하기 위한 분산분석 (ANOVA : Analysis of Variance)을 실시 하였다. 여기서 유의확률 [Prob>FI가 0.
포장수명과 설계 차로 환산 축하중 교통량 (ESALD) 의 관계를 설명하기 위해 통계 프로그 램(Statistical Analysis System : SAS)를 사용하여 포장수명을 종속변수(Y)로 하고 설계 차로 환산 축하중 교통량을 독립변수(X)로 하여 모형을 도출하였다.
이론/모형
본 연구에서는 AASHO 도로시험에서 얻은 경험식을 바탕으로 한식 (3)과 식 (4)를 이용해서 ESALF를 구하였다.
성능/효과
(2) 덧씌우기 이후의 아스팔트 포장 평균수명은 신설포장과는 달리 교통량과는 다소 무관하게 나타났다.
국도 포장관리 시스템 데이터베이스에서 차로당 총교통량과 트럭 교통량, 설계 차로 표준 축하중 교통량(ESALd) 각각의 교통량에 대해서 포장수 명과의 관계를 회귀분석한 결과 표 3과 같이 설계 차로 표준 축하중 교통량(ESALd)과의 상관계 수가 가장 높은 것으로 나타났다.
분석 결과 그림 2와 같이 소성변형이 발생한 구간이 154km(71.5%), 거북등균열이 발생한 구간은 19km(8.9%) 그리고 일반 균열발생구간은 125 km(58.4%)로 조사(건설교통부, 1999)되어 표본구 간에서 발생하는 경함 중 가장 많은 발생되는 결함이 소성변형임을 알 수 있다.
설포장의 수명에 비해 짧았고 덧씌우기 횟수가 증가함에 따라 덧씌우기 포장의 평균수명이 감소하는 것으로 나타났다.
전체 조사표본구간 중 검증을 위한 대상구간인 신설포장 구간은 총 116개구간이었다. 연구결과 신뢰수준 60%인 경우 기준 교통량 462 ESAL (10t 축하중 기준) 이상인 조사표본 구간은 총 55 개구간으로 나타났다. 이 중 설계수명 10년을 다하지 못하고 덧씌우기 보수가 실시된 구간은 37 개구간(67.
후속연구
본 연구는 교통량 차원에서 포장 형식 선정에 참고할 수 있는 연구 결과이며 향후 실제 포장형 식 선정에 있어서는 교통량 뿐 아니라 토질조건 이나 경제성 분석 등 다양한 사항을 고려하여 최종적인 포장공법이 결정되어야 할 것이다.
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