FWD 시험의 수치모델을 이용한 아스팔트 포장구조체의 기반암 깊이 추정

사용중인 포장도로를 손상시키지 않고 직접 구조평가를 하기 위해서는 FWD 시험과 같은 비파괴시험을 실시해야 한다. 절토부와 같이 기반암의 깊이가 상대적으로 얕은 곳에서 실시한 FWD 시험으로 포장구조체의 물성을 추정할 때에는 기반암의 깊이에 따라 포장구조체의 물성이 많이 변하지만 일반적인 FWD 시험에는 기반암의 깊이를 정확하게 측정할 수가 없다. 본 연구에서는 안정처리기층을 가지는 4층 아스팔트 포장구조체에 대하여 FWD의 충격하중에 의해서 발생하는 표면처짐으로부터 기반암의 깊이를 추정할 수 있는 방법을 개발하였다. 일반적인 FWD 시험에서는 0.06초 동안에 발생한 최대처짐만을 기록하므로 가해진 진동에 의해 발생하는 시계열 표면처짐 데이터를 구할 수 없으므로 동적 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 FWD 시험을 모델링하고 이를 현장 시험 데이터를 이용하여 검증하였다. 검증한 FWD 수치모델로부터 0.4초 동안 시간영역에서 동해석을 실시하여 시간에 따라서 일정하게 감쇠진동을 하는 표면처짐곡선을 구하였다. 이 표면처짐곡선으로부터 감쇠고유주기를 계산하고 감쇠고유주기와 노상의 탄성계수와 포아송비와 기반암의 깊이와의 상관성을 고찰하여 기반암의 깊이를 추정하는 식을 제안하였다. 또한, 이 추정 식의 매개변수 중의 하나인 노상의 탄성계수를 포장구조체를 역산하지 않고 추정하기 위해서 FWD 시험에서 노상의 영향을 가장 많이 받는 7번 측정지점의 표면처짐과 노상의 탄성계수의 상관성을 고찰하여 회귀분석식을 제안하였다.

It is well known that the depth of bedrock has a significant effect on the back-calculation of moduli of the surface layer, base, subbase and subgrade when the FWD is used to find the deflection of the pavement system. Moreover, the influence is more significant when the depth of bedrock os less than 6m. However, it is hard to estimate the depth of bedrock from data measured by conventional FWD tests. The purpose of this study is to propose a method estimating the depth of bedrock for flexible pavement using dynamic FEM. To estimate the depth of bedrock, the time history of the motions of geophones at various positions under FWD loading, conventionally longer than the 0.06 seconds, should be known. However, it is generally not captured in conventional FWD test. In this study, the time history of motions is obtained by numerical simulation of a pavement system under FWD loading using a commercial FEM code, ABAQUS. As a result of dynamic finite element analysis, the damped natural period of free vibration of a pavement system under FWD　loading can be estimated. Parametric studies are carried out for four-layered asphalt concrete flexible pavement systems. From the regression analysis of the bedrock depth, the damped natural period, poisson`s ration and the modulus of subgrade, approximate expressions were developed for estimating the bedrock depth. In this results, the equation for estimating bedrock depth using damped natural period is proposed.