간행물
한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집
- 발행기관 한국도로학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 반년간
- 수록기간 1999 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 534DDC 625
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2013년도 제15회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2013년 9월) 102건
21.
2013.09
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콘크리트 포장은 시공 초기 발생하는 임의 균열을 제어하기 위해 줄눈(Joint)을 컷팅하여 줄눈부에 균 열을 유도한다. 슬래브와 슬래브 사이 줄눈부에서 교통하중에 의한 하중전달은 주로 다웰바에 의하여 전달된다. 포장 시공시 다웰바는 슬래브 중립축에 줄눈을 따라서 설계된 간격으로 배치된다. 다웰바 설치 불량이 발생할 경우 줄눈부에 줄눈 잠김, 스폴링, 균열 및 단차와 같은 파손이 발생하고 포장의 공용수명이 감소하게 된다. 본 논문은 국내 콘크리트 포장 시스템에 합리적인 설치기준 제시방안을 마련하고자 콘크리트 포장의 다양한 다웰바 설치조건과 환경하중이 콘크리트 포장에 미치는 영향을 수치해석적으로 검토하였다.
가정된 환경하중 하에서, 다웰바 설치상태가 포장의 거동에 미치는 영향을 유한요소해석방법을 사용하여 3차원으로 모사하였고, 이를 수치해석 하였다. 해석 모형의 형상, 환경하중, 해석방법 및 해석범위는 문헌조사, 현장조사 그리고 국내기준을 참고하여 결정하였다. 다웰바의 설치 상태는 수직 기울어짐, 수평 기울어짐, 수직 이동 그리고 수평 이동을 고려하였고, 줄눈 중앙부, 차륜통과부 그리고 우각부에서 검토 하였다. 본 연구를 통하여, 다웰바의 설치상태 중 수평 기울어짐이 다웰바 주변의 응력 발생에 가장 큰 영향을 미침을 확인하였고, 다양한 설치불량이 복합적으로 발생한 경우 국내 설치 기준을 만족하지만 과대한 응력이 발생함을 해석적으로 확인하였다.
22.
2013.09
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지중구조물 주위는 다짐이 어려워 장기침하 가능성이 매우 높으며, 지중구조물과 지반의 강성천이구간 은 포장지지력의 심한 변화를 유발시켜 도로의 수명을 저하시킨다. 여기에 여러 하중이 가해지면 설계 시 예상한 것보다 큰 응력이 도입되어 도로 및 구조물에 파손이 발생하고 수명이 감소하게 된다(Darter et al.). 이러한 현상들은 유지관리 비용을 발생시킬 뿐 아니라 차량의 주행성과 안전성에도 영향을 미친다. 이전 연구(박주영 외, 2012)에서는 지중구조물 주변 도로의 건전성 확보를 위한 방안을 제시하고자 유한 요소 방법으로 현장 상황을 모사할 수 있는 모형을 제작하였다. 줄눈위치, 박스 암거의 크기, 보강슬래브의 길이 등을 바꿔가며 지중구조물 상부 도로시스템 거동을 해석하였다. 그 결과 박스 암거의 크기에 관계없이 줄눈을 암거 측면 가까이 설치하는 방법으로 슬래브의 파손을 최소화 할 수 있으며, 보강슬래브의 길이가 2m를 넘게 되면 콘크리트 슬래브에 발생되는 최대인장응력에는 큰 차이가 없으므로, 현재 6m로 설계·시공되는 기준은 과대설계의 가능성이 크다는 결론을 얻었다.
본 논문에서는 위의 연구결과를 검증하기 위해 1/2 상사율을 적용하여 가속시험용 콘크리트 포장을 설계하였고, 한국도로공사의 포장가속시험동에 현장 상황 및 절차에 맞도록 시공하였다. 그리고 위의 그림 1과 같이 실제 차량하중을 이동시키면서 각 지점별 변형률을 분석하였다. 그 결과 암거 측면에 줄눈을 일치시킨 구간이 슬래브 중앙이 암거 측면에 놓인 구간에 비해 슬래브 상·하부 모두에서 인장변형률이 매우 작게 측정되어 선행 연구의 해석결과와 일치함을 확인하였다. 또한 보강슬래브 2m와 6m 구간에서는 유사한 인장변형률의 크기를 보여 합리적이고 경제적인 보강슬래브 길이를 검증할 수 있었다.
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2013.09
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연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously Reinforced Concrete Pavement)과 줄눈 콘크리트 포장 (JCP: Jointed Concrete Pavement)의 환경하중에 따른 단부 거동 측정 현장은 음성-제천고속도로 상에 신설 된 CRCP 구간에서 수행되었다. CRCP 구간은 슬래브 길이 약 500m, 폭 8.4m, 두께 28cm, 철근비 0.68%로 시공되었으며 시점과 종점은 앵커러그(Anchor lug)를 생략하고 팽창줄눈을 설치하였으며, JCP와 마주하고 있다. CRCP와 JCP는 모두 린 콘크리트층 위에 설치되었으나, JCP는 린 콘크리트층과 JCP 사이에 비닐을 설치 하였으며, CRCP는 린 콘크리트층 위에 바로 콘크리트 슬래브를 설치하였다. 따라서 CRCP와 JCP의 환경하중 변화에 따른 자유단부의 종방향 변위 및 컬링 변위 측정을 위해 그림 1과 같이 변위측정계(LVDT)를 설치하였 다. 거동 측정은 2013년 4월 24일(Day 1)부터 수행하였으며 자유단부에서 컬링 거동 측정 결과를 그림 2, 종방 향 거동 측정 결과를 그림 3에 나타내었다. 컬링 거동은 약 20일의 측정 기간 동안 CRCP와 JCP의 자유단부는 동일 시간대에 서로 같은 방향으로 컬링 거동이 발생하며, 일일 최대 컬링 변위는 약 1.2mm 정도 발생하였으나, CRCP와 JCP 단부의 상대변위는 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 종방향 거동은 약 45일의 측정 기간 동안 일일 종방향 변위의 발생은 CRCP 보다 오히려 JCP에서 더 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. 계측이 팽창줄눈 위치에서 수행되었기 때문에 이러한 현상이 JCP의 수축줄눈에서도 발생하지는 지는 추가적인 연구로 비교해 볼 필요가 있다.
24.
2013.09
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국내의 경우 콘크리트 포장의 내구연한이 가까워짐에 따라 많은 구간에서 유지보수의 수요가 증가하고 있다. 최근 들어 적용사례가 증가하고 있는 접착식 콘크리트 덧씌우기(BCO, Bonded Concrete Overlay) 는 기존 콘크리트 포장의 상태가 비교적 양호한 구간에 실시하는 공법으로 완전부착을 통한 일체화 거동으로 높은 구조적 안정성을 확보하는 특징이 있다. 그러나 현행 덧씌우기 설계법의 경우 다양한 설계조건을 고려하지 못하고 경험적인 방법에 근거하고 있으므로 설계의 입력변수 설정부터 설계과정에 이르기까지의 원리에 대한 체계적인 정립이 되어 있지 않은 실정이다. 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 국외 사례를 살펴보면, 미국의 경우 일반적으로 덧씌우기 두께 설계를 통하여 8~16cm로 시공하고 있으나 국내의 경우 경험적으로 기존 포장층을 5cm절삭한 후 5cm의 덧씌우기 두께로 시공하는 것이 일반적이다. 따라서 국내의 경우에도 공용수명의 증가 및 유지보수 비용 감소를 위해 교통량과 지역적 특성을 고려한 포장 두께설계의 기준이 필요한 것으로 판단된다. 덧씌우기 설계 기준정립을 위해 각 구간의 접착식 콘크리트 덧씌우기의 기본 이력 및 공용 중 발생하는 포장파손에 대한 체계적인 data 구축이 필요하다. 본 연구에서는 국내 고속도로 BCO구간의 포장 파손 및 파손양을 수집한 후 MicroPaver 프로그램을 이용하여 PCI(Pavement Condition Index)를 산정 하였으며 이를 미국의 LTPP data의 구간별 PCI와 비교하여 덧씌우기 두께에 따른 공용수명과 PCI의 상관관계를 분석하였다. 이를 통해 국내 BCO구간의 공용성을 분 석하여 장기적인 BCO의 공용성을 평가하고자 하였다.
접착식 콘크리트 덧씌우기에 대하여 LTPP data의 덧씌우기 두께를 8~10cm, 11~13cm 및 14~16cm으로 구분하여 누적교통량 증가에 따른 PCI의 감소율을 확인한 결과 각 덧씌우기 두께별로 1×106 ESAL 증가시 PCI의 감소율을 확인할 수 있었으며 덧씌우기 두께가 두꺼울수록 PCI 감소율이 줄어드는 경향이 나타났다. 5cm 덧씌우기 두께의 국내 현장계측 구간과 LTPP data를 비교할 경우 두께별 약 2배∼5배의 공용수명 차이를 확인할 수 있었다. 이처럼 현행 덧씌우기 두께를 키울 경우 공용수명의 증진효과를 나타낼 수 있으므로 최소두께 기준의 상향으로 BCO의 장기공용성을 확보해야 할 것으로 판단된다.
25.
2013.09
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현재, 국도 포장관리시스템(PMS; Pavement Management System)에서 HDM(Highway Development and Management)-4를 이용하여 예산 분석 및 보수우선순위 검토, 경제성 분석을 시행하고 있다. 하지만 분석에 필요한 입력 자료가 우리나라 현실에 맞지 않고, 공용성 모형의 보정이 어려우며 또한 분석결과의 신뢰성 등에 의문이 제기되면서 국내현실에 적합한 의사결정시스템의 개발이 필요하게 되었다.
본 연구에서 개발된 국도 포장관리시스템(PMS)의 의사결정지원시스템의 구성요소 크게 1)도로포장상태의 공용성 모형, 2) 도로포장상태에 따른 차량속도변화 추이모형, 3)경제성 평가시스템으로 구성되어져 있다.
먼저, 공용성 모형이란 포장의 파손과정에 대한 해석을 다루는 내용으로 유지보수가 요구되기까지의 기대수명과 그 기대수명 내에서의 파손특성의 변화과정을 표현하는 것으로 정의할 수 있으며, 본 연구에 서 공용성 모형은 균열, 소성변형, 종단평탄성에 대한 년간의 파손량을 함수로 모형화하였다.
또한, 도로포장상태에 따른 차량속도변화 추이모형은 국도의 유지보수 전·후 “포장상태-차량속도”자료 를 모형화하였다. 마지막으로 경제성 평가 시스템은 관리자 및 이용자 비용의 산정과 우선순위 선정기법으로 구성되었는데, 본 시스템에서의 관리자 비용은 유지보수 비용으로 한정하여 산정하였다. 이용자비용은 국토교통부의 ‘교통시설 투자 평가지침’을 기준으로 도로편익비용 항목 중 1)통행시간비용, 2)차량운행비용, 3) 대기오염 비용, 4)온실가스비용, 5)소음비용을 기준으로 산정하였다.
우선순위선정법으로는 연등가법(EUAC; Equivalent Uniform Annual Cost), NPV(Net Present Value)법과 비용효율성법(Cost-effectiveness Method)을 활용하여 우선순위를 산정하였다.
본 연구에서 개발한 의사결정시스템은 마이크로 소프트 엑셀(Microsoft Excel)의 VBA(Visual Basic Application)를 기반으로 이용자의 보다 쉬운 이해와 활용, 확인 및 보정/수정이 가능하도록 설계되었다. 분석시스템은 활용목적에 따라 “프로젝트 레벨”과 “네트워크 레벨”로 구성(그림 1. 참조)하였으며, 주요 기능으로는 1) 유지관리비 산정 및 예측, 2) 유지보수 대상구간의 우선순위 결정, 3) 유지보수시기(지연) 에 따른 도로관리자 및 이용자비용의 변화추세 예측, 4) 경제성지표 도출 등이 있다.
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2013.09
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고속도로 영업소 진입로에는 운전자에게 주의환기를 주기 위해 횡방향 럼블스트립이 설치되어 있다. 이러한 럼블스트립은 대부분 직사각형 형상을 갖고 있다. 럼블스트립의 형상에 따라 소음의 특성이 다르게 나타나는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 직사각형 형태의 럼블스트립을 원형의 럼블스트립으로 개선함에 따른 소음특성 변화에 대한 연구를 수행하였다. 서울외곽순환고속도로 영업소 광장에 개선된 원형 형상의 럼블스트립을 적용하고, 사후 모니터링을 실시하여 개선 전·후의 소음특성에 대해 분석하였다.
본 연구 결과, 럼블스트립의 개선 전·후 소음특성은 개선후의 교통량이 증가했음에도 소음은 감소하는 것을 알 수 있었다. 차량주행속도는 개선 전·후 모두 약 58km/h로 거의 유사하게 나타났다. 원형의 럼블 스트립이 직사각형 형상의 럼블스트립보다 시간대별로 약 1~3dB(A)의 소음저감 효과가 나타났다. 이런 현장적용의 결과를 볼 때, 횡방향 럼블스트립의 다양한 규격(럼블스트립의 간격, 깊이, 형상 등)에 대한 추가적인 연구를 진행하면 더 우수한 성능의 럼블스트립 규격을 개발할 수 있을 것으로 사료된다.
27.
2013.09
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차량의 대형화 및 고속화와 더불어 고속도로 교통량 증가로 고속도로 교통소음이 지속적으로 증가하고 있으며, 소득 증가와 생활수준 향상에 따른 쾌적한 저소음 환경에 대한 국민의 요구 역시 증대되고 있다. 이 때문에 소음 피해에 대한 강한 불만제기 및 집단행동과 함께 소음관련 민원이 지속적으로 증가하고 있다. 고속도로 교통소음 민원은 연평균 159건(2005년~2007년) 발생하고 있으며, 판교 신도시, 동탄 신도시, 제2동탄 신도시 등 최근 대도시권 고속도로 주변 대규모 주택단지 건설로 인해 민원 증가가 예상된다. 환경부 산하 “중앙환경분쟁조정위원회”의 보도자료에 의하면, 1998년부터 2008년 3월 말까지 접수된 환경분쟁 가운데 약 87%가 소음진동에 의한 분쟁이다.
최근 5년간 고속도로 소음관련 민원은 총 759건(연평균 151.8건)으로 지속적으로 증가하고 있다. 2010 년 8월까지의 고속도로 소음민원은 총 173건으로 이 같은 추세가 지속될 경우 올해 말까지 약 260건의 민원이 발생할 경우로 예상되며, 이는 작년 193건 대비 35%가 증가한 수치이다. 이는 약 1.4일당 1건의 소음관련 민원이 발생하는 것으로 고속도로 교통소음에 대한 보다 적극적인 대책이 필요하다는 것을 보여 준다. 도로교통소음은 자동차의 이동에 직접적으로 영향을 받아 승용차, 버스, 화물차 등의 차종별 교통량과 통행속도 등 도로교통환경과 밀접하게 관련되나, 교통측면의 연구가 전무한 실정이다.
지속되는 소음관련 민원으로 고속도로의 방음벽은 지속적으로 설치되고 있으며, 그 규모 역시 대형화 되고 있다. 5m 이상 방음벽은 2008년 122km에서 2010년 162km로 33% 증가했으며, 방음터널 역시 2005년 대비 470% 증가했다. 소음을 저감하기 위한 주요한 대책으로 방음벽이 설치되고 있지만, 다양한 교통정책의 효과도 검증될 필요가 있다. 본 연구에서는 전차량 속도제한, 차종별 속도제한, 화물차 속도 제한, 특정차량 통행제한 등 다양한 교통정책에 따른 교통소음 저감효과를 분석하고자 하였다.
분석을 위해 고속도로 도로교통소음 분석 및 예측을 위해 사용되는 KHTN-2007 교통소음예측모델을 이용하였다. 한국도로공사 도로교통연구원에서는 고속도로 방음벽 설치 환경 다양화에 대응하여 고속도로 소음예측 모델인 KHTN-2001을 개발하였고 음원의 파워레벨 수정 및 성토부와 절토부 모델을 추가하여 개선된 모델인 KHTN-2007을 현재 사용하여 교통소음 영향평가에 활용하고 있다. KHTN 모델은 국내 고속도로 포장 및 주행차량 반영, ISO 9613에 의한 전파 특성 계산방법 적용 등의 특징을 가지고 있다. KHTN을 이용한 교통정책의 소음저감효과에 대한 분석은 아스팔트 포장, 도로경사도 0%, 온도 20.0c, 습도 50%, 기압 101.5 kPa 등 기본적인 도로입력변수 및 환경변수를 적용하였고, 분석의 기본이 되는 교통량 및 통행속도는 승용차, 버스, 소형화물차, 중형화물차, 대형화물차 등 5차종으로 구분하였다.
분석결과, 결과 차종별 속도제한과 대형화물 운행제한 효과를 확인하였으며, 대체적으로 화물차량에 대한 속도 및 운행제한의 효과가 큰 것으로 나타났다. 특히 방음벽과 교통정책이 동시에 적용되었을 때 특정 높이 이상의 방음벽 설치를 막을 수 있는 것으로 나타났다. 이는 정량적으로 평가할 수 없는 주거환 경 개선의 효과도 크다고 판단된다. 다만 본 연구는 소음모델을 이용한 결과로 실제 현장에서의 측정결과가 필요하다. 특히 실제 교통상황에서는 차량의 주행속도와 밀도에 따라 다양한 주행환경이 구성되고 이에 따라 소음특성이 변화할 수 있으므로 실측치와의 검증을 추가적으로 수행하여야 한다.
28.
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국내 일반국도는 대부분의 포장이 아스팔트 포장으로 이루어져있으며, 2011년 말을 기준으로 총연장 13,739km로 전체 도로연장 중 약 105,931km로 약 13%를 차지하고, 포장구간의 연장은 13,459km로써 약 97.6%의 포장률을 나타내고 있다. 이와 더불어 전 세계적으로 지구온난화로 인한 연평균기온 및 해수면 상승, 기습폭우 및 태풍 등과 같은 환경영향은 도로포장체의 성능을 저하시키는 요인으로 작용함으로써 포장수명을 단축시키는 문제로 이어지고 있다. 본 연구에서는 일반국도 아스팔트 포장 구간의 포장재령별 신설 0년, 재령 6년, 재령 10년에 대한 소음측정구간을 선정 한 후, 길어깨 소음측정법(Pass-By methods)을 사용하여 도로교 통소음에 대한 포장재령별 소음특성을 평가하였다.
본 연구를 통해서 그림 2와 같이, 신설 0년의 경우 평균 75.9dB(A), 재령 6년은 77.8dB(A), 재령 10년은 76.7dB(A) 값을 보였으며, 이 차이가 평균 1.9dB(A)를 나타냈다. 따라서 일반국도 아스팔트 포장의 재령이 6년인 시점에서 가장 높은 소음특성을 보였으며, 일반국도 아스팔트 포장의 공용수명이 8년~9년인 점을 감안할 때, 포 장의 공용수명에 인접할수록 소음이 보다 높게 나타난 것으로 판단된다. 하지만, 포장노면의 파손상태 및 주변 환 경 등이 상이함으로써, 이에 대한 향후 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
29.
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도시화가 가속화됨에 따라 도로주변의 주거지역 개발 및 교통량 증가로 도로소음피해가 점차 증가하고 있다. 이에 소음피해의 대책으로 방음벽 설치 수요가 증가하고 있는 추세이다. 방음벽은 특성 및 재질에 따라 다양한 형태로 분류되며 크게 흡음형과 반사형 방음벽으로 구분 할 수 있다. 이중 반사형 방음벽의 경우 주변경관과의 조화성이 높으며, 특히 투명형의 경우 조망권 확보가 유리하다는 장점이 있어 최근 투명형 방음벽의 설치요구가 증가하고 있다. 그러나 반사소음의 영향을 받을 우려가 있는 지역의 경우 설치에 제한이 있다는 단점이 있다. 본 연구에서는 반사소음 저감을 위하여 방음벽 형상에 따른 소음저감 효과를 수학적 모델을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 소음저감 목표지점은 방음벽 맞은편 5m(R1), 15m(R2) 높이와 도로내부(R3)등 3개 지점으로 선정하여 일반 평판형 방음벽대비 형상방음벽의 반사소음저감을 평가하였다.
시뮬레이션 결과 R1지점에서는 평판형 대비 형상방음벽에서 2.2 dB(A)의 소음이 저감되었으며 R2지점은 0.7 dB(A)의 소음이 증가하였고 R3지점은 소음의 증감이 없었다. 주파수별로는 R1과 R2의 경우 63 Hz 부터 8 KHz까지 주파수별 반사소음차이는 없으나, R3의 경우 63Hz에서 1.3dB(A)가 증가하였고, 8000 Hz에서는 0.5 dB(A)의 소음이 감소하였다. 결론적으로, 방음벽에 형상을 둠에 따라 반사소음 저감효과가 있음을 확인하였으며 최적형상 방음벽을 개발함으로써 반사음 문제해결이 가능할 것으로 사료된다.
30.
2013.09
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오늘날 도로는 단순이동통로가 아닌 여가의 공간으로서 경관조망기능, 생물다양성 보존과 생태공간기 능이 더욱 강조되고 있다. 이에 발맞추어 우리나라를 비롯한 선진 외국들은 도로의 환경적 측면과 경관적 요소들을 포괄적으로 다루는 도로생태학(road ecology)이란 새로운 용어에 관심을 갖고 연구를 진행하고 있다. 경관생태학적측면에서 인공적으로 만들어진 도로선형은 통로로 분류된다. 자연적으로 생성된 통로 하천이나 동물이동로, 돌담, 생울타리, 등산로, 산능선 등이며, 일반적으로 자연통로는 곡선이고 연속적인 경향이 있는 반면에, 인공통로는 직선이며 곳곳에 틈이 많이 존재한다.
자연통로와 달리 인공통로인 고속도로는 주변바탕과 이질적인 콘크리트나 아스팔트포장이외에 도로 가장자리에 부대시설물들이 첨가되어 장벽기능이 한층 강화된 통로구조를 지니고 있다. 통로는 주변의 경관 요소와 경계를 이루며, 이웃하는 요소의 대비가 늘어나면 그것을 가로지르는 가장자리 침투력은 감소한다. 도로는 이와 같이 직접적인 기능뿐만 아니라 주변과 다른 표면상태, 도로 자체와 가장자리의 미기후 조건, 소음에 의한 교란, 배출기체나 먼지 등 도로에서 유래되는 화학물질 등에 의해 동물이동에 장벽기능을 가진다.
경관은 크게 바탕-조각-통로라는 3가지 요소로 구성되며, 특히 통로의 경우에는 극단적으로 늘어난 조각의 한 형태로도 볼 수 있을 만큼 가장자리 면적이 차지하는 비중 때문에 그것을 둘러싸고 있는 바탕 이나 조각의 특성을 많이 포함하고 있다. 도로생태학의 연구범위는 경관규모, 길가 가장자리를 포함하여 도로연결망과 도로구역 규모 등으로 다양하며, 또한 생물종이 생존하는 데 필요한 최소한의 개체군 크기, 생태통로, 서식처 조각의 규모와 모양, 질, 면적 등이 포함된다.
Forman(1995)은 생태학적 도로의 기능을 서식처 조각, 통로, 공급원 혹은 수용처, 여과대 혹은 장벽이 라 언급하였으며, 이태옥(2010)은 생태도로의 평가영역으로 크게 자연환경, 생활환경, 도로기능 등 3가지 대분류로 구분하였으며, 구체적으로 동·식물, 토양, 수리·수문, 지형·지질, 소음진동, 폐기물, 대기질, 수 질, 토지이용, 위락과 경관, 안전성, 편리·쾌적성, 지역주민참여를 평가항목으로 제시하였다.
본 연구는 위에서 언급된 도로생태학의 연구항목을 포함하였으며, 적용도로는 동해고속도로의 기점인 동해에서 남강릉구간(33.3km)으로 한정하며, 고속도로 중앙분리대의 연결띠를 통로의 중심선으로 보고, 이들 구간에 설치된 각종 도로시설물들의 경관생태학적 연속성을 살펴보았다. 또한 연결성과 틈의 빈도, 틈의 크기, 틈 안과 주변 지역의 속성, 지하이동로 등을 연구범위에 포함시켰다. 그리고 조각과 통로사이의 상호연결의 공간적 유형, 통로에 의해 절단된 조각의 크기와 생태학적 영향을 검토하였다. 결론적으로 이들 검토요소를 반영하여 도로생태학적 측면을 고려한 도로설계의 지표를 제안하였다.
31.
2013.09
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도로의 life cycle은 계획 및 설계, 시공, 운영, 유지보수로 구분할 수 있으며, 막대한 사회간접자본이 투입되는 사회기반시설인 도로는 건설 시 많은 건설 자재와 건설 장비를 사용함에 따라 시공단계에서의 탄소배출이 매우 높고, 지속적으로 안전하고 효율적인 도로의 기능과 역할을 담당하기 위한 유지보수 활동에 의해 탄소배출이 동반된다. 국토교통부의 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인에 따르면 도로에서의 탄소배출량은 탄소배출원의 양과 탄소배출 DB의 곱으로 정량적으로 산정할 수 있으며, 이를 실제로 활용해 탄소배출량을 정량적으로 산정하기 위한 DB 및 탄소배출원단위의 구축에 관한 연구를 탄소중립형 연구단에서 진행중이다. 또한 도로는 계획 및 설계 주체, 시공 주체, 운영주체가 다르기 때문에 각 주체마다 필요로 하는 탄소배출원단위가 다르며, 활용하고자 하는 용도 역시 다르기 때문에 탄소배출원단위 구축 시 이를 고려한 구축 방법과 구축원단위를 선택할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 표준화된 탄소 배출량 산정 방법을 이용해 실제 사례를 바탕으로 탄소배출량을 정량적으로 산정한 후 도로의 life cycle 별로 탄소배출원단위를 구축하였고, 탄소배출원단위의 활용 주체에 따라 유동적으로 활용 가능하도록 탄소배출원단위를 다각도로 분석하였다.
본 연구를 통해 도로의 계획부터 시공 및 운영까지 전과정에 걸쳐 탄소배출량을 산정하기 위한 DB와 탄소배출원단위를 구축하였다. 이를 통해 도로 신규 건설 및 확장을 계획할 때 노선 대안별 평가단계에서 탄소배출량을 하나의 선택인자로 활용할 수 있으며, 설계자는 각 단계마다 구축된 원단위를 통해 탄소배출 최소화를 위한 공종의 선택 및 조합을 이끌어 낼 수 있다. 또한, 발주부처에서는 탄소배출원단위를 활용해 도로의 기준 탄소배출량을 제시할 수 있으며, 관리부처에서는 기준 탄소배출량 대비 탄소배출량 저감 방안 수립을 위한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
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2013.09
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지구온난화로 인한 이상기후는 자연재해의 발생 등 큰 피해를 초래하여, 범지구적 차원의 기후변화 협 약이 체결되고 세계 각국은 온실가스 배출을 저감하기 위한 가시적인 노력을 경주하고 있다.
특히 탄소배출의 주요 원인으로 교통부문이 부각되면서 도로는 자연환경을 훼손하고 자동차는 탄소발 생을 증대시키는 요인으로 인식되고 있다. 실제 기존의 도로는 기능성과 경제성, 안전성 위주로 조성되어 주변 자연환경을 훼손하고 탄소배출에 대한 고려가 소홀하여, 도로건설에 따른 자연환경의 훼손을 최소화하고 자연환경에 순응하여 탄소발생을 저감시키는 설계기술의 개발이 요구되고 있으나 현재 도로부문에서의 탄소저감을 위한 기술개발은 일부 시설물에 국한된 초기단계에 있다.
이러한 현실을 반영하여 도로의 선형, 횡단면, 환경시설대, 구조물(교량)을 주요 설계요소로 하는 탄소 저감을 위한 ‘그린네트워크 도로설계 기법’ 개발을 위한 연구를 수행함으로서, 도로의 설계요소별 기존 도로설계 대비 그린네트워크 도로설계기법 적용을 통한 탄소배출량과 저감량을 산정하여 요소별 탄소저감 효과분석에 따른 최적의 설계기법을 적용하고자 한다.
따라서, 도로설계시 설계요소별 탄소저감량 산정 사례 연구를 통하여 최적의 도로설계 기법의 적용 방 안을 마련하고, 그린네트워크 도로설계 절차를 정립하여 향후 과제 도출을 위한 연구의 방향성을 제시하는 것을 본 연구의 목표로 한다.
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본 연구에서는 도로부문의 온실가스 감축목표를 달성하기 위하여 녹색도로 관련 법ㆍ제도 정비를 통하 여 녹색도로의 법적 개념을 정립하고, 녹색도로 건설 활성화와 녹색도로 인증제도 도입을 위한 법적 근거를 마련하였다. 녹색도로 건설 근거 및 이를 활성화시키기 위한 도로법 개정 방안으로는 도로법 제22조 (도로정비 기본계획의 수립) 2항에 녹색도로의 건설방안에 관한 조항을 신설하여 도로정비 기본계획 수립 시 녹색도로가 반영될 수 있는 근거를 마련하였고, 도로법 시행령 제10조(심의회의 기능)에 녹색도로의 건설에 관한 사항을 신설하여 도로정책심의회 시 녹색도로 건설에 관한 사항도 심의할 수 있도록 근거를 마련하였다. 신설조항으로는 도로법 제23조의3(녹색도로 노선지정)에 녹색도로에 대한 정의, 등급, 노선 지정의 내용으로 조항을 신설하여 녹색도로의 건설방안을 마련하고 도로관리청차원에서 녹색도로의 노선을 지정토록 하였다. 도로법 이외의 법으로는 저탄소녹색성장기본법에 교통시설에 대해 온실가스를 저감시킬 수 있는 근거조항을 마련하였다. 녹색도로 인증제도 시행을 위한 법제화로는 도로법에 제23조의4 (녹색도로의 인증)을 신설하여 도로부문 탄소저감을 위한 녹색도로 인증제도 실시의 근거와 녹색도로에 대한 인증 기준 및 절차, 표시활용방법, 유효기간, 인증등급의 내용으로 조항을 신설하여 녹색도로의 건설을 유도하기 위한 인증제도 시행안을 마련하였다.
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2013.09
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화석 연료의 사용 증가로 인한 이산화탄소 배출의 증가로 급속한 지구의 온난화가 초래되었으며, 전 세 계적으로 기후변화에 따른 피해는 앞으로 더욱 심각해질 것으로 전망하고 있다. 국제에너지기구 (International Energy Ageny, IEA)는 전 세계가 신재생에너지를 주 에너지원으로 사용한다고 가정해도 2050년 이후 대기 중 이산화탄소 농도가 우려할 만한 수준으로 높아진다고 보고하고 있다. 이처럼 지구 온난화와 기후변화는 인류의 미래에 지대한 영향을 미칠 것이며 이에 대한 대비책으로 대기 중 이산화탄소 농도를 혁신적으로 저감할 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있다. 현재 지구상 평균 CO2 농도는 390ppm 로 매년 2ppm씩 증가하는 추세이며, 특히, 비점오염원에서 배출되는 CO2가 전체 50%에 육박하는 실정이다. 발전소와 같이 대규모의 점오염원에서 배출되는 고농도 CO2 포집기술은 많은 연구자들에 의해 연구가 진행되어 왔으나 비점오염원에서 배출되는 저농도의 CO2를 제거하는 기술은 미비한 실정으로 대기 중 CO2를 효율적으로 제거하는 기술(Direct Air Capture technology; DAC)이 미국, 캐나다에서 제안되었으며 이에 대한 경제성 및 타당성 평가를 미국 물리학회에서 2년간 수행하였다.
이에 본 연구에서는 알카놀아민 계열의 흡수제와 흡착제를 이용하여 도로변 대기 중 저농도 CO2 저감 을 위한 적용 가능성을 도출하고자 실험실 규모에서 저농도 CO2 저감 성능을 평가하였다.
그 결과, 단일흡수제의 경우 MEA 농도 1, 2, 3 wt%에서 CO2 흡수량은 0.34 mol-CO2/mol-absorbent, 0.32 mol-CO2/mol-absorbent 그리고 0.3 mol-CO2/mol-absorbent로 나타났고, AMP의 농도 1, 2, 3 wt% 에서는 0.32 mol-CO2/mol-absorbent, 0.30 mol-CO2/mol-absorbent, 0.28 mol-CO2/mol-absorbent로 나타나 MEA가 DEA, MDEA, AMP보다 흡수성능이 우수하였다. 혼합흡수제의 경우 MEA 0.5wt%에 AMP 0.5wt%를 혼합한 흡수제가 0.52mol-CO2/mol-absorbent로 흡수 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 흡착제를 이용한 흡착과 열재생을 반복하는 실험을 수행한 결과 제올라이트 5A, 13X, 활성탄소섬유(ACF) 그리 고 활성탄의 CO2 흡착량은 21 mg-CO2/g-adsorbent, 12 mg-CO2/g-adsorbent, 18 mg-CO2/g-adsorbent 그리고 6 mg-CO2/g-adsorbent으로 나타났으며, 열재생 반복실험 결과에서 제올라이트 5A가 가장 우수한 흡착 성능을 보여주었다.
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항공기 착륙 시 타이어와 활주로 표면이 접촉되는 순간 발생되는 마찰열로 인해 표면에 딱딱하고 얇은 고무 퇴적층(대형항공기(B-747급) 바퀴 당 700g)을 형성하게 된다. 이러한 고무 퇴적물은 마찰력을 저하시키기 때문에 이를 제거하기 위해 세계의 주요 공항에서는 Water-Jet과 같은 물리적 방법을 사용하고 있다. 하지만 고압살수로 인해 아스팔트 포장 표면부에 많은 파손(박리 및 탈리 등)이 발생되어 내구성저하 문제로 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고무 퇴적물의 효율적 제거와 파손 저감을 위해 상대적 저수압의 water jet 사용을 유도하도록 친환경 화학 제거제로써 Eco-Cleaner의 적용성에 대한 실내 시험을 실시하였다.
사용 재료의 항공기 타이어 구성 성분인 합성고무와 천연고무의 결합력을 저하시킬 수 있는 분해능을 검토한 결과 합성고무시편의 사용 용액별 분해 효과는 그림 1.과 같으며 Type2(eco cleaner 100%)가 가장 좋은 분해능을 보였다. 합성고무 시험편 고무분자 구조의 개질화를 확인할 수 있었으나, 현장 적용을 위한 분해/세척 효율의 증가 및 시간 단축을 위한 화학적 결합제 연구가 필요할 것으로 사료된다. 천연고무 시편의 사용 용액별 분해 효과를 관찰한 결과는 그림 2.와 같이 Type5 > Type6 > Type1 > Type7 > Type2 > Type3 순으로 무게 감소 비율을 보였으며, 혼합 재료의 최적 배합으로는 Type5로써 eco cleaner(90%)와 NaOH(10%)가 적정 배합으로 도출되었다.
또한 본 재료 사용시 아스팔트 포장 재료가 직간접적으로 분해 효과를 나타내면 안 되므로 아스팔트에 개질제를 혼입할 때 쓰이는 mixer 시험기에 일정량을 사용하여 아스팔트 제거 여부를 관찰한 결과, 일부 아스팔트 성분이 묻어나오긴 하였으나 그 양이 작으며, 아스팔트 내 분자간 결합구조를 완전히 분해하는 특성이 아니므로 현장 사용성에는 문제가 되지 않는다고 판단된다.
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본 연구에서는 현장재생골재를 사용한 콘크리트의 적합적 특성 및 내구성실험에 대한 실험결과를 소개 하였다. 이를 통해 기존 천욘콘크리트와 현장재생콘크리트, 공장재생콘크리트를 비교·분석하였다.
열팽창계수는 국내 기준이 따로 정해져 있지 않기 때문에 AASHTO TP60을 참조하였다. 현장재생콘크 리트의 열팽창계수는 천연콘크리트 대비 110% 내외로 나타났고, 공장재생골재는 약 118%로 나타났다. 건조수축은 시편의 형상비가 22.2mm(기준)인 시편과 300mm(포장용) 시편 두가지로 나누어서 실험을 하였는데 재령 223일 기준 천연콘크리트는 462μm/m, 현장재생콘크리트, 공장재생콘크리트는 각각 503μ m/m, 490μm/m 로서 6~9% 증가되는 것으로 나타났다. ASR은 17일 기준 0.1%이하일 때 알칼리 잠재반 응성이 없는 것으로 판단한다(KS F 2546). ASR 실험은 현장재생콘크리트 0.041%, 공장재생콘크리트 0.071%로서 기준을 만족하는 것으로 나타났지만, 천연콘크리트는 0.138%로 기준을 초과하는 예상 밖의 결과가 나타났다. 동결융해비 역시 국내 기준이 정해져있지 않아 JSCE G 501을 참조하여 300사이클 85% 이상의 기준을 정하였으며, 천연콘크리트와 현장재생콘크리트는 각각 92%, 89.8%로 기준을 만족하였지만 공장재생콘크리트는 약 75%로 기준값을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 현장재생콘크리트의 내구성 및 적합적 특성은 천연콘크리트에 대비해 상당히 준수한 수준으로 나타났지 만 공장재생골재는 천연콘크리트 대비 적절하지 않은 것으로 나타났다. 이는 출처를 알 수 없는 재생골재 는 이물질이 많이 포함되어있으며, 파쇄과정에서 골재의 모르타르가 많이 남아있기 때문이라고 판단된다.
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국내 비행장은 민간전용 비행장 7개와 공군전용 비행장 6개, 민과 군이 공동으로 운영하고 있는 8개 등 약 20개의 주요 비행장(소규모 비행장은 제외)이 운영되고 있다. 그리고 대한민국공군과 한국공항공사에서는 정기적으로 포장평가를 실시하여 포장의 잔존수명 및 항공기가 이착륙할 수 있는 허용하중을 결정하는 포장분류등급(PCN)을 결정하고 있으며, 이는 안전한 비행장 포장유지관리에 중요한 부분이다. 이러한 비행장 콘크리트포장시 탄성계수는 코아채취 후 실내실험을 통한 정적탄성계수를 적용함이 가장 정확한 포장물성치를 적용하는 방법이지만 코아채취 및 실내실험(공항별 약300여개소)으로 포장의 손상 및 시간적, 경제적으로 비효율적이다. 따라서 현재 세계적인 추세인 비파괴조사장비(HWD를 이용하여 처짐량을 측정한 후 역산프로그램을 이용하여 동적탄성계수를 추정하고 결과값을 포장평가 분석에 적용하고 있다. 이러한 동적탄성계수 추정방법은 신속하게 시행될 수 있으나 완전한 선형적인 탄성으로 거동하지 않아 정 적탄성계수와 차이가 발생하게 되며, 이는 결국 포장잔존수명 및 항공기허용하중 분석결과에 영향을 미치게 된다. 따라서 7개 비행장 73개소 슬래브중앙에서 HWD 조사시험을 실시하고 동일 지점에서 코아를 채취하여 동적탄성계수를 역산프로그램을 이용하여 추정하고 정적탄성계수 시험을 실시하였다. 그리고 비행장 콘크리트포장 동적탄성계수 추정에 일반적으로 사용되고 있는 역산프로그램들의 결과 값을 비교분석하였고 상관관계 분석을 통해 보정계수 산출연구를 실시하였다.
현장실험을 통하여 분석한 결과, 최근에 미국 FAA에서 개발된 BAKFAA, 미공병단에서 개발된 WESDEF, 공군에서 주로사용하고 있는 ELMOD, Westergard 식 중에서 BAKFAA프로그램과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 정적탄성계수에 근접하게 탄성계수가 추정되었으며 WESDEF과 ELMOD 결과값은 비슷한 경향을 나타내고 상대적으로 높게 추정되었다. 상관관계분석 결과도 BAKFAA프로그램 과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 높게 분석되었다.
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2013.09
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공항 포장의 경우 항공기의 하중과 규모를 비롯하여 여러가지 극한 상황에 놓이기 때문에 공항용 구조 물은 높은 신뢰성이 담보 되어야 한다. 그러므로 공항 콘크리트 포장용 유지보수 재료는 높은 수준의 성능과 내구성이 요구된다. 부분 유지보수가 적용된 부분의 재파손이 빈번하게 발생하는데 접합면이 떨어지는 형태가 주를 이룬다. 부착강도는 부분 유지보수 재료의 성능을 평가 할 수 있는 매우 중요한 특성이라고 할 수 있다.
이 연구에서는 기존 공항 콘크리트 포장과 부분보수 재료와의 전단부착강도와 인장부착강도를 측정하 였다. 부분보수재료는 기존 공항용으로 사용되던 폴리머콘크리트와, 새로 고안된 PMC(Polymer Modified Concrete), 기존 도로용 보수재료로 사용되는 LMC(Latex Modified Concrete)를 대상으로 하였다. 전단부착강도는 Slant shear test, 인장부착강도는 Splitting tensile test를 각각 이용하였다. 또한 열팽창계수와 건조수축의 차이에 따른 포장재료와 부분보수재료의 부적합성의 결과로 부착강도가 시간에 따라 저하된다. 실험을 통해 접합면의 노화에 따라 재료별 부착강도의 변화를 비교하였다.
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2013.09
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공항 콘크리트 포장 파손에 영향을 미치는 대표적인 인자는 환경하중과 교통하중이다. 최근의 포장 설 계는 기존 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서 환경하중과 교통하중에 의한 포장 거동을 해석하고 잔존 수명을 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 전환되고 있다. 이전 연구에서는 공항 콘크리트 포장에 작용하는 온도하중과 수분하중의 서로 다른 환경하중 요소를 슬래브 상하부 간의 온도차이 하나로 합할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 논문에서는 FAA에서 제공하는 FEAFAA 프로그램으로 그림 1(a)와 같이 이전 연구에서 개발된 온도와 습도에 의한 등가온도차이, 설계항공기 중 대형항공기에 해당 하는 DDT(Double Duals in Tandem) 기어형상, 포장구조, 재료물성 등의 인자에 따른 응력을 산출하였 다. FEAFAA에서는 결과값을 처리하는 포스트 프로세서를 지원하지 않으므로 그림 1(b)와 같이 Tecplot 사의 Tecplot 360 프로그램을 사용하여 최대인장응력 발생위치와 응력크기를 파악하였다.
본 논문에서는 국내외 공항 설계 시 사용되는 기준으로 입력 변수의 범위를 설정하였고, 작용하는 하중 (환경, 교통)별 입력 변수의 민감도분석을 실시하여 응력에 미치는 영향을 분석하였다. 환경하중의 경우 지역별 연평균 일교차와 연평균 상대습도가 반영된 등가온도차이를 사용하였으며, 교통하중의 경우 설계 항공기 중 대형항공기에 해당하는 DDT 기어형상을 적용하였다. 이러한 역학적 근거에 따라 국내의 공항 위치별 환경 특성 및 설계항공기 기어 특성이 고려된 응력회귀모형을 개발하였다. 또한 개발된 회귀모형에 인자를 대입하여 얻은 응력과 유한요소해석 프로그램에 인자를 입력하여 산출된 응력의 비교를 통해 회귀모형의 타당성을 검토하였다.
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2013.09
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교통의 발달로 많은 수단, 방법의 교통 이동이 생겨나고 있지만 도로는 국내의 화물과 여객의 많은 부 분을 차지하고 있어 그 중요성을 간과할 수 없다. 따라서 도로의 안전성을 판단할 수 있는 기준인 교통사고자료를 통하여 사고에 미치는 영향을 알아보고 그에 대한 해결방안이 필요하다. 본 연구에서는 교통사고에 미치는 영향에 대해서 정량적으로 표현하여 도로의 예방적 차원에서 안전성을 평가할 수 있는 CRF(Crash Reduction Factor)를 산출하는 것을 목적으로 한다. CRF를 개발하기 위해 다양한 접근방법 이 있지만 본 연구는 사고예측모형 개발을 통해 CRF개발하고 선행연구들의 변수 설명력과 비교해보았다. 도로구간의 모형개발의 선행연구들을 보면 노출변수(EXPO)를 상수로 적용(Method 1)하였는데 본 연구에서는 적절한 변수의 계수를 도출하기 위한 다양한 접근방법 중 하나로 노출변수(EXPO)의 적용을 다르게 하여 기존의 방법과 비교하였다. 다른 방법으로 EXPO (AADT×Length×365×10-6)의 노출 변수 중 교통량변수(AADT)를 자연로그에 대입하는 방법(Method 2)이며 또 다른 방법은 EXPO 전체를 자연로그에 대입하는 방법(Method 3)으로 모형을 개발하였다.
위의 방법을 통하여 최종적으로 횡단곡선 및 횡단곡선 반경, 오목구간(종단곡선), 조명시설, 평지, 산 지, 횡단보도에 관한 CRF를 산출하였다. 모형개발에 사용된 사이트 외에 검증을 위하여 30개소 사이트를 이용하여 CRF가 적절한지 MPB, MAD를 통해 검증한 결과 모두 적절하게 분석되었다.
