PURPOSES : This study evaluates the long-term performance of the asphalt overlay designed by the Seoul pavement design method which determines overlay thickness by considering existing pavement conditions, traffic volume, and bearing capacity of the pavement. METHODS : A total of 76 sections including 17 control sections and 59 design sections were constructed under various traffic conditions, overlay thicknesses and asphalt mixtures. The performance of the pavements has been monitored up to 60 months in terms of surface distresses, rutting, and longitudinal roughness. The service life of the pavements was estimated to be the period when the Seoul pavement condition index (SPI) becomes 6.0, i.e., a rehabilitation level. RESULTS : Overall, the service life of the pavements was 72 months in the control and 120 months for the design sections. For relatively thinner overlay sections than designed, the service life reduced significantly; 36 months for 15cm thick overlay and 120 months for 25cm thick overlay. The service life of the pavement in the bus-only lane was 78 months, which is 30 months shorter than that in mixed-traffic lanes. Out of the bus-only lanes, 56% of the pavement along bus stop was deteriorated early to be a poor condition while only 2% of the pavement in a driving lane was degraded to be poor. The overlay with Stone Mastic Asphalt (SMA) in the wearing surface had 38% longer life than that with conventional dense graded mixtures. CONCLUSIONS : Most of the overlays sections designed by the Seoul pavement design method were expected to survive 10 years, except for bus-only lanes. The control sections having 5 to 10 cm thick overlays showed significant lower performance than the design sections. Thus proper thickness and materials considering the characteristics of existing pavement and traffic volumes should be applied to secure the service life of overlays.

미국의 인적자원의 이동, 물류의 이동에서 도로가 차지하는 역할은 압도적이다. 이중에서 대부분의 도 로가 아스팔트로 시공되어 왔으면, 콘크리트의 포장의 경우에도, 아스팔트 콘크리트로 덧씌우기 포장을 하여 그 수명을 연장하고 있다. 미국 내에서 아스팔트 포장의 시공품질 평가를 위해서 여러 가지 방법이 연구 ․ 적용되어 왔다. 워런티 (Warranty), 레시피 타입의 설계시공법, 성능설계 등의 시도가 있어왔다. 이중 현재 적용되는 방법은 시 공후 아스팔트 콘크리트의 다짐도, 즉 공극률의 기준을 적용한다. 여기에는 공극률이 아스팔트 포장의 공 용성과 관련이 있다는 가정에서 출발한다. 그러나, 공극률뿐만이 아니라 다양한 인자가 아스팔트 포장의 공용성에 영향을 미친다. 이에 포장의 공용성 성능에 근거하여 다짐후의 아스팔트 포장의 품질을 평가를 기준으로 시공자에게 적절하게 대금을 지금하는 방법이 꾸준히 연구되고 있다. 성능설계는 설계와 시공법을 시공업체가 자유롭게 선택하도록 하여, 아스팔트 포장의 품질 향상과 동 시에 건설비용을 저감할 수 있을 것으로 기대되어, 궁극적인 아스팔트 포장법으로 여겨진다. 하지만, 시 공후 아스팔트 포장의 장기 공용성 평가의 정확성을 확보가 절실히 필요하다. 이를 위해서 Westrack project가 1990년대에 시작되었다. Westrack의 가속시험결과를 바탕으로 아스팔트 공용성 모델, 피로균열 모델과 영구변형 모델이 제안되었지만, 제한된 실험결과를 바탕으로 하여 일 반적인 적용에는 무리가 있다. 그렇지만 성능기반설계의 구체적인 개념과 적용방법을 제시하였다. 공용성 에 기반하여, 유지보수 계획을 수립하고, 이에 따른 생애주기비용(LCC)을 계산하여 설계안과 비교하여, 상/벌계수를 산정하여, 시공자에게 대금을 지불하도록 계획하였다. 이후 아스팔트 설계 프로그램인 MEPDG가 개발되어, MEPDG의 수많은 시뮬레이션 결과를 이용하여 NCHRP 9-22 프로젝트에서 closed-form solutions을 제안하여 엑셀쉬트를 이용하여 공용성 예측을 할 수 있도록 제안하였다. 동탄성계수가 영구변형과 피로균열의 대표한다는 가정에서 출발하여, 여전히 공용 성평가에 대한 의문이 제기되고 있다. 그렇지만, 시공후 현장 코어로 동탄성계수 및 기본 물성을 획득하 여, 공용성 평가의 정확도를 높이고자 하였다. 생애주기비용 대신에 내구연한을 산정하여 상/벌계수를 산 정하도록 하였다. 위에서 살펴본 바와 같이 공용성 예측 모델이 성능기반설계의 핵심이다. 이에 노스캐롤라이나주립대학 의 아스팔트 연구팀은 점탄성이론에 손상이론을 접목하여 피로균열 모델을, 중첩의 원리를 이용하여 영구 변형모델을 개발하였다. 이를 바탕으로 성능기반설계법을 개발하는 프로젝트를 수행하고 있다.

서울시 도로포장은 대부분 30년 이상 노후화된 포장으로서 이미 구조적 손상이 많이 진행된 상태이고, 설계당시의 포장 단면 두께가 현재의 교통량을 반영하지 않아 상당히 부족한 상태이다. 또한 기후변화로 인한 강수량 증가 등 환경적 요인으로 인해 포장 파손이 최근 급격히 증가하고 있다. 현재 서울시 도로포 장의 아스팔트 덧씌우기 평균수명은 평균 6.6년으로서 국도 및 고속도로의 10년에 비해 상당히 짧은 수준 이고 재포장 후 5년 이내에 다시 보수를 해야 하는 조기파손 구간도 전체 구간에서 45%를 차지하고 있다. 덧씌우기 재포장구간의 내구수명을 증대시키고, 조기파손을 억제하기 위해서는 조기파손을 유발하는 원 인에 대한 분석이 필요하다. 이를 통해 단면두께 부족 또는 기층부 손상으로 인해 조기 파손이 유발되는 경우에는 전단면 재포장 및 단면두께 보강을 실시해야 한다. 전단면 재포장 또는 덧씌우기를 시행하기 위 해서는 서울시 자체의 포장단면 설계 기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 서울시 도심도로의 교통 및, 재료, 환경 특성 등을 고려하고, 시공여건 등을 감안한 서울형 아스팔트 포장 단면두께 설계기준을 개 발하고자 하며, 아스팔트 포장의 신설과 유지보수 업무에 적용하고자 한다. 이를 통해 아스팔트 포장도로 의 전반적인 공용수명을 연장하고 조기파손의 발생을 최소화하는데 본 연구의 목적이 있다. 본 설계기준은 신설과 재포장을 모두 포함하는 것으로 계획하였으며, 신설포장의 경우 미국에서 최근 개발되어 사용되고 있는 역학적-경험적 설계법을 사용하여 다양한 교통량, 재료특성 및 환경특성 하에 단면설계를 수행하고 이를 통해 교통량 조건 별 표준 설계단면을 개발하였다. 이를 바탕으로 재포장 설계 의 경우에는 기존 포장층의 파손(균열 깊이 및 강성)을 고려하여 재포장 단면두께를 산정할 수 있는 간편 한 설계식을 개발하여 제시하였다. 본 연구를 통해 개발된 설계기준을 검증하기 위하여 다양한 포장단면 에 대한 시험시공을 실시하였고, 향후 지속적인 추적조사를 통한 단면설계 기준을 수정 보완할 계획이다.

PURPOSES : The hydrated lime-modified asphalt, which improves moisture resistance, is normally used for pavements to reduce the number of potholes. However, the method of applying the material properties of the lime-modified asphalt mixture for use in pavements is not covered in the Korean Pavement Research Program (KPRP). The objective of this research is to find a method for the design application of lime-modified asphalt’s material properties to the KPRP. METHODS: The section for test design is selected in some conditions which are related to the level of design regarding Annual Average Daily Traffic (AADT). To define the application methods of hydrated lime in the KPRP, the models of fatigue, rut and international roughness index (IRI) are determined based on the M-EPDG test results from some earlier research results. Moreover, it is well known that dynamic moduli of the unmodified mixture are not different from those of the lime-modified mixture. RESULTS: The performance results of hydrated lime-modified asphalt pavement were not very much different from those of the unmodified pavement, which meant the limited design regulations regarding fatigue failure, rutting deformation and IRI. CONCLUSIONS: The KPRP uses the weather model from the data for previous 10 years. It implies that the KPRP cannot predict abnormal climate changes accurately. Hence, the predictive weather data regarding the abnormal climate changes are unreliable. Secondly, the KPRP cannot apply the moisture resistance of asphalt mixtures. Therefore, a second level of design study will have to be performed to reflect the influence of moisture. It means that the influence on pavement performance can be changed by the application of hydrated lime in asphalt mixture design.

현재 서울시의 아스팔트 포장도로의 수명은 20~30년이다. 기존 포장의 지지력에 기반을 둔 덧씌우기 포장의 수명은 이보다 더 짧다. 이에 따른 본 연구는 MEPDG를 활용한 아스팔트 포장 카탈로그 설계법 개발로서 서울형 설계법을 총 3가지 카탈로그(버스전용차로(Ⅰ), 버스전용차로가 운영되는 도로의 일반차 로(Ⅱ), 버스전용차로가 운영되지 않은 도로의 일반차로(Ⅲ))로 분류하여 연구를 진행하였다. 서울시의 각 도로의 종류에 따른 포장 두께는 다음과 같다. 일반차로 약 100mm~260mm를 보이며 130, 160, 180mm가 가장 일반적인 두께로 조사되었다. 반면, 버스전용차로는 약 140mm~290mm를 보 이며 170, 200, 220mm가 가장 일반적인 두께로 조사되었다. 이를 기반으로 본 연구에서는 영국의 포장 설계 카탈로그에 나온 각 도로별 포장두께를 비교하였다. 이를 조사한 결과 현재 한국의 버스전용차로의 아스팔트 포장 두께는 89mm가 부족하고, 일반차로의 아스팔트 포장두께는 84mm가 부족하였다. 덧씌우기 포장의 수명은 서울시의 경우 6.6년이다. 이는 일반국도의 수명인 10년에 비해 3.4년이 짧다. 전체 도로 중 45%가 조시파손이 생기며 이는 4~5년 이내에 발생한다. 조기파손을 구조적인 측면에서 조 사한 결과, 단기 공용성(덧씌우기 수명 5년 미만)의 10개 구간 중 5개의 구간에서 Crack Depth Ratio(CDR)이 1로 조사되었다. 이중 구조적으로 아스팔트 두께가 최대 145mm가 필요한 구간도 있었다. 반면 장기 공용성(덧씌우기 수명 10년 이상)중 가장 큰 CDR 값이 0.6이며 이 중 아스팔트 두께가 최대 95mm가 필요한 구간이 있다. 본 설계법은 도로의 다양한 교통 특색(연간 일일 평균 교통량, 차종별 분포 율 등), 노상층의 상태, 신규재료의 물성값을 MEPDG 프로그램에 활용하여 정립하였다.

PURPOSES: Analysis and design of asphalt concrete (AC) and continuously reinforced concrete (CRC) composite pavements. METHODS: In this study, the service life of the AC/CRC composite pavements was determined based on the probabilistic method in the mechanistic-empirical pavement design guide(MEPDG). Typical pavement design was provided with respect to heavy truck traffic volume of highways. RESULTS: The service life of the composite pavements based on IRI was shorter than that based on rutting at lower traffic volume, but this trend was switched at higher traffic volume. CONCLUSIONS : It is concluded that the main distress affecting the service life of the composite pavements was longitudinal roughness and rutting. Roughness became lower, but rut depth became greater as the stiffness of the CRC increased.

도시부 도로에서 투수성포장의 효용성은 널리 인식되고 있으나, 빗물침투로 인한 노상의 약화를 고려한 포장 두께 설계는 아직 제시되지 못하고 있다. 도시에서 빗물을 도로포장의 표면에서 바로 배수시키지 않고, 표면을 투과해서 노상으로 침투시키는 구조를 갖는 투수성포장은 도시홍수의 억제, 배수시설의 부하 경감, 지중생태계 개선, 열섬현상 억제 등 기존 불투수성 포장으로 인해 발생되는 여러 가지 문제를 저감시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 투수성포장의 구조설계는 빗물 침투로 노상이 약화되는 현상을 적절히 고려할 수 없어, 투수성포장에 대한 구조설계방법은 아직 제시되지 못하고 있다. 본 연구에서는 빗물에 의한 노상의 약화 정도에 대한 문헌적 정보와 역학적 분석을 통해 잠정적으로 적용할 수 있는 투수성 아스팔트포장의 구조설계방법을 제시하였다. 문헌적 정보는 노상함수비가 최적함수비에서 2% 증가에 따라 탄성계수가 20% 감소한다는 조건을 적용하였다. 실제 현장을 대상으로 투수성포장을 적용할 경우 유한요소 해석결과와 기존 설계방법에 노상의 강도저하를 고려한 결과 기존두께에 30cm 정도 보조기층을 보강해야 하는 것으로 분석되었다. 이것은 일본에서 투수성 아스팔트포장의 구조설계에 적용하고 있는 증가두께와 유사한 것으로 나타났다.

환경보호에 부응하고 고에너지효율성을 갖춘 중온아스팔트혼합물이 가열아스팔트혼합물의 대안으로 부각되고 있다. 본 연구의 목적은 아스파민을 혼합하여 제조한 중온아스팔트혼합물을 실험적으로 평가하고, 역학적-경험적 포장설계법인 MEPDG를 이용하여 설계한 결과를 일반아스팔트혼합물 설계와 비교하는 것이다. 실험재료는 최대공칭치수 12.5mm인 골재와 PG64-28바인더가 사용되었으며, 기존 혼합물, 0.3%와 0.5%의 아스파민을 혼합한 중온아스팔트혼합물에 대한 회복탄성계수실험이 실시되었다. 실험결과를 MEPDG 설계의 입력변수로 하여 분석한 결과, 아스파민을 사용한 중온아스팔트혼합물의 소성변형량이 일반혼합물에 비해 훨씬 적어 소성변형에 대한 저항성이 향상됨을 알 수 있었다.

본 연구는 합리적인 단지 내 도로포장의 표준단면을 제시하기 위해 국내외 단지 내 도로포장 설계기준, 주요 파손형태를 조사하고 다양한 포장설계 단면을 대상으로 구조해석을 수행하였다. 이때, 현장에서 사용된 보조기층재와 노상토의 시편을 채취하여 CBR 및 MR 시험을 실시하였으며, 측정한 물성치를 구조해석에 적용하였다. 다양한 현장조건을 고려한 구조해석 결과를 분석하여, 표준단면의 포장층 두께를 보조기층 20cm, 아스팔트기층 5cm, 그리고 표층 5cm로 제안하였다. 또한, 민원이 예상되는 도시지역에서는 일반적으로 아스팔트 기층을 포설한 후 공사차량을 개방하여 작업종료 후에 표층을 포설하게 되는데 이러한 여건을 고려하여 단지 내 아스팔트 콘크리트 포장 표준단면의 포장층의 두께를 보조기층 20cm, 아스팔트 기층 7cm, 그리고, 표층 5cm로 제시하였다.

현재의 마샬 배합설계는 공극률, VFA. VMA와 함께 가열 아스팔트 혼합물의 현장 공용성과 관련이 적은 안정도와 흐름값을 포함하고 있다. 게다가, 안정도와 흐름값은 거의 대부분 기준값에 만족하며. 최적 아스팔트 함량(OAC)은 공극률, VFA, VMA와 같은 용적특성에 의해 결정되고 있다. 그러므로 많은 연구자들은 현장 공용성과 관계를 가지는 혼합물을 만들기 위하여 안정도와 흐름값을 대신할 수 있는 역학적 특성에 관심을 가지고 있다. 본 연구에서는 마샬 배합설계방법의 안정도와 흐름값을 대신하여 역학적 특성과 관련있는 변형강도(SD)와 파괴에너지(FE)를 도입하는 배합설계를 제안할 것이다. Kim test로부터 소성변형 저항성과 상관성이 높은 변형강도(SD)와, 간접인장시험으로부터 피로균열을 모사하는 파괴에너지 (FE)를 도입하였다. 현재의 배합설계방법과 제안한 배합설계 방법을 비교하기 위하여 4가지 아스팔트 흔합물을 사용하였다. 제안한 배합설계가 현재의 배합설계방법에 비해 OAC결정에 역학적 특성이 반영되는 결과를 볼 수 있었다.

본 연구는 장수명 아스팔트 포장 공법개발 연구의 일환으로 포장수명을 40년이상 지속시킬 수 있는 단면설계를 수행하였다. 본 연구의 목적은 포장체의 장수명화를 위하여 효과적이고 간편하게 포장체의 각층 단면두께 및 탄성계수를 결정하는 절차를 제시함에 있다. 포장체의 유한요소 해석을 통하여 장수명 아스팔트포장의 가상데이터베이스를 구축하였다. 이 가상데이터베이스는 포장체 각 층의 두께, 탄성계수 및 포장체 내의 처짐, 응력 및 변형률을 포함하고있다. 구축된 데이터베이스를 이용하여 포장의 장수명에 필요한 한계변형률을 만족하는 포장의 단면을 제시하였다. 연구결과, 총 아스팔트층의 두께가 410mm보다 큰 경우에는 포장층의 각층의 두께나 재료의 특성과 관계없이 항상 장수명 아스팔트 포장으로 간주할 수 있으나, 250mm보다 작을 경우에는 장수명 아스팔트 포장에서 제외되었다. 총 아스팔트층의 두께가 250mm보다 크고 410mm보다 작은 경우에는 장수명 아스팔트 포장 조건에 만족하기 위한 포장층 두께와 탄성계수값을 결정할 수 있는 절차를 제시하였다.

포장구조체에서 요구되는 강도를 갖게 하는 구조 설계의 방법은 경험적 절차부터 반역학적 절차까지 발전되어 왔다. 재생 가열아스팔트혼합물이 기존의 가열아스팔트혼합물(HMA)과 비교하여 비슷하거나 때에 따라 더 좋은 성능을 가져오므로, AASHTO설계지침서에서는 본질적으로 재생(recycled) HMA 재료와 신생(virgin) HMA 재료간의 차이가 없다고 기술하고 있으며, 기존 HMA 재료에 사용되는 덧씌우기설계법의 구조회복 분석방법(structural rehabilitation analysis method)을 재생포장설계에도 권장하고 있다. 재생 가열아스팔트의 설계를 위한 AASHTO 방법은 설계교통량, 교통량 및 수행능력예측의 신뢰수준, 공용기간, 그리고 포장상태 평가지수에 의하여 결정된 포장구조체에서 요구되는 포장두께지수(SN)에 기초한다. 포장두께지수(SN)는 포장층 두께, 상대강도계수, 각 층의 배수조건들의 곱의 조합으로서 나타내어질 수 있다. 덧씌우기로 간주될 수 있는 재생된 층의 포장두께지수(SN)는 기존 포장에서의 포장두께지수와 보강된 포장에서 요구되는 포장두께지수의 차이에 의하여 계산되어질 수 있다. 상대강도계수의 값은 AASHTO 설계지침에 명시되어 있다. AI 방법은 교통량, 노상의 회복탄성계수, 그리고 설계두께를 계산하기 위한 표층과 기층의 종류를 사용한다. 이 방법은 재생된 가열혼합물질과 기존의 가열혼합물질과는 거의 비슷한 성능을 나타낸다고 본다. 또다른 AI 방법에 의하면 재생된 층은 덧씌우기층이라고 간주하고, 현재의 포장두께와 요구되어지는 포장두께 사이의 차를 이용하여 재생될 층의 두께를 산정한다. 소요되는 덧씌우기 두께는 포장의 현장 상태지수(condition rating)와 각 종류에 따른 포장체와 포장재료가 아스팔트 콘크리트층의 등가두께로 전환되어 나타나는 방법에 근거하여 결정될 수 있다. 또 다른 방법은 포장체 각 층의 물성과 하중을 이용한 컴퓨터 프로그램에 의하여 산정된 하중-변형 응답에 의한 설계 방법을 포함한다. 이런 방법들에서는 포장체는 탄성이나 점탄성층 위에서 탄성이나 점탄성 거동을 보인다고 가정한다. 재생 상온혼합물에서의 AASHTO 설계 방법은 가열혼합물의 설계방법과 유사하다. 그러나, 재생 상온혼합물에서의 상대강도계수는 시공방법에 좌우되므로, 기술자의 판단을 근거로 하여 결정되어져야 한다. AI방법에서는 포장구조체를 다층탄성구조라고 보고, 노상의 강도와 설계 교통량을 근거로 요구되는 포장두께를 결정한다. 재생 상온혼합물 기층의 두께는 재생 상온혼합물 기충 위에서 가열아스팔혼합물에 대하여 산정된 덧씌우기 두께를 이용하여 결정할 수 있다. 아스팔트 표면의 재생은 기존 포장의 구조적 능력을 정상적으로 개선할 수 없으므로, 표면 재생의 두께를 설계하는 방법은 없다. 그러나, 임의의 덧씌우기 두께는 기존의 덧씌우기 설계법에 기초하여 산정 할 수 있다. 만약 덧씌우기가 승차감만을 개선시킨다고 여겨진다면, 혼합물에서 사용되어지는 최대 골재 크기에 기초한 최소 두께를 결정할 수 있다.