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2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
인덕대학교
최준성
Project-Level에서의 FWD 활용
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
v 포장공사에서 보수가 차지하는 비율이 증가하는 현상
: 보수계획이나 보수설계를 위한 지지력 평가의 필요성
v FWD는 아스팔트, 시멘트 콘크리트 포장의 구조평가에도 이용
되며, 시멘크 콘크리트포장의 경우 균열, 줄눈부의 하중전달율
이나 콘크리트판의 탄성계수를 평가하는데 이용
v 여기서 소개한 FWD 조사 사례는 아스팔트 포장에 관한 것
1. 발표개요
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q FWD 조사목적과 측정구간 및 지지력이나 건전도 평가방법 정의필요
q FWD 지지력 평가에서 얻어진 성과예로서 보수공법을 제안한 조사와
재료의 성능을 평가한 조사등이 포함
q 보수 비용도 고려한 보수계획의 입안을 지원할 수 있는 노면성상 측정
q FWD 조사 및 포장의 라이프사이클코스트를 포함한 조사설계시스템
이 되어야 함.
q FWD 평가는 포장 보수에서 기존 포장의 구조적인 잔존가치 산정이나
덧씌우기 설계에도 이용
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1. 발표개요 - FWD
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 지지력평가 : 비파괴시험기에 의한 처짐 측정에 의해 평가하는
방법과 개삭에 의한 CBR시험 등으로 평가
q 시간과 노력을 절감할 수 있는 방법인 처짐 측정기기에는 벤켈
만빔, FWD 및 다이나플렉트 등이 있는데, 측정 처짐의 재현성
이나 재하하중 및 재하속도의 근사성에서 FWD가 널리 보급
q 포장유지관리시스템(PMS)의 확립을 위해
FWD를 이용한 지지력 평가 조사(이하, FWD 조사),
노면성상 조사 및 라이프사이클코스트 분석필요
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1. 발표개요 - FWD
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
포장관리체계(Pavement Management System;PMS)
1. PMS의 기능
가. 유지보수시기 및 공법 결정
1) Network Level
2) Project Level
나. 개선방향 도출
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2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
2. PMS의 필요성
가.필요성
1) 도로연장 급증
2) 유지보수비용 증가
나. 기대효과
1) 합리적인 보수시기 및 공법결정으로보수비 최소화
2) 포장상태 파악용이
3) 유지보수계획 및 연구자료제공
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2. Project-Level 조사분석
2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
3. PMS의 기능요소
가. 포장상태평가 : 종단평탄성, 미끄럼저항, 표면결함, 구조지지력
나. 데이터베이스 : 설계, 시공, 교통량, 유지보수실적, 포장상태
다. 경제성분석
1) 입력자료 : 포장제원, 포장상태, 보수비용, 교통량, 이자율
2) 프로그램 : 포장파손예측모델, 이용자비용 산출모델, 경제성분석모델
3) 출력자료 : 유지보수 우선순위, 최적보수공법
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2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q Network-level 조사 분석(전체도로망-구간선정)¤ 선정된 지역¤ 포장 보수구간 파악¤ 예산계획 및 분배¤ 낮은 정밀도, 신속한 방법 필요
q Project-level 조사 분석(대상구간-공법선정)¤ 일정 구간¤ 손상 파악¤ 적절한 공법 제안(Decision Tree)
q Research-level¤ Database 포장상태 조사결과¤ 포장의 공용성 평가후 문제점 도출 및 개선방향
2. Project-Level 조사분석
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
과거 PMS – 포장관리시스템
노면성상평가 - 지수
MCI, SPI, HPCI
구조적 평가미실시
합리적 덧씌우기설계 부족 !!
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2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q FWD 비파괴장비
- 현재 교통량에의한 포장단면의구조적
타당성 평가
- 포장의 공용에 따른 물성저하를고려한
영구변형량및 피로균열량해석
- 적절한 유지보수시기를 PMS 자료와
연동하여결정할 수 있는 시스템 구축
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2. Project-Level 조사분석
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FWD
AP활용분석방법
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 12
FWD
CON’C활용분석방법
2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 13
포장평가 흐름도
포장지수 산출
종합대책(보수/보강 ) 수립
구조지지력조사(FWD, HWD)
역산 : 탄성계수, K
응력 / 변형율
피로모형/최대수명
교통량(과거/현재/장래)
분석교통선정
환산교통량
경제수명/포장상태예측
허용하중
시험굴 / 코어
포장층두께
실내CBR
아스콘 물성
콘크리트휨강도
평가2 : 구조적 지지력 조사평가1 : 표면결함조사
포장상태조사
결함량분석
평탄성분석
2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 14
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 15
2-10 구조 지지력 조사 – (1)
구조 지지력 조사(FWD, HWD)
역산 : 탄성계수, K
응력 / 변형율
피로모형/최대수명
v구조지지력측정개요
• 구조적 지지력 조사장비 HWD(Heavy Weight Deflectometer)
• 포장체에 하중을 낙하시켜 처짐량을 측정
• 역산(Back Calculation)을 통해 탄성계수 유추
• 포장체의 구조적인 수명을 판단하는 자료로 활용
Falling Weight Deflectometer(FWD)
센 서(Geophone)
2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 16
2-11 구조 지지력 조사 – (2)
v국내조사장비현황 : FWD, HWD
건설기술연구원 한국도로공사
대한민국공군 측정센서부
구조 지지력 조사(FWD, HWD)
역산 : 탄성계수, K
응력 / 변형율
피로모형/최대수명
2. Project-Level 조사분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 17
2-12
구조지지력조사(FWD, HWD)
역산 : 탄성계수, K
응력 / 변형율
피로모형/최대수명
v역산(Back calculation) 및구조해석
Modulus
Islab 2000 응력분포
구조 지지력 조사 – (3)
WESDEF
2. Project-Level 조사분석
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2-13
구조지지력조사(FWD, HWD)
역산 : 탄성계수, K
응력 / 변형율
피로모형/최대수명
v최대허용반복하중수(N) 산출
피로모형 적용(: 파괴기준식)
최대수명(N)
설계자료 및 물성치 입력
분석기종 : 구조해석(Islab, Bisar)인장응력, 압축변형률 산출
구조 지지력 조사 – (4)
2. Project-Level 조사분석
2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 보수계획이나보수설계
q 파손된 포장에 대해 구조적인파손 정도를평가q - 대상구간의포장의 지지력 평가에서파손이 구조적인 것인지 기능적인것인
지를 판단
q 그 평가에서 보수공법을선정q -유지 또는 수선공법을 적용하는구간을 선정q -구조적으로문제가 있는 층의 공법, 교통량, 구조적으로유효한 특수공법
q 보수효과 조사 : 지지력에서본 보수효과의검증q - 수선공법의유효성을 검증/ 구조적인 보강효과가평가q 신재료의 성능 평가q - 신재료나부산물의 층가치(層價値)를평가q - 표준재료와의지지력 비교를통해 지지력에 상응하는 등가환산계수가제시
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 대상 구간의 연장거리와 구해지는 성과를 고려하여 측정구간을 선정
q - 측정점의 간격은 지지력 파악을 위한 조사나 노면 상태가 양호한 측정구간일 경우는
100~200m
q - 시험포장 구간이 측정구간이 되는 조사의 경우 동일 포장 단면에서 측정점이 5~10점
정도
q 대상구간이 길고 보수공법의 제안이 요구되는 경우(미국,일본)
q - 지지력 변화를 상세히 파악 : 측정구간내의 측정점이 적어도 20점 이상이 되도록 하고
그 간격을 20~50m 정도
q - 대상 구간을 몇 개의 측정구간으로 분할, 선정하여 FWD에 의한 처짐 측정
q - 측정구간의 구간수가 7~8구간 정도이며, 그 한 구간의 거리는 1~2km 정도
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
노선
항목Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
대상구간의거리1) 20km 18km 30km 5km
측정구간2)
양호구간
불량구간
(균열,소성변형)
수선이력
양호구간
불량구간
(균열의대소)
성토․절토양호구간
불량구간
(균열의대소)
성토․절토양호구간
불량구간
(균열의대소)
측정구간의수 7 8 8 4
1 측정구간의거리 1~2km 1km 1.5~3km 500m
측정빈도 (m) 20~50 40 50~100 20
주1)노선1방향의연장이다
2) 균열의 대소는 크랙율에 의한 분류 외에, 소(小)는 선상균열, 대(大)는 선상균열에 거북등균열이
잠재하는것을뜻한다.
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 역해석법에 의해 포장 각 층의 탄성계수로 평가
- 설계탄성계수와 비교하는 방법
-포장체의 구조적인 잔존가치는 등가환산계수와 층두께에서 잔존 TA 를 구하여 평가
- 처짐량에서 직접 잔존 TA 를 추정하는 방법
q 포장의 구조적인 건전도
- 노상의 지지력(탄성계수)에 대해 잔존 TA 가 어느 정도인지
: 설계치 및 노면상황별로 구분한 형태
- 설계TA를 만족하는지 여부와 노면 상황이 건전한 측정구간과의 대비에 의해 평가
건전도에서 노면 상황이 불량한 측정구간의 파손이 구조적인 파손인지 또는
기능적인 파손인지를 판단
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 일본 보수의 판단
- 구조적인 건전도의 평가에서 유지공법으로 할 것인지,
수선공법으로 할 것인지를 판단
- 수선이 필요하다고 판단되는 구간
: 부족한 TA : 소요의 덧씌우기 두께로서 표현
q 미국, 한국
- 덧씌우기 탄성계수개념으로 재설계
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 보수설계를 위한 조사
(1) 조사 개요
: 대상 구간이 약 11km인 아스팔트 포장에서 보수공법을 선정
- 균열의 파손이 상당히 진행된 구간이 있으며, 보수 사이클이 짧아진 노선
- 대상 구간을 A~D의 4개 측정구간으로 구분하고,
측정 빈도는 교통규제 시간대의 관계에서 50~100m로 하고,
파손이 진행된 구간의 경우 20m로 결정
- A구간의 경우 연속적으로 선상, 거북등균열이 발생했고, B에서 D구간은 선
상균열이 점재해 있는 상황
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3. FWD 사례분석
2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
(2) 지지력 평가와 건전도
- 각 구간에서 포장의 지지력이 다르며, A구간의 지지력 저하가 가장 크고 구조적인 파손이
노반층까지 도달했음
-B구간을 보면 노반의 지지력이 저하되는 경향이 있으며 보수하지 않고 공용을 지속하면
가까운 장래 A구간과 같이 노반까지 구조적인 파손이 진행될 것으로 예측
-각 구간의 노상 지지력에 대한 잔존TA 산정
- 거북등균열이 발생한 구간의 잔존 TA 설계 TA 보다 상당히 작고 그 부족한 10이상
- 각 구간의 구조적인 건전도는 C와 D구간이 양호
- B구간에 일부 불량 구간이 있으며, A구간이 전체적으로 불량
- A와 B구간은 수선공법, C와 D구간은 유지공법
- B구간에 대해서는 노반층의 지지력이 저하된 부분이 많으므로 노반층의 교통하중에 대한
구조적인 부담을 경감시킬 필요가 있다고 판단되므로 수선공법
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 26
(3) 종합평가 사례
- 조사 부분의 포장 보수 사이클이 짧아진 요인은
노반층의 지지력 부족에 의한 것이라고 볼 수 있으며,
포장의 건전도를 평가한 후 노반의 지지력에 의해 보수공법을선정
- 도로유지수선요강에서대규모의 수선이 필요시되는 노반층의
잔존가치를설계치의 약 60%로 설정
- 아스팔트포장요강에서구조설계의 포장 두께를 적어도 200m는
동일하도록 지정
3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
보수공법(안) 결정 방안
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표면처리구간 선정
• 균열 >20%, 러팅 >15mm
• 균열 < 10%, 러팅 < 10mm
• ESAL ≤ 1,000(대/일)
• 위 구간 중 구조적 문제 없는 2차로 구간
• 균열 ≥ 10%, 러팅 >10mm
우선 보수우선 보수
표면처리구간 선정표면처리구간 선정
5cm 덧씌우기5cm 덧씌우기
내유동성내유동성
• 15mm<러팅< 20mm, EASL≥1,000(대/일)
• 20mm<러팅
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
서울시 부분 단면 재포장 설계
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
v 정량적 평가시스템 개발
1) 공용성에 따른 코아링실험 및 FWD 시험결과
2) FWD 역산탄성계수 산정
3) 공용성에 따른 탄성계수 저하분석 (그래프)
4) 동질성구간을 고려한 포장평가
5) 공용성예측을 통한 수명예측 분석
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 30
정량적 평가후 보수방안구축
2018-12-20
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INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
v FWD 시험결과를 이용한 현장 동탄성계수 Master Curve
→ 온도, 깊이, 평균 주행속도에 따른 실제 동탄성계수 예측가능
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3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 32
3. FWD 사례분석
한국형 포장설계법
공용성 예측식을 이용한
누적 소성변형량 및
피로균열
예측을 통한
보수방안 구축
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 33
3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 ) 34
3. FWD 사례분석
INDUK SOIL & PAVEMENT Lab(+82–2–950-7565 )
q 최준성, “서울시 도로포장 수명 향상방안”, 2014 서울시포럼 , 2014.12. 9
q 최준성” 장기공용성에 따른 고속도로 포장의 평가 및 유지보수기법 적용방안 연구”,
한국도로학회, 2009.11
q 최준성외, “지반물성추정 및 다짐관리를 위한 비파괴시험장비의 개발 “, KGS Fall ‘00
National Conference / November 3~4, 2000 / Seoul / Korea
q 최준성, “동적표면처짐의 의사정적해석에 의한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의
물성추정”, 연세대학교 대학원 박사학위논문, 1998. 12.
q Ihara Tsutomu,” FWD 활용사례와 조사설계시스템의 구축, 포장 32-2, 1997
q HOKURIKU)지방건설국의 FWD 활용사례, 포장 32-2, 1997
참고문헌
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