차량 주행속도를 고려한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성추정에 관한 연구

이동하중과 같은 실제 교통하중에 따른 포장구조체의 공용성 평가를 위하여 차량 주행속도에 의한 아스팔트 포장구조체의 물성을 추정하는 기법개발이 필요하나， 포장구조체의 구조적 능력을 평가하기 위하여 현재 많이 사용하고 있는 FWD(Falling Weight Deflectometer)나 탄성파시험 등은 실제 주행차량이 가지는 속도에 의한 동적영향을 대변하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 차량의 주행속도에 따른 동적영향을 고려한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성추정기법을 개발하고 이를 검증하기 위하여 실제 도로상에서 트럭을 주행시켜 포장구조체의 거동을 살펴보는 현장시험을 실시하였다. 다양한 주행속도하에서 깊이별 처짐장비로부터 깊이별 상대처짐을 측정하고， 주행차량의 동적영향인자중 하나인 하중지속시간용 산정한 후 이러한 하중지속시간을 탄생파이론에 적용하여 충격영향범위를 산정하는 방법을 개발하였다. 또한 주행하중과 주행속도를 대변하는 충격영향범위를 고려하여 3층 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 역해석기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 역해석기법을 적용할 경우， 공용성의 변화가 없는 폐도구간에서 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성을 추정할 때 동일한 지역임에도 불구하고 주행차량의 속도에 따라 다른 역산물성을 추정하였던 기존의 역해석기법의 오류를 극복하고， 차량 주행속도가 변하더라도 실험구간의 특성을 나타내는 탄성계수를 동일하게 얻음을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발한 역해석기법의 타당성을 검증하기 위해 MDD 현장시험장소에서 역산된 탄성계수의 아스팔트 콘크리트 포장구조체를 모델링하고 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 동적해석을 실시하였다. 유한요소해석을 통하여 얻은 깊이별 처짐과 실측된 깊이별 처짐을 비교한 결과， 최대 상대오차는 20㎞/h에서 15.6%이나 전체 상대오차의 평균이 9.0% 정도로 나타나며， 주행속도에 따른 깊이별 처짐형상이 같은 경향을 보임을 알 수 있었다.

It is well known that vehicle`s speed, load, and size affect behavior of pavement. However existing methods to estimate material properties of asphalt concrete pavement cannot consider the characteristics of moving vehicle. The purpose of this study is to propose an alternative back-calculation process which considers dynamic effects resulted from the vehicle speed using both the MDD(Multi Depth Deflectometer) tests and dynamic finite element analyses. Dukpyung section was selected as a test site. Under various vehicle speeds, the deflection of each layer were measured with the MDD. From the tests, loading duration and maximum deflection were estimated. In order to consider the dynamic effect of vehicle speed, influence depth was evaluated from loading duration based on elastic wave theory. From the influence depth and the maximum depth deflections, a back-calculation method is developed and utilized for Dukpyong section. As a result of the back-calculations, it is found that constant elastic modulus, regardless to vehicle speed, is acquired in the same place. In addition, numerical analyses using ABAQUS, a dynamic finite element program, are carried out to verify the back-calculation method. The deflection obtained from the dynamic numerical analysis with the elastic modulus acquired from the back-calculation is found to be very similar to the deflection from the MDD tests. Therefore, back-calculation process proposed in this study is verified to be very useful to reduce the difference of properties caused from change of vehicle speed.