PURPOSES : A mechanistic-empirical (ME) predictive design logic that can compute the reflective cracking life of hot-mix asphalt (HMA) overlaid on top of a composite pavement is proposed herein. METHODS : The overlay thickness design and analysis logic of the HMA were formulated based on the ME concept of reflection crack propagation. Climate data, traffic load data, the pavement material properties, and the thickness of each layer of the pavement are the main inputs for the ME-Reflective Cracking Rate (RCR) prediction algorithm. An Microsoft Excel Virtual Basic for Application (VBA) program was created to aid designers in assessing the expected performance of an HMA overlay design. Calibration was done using data from the Long-Term Pavement Performance (LTPP) sections. Sensitivity analysis was conducted to compare the results yielded by the program and data from a report by the Texas Transportation Institute. RESULTS : The predictive model performance effectively generates the dynamic and relaxation modulus curves. The correlation value of the calibration factors, R2, is 0.79. The calibration factors used for the Asphalt Overlay Thickness Design (AOTD) program and the sensitivity analysis, i.e., k1, k2,, and k3,, are set to 5, 5, and 150, respectively. The sensitivity of the AOTD program affords reasonable results. Additionally, the program yields results similar to the trends presented in a report by the Federal Highway Administration. CONCLUSIONS : The proposed ME design logic is successfully translated into an Excel VBA program, AOTD, which can perform routine assessments of laboratory tests for HMA overlays. The program can effectively perform numerous iterations and computations to predict an HMA overlay. The predictive model can generate reasonable dynamic modulus and relaxation modulus curves for the characterization of HMA overlays. Under the same asphalt binder grade and HMA type, doubling the HMA overlay thickness yields three times the expected reflective cracking service life.

In recent years there has been an increased number of cases where geogrid have been incorporated into unbound road base layers to promote roadway optimization. The term optimization in this context refers to the use of geogrid to form a mechanically stabilized base course layer which leads to an improved performance of unbound layers by controlling particle movement and reducing permanent deformations. A mechanistic based pavement design approach offers a better means to accommodate the geogrid effect within the pavement structure. Guidance published by AASHTO recommends that pavement designs incorporating the effect of a geosynthetic need to be based upon experimentally derived input parameters. Performance data obtained from full scale accelerated pavement test studies and monitored field trials can be used to determine the influence of a geogrid on performance over the life of the pavement. This paper will highlight the concept of pavement optimization and present several cases where both post construction and long term evaluation methods were utilized in the quantification of the effectiveness of geogrid stabilized pavement structures.

PURPOSES : Recently, the mechanistic-empirical overlay pavement design program that is linked with Korea Pavement Research Program (KPRP) has been developed. This paper focused on establishing the framework and developing the program for the asphalt overlay design over the existing asphalt concrete pavement. METHODS : The overlay pavement design program developed in this study was investigated to assess the sensitivity to various pavement conditions, such as the damage level and thickness of existing layers. In addition, the actual overlay design on currently performing pavement was carried out as a practical example. RESULTS : From the sensitivity analysis, it was found that the thickness and damage level of existing asphalt layer mostly affect the overlay design results. In addition, under the same condition, the overlay pavement would better perform in cold region. From the overlay design with the actual condition, it is noted that the overlay thickness varies depending on the given condition. CONCLUSIONS : Based on various evaluations, it was concluded that the overlay design program developed in this study is a reliable and reasonable tool to be used in the actual pavement design.

역학적-경험적 포장설계 프로그램 중에서, 미국 AASHTO 설계법을 기초로 개발된 MEPDG는 교통량, 기상, 재료물성, 포장구조 등을 입력변수로 하여 기술자가 최적의 대안을 찾도록 한다. 하지만 MEPDG에서 기술적 문제가 발견되고 있기 때문에 이를 해결하여 프로그램을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다. 한편, 국내에서도 KPRP 연구과제에서 역학적-경험적 포장설계 프로그램이 개발되어 왔다. 이 한국형 포장설계 프로그램을 더욱 합리적으로 개발하고 개선하기 위해서는 이미 사용되고 있는 MEPDG를 분석하여 서로 비교할 필요가 있다. 콘크리트 포장설계의 경우, 피로균열은 다른 공용성 인자와는 달리 매우 복잡한 로직을 통해 예측된다. 따라서 본 논문에서는 MEPDG 버전 0.5, 버전 1.0, 그리고 버전 1.1의 피로균열 전이함수를 분석하였다. 그리고 버전별 MEPDG와 KPRP 입력변수들의 누적피로손상에 대한 민감도를 서로 비교하였다.

온도와 습도 변화에 의해 수축될 경우 콘크리트 포장 슬래브에는 인장응력이 생기고 이로 인해 무작위 균열이 발생한다. 일정한 간격으로 줄눈을 설치하고 균열을 유도함으로써 슬래브에 발생하는 인장응력을 줄이고 무작위 균열을 최소화할 수 있다.줄눈간격이 너무 넓으면 무작위 균열, 줄눈부 파손, 하중전달률 저하가 일어나고, 반대로 줄눈간격이 너무 좁으면 공사비 증가와 승차감 저하가 유발된다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 역학적-경험적 줄눈간격 설계방법을 개발하였다. 이를 위하여 우수한 공용성을 보이는 콘크리트 포장 구간 중 구조적 및 환경적으로 가장 취약한 구간을 찾고 그 구간에 대한 유한요소해석으로 설계기준강도를 결정하였다. 기존 연구결과를 참고하여 하중전달률이 급격히 낮아질 때의 줄눈폭을 허용줄눈폭으로 결정하였다. 유한요소해석으로 계산된 설계대상구간의 최대인장응력이 설계기준강도를 초과하지 않는 최대줄눈간격을 찾아냈다. 그리고 이 줄눈간격으로 예측된 최대줄눈폭을 허용줄눈폭과 비교하였다. 본 연구에서 개발된 방법을 설계 중인 함양-울산 고속도로의 두 공구에 적용해 보았다. 기존보다 넓은 8.0m의 줄눈간격으로 시험시공된 구간과 동일한 줄눈간격이 본 연구의 설계방법으로 계산되었다. 공용 6년 후 측정된 시험시공 구간의 매우 낮은 균열률로 본 연구에서 개발된 설계방법이 검증되었다.

현재 도로 설계는 기존의 경험적인 설계법에서 역학적인 설계법으로 바뀌고 있는 추세이다. 이러한 전환기에서 세계 많은 도로국들은 역학적-경험적인 도로 설계법을 개발하고 있고 혹은 이미 채택하여 적용하고 있다. 이에 실제 미국 미시간 도로국에서 나온 자료를 바탕으로 역학적-경험적 설계법을 개발하였다. 이 역학적-경험적 설계법의 연결 함수 (transfer function)로 사용될 소성 변형 예측 모델과 피로 균열 예측 모델도 함께 개발되었다. 여기서는 이 설계법을 개발하는데 사용된 자료와 예측 모델, 설계 알고리듬등이 소개된다. 이 설계법의 검증을 위해 기존의 경험적 설계법에 의한 설계와 새로 제시된 설계법에 의한 설계가 비교된다. 새로 설계된 설계법은 설계자 혹은 사용자가 도로 파손의 기준을 정량적으로 정함으로서 좀더 구체적으로 설계를 할 수가 있다.

현재 도로 설계는 기존의 경험적인 설계법에서 역학적인 설계법으로 바뀌고 있는 추세이다. 이러한 전환기에서 세계 많은 도로국들은 역학적-경험적인 도로 설계법을 개발하고 있고 혹은 이미 채택하여 적용하고 있다. 이에 실제 미국 미시간 도로국에서 나온 자료를 바탕으로 역학적-경험적 설계법을 개발하였다. 이 역학적-경험적 설계법의 연결 함수 (transfer function)로 사용될 소성 변형 예측 모델과 피로 균열 예측 모델도 함께 개발되었다. 여기서는 이 설계법을 개발하는데 사용된 자료와 예측 모델, 설계 알고리듬등이 소개된다. 이 설계법의 검증을 위해 기존의 경험적 설계법에 의한 설계와 새로 제시된 설계법에 의한 설계가 비교된다. 새로 설계된 설계법은 설계자 혹은 사용자가 도로 파손의 기준을 정량적으로 정함으로서 좀더 구체적으로 설계를 할 수가 있다.