88

Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

8.1 일반 사항

(1) 기존 아스팔트 콘크리트 포장에 신규 아스팔트 콘크리트 포장을 덧씌우기 설

계하는 경우에 적용한다.

(2) 설계방법은 기존 포장 상태에 따라 설계한다.

(3) 설계절차는 7단계로 구성되며, <그림 8.1>을 따른다.

【해 설】

기존 아스팔트 포장위에 아스팔트 덧씌우기 포장 구조 설계 절차는 총 7단계로 <그

림 8.1>과 같이 구성되어 있다.

1단계 아스팔트 덧씌우기 설계에 필요한 정보 수집

2단계 기존포장의 상태 평가 수행

3단계 아스팔트 덧씌우기 시범단면 선정

4단계 아스팔트 포장체 구조해석 수행

5단계 아스팔트 덧씌우기 포장 공용성 예측

6단계 아스팔트 덧씌우기 설계 평가 및 수정

7단계 최종 아스팔트 덧씌우기 설계 선정

<그림 8.1> 아스팔트 포장 상부 아스팔트 덧씌우기 포장설계 절차

89

8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

도로포장 구조 설계 요령

1단계: 아스팔트 덧씌우기 설계에 필요한 정보 수집

기존 공용중인 도로포장의 형식에 상관없이 아스팔트 덧씌우기 포장을 수행하기 위

해서는 다음과 같은 기본 정보가 필요하다.

 일반정보

- 공사이름 및 설명

- 설계 수명

- 기존 포장의 준공일

- 덧씌우기 포장 시공일

- 교통 개방 날짜

- 유지보수 이력

 위치 및 공사구간 정보

- 공사 위치 및 구간별 정보

- 도로등급

 분석에 필요한 정보

- 초기 평탄성

- 설계 공용성 기준 (피로균열, 소성변형, IRI)

 교통량

- 차종별 축별 축하중 분포 (신설 포장과 동일)

 환경인자

- 온도, 함수량 분포 (신설 포장과 동일)

 배수 특성

- 포장의 횡구배

- 배수로의 길이

 포장 구조 및 재료 물성

90

Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

- 포장층의 개수, 재료종류, 및 두께

- 포장층간 상태

2단계: 기존포장의 상태 평가 수행

덧씌우기 포장 설계시 가장 중요한 영향을 미치는 인자는 기존 포장 구조의 상태이다.

아스팔트 덧씌우기 설계시에는 공용중인 아스팔트 포장체의 구조적/기능적 상태를 정

확히 평가해야 한다. 공용중인 기존 포장의 기능적 상태는 포장층별 영구변형량과 피

로균열량 및 평탄성을 측정하여 평가한다. 구조적 상태 평가를 위해서는 공용중인 기

존 포장층의 탄성계수를 예측하고 초기조건 (현재 영구변형량 등) 정량화 하여야 한다.

구조적 상태 평가를 위하여 비파괴 시험을 수행하고 포장체 표면의 처짐값을 측정한다.

3단계: 아스팔트 덧씌우기 시범 단면 선정

기존 포장의 상태, 향후 예측 교통량, 덧씌우기 전 유지보수를 고려하여 설계자는

시범 덧씌우기 포장 재료 및 단면을 선정한다. 덧씌우기 포장에 사용될 아스팔트 재료

의 물성 산정방법은 신설포장의 방법에 준한다. <그림 8.2>는 아스팔트 덧씌우기 설계

시범 단면의 예를 나타내고 있다.

아스팔트 덧씌우기 1 아스팔트 덧씌우기 1 아스팔트 덧씌우기 1

기존 포장체 아스팔트 덧씌우기 2 아스팔트 덧씌우기 2

기존 포장체 보조기층/CTB

기존 포장체

예시 1 예시 2 예시 3

<그림 8.2> 아스팔트 덧씌우기 설계 단면의 예

91

8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

도로포장 구조 설계 요령

4단계: 아스팔트 포장체 구조해석 수행

기존 포장의 상태 평가를 통해 계산된 각 포장층의 탄성계수와 아스팔트 덧씌우기

두께 및 재료 물성을 이용하여 구조해석을 수행한다. 구조해석을 통하여 포장체 내부

의 주요지점에서의 변형률 값을 산정한다. 원칙적으로 아스팔트 덧씌우기 포장에서 사

용되는 구조해석 기법은 신설포장과 동일하다. <그림 8.3>은 아스팔트 덧씌우기 포장

의 일반적 단면과 구조해석을 통해 결정되어야 하는 변형률을 나타내고 있다.

<그림 8.3> 아스팔트 덧씌우기 포장 구조해석

5단계: 아스팔트 덧씌우기 포장의 공용성 예측

아스팔트 덧씌우기 포장 구조 설계에서는 피로균열과 소성변형을 고려하여 포장체의

공용성을 예측한다. 4단계에서 구조해석을 통해 계산된 아스팔트 덧씌우기층 하부의

인장변형률과 포장각층 중앙부의 압축변형률은 피로수명와 소성변형량 계산에 각각 사

용된다. 아스팔트 덧씌우기층 하부의 피로수명과 중앙의 소성변형량은 신설포장 구조

설계에서 제시한 예측 모형들을 통해 계산된다. 보조기층과 노상층의 소성변형량도 마

찬가지로 신설포장 구조 설계에서 제시한 방법에 따라 계산된다.

92

Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

6단계: 아스팔트 덧씌우기 설계 평가 및 수정

아스팔트 덧씌우기 포장의 공용성 평가는 정해진 설계기간동안 예측 파손량과 사용

자가 제시한 설계 공용성 기준과의 비교를 통해 이루어진다. 예를 들어, 설계기간동안

예측된 파손량이 주어진 기준을 초과할 경우, 설계자는 반드시 덧씌우기 포장층 두께

및 재료를 수정하여 정해진 기준을 만족하여야 한다. 아스팔트 덧씌우기 포장 구조 설

계를 완료하기 위하여는 피로균열과 소성변형, 그리고 평탄성에 대한 기준을 동시에

만족시켜야 한다. 본 절차를 통해 기준을 만족시킨 후보단면들은 경제성 분석을 수행

하여 생애주기 비용을 산정한다.

7단계: 최종 아스팔트 덧씌우기 설계 선정

공용성 평가 결과와 경제성 분석 결과를 근거로 하여 최종 아스팔트 덧씌우기 설계

를 선정하게 된다.

8.2 설계입력변수

(1) 설계입력변수는 본 요령「아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계의 2.4」와 같이 설

계등급 1, 설계등급 2로 구분하여 적용한다.

(2) 교통조건 및 환경조건, 덧씌우기 층의 신규 아스팔트 재료물성을 위한 설계입력

변수는 본 요령「아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계의 3.설계입력변수 」와 동일

하게 적용한다.

(3) 기존 아스팔트 층과 하부구조의 재료물성은 기존 포장층에 대하여 실시한 비

파괴시험 결과로부터 역산하여 추정된 값을 적용한다.

(4) 동상방지층에 대한 물성기준은 본 요령「아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계의

3.2.3에 (4)항」과 동일하게 적용한다.

【해 설】

기존 아스팔트 콘크리트 포장에 신규 아스팔트 콘크리트 포장을 덧씌우기 하는 경

우, 기존 포장의 재료물성을 제외하고 신설 아스팔트 포장의 설계에 적용된 설계듭급

1과 설계등급 2에 따른 설계입력변수를 결정하여 적용한다. 기존 아스팔트 층과 하부

93

8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

도로포장 구조 설계 요령

구조의 재료물성은 현재 공용중인 기존 아스팔트 콘크리트 포장에 대해 비파괴시험을

실시하여 다음의 8.3에서와 같이 역산과정을 통해 추정된 값을 적용한다.

8.3 기존 아스팔트 콘크리트 포장의 재료물성 평가

(1) 덧씌우기 설계를 실시하기 전 기존 아스팔트 콘크리트 포장의 재료물성을 추

정하기 위해 비파괴시험을 실시한다.

(2) 기존 아스팔트 층의 재료물성은 역산된 결과를 이용하여 해설에서와 같은 절

차를 거쳐 보정하여 적용한다.

(3) 보조기층과 노상층에 대한 재료물성은 비파괴시험을 통해 역산된 탄성계수를

그대로 적용한다.

【해 설】

기존 아스팔트 콘크리트 포장층의 탄성계수 추정을 위하여 일반적으로 비파괴 시험

인 FWD(Falling Weight Deflectometer) 장비를 사용한다. 다음과 같은 절차를 통하

여 포장체의 구조적 상태 평가 척도인 포장층의 탄성계수를 계산한다.

① 포장체 표면의 처짐값 측정 : 충격하중을 재하하여 센서위치별 처짐값 측정

② 포장체 각층 두께 조사 : 시험구간에서 코어채취를 통한 포장층 두께 조사

③ 초기 탄성계수 값과 포아송비 결정: 역산 프로그램에서 최초 처짐량을 계산

하기 위해 이용될 초기값 결정

④ 탄성계수 범위의 조정 : 역산 프로그램에서 비합리적인 탄성계수 값이 선택

되거나 계산되는 것을 방지하기 위해서 포장재료별 탄성계수의 최대/최소값

의 범위 결정

⑤ 처짐량 계산 : 다층탄성 구조해석프로그램을 이용하여 처짐량 계산

⑥ 오차분석 : 측정된 처짐량과 계산된 처짐량의 비교를 통한 오차 분석

⑦ 새로운 탄성계수 결정 : ⑥의 과정에서 계산된 오차가 허용오차범위를 벗어

날 경우 각 층의 새로운 탄성계수 결정

⑧ 포장층 최종 탄성계수 결정: 계산오차가 허용오차 범위안에 수렴할 경우

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Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

<그림 8.4>는 FWD 시험으로부터 일반적으로 얻어지는 처짐량에 대한 개략도이고,

<그림 8.5>는 FWD 처짐값을 이용한 포장체의 탄성계수 역산절차 흐름도이다.

<그림 8.4> 포장 처짐량 측정

<그림 8.5> 포장층 탄성계수 역산 절차

FWD 처짐값

FWD 하중 센서

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8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

도로포장 구조 설계 요령

FWD 시험결과를 역산하여 얻어진 탄성계수는 기존 아스팔트 층의 동탄성계수 마스

터곡선을 추정하기 위해 사용된다. 동탄성계수 마스터곡선의 기본 방정식은 S자형 곡

선(Sigmoidal Curve) 함수를 이용하여 개발되었으며, 기본 모델은 <식 8.1>과 같다.

교통하중에 의해 나타나는 누적 손상으로 인한 시간이 지남에 따라 동탄성계수는 감소

한다. 이러한 손상으로 인한 감소된 동탄성계수 마스터곡선을 예측하여 기존 아스팔트

층의 재료물성으로 입력하여야 한다. 이를 위해 현재 공용중인 아스팔트 층의 신설시

의 동탄성계수와 현재 시점에서 FWD 시험을 통해 역산된 동탄성계수와의 관계를 통해

동탄성계수 손상비를 <식 8.2>와 같이 계산한다. 신설시의 동탄성계수는 기존 아스팔

트 층의 골재입도와 바인더 등급의 정보를 바탕으로 20°C와 30Hz에 해당하는 동탄성

계수 값을 사용한다. 기존 아스팔트층의 감소된 동탄성계수 마스터곡선은 <식 8.1>의

회귀계수 중  에 계산된 동탄성계수 손상비를 반영하여 구할 수 있다 <식 8.3>.

*

(log (log log ) ( )

1 f c fr Log E

eβ γ η η

δ α − + − = +

+ < 식

8.1>

동탄성계수 손상비     신설

 역산  × 

<식 8.2>

*

(log (log log )

( ) '

1 f c fr Log E

eβ γ η η

δ α − + − = +

+ < 식

8.3>

여기서, ′   

손상비  ×  이다.

덧씌우기 설계프로그램에는 기존 포장층의 탄성계수를 역산하기 위해 국내에서 개발

된 GAPAVE 프로그램이 내장되어 있으며 FWD 시험결과를 입력하면 자동으로 역산과

정 및 보정과정이 수행되어 기존 아스팔트 콘크리트 포장의 재료물성이 계산된다. GA

PAVE 프로그램은 유한요소 구조해석과 유전자 알고리즘을 기반으로 한 역해석 프로그

램으로서, MODULUS 프로그램이나 EVERCALC 프로그램 등 가장 많이 사용되고 있

96

Ⅰ편. 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

는 프로그램들과의 비교분석을 수행한 결과를 통해 보다 정확한 역해석을 수행할 수

있다는 것이 검증되었다.

97

8. 아스팔트 덧씌우기 포장설계

도로포장 구조 설계 요령

8.4 구조해석 및 공용성 해석

(1) 덧씌우기 설계에서의 구조해석은 본 요령「아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계

의 4.구조해석」과 동일하게 적용한다.

(2) 덧씌우기 설계에서의 공용성 해석 방법은 본 요령「아스팔트 콘크리트 포장

구조 설계의 5.공용성 해석」과 동일하게 적용한다.

【해 설】

아스팔트 콘크리트 포장 위의 아스팔트 덧씌우기 포장 구조 설계의 절차는 신설 아

스팔트 콘크리트 포장 구조 설계와 유사하다. 덧씌우기 포장 구조 설계를 위해서는 먼

저 기존 포장의 향후 필요로 하는 잔존수명을 가정한다. 여기서 잔존수명은 덧씌우기

포장 후부터 포장 파괴까지의 시간을 의미한다. 그리고 기존 포장의 파손정도에 따라

표면 절삭을 시행할 것인지 결정하게 된다. 표면절삭을 시행하고자 할 경우에는 기존

아스팔트 층 두께에서 표면절삭 두께를 차감하여 설계에 적용한다. 아스팔트 덧씌우기

포장 두께는 가정하여 적용하며 포장두께가 필요한 잔존수명에 미치지 못하면 두께를

수정하여 다시 설계를 수행하여야 한다.

아스팔트 덧씌우기 포장 두께 및 동탄성계수, 기존 아스팔트층의 추정 동탄성계수,

하부층(보조기층 및 노상)의 탄성계수 등을 이용하여 신설포장과 동일한 구조해석을

수행한다. 구조해석7을 통하여 산정된 변형율과 포장 파손 예측 모형을 이용하여 시간

및 교통량에 따른 영구변형, 균열, 및 평탄성의 변화를 추정하게 된다. 공용기간동안

산정한 누적피로균열, 누적영구변형 및 평탄성을 예측하여 설계기준보다 작을 때까지

덧씌우기 층의 재료물성이나 포장단면을 변화하여 반복 설계를 수행한다.