소성변형(Rutting)

소성변형의 정의

소성변형은 아스팔트 포장이 바퀴 자국을 따라 영구적으로 패이는 현상이다.

포장은 차가 지나가면 눌렸다가 되돌아오지만, 일부 변형은 남는다.

이렇게 남은 변형이 쌓여 바퀴 자국이 깊어진다.

측정은 바퀴 자국의 깊이, 즉 rut depth로 한다.

발생 원리

소성변형은 세 단계로 생긴다. 먼저 고온이나 장기 정체 하중으로 바인더 점도가 낮아진다.

둘째, 반복 차륜 하중으로 혼합물이 횡방향으로 밀려나 골재 맞물림이 흐트러진다.

셋째, 제거되지 않는 소성 변형이 누적되어 바퀴 자국이 깊어진다.

결국 바인더 점도 저하와 반복 하중 누적이 결합해 소성변형이 생긴다.

입도 구조와 저항

소성변형 저항은 골재 입도 구성에 따라 크게 달라진다.

갭입도는 중간 입경이 결핍된 구조라 골재 맞물림으로 변형에 강하다.

개립도는 세골재가 대부분 빠져 공극이 많고 강도가 약하다.

배수성 포장은 개립도 계열이므로 적용 조건을 함께 검토해야 한다.

두 유형의 구분

소성변형은 발생 층과 원인에 따라 두 유형으로 나눠 이해한다.

혼합물 소성변형은 표층·기층에서 고온 때문에 생긴다.

구조적 소성변형은 노상·보조기층의 지지력 부족과 과대 응력에서 생긴다.

따라서 표층 혼합물과 하부 지지층을 함께 고려해 대책을 세운다.

예제 계산

이번에는 개질 아스팔트 적용 효과를 계산해 본다.

기존 혼합물의 변형 깊이는 12mm, 개질 아스팔트 적용 후는 6mm다.

변형 저감율은 (기존 − 개선) ÷ 기존 × 100으로 구한다.

단위 mm가 상쇄되어 결과는 50%다. 변형 깊이가 절반으로 줄어든 셈이다.

시험 포인트

시험에서는 원인을 외부와 내부로 나눠 쓰는 것이 기본이다.

대책은 원인과 짝을 맞춰야 한다. 고온이면 개질 아스팔트, 골재 맞물림이면 SMA나 갭입도다.

배수성 포장은 배수와 수막현상 저감이 목적이므로 소성변형 공법으로 설명하면 감점된다.

정리

소성변형은 고온과 반복 하중이 만든 영구 변형이다.

원인은 바인더 점도 저하, 골재 맞물림 부족, 과적·정체 하중이다.

대책은 원인과 짝을 맞춰 표층과 하부층을 함께 검토한다.