小型 FWD を用いた舗装のエネルギーロス率とランナーの走りやすさに関する検討
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○池田遠藤
縞居中島茜
桂公介伸一郎１．はじめにマラソンやジョギングのランナーにとって，舗装素材は走りの快適さやタイムを大きく左右する重要な要素である．素材を大別すれば，土や芝などの自然素材，陸上競技場で使用される人工素材，一般道路で使用されるアスフ
ァルト舗装やコンクリート舗装である．一方，競技レベルの高いランナーは舗装素材に意外と敏感で，同じアスフ
ァルト舗装であっても，密粒度アスファルト舗装と排水性アスファルト舗装の走り心地の差を感じ取っている 1),2)．
ランナーが走路に対して感じる走り心地とは，着地時の衝撃の大きさやすべりにくさ，足元の安定性，蹴り出しやすさなどを総合した感覚である．そこで本研究では，ランナーが舗装ごとに感じている走りやすさ（着地衝撃の大きさ，蹴り出しやすさ）を小型 FWD 載荷条件下の舗装のエネルギーロス率と路面弾性係数で評価を行った．
２．小型 FWD 試験表-1 調査対象の舗装（１）試験概要

舗装種類

名称

備考

小型 FWD の載荷条件は，ランナーが舗装に与

1

天然芝

芝生

芝生刈込高さ 30 mm

える最大荷重とされている 2kN 程度 3)の荷重を

2

全天候型ポリウレタン系舗装

陸上ウレタンウレタン層15 mm
アスファルト層 75 mm

目安とした．しかし，アスファルト舗装のたわ

3

再生密粒度アスファルト舗装

RC密粒みが極めて小さいことから，混合物による差を

4

砕石マスチック舗装 5mmTop

SMA(5)

顕著に示すため，載荷直径 100 mm，落下高さ 500

5ポーラスアスファルト舗装 5mmTop

ポーラス(5)

6

ポーラスアスファルト舗装 13mmTop

ポーラス(13)7

弾性ウレタン骨材アスファルト舗装

弾性（多）mm，重錘質量 10 kg とした．芝生と陸上ウレタン舗装は，アスファルト舗装と同条件を適用するとたわみが大きくなりすぎるため，重錘質量のみ 5 kg とした．
（２）舗装種類
調査対象の舗装を表-1 に示す．本研究では，

表-2

評価指標の算出方法

評価指標
エネルギーロス率（%）

算出方法
エネルギーロス率（％）＝（散逸エネルギー／全エネルギー）×100

載荷点の路面弾性係数4 )E0 (MPa)・

2 1

アスファルト舗装と陸上競技場の外周フィール

・1
2・ ・ドの芝生，陸上競技場の全天候型ポリウレタン系舗装（以下，陸上ウレタン）を対象とした．
（３）舗装評価指標

載荷スタート
＝着地

アスファルト層 50 mm

載荷中＝立脚期：載荷点の路面弾性係数(MPa)ν ：ポアソン比：載荷版の接地圧（kPa)：載荷版半径(mm)：距離r にあるセンサのたわみ(mm)：荷重の最大値(N)：たわみの最大値(mm)

除荷中＝蹴り出し

Load Peak

小型 FWD の荷重－たわみ曲線から，路面弾性係数およびエネルギーロス率を算出した．路面
Load PeakP

弾性係数は，荷重とたわみのピーク値を用いて，比は 0.4 とした．エネルギーロス率は図-1 の荷

Deflection
PeakD

Load (N)表-2 に示す弾性理論式 4)より求めた．ポアソン

重－たわみ曲線において，曲線内の面積（面積OPDC）で表される散逸エネルギー5)を載荷過程で舗装に与えたエネルギー（面積 OPDB）で除すことによって求めた．ランナーが着地動作時にO

C

B

Deflection (mm)

面積OPDB ：全エネルギー（載荷時，舗装へ与えたエネルギー）
面積CDB ：弾性エネルギー（除荷後，舗装が変形前の位置へ戻るために費やしたエネルギー）
面積OPDC ：散逸エネルギー（熱エネルギーとして散逸したエネルギー）

図-1 小型 FWD の荷重－たわみ曲線（例）キーワード：ランナー，小型 FWD，路面弾性係数，散逸エネルギー
連絡先：〒146-0095 東京都大田区多摩川 2-11-20 TEL:03-3759-4872

8000

ーが小さい舗装ほど，ランナーは舗装から大きな地面反力を受ける6000ことができる．エネルギーロス率は蹴り出しやすさを，載荷点の路

Load(N)

舗装へ与えたエネルギーを全エネルギーとした場合，散逸エネルギ

面弾性係数は着地衝撃の大きさを表すといえる．

アスファルト舗装
陸上ウレタン舗装

4000
2000
00３．試験結果

1

エネルギーロス率を図-3 に示す．素材の異なる舗装で比較すると，Load(N)

ギーが大きく，陸上ウレタンは，載荷エネルギーに対して，除荷エ比べて，散逸エネルギーが大きい．

2345Deflection(mm)67(a) 材料の異なる 3 種類

各舗装の荷重－たわみ曲線を図-2 に示す．芝生は最も散逸エネル

ネルギーが大きい．アスファルト舗装の弾性（多）は他の 4 種類に

芝生

8000

RC密粒SMA(5)6000

ポーラス(5)ポーラス(13)
弾性（多）

4000
2000
00.00.1

陸上ウレタン舗装が最も小さく，次いでアスファルト舗装，芝生の0.2
0.3
Deflection(mm)0.40.5(b) アスファルト舗装
図-2 荷重―たわみ曲線

順で大きい．アスファルト舗装を比較すると，弾性（多）舗装はエ
ネルギーロス率が大きく，その他の 4 種類のアスファルト舗装は大きな差は見られない．
路面弾性係数を図-4 に示す．素材の異なる舗装で比較すると，芝生が最も小さく，次いで陸上ウレタン舗装，アスファルト舗装の順で大きい．アスファルト舗装では弾性（多）舗装が最も小さい．次ポーラス(5)ポーラス(13)
SMA(5)
RC密粒
弾性（多）蹴り出しにくい芝生

いでポーラス(13)，ポーラス(5)，SMA(5)，RC 密粒の順で大きい．弾性（多）舗装が最も小さい理由は舗装表面の空隙に擦り込んだ弾性

蹴り出しやすい陸上ウレタン020
406080
Energy Loss Rate(%)

100

図-3 エネルギーロス率（%）

骨材の影響である．その他 4 種類のアスファルト舗装は同一の素材であるが，路面弾性係数に差が見られた．これはアスファルト舗装の空隙率による差 6)である．

芝生

着地衝撃小さい陸上ウレタン
弾性（多）以上より，芝生は路面弾性係数が最も小さく，着地衝撃が小さい

ポーラス(13)のが特徴である．陸上ウレタン舗装は路面弾性係数とエネルギーロ

SMA(5)ス率が小さいため，着地衝撃小さく，蹴り出しやすい．アスファルRC密粒ポーラス(5)1

ト舗装は路面弾性係数が大きいため，着地衝撃を大きく感じる．
４．まとめ

着地衝撃大きい

10100
1000
Elastic Modulus(MPa)10000

図-4 路面弾性係数（MPa）

本研究では，ランナーが舗装ごとに感じている走りやすさに寄与する舗装の指標を明らかにすることを目的として，ランナーが舗装ごとに感じている走りやすさ（着地衝撃の大きさ，蹴り出しやすさ）を小型 FWD 載荷条件下の舗装のエネルギーロス率と路面弾性係数で評価を行った．結果を以下に示す．
・ 6 種類の路面素材の中で，芝生は路面弾性係数が最も小さく，エネルギーロス率が大きい．陸上ウレタン舗装は路面弾性係数とエネルギーロス率，ともに小さい．これは，芝生は着地衝撃が小さく，蹴り出しにくく，陸上ウレタンは着地衝撃が小さく，蹴り出しやすいと感じる傾向と合致している．
・ アスファルト舗装の弾性（多）を除く 4 種類について，路面弾性係数はポーラス(13)が小さく，RC 密粒は大きい結果が得られ，エネルギーロス率は同程度であった．よって，アスファルト舗装の中ではポーラス(13)が着地衝撃を小さく，そして蹴り出しやすいと感じると推察する．
以上より，小型 FWD の路面弾性係数とエネルギーロス率によって，ランナーが感じている走りやすさを表現しうる可能性が示唆された．
【参考文献】
1） 黒岩拓馬，川上篤史，峰岸順一，増山幸衛，前川亮太：中長距離走に適した舗装の評価方法に関する研究，土木学会論文集 E1，Vol.69，No.3，pp.I_185-I_190，2013．
2） 池田茜，遠藤桂，中島伸一郎：中長距離ランナーが走りやすいと感じる舗装のテクスチャ指標に関する研究，土木学会論文集 E1，Vol.75，No.2，pp.I_49-I56，2019．
3） 黒岩拓馬，増山幸衛，川上篤史，峰岸順一，前川亮太：ランナーの走行時の足圧状態と舗装に与える荷重に関する研究，土木学会第 67 回年次学術講演会，pp.613-614，2012．
4） 公益社団法人 土木学会 舗装工学委員会：舗装工学ライブラリー14 非破壊試験による舗装のたわみ測定と構造評価，公益社団法人 土木学会，p.34，2015．
5） 井本立也：レオロジー入門，高分子化学刊行会，pp.92-93，1958．
6） 工藤正幸，岡部俊幸，林信也：アスファルト混合物のレジリエントモデュラスに関する一検討，土木学会第 58 回年次学術講演会，pp.1447-1448，2003．