포장재료의 역학적 특성을 대표하는 회복탄성계수는 '86 AASHTO 설계법에서 노상의 기본입력 물성치로 적용한 이후 포장 설계, 해석뿐 아니라 포장 평가, 유지관리 등에도 보편적 개념으로 정착되어 가고 있다. 국내 노상토의 회복탄성계수는 함수비와 건조단위중량으로 대표되는 재료적 요인과 축차응력 및 구속응력에 대단히 큰 영향을 받고 있고, 하중주파수의 영향은 있으나 그 정도가 크지 않고, 하중반복횟수의 영향은 무시 가능한 것으로 알려져 있다(건설교통부 2003). 따라서 국내 포장재료에 따른 회복탄성계수의 적절한 평가는 국내 포장구조체의 역학거동 및 공용성 평가를 위해 매우 중요한 사항이다. 이와 같은 배경으로 본 연구에서는 국내 노상토 재료의 역학적 특성 변화를 포장 단면설계에 합리적으로 반영하기 위한 노상토 해석모델을 제안하였고, 제안된 모델을 적용한 유한요소해석 결과와 시험도로 실측치와의 비교 검증을 통해 제안된 모델의 신뢰성을 검증하였다.
최근 선진각국은 회복탄성계수를 적용한 포장 설계.해석법의 적용을 확대해 나가고 있다. 특히, 1986년 AASHTO도로 포장구조설계지침의 변경이후 다양한 포장재료에 대한 합리적 인 시험 방법의 정립 및 Mn특성규명에 대한 연구들이 활발히 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 가까운시일내 에 우리나라에서도 MR적용포장설계, 해석법의 적용이 불가피함을 고려하여, 이에 필요한 가장 기 본 적인 내용이라 할 수 있는국내 여건에 적합한 노상토의 Mr시험 방법의 정립, 국내 노상토의 Mr특성 및 MR-CBR상관관계에 대해서 논의하였다.
안정처리된 도로 지반재료는 현장에서 환경적인 요인으로 인하여 내구성능은 여전히 구조적인 성능과 더불어 평가가 요구되고 있다. 이에 본 논문에서는 국내에서 대표적으로 활용하고 있는 기층과 노상재료를 활용하여 다양한 안정제 종류와 함유량을 달리하여 공시체를 제작하였고 동결-융해 및 습윤-건조하여 여러 조건의 반복재하 회복탄성계수시험을 실시하여 내구성능 및 특성을 파악하였다. 또한 결과에 기초하여 안정처리된 지반재료에 대한 회복탄성계수 예측모델을 살펴보고 모델계수의 범위를 평가후 문헌의 자료와 비교하였다.
현재 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물의 공용성을 평가하기위한 많은 연구가 진행되었다. 본 연구는 개질 아스팔트 바인더 중에서 D사에서 개발된 Elvaloy개질 아스팔트 바인더를 사용한 아스팔트 혼합물의 기계적 특성을 평가하기위하여 수행되었다. 연구의 목적을 달성하기위하여 간접인장강도와 회복탄성계수 시험이 수행되었다. 시험결과, Elvaloy개질 아스팔트 콘크리트 혼합물의 간접인장강도와 회복탄성계수 값은 일반 밀입도 아스팔트 콘크리트 혼합물보다 높은 것으로 나타났다. 따라서, Elvaloy개질 아스팔트 혼합물의 공용성과 안정성은 일반 밀입도 아스팔트 혼합물보다 우수할 것으로 예상된다.
In this study, coarse-grained geomaterials were mixed with cementing binder. To do that, typical soils from road construction sites were selected to assess the strength and stiffness characteristics of cemented geomaterials mixed with cement and recycled fly ash. Mechanistic evaluation on these samples was performed depending on the various binder contents. Increasing cementing content tend to increase the resilient modulus under repeated loadings and unconfined strength respectively. In addition, the toughness of cemented geomaterials was also estimated in order to check the ability to resisting fatigue failure.
본 연구에서는 국내 철도 토공노반 재료로 가장 흔히 사용되는 입도조정쇄석, 화강풍화토, 암버럭-토사 혼합 재료에 대해 평균유효주응력과 축변형률의 함수로 표현되는 회복탄성계수 예측모델을 결정하였다. 회복탄성계수 예측모델은 대표적인 동적물성치인 변형률에 따른 전단탄성계수 감소곡선의 표현과 같이 최대영탄성계수와 정규화 영탄성계수 감소곡선으로 구성된다. 평균유효주응력의 함수로 표현되는 최대영탄성계수의 모델인자는 $A_E$와 $n_E$이고, 비선형 영역의 정규화 영탄성계수 감소곡선은 기준변형률(${\varepsilon}_r$)과 곡률계수(a)를 모델인자로 하는 수정 쌍곡선 모델로 표현된다. 제안된 회복탄성계수 예측모델을 검증하기 위해 3차원 다층탄성해석 프로그램(GEOTRACK)을 이용하여 평택 시험 철도노반의 탄성거동을 평가하였고, 화물열차 및 여객열차가 시험구간을 통과할 때 계측한 노반의 수직 탄성변위와 비교하였다. 현장계측은 자갈도상 아래의 재료가 각각 입도조정쇄석과 양질의 화강풍화토인 두 개소에서 수행되었다. 자갈도상 아래에서 계산된 수직 탄성변위는 대략 0.6mm 이내였고 계측 결과와 잘 일치하였다. 본 연구를 통해 제안된 회복탄성계수 예측모델이 열차하중에 의한 노반의 탄성거동을 적절히 표현하고 있음을 확인하였다.
본 논문은 도로기초 입상재료의 응력의존적인 특성을 고려한 응력의존적 재료 상수의 적용을 통하여 층 변형예측을 수행하는 간편한 방식을 소개한다. 이 방법은 Unbound지반재료에 대하여 회복변형과 영구변형을 구분하여 고려하며 두 변형의 상호작용을 적용하지 않는 방식이다. 그 결과 회복변형 탄성계수와 포와송비를 포함한 해석모형은 상호작용이 고려되지 않아도 현장에서의 도로기초 변형을 예측할 수 있음을 잘 보여주고 있다. 또한 응력의존 탄성계수와 응력의존 포와송 비 모형에서 가장 영향을 많이 미치는 계수를 찾기 위하여 민감도분석을 실시하였다. 이러한 분석결과를 토대로 응력의존에 의하여 변형 예측시 나타나는 경향을 살펴보았다.
건설공사에서 발생되는 건설잔토는 처리 및 운반에 소요되는 비용이 고가이기 때문에 현장에서 재활용하기 위한 공법의 개발이 오래 전부터 요구되어 왔다. 본 연구는 현장에서 발생하는 토사를 아스팔트에 혼합하여 제조된 아스팔트 안정처리토의 역학적 특성을 평가하기 위한 실내시험 연구이다. 아스팔트와 토사의 혼합은 폼드(foamed)장치라고 불리는 장치를 사용하여 아스팔트에 거품을 발생시켜 토사와 혼합하는 방법을 사용하였다. 아스팔트가 토사와 혼합되었을 때 성능 향상을 조사하기 위해서 마샬안정도, 간접인장강도, 회복탄성계수, 크리프 시험 및 비압밀 비배수 삼축압축시험을 실시하였으며 조건을 달리하여 제작한 시료(일반토사, 시멘트 2% 보강 토사)와 결과를 비교 분석하였다. 시험 결과 아스팔트의 혼입은 안정도, 회복탄성계수, 수분저항성이 향상되는 것으로 나타났으며 시멘트의 첨가는 이러한 역학적 성능을 더욱 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 아스팔트 안정토는 토사의 혼합 함수비, 습윤상태는 시험 결과에 영향을 미치는 것이 확인되었는데 배합 설계시 혼합함수비, 세립분의 량을 조절함으로써 아스팔트 안정토의 역학적 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 발견되었다.
동적 반복 재하식 $M_R$ 시험법은 차량 하중의 반복재하 조건을 실질적으로 반영할 수 있는 이상적인 시험법이기는 하나, 근본적으로 비싼 시험장치가 필요하고, 시험기의 조작에 고도의 전문성이 요구되어 일상적인 시험법으로 채택하기에는 많은 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점은 $M_R$ 적용 포장 설계법의 현실적인 적용을 가로막는 주요한 장애요인이 되고 있어 최근에는 보다 간편한 시험장치와 단순한 시험절차를 통하여 동적 반복재하식 시험법에 의한 $M_R$ 값을 효과적으로 얻을 수 있는 대체 $M_R$ 시험법의 개발에 대한 연구의 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 노상토의 회복탄성계수를 결정하는데 있어 기존의 동적 반복 재하식의 $M_R$ 시험법을 대신할 수 있는 대체 $M_R$ 시험법의 하나로서, 표준삼축 압축기를 활용할 수 있고 시험법이 간편한 정적 반복 재하식 $M_R$ 시험법을 개발하였다. 그리고 국내에서 노상토 재료로 널리 쓰이는 대표적인 흙에 대한 일련의 실험을 통하여 개발된 정적 반복 재하식 $M_R$ 시험법의 타당성 및 적용한계를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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