KR101812566B1 - 도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컴퓨터를 이용하여 수행되며, 정성적 영향인자들에 기초한 도로포장 파손도 위험 예측 방법으로서, 컴퓨터가 기후노출 조건 범주 및 구조물 조건 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 S1 단계; 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 S2 단계; 및 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 S3 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 기후변화를 예측 방법 및 예측 시스템에 관한 것이다.
도로포장의 경우, 충족되어야 하는 서비스 수준을 유지하기 위해 노후로 인한 재포장 및 지속적인 유지보수가 필요하다. 아스팔트 포장의 공용성에 영향을 미치는 주요 파손으로는 소성변형, 피로균열 및 종단평탄성 등이 있다.
한편, 콘크리트 포장의 주요파손은 스폴링(spalling)이 있다. 이는 콘크리트 포장의 가로줄 눈 및 세로줄 눈과 무작위 임의균열에 발생하는 파손으로서, 줄 눈으로부터 약 15cm 내의 포장 슬래브 상부 모서리부분이 부서져 나가는 형태를 보인다.
도로포장의 파손은 포장체의 재료/구조적 결함과 관련된 품질상태뿐만 아니라 교통 조건 및 환경하중(기후조건)의 영향을 받는다. 특히, 지구온난화로 인한 기후변화의 영향으로 여름철의 폭우와 겨울철의 폭설 등이 빈번히 발생하고 있으며 이는 도로포장의 조기파손을 증가시키고 있다. 여름철에는 집중호우로 인해 포장체가 침수됨과 동시에 계속되는 교통하중으로 포장층은 연약해진다. 또한 겨울철에는 강설에 의한 수분이 포장표면의 균열부로 침투하여 포장체의 내부가 아스팔트/시멘트와 골재가 결합력을 잃어가는 상황을 발생시킨다.
그러나 종래의 도로포장 파손 위험도 예측 방법은 도로 상부의 상태를 주된 고려대상으로 하였고, 특히 기후변화가 고려되지 못한 문제점이 있었다. 즉 도로 상부에 대한 포장 유지관리, 포장구조체 거동 분석 프로그램, 아스팔트 포장구조체 구조적 적정성 및 상태평가 시스템 등 도로 포장 상부시스템에 대해 국한되어 연구가 이루어진 문제점이 있었다.
현재 도로 포장상태 조사장비에 대한 결과분석, 평가기법 및 보정방법에 대한 타당성 연구는 진행되고 있으나, 도로 함몰 위험도 등급별 시스템화에 대한 연구가 전무한 실정으로 붕괴를 사전적으로 예방할 수 있는 시스템 구축이 어려운 상태이다. 이에 따라 현재 도로 관리자들은 노후포장의 효율적인 유지관리를 시행하는데 많은 어려움을 겪고 있다.
본 발명은 기후변화에 따른 도로포장의 관리 및 장기적인 유지보수 전략에 필요한 의사결정에 활용할 수 있는 포장파손의 위험도 분석모델을 제시하고자 한다.
본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 도로포장재료 뿐 아니라, 기후변화를 반영하여 도로포장의 파손 위험도를 예측하고자 한다.
둘째, 기후변화와 관련한 지반재료의 품질 및 교통하중도 반영하여 도로포장의 파손 위험도를 예측하고자 한다.
셋째, 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장의 파손 위험도를 예측하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명은 컴퓨터를 이용하여 수행되며, 정성적 영향인자들에 기초한 도로포장 파손도 위험 예측 방법으로서, 컴퓨터가 기후노출 조건 범주 및 구조물 조건 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 S1 단계; 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 S2 단계; 및 상기 물리적 도로파손 가능성 및 상기 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 S3 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, S1 단계의 상기 기후노출 조건 범주에 속하는 영향인자는 강수 및 기온 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 강수는 연 평균강수량이고, 상기 기온은 일 최저기온인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S1 단계의 상기 구조물 조건 범주에 속하는 영향인자는 포장재료의 품질, 지반재료의 품질 및 교통하중 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 포장재료의 품질에 속하는 영향인자는 공극, 재령 및 제설제 중 적어도 하나이며, 상기 공극 영향인자 및 상기 재령 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 공극 영향인자의 배점은 공극률이 증가함에 따라 순차적으로 증가하고, 상기 재령 영향인자의 배점은 포장상태지수(PCI)가 증가함에 따라 순차적으로 증가하고, 상기 제설제 영향인자의 배점은 미사용, 유기산계, 저염화물계, 염화칼슘 및 염화나트륨의 순서로 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 지반재료의 품질에 속하는 영향인자는 동결 및 팽창 중 적어도 하나이고, 상기 팽창 영향인자는 액성한계와 소성한계로 구분되며, 상기 동결 영향인자의 배점은 점토함유량이 증가함에 따라 순차적으로 증가하고, 상기 액성한계 영향인자와 상기 소성한계 영향인자의 배점은 액성한계와 소성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 교통하중에 속하는 영향인자는 누적 교통량이며, 상기 누적 교통량 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S2 단계의 상기 안전요인 범주의 영향인자는 사상자이며, 상기 사상자 영향인자의 배점은 경상자, 중상자 및 사망자의 숫자에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서,S2 단계의 상기 환경요인 범주의 영향인자는 보수기간 및 보수규모이며, 상기 보수기간 및 보수규모의 배점은 보수기간 및 보수규모가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S2 단계의 상기 재정요인 범주의 영향인자는 보수비용이며, 상기 보수비용의 배점은 보수비용이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 보수비용은 해당 포장도로의 관리기관의 연평균소요예산에 대한 지출액의 비율인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S1 단계 및 S2 단계의 각 영향인자의 각 세부점수는 부여된 배점에 기 결정된 가중치를 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S3 단계는 상기 물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 상기 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서, 상기 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가하고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가하고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 것이 바람직하다.
본 발명은 컴퓨터에서 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 방법에 따른 도로포장 파손위험도 예측 방법이 구현되도록 작성되어 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 것이 바람직하다.
본 발명은 기후노출 조건 범주 및 구조물 조건 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 물리적 도로파손 가능성 산출부; 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 도로파손 손실도 산출부; 및 상기 물리적 도로파손 가능성 및 상기 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 도로포장 파손 위험도 평가부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 물리적 도로파손 가능성 산출부의 상기 구조물 조건 범주에 속하는 영향인자는 포장재료의 품질, 지반재료의 품질 및 교통하중 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 물리적 도로파손 가능성 산출부 및 도로파손 손실도 산출부의 각 영향인자의 각 세부점수는 부여된 배점에 기 결정된 가중치를 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 도로포장 파손 위험도 평가부는 상기 물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 상기 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서, 상기 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가되고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가되고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 기후변화가 반영됨에 따라, 국지성호우나 폭설 등 현실적인 기후조건이 반영되어 도로포장의 파손 위험도가 보다 정확하게 예측되는 효과가 있다.
둘째, 기후변화와 관련한 지반재료의 품질 및 교통하중도 반영됨에 따라, 실질적인 도로포장의 파손 위험도가 예측되는 효과가 한다.
셋째, 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도에 기초함으로써, 도로포장의 파손 위험도가 등급과 좌표를 이용하여 용이하게 예측되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법의 개요를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법 중 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 도로파손 손실도 예측 방법 중 도로파손 손실도를 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 평가 단계에서 이용되는 판정 평면의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 도로포장 파손위험도 예측 시스템의 개요를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법 중 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 도로파손 손실도 예측 방법 중 도로파손 손실도를 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 평가 단계에서 이용되는 판정 평면의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 도로포장 파손위험도 예측 시스템의 개요를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 기후변화를 고려한 포장파손의 위험도를 평가하기 위해 기후조건(국지성 호우, 폭설), 포장재료(공극률, 재령, 제설제), 지반재료(동결, 팽창), 교통하중과 포장파손에 따른 손실(안전, 환경, 재정)을 정량적으로 등급화하였다. 이를 바탕으로 위험도 평가표 시스템을 개발 하였다.
본 발명은 일반도로, 고속도로 뿐 아니라, 도로 파손이 치명적인 위험과 직결되는 공항도로 등에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에 있어서, 세부 점수들, 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도는 다양한 척도로 평가될 수 있으며, 본 명세서에서는 이해를 용이하게 하기 위하여, 5점 척도로 평가하는 것을 예시로 제시하고자 한다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법의 개요를 나타내며, 도 2는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 예측 방법 중 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타내며, 도 3은 본 발명에 따른 도로파손 손실도 예측 방법 중 도로파손 손실도를 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
본 발명은 컴퓨터를 이용하여 수행되며, 정성적 영향인자들에 기초한 도로포장 파손도 위험 예측 방법으로서, 상기 컴퓨터가 기후노출 조건 범주 및 구조물 조건 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 S1 단계; 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 S2 단계; 및 상기 물리적 도로파손 가능성 및 상기 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 S3 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 S1 단계 및 S2 단계의 각 영향인자의 각 세부점수는 부여된 배점에 기 결정된 가중치를 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 도로포장체의 재료/구조적 결함과 물리적 파손에 영향을 줄 수 있는 기후노출조건과 구조적 파괴를 일으킬 수 있는 구조물조건의 각 항목별 점수 합계의 가중 평균을 포장 파손의 물리적 가능성 평가 점수로 반영한다.
본 발명에 따른 물리적 도로파손 가능성은 크게 4가지 항목으로 나누어졌으며, 기후조건(강수, 기온), 포장재료의 품질(공극, 재령), 지반재료의 품질(동결, 팽창), 교통하중(누적교통량)을 고려하여 각 항목별로 '배점×가중치 = 점수'와 같이 계산하고, 4개의 항목의 합이 예를 들어 0-5까지의 점수로 세분화 되어 포장파손의 위험도를 등급 평가할 수 있는 예측모델이 제시된다. 각 영향인자 별 세부 항목의 일 실시예는 도 2에 도시된 바와 같다.
본 발명에 따른 S1 단계의 기후노출 조건 범주에 속하는 영향인자는 강수 및 기온 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 강수는 연 평균강수량이고, 기온은 일 최저기온인 것이 바람직하다.
강수(Precipitation)의 경우, 기상청 자료 등을 통한 연평균강수량을 적용하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서 아래 표 1과 같이, 연평균 강수량은 총 다섯 가지 항목으로 세분화하였으며, 1313.6mm으로부터 10mm당 1점씩 배점이 올라가며, 최대 5점의 경우 가장 극단적인 1360.7mm으로 선정하였다.
| 연평균강수량 (mm) | 1313.6 | 1327.1 | 1337.2 | 1347.2 | 1360.7 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
기온(Temperature)의 경우, 일 최저기온은 도로포장 밑의 노상토 함수비에 영향을 주고, 소성점토와 같이 물을 흡수하면 크게 팽창하다가 수분을 잃게 되면 수축하는 지반의 경우 포장체의 융기, 균열 파손을 발생시킨다. 따라서, 영향인자로서 일 최저 기온을 적용하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서, 아래 표 2와 같이, 9℃부터 -0.2℃씩 일최저기온을 선택하였고, 최대 5점은 7.8℃로 선정하였다.
| 일 최저기온 (℃) | 9.0 | 8.6 | 8.4 | 8.2 | 7.8 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
본 발명에 따른 S1 단계의 구조물 조건 범주에 속하는 영향인자는 포장재료의 품질, 지반재료의 품질 및 교통하중 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 포장재료의 품질에 속하는 영향인자는 공극, 재령 및 제설제 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 공극 영향인자 및 상기 재령 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것이 바람직하다. 공극 영향인자의 배점은 공극률이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
공극(Air-void)에 있어서, 아스팔트의 경우, 부적절한 다짐 및 관리는 초장의 조기박리의 일반적인 원인이 된다. 일 실시예로서, 아래 표 3과 같이, 아스팔트 포장체의 공극이 4%이상-5%이하 일 때의 포장체의 구조가 일반적으로 서로 내부적으로 연결되어 있지 않은 닫힘 구조를 가지므로 1점으로 하였고, 아스팔트 기준 시방서에 의거하여, 포장체 시공시 최대 공극률을 8% 이상일 시, 최대 5점으로 선정하였다.
| 공극률 (%) | 4이상-5미만 | 5이상-6미만 | 6이상-7미만 | 7이상-8미만 | 8이상~ |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
공극(Air-void)에 있어서, 콘크리트의 경우, ASTM C 666(2003)의 기준에 따르면 동결융해에 노출된 콘크리트의 경우 최소 3.5%의 공극률을 만족하도록 제시하고 있다. 이를 기준으로, 일 실시예로서, 아래 표 4와 같이, 공극률 4% 를 1점으로 배점하였고, 8% 이상일 경우, 최대 5점으로 산정하였다.
| 공극률 (%) | 4이상-5미만 | 5이상-6미만 | 6이상-7미만 | 7이상-8미만 | 8이상 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
재령(Age)에 있어서, 아스팔트/콘크리트 포장의 파손은 재료의 종류, 배합비, 재령, 습윤상태에 영향을 받는다. 1976년 미국공병단(US Army Corps of Engineers)에서 개발한 포장관리체계 프로그램인 Micro PAVER(이하 PAVER)는 우리나라를 포함한 세계 여러 나라에서 체계적인 포장 데이터베이스 관리 및 효율적인 포장관리를 위해 사용되고 있다. PAVER의 포장파손 예측모형은 포장형식에 있어 크게 아스팔트 포장과 콘크리트 포장으로 구분되어 있으며, 포장의 공용성을 나타내는 정량적인 수치로 포장상태지수(pavement condition index,PCI)를 제시한다.
이에 재령 영향인자의 배점은, 일 실시예로 제시된, 아스팔트에 대한 아래 표 5 및 콘크리트에 대한 아래 표 6과 같이, 포장상태지수(PCI)가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
| PCI | 0-20미만 | 20이상-40미만 | 40이상-60미만 | 60이상-80미만 | 80이상-100 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| PCI | 0-20미만 | 20이상-40미만 | 40이상-60미만 | 60이상-80미만 | 80이상-100 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
제설제의 경우, 염화물계 제설제의 사용은 철근의 부식에 치명적인 영향을 초래할 수 있으며 겨울철 기온의 특성상 동결융해 작용이 함께 수반되어 콘크리트 포장 표면이 박리되는 스켈링(scaling)이 발생할 수 있다. 제설제 종류에 따른 콘크리트 동결융해 내구성 평가를 위해 실내시험을 통해 콘크리트의 스켈링에 대한 제설제의 영향성을 관찰하면, 콘크리트 박리는 수돗물에 비해 저염화물계 용액에서 약 9배, 염화칼슘 용액에서 약 18배, 염화나트륨 용액에서 약 33배 정도 크게 발생된다고 알려져있다.
따라서, 본 발명에 따른 제설제 영향인자의 배점은 미사용, 유기산계, 저염화물계, 염화칼슘 및 염화나트륨의 순서로 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다. 이를 근거하여, 일 실시예로서, 아래 표 7과 같이, 제설제의 미사용시, 1점을 배점하였고, 염화나트륨 사용시, 최대 5점을 산정하였다.
| 제설제 | 미사용 | 유기산계 | 저염화물계 | 염화칼슘 | 염화나트륨 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
본 발명에 따른 지반재료의 품질에 속하는 영향인자는 동결 및 팽창 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
동결(Frost action)의 경우, 물이 얼면 약 9%의 체적팽창이 발생하며, 포화된 흙이 얼면 공극비에 따라 차이는 있지만 대략 총체적이 2.5-5% 정도 증가하게 된다. 그러나 어떤 환경 하에서는 흙 속에 아이스렌즈(ice lens)가 형성되어 더 큰 체적의 증가가 발생할 수 있다.
점토는 모관수두(capillary head)는 대단히 크나 투수성이 낮으므로 수분의 공급이 원활치 못하여 활발히 일어나지 못하나 동결온도가 계속되면 동상이 일어나는 경향이 있다. 여기서 모관수두는 가는 관을 따라 물이 상승하는 모관현상에 의해 물이 상승한 높이를 의미한다. 동해(frost damage)가 가장 심한 흙은 실트질 흙인데, 이는 모관수두가 클 뿐만 아니라 투수성도 어느 정도 커서 수분의 공급이 원활하기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 동결 영향인자의 배점은 점토함유량이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서, 아래 표 8과 같이, 점토의 함유량에 따라 1~5점의 점수가 배점되었으며, 점토 함유량이 0-3% 인 경우에, 1점 >20 (%) 이상의 경우 최대 5점을 산정하였다.
| % Finer (<0.02mm) | 0-3미만 | 3이상-6미만 | 6이상-10미만 | 10이상-20미만 | 20이상 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
팽창(Swelling)의 경우, 소성점토를 함유하고 있는 흙은 물을 흡수하면 크게 팽창하다가 수분을 잃게 되면 수축한다. 이와 같은 소성점토 위에 놓인 포장은 팽창으로 인하여 큰 상향력을 받게 된다. 이러한 상향력은 포장체의 융기, 균열, 파손을 일으킨다고 알려져있다.
일반적으로 팽창 가능성이 높은 흙은 액성한계(liquid limit)가 40%를 넘고 소성지수(plastic index)를 넘는다. 팽창토에 대한 분류시스템은 기존 문헌의 분류방법 등에 의거하여 액성한계와 소성한계를 나누었다.
따라서, 본 발명에 따른 팽창 영향인자는 액성한계와 소성한계로 구분되는 것이 바람직하며, 액성한계 영향인자와 소성한계 영향인자의 배점은 액성한계와 소성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
일 실시예로서, 액성한계에 관한 점수배점인 아래 표 9과, 소성한계에 대한 점수배점인 아래 표 10이 제시될 수 있다.
| 액성한계 (%) | 30미만 | 30이상-40미만 | 40이상-50미만 | 50이상-60미만 | 60이상 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 소성한계 (%) | 12미만 | 12이상-23미만 | 23이상-32미만 | 32이상-55미만 | 55이상 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
지반재료의 품질에 있어서, 아스팔트/콘크리트 포장의 파손은 하중의 재하범위, 재하형태, 재하속도에 영향을 받는다. 미국공병단(US Army Corps of Engineers)에서 개발한 PAVER는 여러 공항에 대한 교통량 자료를 바탕으로 포장상태지수(PCI)의 상관관계를 분석하였다. 또한, 국내 공항에 대한 누적교통량과 PCI와의 관계를 회귀분석을 통해 포장파손 예측모형을 제안된 바 있다.
본 발명에서는 이를 토대로 교통하중에 속하는 영향인자는 누적 교통량(Traffic volume)이며, 상기 누적 교통량 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것을 제시하였다.
일 실시예로서, 아스팔트에 관한 아래 표 11과 콘크리트에 관한 아래 표 12와 같이, 누적교통량을 1~5점으로 배점하였고, 0-20인 경우 1점으로, 80-100을 5점으로 산정하였다.
| PCI | 0-20미만 | 20이상-40미만 | 40이상-60미만 | 60이상-80미만 | 80이상-100 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| PCI | 0-20미만 | 20이상-40미만 | 40이상-60미만 | 60이상-80미만 | 80이상-100 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
본 발명에 따른 S2 단계는 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 단계이다. 도 3은 본 발명에 따른 도로파손 손실도 예측 방법 중 도로파손 손실도를 산출하는 단계에서 이용되는 영향인자들에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도로 포장이 파손될 시 일어날 수 있는 손실을 안전, 환경, 재정적 측면으로 평가한다. 각 항목별 점수 합계를 도로 포장 파손에 따른 손실의 평가 점수로 반영한다. 각 영향인자 별 세부항목의 일 실시예로서 도 3과 같이, 각 세부항목별로 1~5점을 배점하고 '배점×경중률 = 점수'와 같이 계산하다.
안전적(Safety) 측면에서는 사상자에 따라 등급화 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 S2 단계의 안전요인 범주의 영향인자는 사상자이며, 사상자 영향인자의 배점은 경상자, 중상자 및 사망자의 숫자에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서 아래 표 13과 같이 제시될 수 있다.
| 사상자 | 경상 | 중상 | 사망1 | 사망1이상-사망10미만 | 사망10이상 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
환경적(Environment) 측면에서는 보수기간(단기와 장기)과 보수규모(local-regional)으로 구분될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 S2 단계의 상기 환경요인 범주의 영향인자는 보수기간 및 보수규모인 것이 바람직하다. 보수기간 및 보수규모의 배점은 보수기간 및 보수규모가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서 아래 표 14와 같이 제시될 수 있다.
참고로, 보수규모(면적)에 따라 로컬(local)과 레지널(regional)로 나눠지는데, 보수면적 39~1,003 m2 정도의 도로포장 표면처리, 소파보수 등이 로컬(local)로 분류된다. 보수면적 10,707~11,350 m2 정도의 덧씌우기 및 재포장은 레지널(regional)로 구분된다.
포장공법별(일반아스팔트, 개질아스팔트, 재생아스팔트)로 덧씌우기 주기가 조금씩 다른데, 덧씌우기 주기가 보통 3회 이상 7회 미만일시, '단기'라고 평가하고, 주기가 7회 이상이면 '장기'라고 평가하는 것이 바람직하다.
| 보수개간규모 | 단기-local | 단기-regional | 장기-local | 장기-regional | 재포장 |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
재정적(Finance) 측면에서는 해당 포장의 관리기관의 연평균 소요예산에 대한 지출액의 비에 따라 등급화될 수 있다. 따라서, S2 단계의 상기 재정요인 범주의 영향인자는 보수비용이며, 보수비용의 배점은 보수비용이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 보수비용은 해당 포장도로의 관리기관의 연평균소요예산에 대한 지출액의 비율인 것이 바람직하다. 예를 들어, 대전지방국토관리청의 도로포장 424 구간에 대한 최적 유지보수의 연평균 소요예산의 기대치는 약 99억 원 수준이며 표준편차 범위에서 87.1-89.5억 원으로 나타났다. 일 실시예로서 아래 표 15와 같이 제시될 수 있다.
| 보수비용 | 0-20미만 AMC |
20이상-40미만 AMC |
40이상-60미만 AMC |
60이상-80미만 AMC |
80이상-100 AMC |
| 점수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
본 발명은 포장파손의 따른 손실은 3가지 항목으로 구분하였고, 안전, 환경, 재정을 고려하여 각 항목별로 '배점×경중률 = 점수'와 같이 계산하고, 3개의 항목의 합이 0-5까지의 점수로 세분화되어 포장파손의 따른 손실 등급 평가할 수 있는 예측모델을 제시하였다.
본 발명에 따른 S3 단계는 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 단계이다.
본 발명에 따른 S3 단계는 물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서, 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가하고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가하고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 것이 바람직하다. 일 실시예로서, 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도는 도 4와 같이, 5점 척도로 평가하는 것도 가능하다.
도로 포장 파손의 물리적 가능성과 파손에 따른 손실 점수를 등급화 하여 아래 그림과 같이 위험도 평가에 반영한다. 도 4는 본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 평가 단계에서 이용되는 판정 평면의 일 실시예를 나타낸다.
도 4의 C 영역은 물리적 도로파손 가능성 2-3등급과 포장파손 손실도 2-3등급 사이로 판정평면의 좌측 하단에 위치하며, 위험도 평가가 낮다고 평가된다.
도 4의 B 영역은 물리적 도로파손 가능성 4-5등급과 포장파손 손실도 3-4등급 사이로 판정평면의 중간에 위치하며, 위험도평가는 중간이라고 평가된다.
도 4의 A 영역은 물리적 도로파손 가능성 4-5등급과 포장파손 손실도 4-5등급 사이로 판정평면의 우측 상단부에 위치하며, 위험도 평가가 높다고 평가된다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터에서 전술한 여러 도로포장 파손위험도 예측 방법 중 어느 한 방법에 따른 도로포장 파손위험도 예측 방법이 구현되도록 작성되어 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 것이 바람직하다.
본 발명은 도로포장 파손위험도 예측 시스템을 포함한다. 본 예측 시스템을 설명함에 있어서, 전술한 도로포장 파손 위험도 예측 방법과 공통되는 부분은 주요한 구성만 설명하고, 나머지는 설명을 생략하되, 예측 방법에 대한 기술구성이 예측 시스템에 적용될 수 있음은 명확하다. 도 5는 본 발명에 따른 도로포장 파손위험도 예측 시스템의 개요를 나타낸다.
본 도로포장 파손위험도 예측 시스템은 기후노출 조건 범주 및 구조물 조건 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 물리적 도로파손 가능성 산출부; 안전요인 범주, 환경요인 범주 및 재정요인 범주에 각각 속하는 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 도로파손 손실도 산출부; 및 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도에 기초하여 도로포장파손의 위험도를 평가하는 도로포장 파손 위험도 평가부를 포함하며, 물리적 도로파손 가능성 산출부의 상기 구조물 조건 범주에 속하는 영향인자는 포장재료의 품질, 지반재료의 품질 및 교통하중 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 물리적 도로파손 가능성 산출부 및 도로파손 손실도 산출부의 각 영향인자의 각 세부점수는 부여된 배점에 기 결정된 가중치를 곱하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도로포장 파손 위험도 평가부는 물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서, 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가되고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가되고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 세부 점수들, 물리적 도로파손 가능성 및 도로파손 손실도는 일 실시예로서 5점 척도로 평가될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 도로포장 파손 위험도 예측 시스템
100 : 세부 점수 DB
200 : 물리적 도로파손 가능성 산출부
300 : 도로파손 손실도 산출부
400 : 도로포장 파손 위험도 평가부
100 : 세부 점수 DB
200 : 물리적 도로파손 가능성 산출부
300 : 도로파손 손실도 산출부
400 : 도로포장 파손 위험도 평가부
Claims (19)
- 컴퓨터를 이용하여 수행되며, 정성적 영향인자들에 기초한 도로포장 파손도 위험 예측 방법으로서, 상기 컴퓨터가
연 평균강수량, 일 최저기온, 공극률이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 포장재료의 공극 영향인자, 포장상태지수(PCI)가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 포장재료의 재령, 미사용/유기산계/저염화물계/ 염화칼슘/염화나트륨의 순서로 순차적으로 증가하는 포장재료의 제설제, 점토함유량이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 동결 영향인자, 액성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 액성한계 영향인자, 소성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 소성한계 영향인자, 누적 교통량 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 S1 단계;
경상자, 중상자 및 사망자의 숫자에 따라 순차적으로 증가하는 사상자 영향인자, 보수기간 및 보수규모가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 보수기간 및 보수규모 영향인자, 해당 포장도로의 관리기관의 연평균소요예산에 대한 지출액의 비율이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 재정요인 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 S2 단계; 및
물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서 상기 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가하고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가하고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 S3 단계를 포함하는 도로포장 파손위험도 예측 방법으로서,
S1 단계 및 S2 단계의 각 영향인자의 각 세부점수는 부여된 배점에 기 결정된 가중치를 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 도로포장 파손위험도 예측 방법. - 삭제
- 삭제
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- 청구항 1에 있어서,
상기 공극 영향인자 및 재령 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것을 특징으로 하는 도로포장 파손위험도 예측 방법. - 삭제
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- 청구항 1에 있어서,
상기 누적 교통량 영향인자는 아스팔트와 콘트리트로 구분되는 것을 특징으로 하는 도로포장 파손위험도 예측 방법. - 삭제
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- 컴퓨터에서 청구항 1에 따른 도로포장 파손위험도 예측 방법이 구현되도록 작성되어 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 연 평균강수량, 일 최저기온, 공극률이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 포장재료의 공극 영향인자, 포장상태지수(PCI)가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 포장재료의 재령, 미사용/유기산계/저염화물계/ 염화칼슘/염화나트륨의 순서로 순차적으로 증가하는 포장재료의 제설제, 점토함유량이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 동결 영향인자, 액성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 액성한계 영향인자, 소성한계가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 소성한계 영향인자, 누적 교통량 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로서 물리적 도로파손 가능성을 산출하는 물리적 도로파손 가능성 산출부;
경상자, 중상자 및 사망자의 숫자에 따라 순차적으로 증가하는 사상자 영향인자, 보수기간 및 보수규모가 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 보수기간 및 보수규모 영향인자, 해당 포장도로의 관리기관의 연평균소요예산에 대한 지출액의 비율이 증가함에 따라 순차적으로 증가하는 재정요인 영향인자들에 대해, 각각 결정된 세부 점수들의 가중 평균으로 도로파손 손실도를 산출하는 도로파손 손실도 산출부; 및
물리적 도로파손 가능성은 제1축이고, 도로파손 손실도는 제2축으로서, 제1축은 제2축에 수직하는 판정 평면 상에서 도로포장 파손 위험도의 좌표가 대각선을 중심으로 상삼각에 속하면 높은 위험도로 평가하고, 하삼각에 속하면 낮은 위험도로 평가하고, 대각선에 속하면 중간 위험도로 평가하는 도로포장 파손 위험도 평가부를 포함하는 도로포장 파손위험도 예측 시스템. - 삭제
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Priority Applications (1)
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| KR1020160109569A KR101812566B1 (ko) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 도로포장 파손 위험도 예측 방법 및 예측 시스템 |
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