수막두께에 따른 아스팔트 콘크리트 노면의 마찰계수 변화가 정지 시거 및 곡선 반경에 미치는 영향
Influence of Coefficient of Friction for Asphalt Concrete Pavement According to Water Film Thickness on Stopping Sight Distance and Radius of Curvature
- 주제(키워드) 도움말 노면 조직 , 수막현상 , 수막두께 , 수막두께 예측식 , 마찰계수 , 마찰계수 예측식 , 도로 기하구조 설계 , 정지 시거 , 곡선 반경
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 이승우
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 토목공학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000012118
- UCI I804:42001-000000012118
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
도로 주행 중 차량의 제동거리 확보와 곡선부 차량 이탈 방지는 도로 설계와 운영에서 핵심적인 주행 안전 요소로 인식된다. 특히, 차량의 가속, 감속 및 비상 제동 상황에서는 타이어와 노면 간의 마찰력이 핵심적인 역할을 하며, 이는 강우강도, 배수 거리, 노면 조직 특성 및 도로 기하구조와 같은 다양한 변수에 따라 크게 변동된다. 강우 시 형성되는 수막두께는 타이어와 노면 간 접촉 면적을 감소시켜 마찰력을 저하시킴으로써 차량의 제동거리를 증가시키고, 주행 안전성을 위협하는 주요 요인으로 작용한다. 기존 도로 기하구조 설계 또는 안전성 평가에서 사용되는 최소 노면 마찰계수는 습윤 조건을 기준으로 산정되지만, 습윤 상태에서의 마찰계수는 British Pendulum Tester(BPT), Locked-wheel Trailer(SN40), Side-force, Grip Tester 등 다양한 방법으로 측정된다. 그러나 측정 방법마다 수막두께에 대한 기준이 상이하여, 기준의 일관성이 부족한 실정이다. 예로, BPT는 충분한 수막이 형성된 상태에서 측정하나, 수막두께에 대한 명확한 기준이 없으며, SN40은 0.5mm의 수막두께를 기준으로 하나 노면의 특성에 따라 변동될 수 있다. Grip Tester는 0.25mm의 수막을 기준으로 하나, 이러한 기준들은 각 측정 방법에 따라 상이하다. 수막두께는 노면 마찰계수에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 인자로서, 도로 설계 시 반드시 고려해야 할 요소이다. 이에 본 연구는 RRL 및 Gallaway 수막두께 모델을 활용하여 다양한 조건에서의 수막두께를 예측하였으며, 기존 수막두께 예측식별 결과가 상이한 구간에 대하여 수막두께 실측 실험을 수행 하여 가장 신뢰도가 높은 수막두께 모델을 선정하여 연구에 활용하였다. 이후 선정된 수막두께 예측식을 활용하여 대표적인 기하구조 조건별 수막두께를 예측하고, 이를 기반으로 Gallaway의 마찰계수 예측식을 통해 강우강도, 배수 거리, 포장 경사, 노면 조직 깊이, 타이어 트레드 깊이에 따른 마찰계수를 산정하였다. 산정 결과, 강우강도, 배수 거리의 증가와 포장 경사, 노면 조직 깊이, 타이어 트레드 깊이의 감소로 인해 도로 표면에 형성되는 수막두께가 두꺼워짐에 따라 노면 마찰계수는 감소하는 경향을 보였다. 이러한 경향은 차량의 제동거리를 증가시켜 정지 시거가 증가하게 되고, 곡선부에서는 차량의 횡방향 안정성을 확보하기 위해 더 큰 곡선 반경이 필요하게 되는 결과를 초래하였다. 정지 시거 반경 산정 결과, 설계속도가 높은 구간, 수막두께가 깊이 형성되는 구간, 트레드 깊이가 얕은 구간에서 현행 설 계 기준이 요구하는 정지 시거를 충족하지 못하는 결과가 도출되었다. 곡선 반경 산정 결과에서도 설계속도가 높은 구간, 수막두께가 두껍게 형성되는 구간, 타이어 트레드 깊이가 얕은 구간에서는 곡선부의 요구 반경이 증가하였으며, 일부 구간에 서는 현행 설계 기준이 강우 조건에서의 안전성을 충분히 보장하지 못하는 것으로 나타났다. 결과적으로 본 연구 결과는 강우 조건을 고려한 도로 설계 기준 개선의 기초 자료로 활용될 수 있으며, 도로의 정지 시거 및 곡선 반경 설계에 실질적인 지침을 제공함으로써 주행 안전성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.
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국문 요약
영문 요약
목차
표 차례
그림 차례
제 1 장 서론
1.1 연구 배경 및 목적
1.2 연구 내용 및 방법
제 2 장 이론적 배경 및 특성
2.1 노면 조직 정의 및 특성
2.2 수막현상 특성 분석
2.2.1 수막현상 개요
2.2.2 수막두께에 영향을 미치는 요인
2.2.3 수막두께 예측에 관한 선행 연구 고찰
2.3 노면 마찰력 특성 분석
2.3.1 노면 마찰력 정의 및 발생 메커니즘
2.3.2 노면 마찰력에 영향을 미치는 요인
2.3.3 노면 마찰력 측정 방법 및 평가 기준
2.4 정지 시거의 이론적 배경 및 설계 기준
2.4.1 정지 시거 정의 및 특성
2.4.2 정지 시거 산정 방법 및 현행 기준
2.5 곡선 반경의 이론적 배경 및 설계 기준
2.5.1 곡선 반경 정의 및 특성
2.5.2 곡선 반경 산정 방법 및 현행 기준
제 3 장 아스팔트 포장 노면의 수막두께 및 마찰계수 산정
3.1 연구 전략 및 개요
3.2 마찰계수 산정을 위한 주요 변수 설정 및 범위 정의
3.3 수막두께 산정을 위한 예측식 고찰 및 비교
3.3.1 RRL 및 Gallaway 모델을 활용한 강우 조건 및 도로 기하구조별 수막두께 산정 결과
3.3.2 강우 모의 장비 기반의 수막두께 실측 실험을 통한 측정값과 예측값 비교 및 예측 모델 결정
3.4 강우 조건 및 도로 기하구조를 고려한 설계속도별 노면 마찰계수 산정
3.4.1 마찰계수 예측에 관한 선행 연구 고찰
3.4.2 설계속도에 따른 강우 조건 및 도로 기하구조별 마찰계수 산정 결과
3.4.3 도로 기하구조 설계에 사용되는 최소 마찰계수 기준과 본 연구에서 산정된 마찰계수 예측값 비교
제 4 장 도로 기하구조와 주행 조건에 따른 정지 시거 및 곡선 반경의 산정 결과 및 기준 비교
4.1 정지 시거 및 곡선 반경 산정의 개요 및 중요성
4.2 도로 기하구조 및 강우강도, 설계속도, 트레드 깊이를 고려한 정지 시거 산정
4.2.1 정지 시거 산정 결과
4.2.2 정지 시거 산정 결과와 현행 설계 기준과의 비교
4.3 도로 기하구조 및 강우강도, 설계속도, 트레드 깊이를 고려한 곡선 반경 산정
4.3.1 곡선 반경 산정 결과
4.3.2 곡선 반경 산정 결과와 현행 설계 기준과의 비교
제 5 장 결론
References
APPENDIX A
APPENDIX B
