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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2016년도 제18회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2016년 6월) 127건
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2016.06
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최근 들어 도심지를 중심으로 도로함몰이 증가하고 있다. 도로함몰은 때로는 인명피해를 수반하는 심 각한 사고로 이어지기도 하고 교통흐름 방해를 초래하는 등 시민안전의 위협 요인이 되고 있다. 본 연구 에서는 도로함몰의 기초적인 매커니즘 규명을 위해 사례분석과 2차원 모형토조 시험을 수행하였다. 사례 분석을 통해 도로함몰의 공학적 특성과 매커니즘에 대한 가설을 수립하고 도로하부의 공동 발생･확장과 관련된 기본적인 영향요소를 도출하였다. 모형토조 시험은 다양한 조건에서의 도로함몰의 정성적인 특성 규명에 초점을 두고 진행하였고, 시험결과로부터 도로함몰의 기본적인 매커니즘을 제시하였다.
모형토조시험 결과, 동공의 발생 및 확장은 내부침식 특성보다는 토사의 전단강도 및 물의 흐름 방향이 중요한 영향요소로 나타났다. 하수관거의 손상에 의한 동공의 확장은 연속적으로 발생하는 것이 아니라 갑작스러운 확장 및 일시적 안정을 반복하는 형태로 나타나고, 손상된 하수관거 상부에 전단강도를 급격 하게 떨어뜨리면서 전체적인 동공의 발생 규모는 매우 큰 형태로 나타났다. 상수관과 하수관의 손상이 복 합적으로 발생한 경우, 동공은 상수관거 손상부위로 동공이 확장되었다.
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2016.06
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산업화에 따른 급격한 도시화는 자연･생태계의 훼손뿐만 아니라 지표면의 불투수층을 증가시켜 강우 시 우수의 토양침투를 방해하고 하천으로 빠르게 유출시켜 적은 강우에도 하천의 범람의 침수피해가 발생 하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도시 개발 이전의 물 순환 환경의 개선을 통하여 수자원 확보 및 미기후 향상 등의 환경 문제를 개선할 수 있는 저영향개발(Low Impact Development: LID) 기법이 주목받고 있다. 그러나 도로인접에 설치된 LID 시설은 강우 시 우수유입으로 인한 도로하부층에 수분의 침투로 도로구조 안정성에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있다.
따라서 본 연구는 도로인접에 설치된 LID시설(침투도랑)에 유입되는 강우에 의한 도로하부구조(보조기 층 및 노상)에 침투되는 우수가 도로 공용성에 미치는 영향을 역학적으로 분석하고자 하였다. 연구는 모 사도로와 실제도로의 침투도랑 주변에 함수비 센서를 매설하고 실험지역의 강우량과 함수비 데이터를 수 집하여 함수비 센서의 위치와 노상 깊이에 따라 함수비 변화와 반응시간을 분석하였다. 분석 결과 침투도 랑으로 인한 우수의 침투가 노상 함수비변화에 영향을 주는 것으로 분석되었으나 모사실험과 현장실험에 서 관측된 함수비 변화율 1~2%의 미비한 수준으로 도로 공용성에 미치는 영향이 크지 않았다. 계측된 함 수비 변화율에 따른 공용년수의 감소는 2년 이하로 분석되었으며, 향후 침투도랑 설치 시 공용년수 감소 를 고려한 도로 설계가 필요할 것으로 판단된다. 또한 배수환경의 악화와 집중호우와 같은 극한 강우사상 에 따라 침투도랑이 도로 공용성에 미치는 영향이 커질 가능성이 있어 향후 극한강우사상(100㎜ 이상)에 따른 도로 공용성 영향 분석이 필요하다.
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2016.06
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항공기의 안전한 운영을 위해 공항운영자는 활주로 표면 마찰력을 일정 수준이상으로 유지하기 위해 항 공기 착륙횟수에 따라 고무 퇴적물의 주기적인 제거를 실시하고 있다. 이때의 마찰력 수준은 측정장비 및 속도별로 그 값이 달라지는데, 국내 공항의 경우 주로 ASF(Airport Surface Friction) Tester를 이용하고 있다. 최소마찰 수준은 측정 속도에 따라 0.50(65km/h), 0.34(95km/h)로 규정하고 있다. 따라서 이 기준 을 만족하지 못하는 경우에도 고무제거를 실시하게 된다. 하지만 이러한 고무제거는 항공기 착륙횟수와 주 기적인 마찰측정결과에 따라 작업이 이루어지고 있어 활주로 표면 texture 상태를 전반적으로 반영하지 못하며, 고무제거 후 고무 제거 정도를 육안으로만 확인하고 있어 제거에 따른 마찰력 변화를 정략적으로 확인하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 일반적으로 포장 표면 texture의 특성지표인 MTD(Mean Texture Depth)와 ASF와의 상관관계를 분석하여 표면 texture 관리수준을 제시하고자 한다.
이를 위해 신설 밀입도 아스팔트 포장에 대해 65km/h의 속도로 ASF를 측정하였고, 동일 구간에 MTD 를 측정하였다. 측정결과 ASF는 0.5~0.85 범위로 모두 최소마찰 수준을 만족하였고, MTD와 상당히 유 사한 패턴을 보였다. 정량적인 상관관계분석을 위해 상관계수 및 회귀분석을 진행하였다. 그 결과 표.1과 같이 0.9 이상의 상관성을 보였으며, 그림.1과 같이 선형 회귀분석 결과를 도출할 수 있었다. 이때 결정계 수(R2)는 0.8866으로 상당히 높은 상관성을 보여주고 있다. 본 연구 내에서 진행한 ASF 및 MTD의 상관 성에 근거하여 ASF의 최소마찰 수준인 0.5 이상을 확보하기 위해서는 포장 표면의 MTD를 0.3mm 이상 을 관리되어야 할 것으로 판단된다.
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도로에 인접한 아파트 주동을 대상으로 일반 도로포장 대비 저소음 도로포장의 소음저감효과를 예측한 후, 일반 도로포장 시 이에 상응하는 소음레벨 저감을 위한 방음벽 높이를 예측하여 저소음 도로포장의 경제성 분석을 위한 기초연구를 수행하였다. 5dBA의 소음저감효과를 나타내는 저소음 도로포장 설치조 건에 대한 예측결과 최대 54m의 방음벽 높이를 저감시킬 수 있는 것으로 예측되어 도시미관 및 경제성 측면에서 효과적인 것으로 분석되었다.
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2016.06
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집중호우 등 도로에서의 기상조건은 해마다 수많은 인명 피해를 유발하고 있다. 그러나 급변하는 기상 상태에 신속하게 대처할 수 있는 재난대응체계가 부족해 교통사고 등 사회적인 비용손실이 증가하고 있 다. 이에 국내에서는 가변차로제 등 악천후 등의 교통상황에 유연하게 대처할 있는 속도관리전략에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나, 악천후에 유연하게 대응할 수 있는 국내 도로기상 정보제공 기술은 주로 안개 잦은 지역에 초점을 맞추고 있으며 강우정보를 운전자에게 제공하는 기술은 미흡하다. 왜냐하면 기 상학에서 강우 예측수치모형의 해상도는 km 단위의 격자단위로 기상정보가 제공된다. 따라서 도로와 같 은 선(line)의 형대로 구성된 도로에서의 강우를 예측하기 위해서는 고해상도(m단위)의 기술이 필요하다.
본 연구는 서울시의 고해상도 강우관측 빅데이터를 활용하여 실시간 강우정보를 적용한 도로구간별 안 전속도를 운전자에게 제공할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 이 기술을 개발하기 위해서 서울시 강우 조건과 도로노면상태에 대한 안전요인을 고려하였다. 강우조건은 운전자의 시거(Visibility Distance)에 큰 관련이 있으며, 도로노면상태는 운전자의 정지시거(Stopping Sight Distance)와 밀접하게 연관이 있기 때문에 이 두 조건을 적용하여 시거와 정지시거를 강우조건별로 산정하였다. 최종적으로 강우량에 따라서 산정된 안전속도는 10분 단위별로 운전자에게 제공될 수 있도록 표출시스템을 개발하였다<그림 참조>.
지금까지 강우조건별 안전속도를 제공할 수 있는 연구는 활발하게 진행되고 있지만, 이 기술들이 실제 로 도로에 적용된 사례는 많지 않다. 따라서 이 기술은 강우로 인한 도로구간의 위험상황을 감지･판단하 여 운전자의 안전에 기여할 수 있는 기술이 될 것이다. 향후 연구로는 본 연구에서 정지시거를 산정할 때 직선부 도로에 대해서만 적용하였지만 다양한 도로환경 등을 반영하여 모형의 정확성 높일 수 있는 기술 개발이 이루어져야 한다.
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2016.06
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본 연구에서는 통행시간 정보를 이용한 COSMOS의 실시간 신호제어 수정알고리즘을 제시하였다. 도시 교통정보시스템 UTIS과 같은 교통정보시스템의 통행시간 정보를 신호제어에 적용하였으며, 결정적 지체 모형을 이용해 통행시간으로부터 대기행렬과 포화도를 산정하기 위한 모형을 정립하였다. 또한 루프검지 기에서 수집되는 포화도와 통행시간으로부터 추정한 포화도를 융합해 COSMOS의 신호시간 산정과정에 적용하였다. 실시간 신호제어 수정알고리즘의 효과평가를 위해 VISSIM과 API 도구인 ComInterface를 이용한 미시적 시뮬레이션 분석을 시행하였으며, 과포화 상태 및 검지기 고장상황에 대한 효과적 대응이 가능함을 확인하였다. 최근 국내 교통관리분야에서는 도시교통정보시스템 UTIS, 첨단교통관리시스템 ATMS와 같아 구간통행시간을 수집할 수 있는 검지체계가 급격히 확산되고 있으며, 본 연구에서는 교통 신호운영 분야에서 교통정보시스템을 적용하였다는데 의의가 있겠다.
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2016.06
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평면교차로의 원활한 운영에 대한 판단기준은 보통 서비스수준(LOS)을 따른다. 신호교차로는 신호주기 와 현시 조정 여부 등 처리효율에 따른 여러 변수에 대해서도 영향을 받겠지만, 주로 교통량이 증가할수 록 서비스수준 효과척도(MOE)인 평균지체시간이 대체로 증가하며 이는 극심한 교통정체로 이어지기도 한다. 우리나라는 교통 안전성과 효율성 확보를 위해 교차로 설계 지침서로써 전 건설교통부, 국토해양부 (현 국토교통부)는“평면교차로 설계지침”,“입체교차로 설계지침”,“회전교차로 설계지침” 등을 각각 발 간하고 도로설계 가이드라인으로 제시하고 있지만, 평면 신호교차로에서 입체교차로-주로 단순입체교차 -로 전환이 요구되는 사업 추진 시 고려해야할 기준은 명확히 제시된 바가 없다. 따라서 본 연구는 국외 입체교차로(grade separated intersection, overpass or underpass, interchange) 설계기준을 중심으 로 평면신호교차로에서 입체교차로로 전환기준에 대하여 검토, 분석하여 현 입체교차로 설계지침이 가지 고 있는 문제점 및 개선점을 도출하고자 하였다. 현 지침에서 제시하는 3가지 설계 기준은 (1) 도로 등급 과 교차형식 결정, (2) 교통량과 입체교차와의 관계, (3) 경제성을 고려한 입체교차로 구분할 수 있는데, 이 중 (2)와 (3)의 기준을 중심으로 문제점을 검토하고 이를 경기도 남양주시 삼패동에 소재한 평면신호 교차로인 삼패사거리에 적용하여 각 기준에 대한 적정성을 분석하였다.
2015년 현장 조사를 통해 수집된 교통량과 속도 자료를 기반으로 SYNCHRO와 VISSIM 활용 시뮬레이 션 분석을 실시하였는데, 먼저 교통 운영적인 측면인 교통량과의 관계에서 살펴본 결과 해당교차로는 2035년 기준 현 교차로 운영을 유지한다면 LOS가 FFF로 매우 저하되는 것으로 나타났으며, 이를 단순입 체로 전환한다면 2035년 단년 기준 감소된 평균지체시간을 비용으로 산정된 통행시간 절감편익이 총 공 사비용 및 유지비용과 대등한 것으로 나타나 입체교차로로의 전환이 시급히 요구되는 것으로 나타났다. 따라서 사례연구를 통해 입체교차로 전환기준 결정을 위한 주/부도로 교통량 관계로 보완하고, 경제성 분 석에 대한 개선안을 마련하는데 일조하고자 할 예정이다.
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2016.06
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국내 평면교차로 설계지침에서“평면교차로란 도로와 도로가 서로 교차 또는 접속되는 공간 및 그 내 부의 교통시설물을 말하는 것으로 교차로의 기하구조, 운영방법 등에 따라 운전자가 통행노선을 선정하는 의사결정 지점이 된다.”로 정의하였다. 교차로의 운영에 따라 파급효과는 연계 노선 전체의 도로에 중요 한 영향을 미치기 때문에 교차로 설계는 매우 중요한 문제이다. 그러나 현 지침에서는 각 교통운영 방안 별 도로･교통조건을 명확하게 제시하지 않았고“교통량 증가에 따라 순차적으로 시행”한다는 정성적 조 건만 제시하였다. 또한 경찰청의 ʻ국내 교통신호기 설치･관리 매뉴얼(2011)ʼ에서도 국내 도로･교통 여건에 대한 적정성 검토없이 미국 MUTCD(2009)의 기준 1(최소 차량 교통량)과 동일한 기준을 준용하고 있다. 그러나 이러한 미국 기준도 이론적 배경 부족 및 주관적 판단에 결정되기 때문에 지속적으로 문제점 지적 및 개정 필요성을 지속적으로 지적해 왔다. 따라서, 본 연구에서는 현 관련 기준에서 제시한 최소 교통 신 호등 설치 기준(차로수, 주도로/부도로 교통량)에 대해 시뮬레이션(VISSIM, Synchro) 및 현 운영중인 교 차로를 대상으로 적정성 분석 및 최소 기준을 제시하였다. 또한 차로 수 및 주도로/부도로 교통량 조건이 외에 다른 도로･교통조건(교차로 형태(3지교차로, 4지교차로), 교통량 분포 비율, 좌회전 교통량 비율)을 고려하여 교차로 운영효과를 추가로 분석하였다. 이러한 결과를 토대로 교통 신호등 설치 기준에 대한 재 정립 방향을 제시하였다. 시뮬레이션 결과, 국내에서 제시한 교통 신호등 설치 기준 값은 과다하게 설정 된 것으로 나타났으며, 이로 인해 조기에 교통 신호등 설치됨으로써 불필요한 지체 발생 혹은 불필요한 유지관리 비용 발생 등 비경제적으로 교차로가 운영될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 현 기준에서 반영하지 못한 교차로 형태(3지교차로와 4지교차로), 방향별 교통량 분포 비율, 좌회전 교통량 비율도 교 차로 운영 방식에 어느 정도 영향을 미치는 것으로 나타났다.
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2016.06
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본 연구에서는 충격파 모형을 이용하여 능동식 우선신호의 최적 신호시간을 산정하기 위한 모형을 제 시하였다. 본 신호 최적화 모형을 이용하여 능동형 우선신호 기법 중 Early Green 및 Green Extension 이 적용되는 조건에서 충격파 면적을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 평균통행시간 및 교차로 진출시각을 이용해 충격파의 발생 속도를 산정하기 위한 방법을 제시하였으며, 이를 이용해 우선신호로 인한 현시 변 화량에 따라 충격파 면적 변화량을 산정할 수 있다. 또한 교차로 전체의 충격파 면적이 최소화되는 신호 시간을 산정하여 우선신호로 인해 증가하는 일반차량의 지체를 최소화할 수 있도록 하였다. 우선신호 신 호시간 산정 모형의 효과평가를 위해 VISSIM과 ComInterface를 이용한 미시적 시뮬레이션 분석을 시행 하였으며, 이동류의 포화상태를 고려하여 지체 최소화를 위한 신호시간이 산정됨을 확인하였다. 독립교차 로를 대상으로 하는 사례분석에서 우선신호를 위해 비우선현시를 균일하게 단축하는 전략 대비 본 모형에 서 일반차량 지체가 10% 이상 개선됨을 확인하였다. 본 연구는 트램, BRT, 중앙버스 전용차로 등 대중교 통 우선시설이 확산되고 있는 최근 국내 상황에서 신호교차로의 운영효율을 높이기 위한 새로운 우선신호 제어 방법을 제시하였다는데 의의가 있겠다.
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2010년 우리나라는 교통운영체계 선진화 방안의 일환으로 교통지체 및 교통사고 잦은 지점을 중심으로 일반 평면 교차로에서 회전교차로(Roundabout)을 도입하였으며, 현재 전국적으로 약 400개소가 운영 중 이다. 국내･외의 급격한 회전교차로 증가는 회전교차로의 독특한 기하구조와 운영방식에 의해 교통소통 및 안전 개선에 획기적으로 기여하는 했다는 점이다. 국내에서는 회전교차로 설치 전 대비 교통사고 발생 건수 평균 약 40% 감소, 통행시간 평균 약 30% 감소하는 것으로 나타났으며, 국외의 경우에서도 회전교 차로 도입에 따른 교통사고가 설치전보다 30~80% 감소된 것으로 나타났다. 비록 다양한 도로･교통 환경 에서 자동차 통행이 가능하기 위해 2014년에 회전교차로의 설계기준을 개정되었지만, 국외에 비해 더 제 약적인 국내 도로 환경에서 적용 가능하기 위해 더 유여한 설계 방안을 제시할 필요가 있다. 회전교차로 의 설계 요소들(내접원, 중앙교통섬, 회전차로 폭, 진출입 차로 폭 및 회전반경)은 설계자동차와 연관성이 상당히 높으며, 건설비용, 안전 혹은 운영측면과도 밀접한 관계가 있다. 따라서 적절한 설계기준 제시는 인프라 성능･안전 적정 유지와 공사비용에 중요하다. 그러나 너무 보수적인 설계기준을 적용한다면 지나 친 건설비용 혹은 높은 속도에 따른 안전문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 접근로 중심선 방향이 회 전교차로의 중심을 향하도록 하는 방식 대비 회전교차로 중심의 왼편으로 편형에 따른 진출입 차로 폭과 회전반경 영향 정도를 정립하여 유연한 기준 값 적용 가능성을 분석하였다. 차량의 주행 궤적 분석 시뮬 레이션 프로그램(AutoTURN)을 이용하여 1차로형 회전교차로(설계기준자동차:세미트레일러)와 2차로형 회전교차로(설계기준자동차:대형자동차+세미트레일러)의 각각 한 가지 설계조건(내접원 지름)을 대상으 로 편형에 따른 관련 설계요소들에 미치는 영향을 분석하였다.
시뮬레이션 결과, 접근로 중심선 방향이 회전교차로 중심을 향하도록 하는 방식 대비 그 중심의 왼편으 로 편형에 따른 방식이 같은 회전반경에서 진입차로 폭을 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 특히 편형 이 클수록 그리고 2차로형 회전교차로에서 관련 영향정도가 더 큰 것으로 나타났다. 이러한 편형 방식을 통해 공사비용 절감뿐만 아니라 좁은 차로 폭으로 인한 접근 차량 속도 감소를 유도하여 안전효과도 기대 할 수 있다고 판단된다.
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고속도로 휴게소는 고속도로 이용자의 휴식을 위한 공간으로 현재 졸음쉼터, 간이 휴게소, 일반 휴게 소, 화물차 휴게소 등 다양한 유형으로 구분할 수 있다. 국내 휴게소의 경우 일부 휴게소에서 도로 이용 시 휴식을 제공하는 기본적인 기능에 국한되지 않고 즐길거리, 볼거리, 살거리 등을 제공하는 등의 다양 한 변화를 시도하고는 있다.
휴게소 분야의 선진사례인 일본의 경우 고속도로 휴게소와 연계시설인 하이웨이 오아시스, 휴게소의 기능과 지역커뮤니티의 기능을 보유한 국도 휴게소인 미치노에키 등이 활발히 운영 중에 있으며 일본의 다양성과 전문성, 규모를 벤치마킹해야 할 필요가 있다.
이러한 배경에서 본 연구는 본 연구에서는 국내 휴게소의 발전방안을 제시하고 향후 휴게소 발전방안 에 대한 의사결정시 참고할 수 있는 현실성 있는 세부모델을 제시하는 것을 목적으로 한다.
현황 및 사례 분석을 위하여 국내 테마휴게소에 대한 현장조사를 통해 휴게소 운영현황, 시설, 이용객 의 이용패턴 등을 인터뷰 및 현장조사하였고 휴게소 운영상의 문제점을 도출하였다. 또한, 일본 휴게소에 대한 사례조사를 통해 고속도로 정규휴게소, 간이휴게소, 하이웨이 오아시스와 국도 휴게소 미치노에키의 운영 특징 및 현황을 파악하였다. 일본 및 국내 휴게소의 비교분석을 통해 국내 휴게소가 가지는 한계점 과 발전방안 수립을 위한 시사점을 도출하였다. 이와 함께, 기존 휴게소 관련 선행연구를 검토하여 발전 방안 수립시 참고자료로 활용하였다.
현황 분석 및 시사점 도출을 통해 국내 휴게소 발전방안을 크게 ⅰ)테마 휴게소 강화 ⅱ)IT 기술을 적 용한 휴게소 서비스의 고도화 및 관리 과학화 ⅲ)휴게소 인프라를 통한 지역협력을 발전방안으로 제시 하였다.
첫 번째 발전방안인 테마휴게소의 강화방안을 위해 휴게소의 특성화를 추진하기 위한 개선모델인 애니 메이션 캐릭터 휴게소를 개선모델로 제시하였다. 두 번째 발전방안인 IT 기술을 적용한 휴게소 서비스의 고도화 및 관리 과학화 방안의 세부 모델로는 ICT, 빅데이터 기술을 적용한 스마트 휴게소의 도입 모델을 제시하였다. 마지막으로 휴게소 인프라를 통한 지역협력 발전방안으로는 휴게소 시설의 개방을 현실적인 대안으로 제시하였다.
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아스팔트 콘크리트 포장의 파손을 지연시켜 주어진 공용수명을 다할 수 있도록 하기 위해서는 공용기간 동안 정기적인 포장 조사를 실시하여 포장표면의 균열파손을 파악하고 적정 균열보수를 적기에 시행하는 것이 중요하다. 현재 도로포장 선진도시에서는 객관적 도로포장의 상태를 평가하기 위해 도로포장상태조 사 매뉴얼(Pavement Condition Survey Manual)을 통해 정기적으로 각 담당기관의 포장조사요원을 교육 하고 정형화된 평가 방법과 기록 문서를 적용하여 조사를 실시하고 있다. 실제 객관적인 현장 조사 및 평 가를 실시하여 파손정도에 따라 적정한 보수공법을 제시하여 정부가 예산을 절감하는데 큰 도움이 되고 있 다. 국내의 경우 자동포장상태 조사장비를 활용하여 균열에 대한 파손평가를 실시하나 균열보수를 실시한 후에 적용 보수재의 지속적인 추적조사가 진행되지 않고 있어 적용공법의 성능을 제대로 파악하고 있지 못 하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 균열보수재가 적용된 구간에 대하여 도보로 육안조사(Visual Inspection)을 실시하여 균열 보수구간의 현장상태를 점검하고 조사 자료를 토대로 다음의 (식 1)과 같이 CCI(Crack repair material Condition Index)를 산정하여 현장 균열보수재의 상태를 정량화 하였다.
(그림 1)과 같이 균열 보수재의 파손 형태와 일일 교통량 표준화 값을 기준으로 균열 보수시행 우선순 위를 결정하였으며, 동일한 보수 재료라도 시공시 품질관리에 따라 성능의 차이가 있음을 확인하였다. 그 러므로 본 연구에서는 CCI(Crack repair material Condition Index)를 활용하여 균열 보수 이후 적용된 공법에 대한 상태등급을 산정하고 균열 보수구간의 추가 보수시행 순서를 파악하여 적기의 균열 보수가 실시될 수 있도록 제안하였다.
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도심지의 도로포장은 버스 등 중차량 교통하중과 포장 유지보수 시기가 지나 급속히 진행 되고 있는 포 장표면의 노후화뿐만 아니라 도로하부 시설물 보수를 위한 잦은 굴착복구가 진행되고 있다. 이로 인해 포 장체의 구조적 지지력이 감소하여 전형적인 도심지형 도로파손인 포트홀, 균열, 침하 및 소성변형이 급증 하고 있다. 또한 빈번히 발생하는 도심지의 도로파손 유지보수로 적지 않은 예산이 소요되고 있기 때문에 효율적인 유지보수를 통한 공용성 확보가 절실히 요구된다. 따라서 본 연구에서는 도로포장의 표면상태와 포장층의 구조적 지지력과의 연관성을 파악하여 효과적인 유지보수 방안을 제시하고자 한다. 우선 도로포 장 하부상태와 표면상태 분석결과를 도심지 도로파손 원인 분석 및 대응방안 수립 근거자료로 활용하기 위 해서 서울시의 23개 장기공용성구간(Long Term Performance Pavement)중 공용기간이 5년 경과된 구간 을 선정하였다. 선정된 대상구간의 포장 표면상태 조사(Visual Inspection) 결과인 Rutting, Crack, IRI 및 그에 기반한 SPI지수와 FWD시험으로 부터 산출된 잔존수명과의 비교 분석을 수행하였다. 특히, 표면 조사와 동일구간에 현장코어를 통해 얻어진 아스팔트층 두께와 30cm로 가정한 보조기층 두께 및 대표온 도 20℃를 이용, 역산프로그램을 사용하여 포장층의 탄성계수와 잔손수명을 추정하였다. 대상 구간의 잔 존수명과 도로포장 표면상태와의 관계를 도출하기 위해 지지력 기반 우선순위와 표면상태 기반 우선순위 를 비교하였다. 그 결과 표면상태와 지지력의 상관관계는 다음 그림1에 나타난 바와 같이 Rutting, Crack 에 대한 R-square 값이 0.65이상으로 상관성이 비교적 높은 수준이며 IRI(종단평탄성)는 상관성이 가장 낮았다. 이는 포장층이 지지력이 도로 노면의 평탄성에 미치는 영향이 상대적으로 적기 때문이며, 따라서 Rutting, Crack, IRI의 지수가 모두 포함된 SPI는 상대적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다.
따라서 포장 표면상태를 나타낸 지수만을 고려하여 유지보수를 시행할 경우 포장층의 지지력이 충분하지 못한 경우에는 예상보다 빠른 시기에 혹은 동일 시기라도 심각한 상태의 포장손상이 나타날 가능성이 높다. Rutting과 Crack에 대한 지지력의 상관도를 볼 때 이미 진행된 도로파손의 유지보수시 표면상태 뿐만 아니 라 포장층 자체의 지지력을 함께 고려하여 유지보수를 시행하여야 향상된 공용성을 기대할 수 있다.
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2016.06
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최근 서울 도심 지역에 위치한 주요 포장도로에서의 동공발생 문제가 다양한 원인으로 인하여 이전 보다 더 빈번하게 나타나는 것으로 대두되고 있는 실정이다. 이 문제는 포트홀과 싱크홀 수 증가와 포장 도로에서의 다른 문제들을 야기 시킨다. 사실, 포장도로에서의 동공발생을 일으키는 주체적인 원인은 강 우, 강설과 같은 기후 변화와 밀접한 관련이 있다. 이 연구에서는, 한국형도로포장설계법에 기반하여 개 발된 KPRP(Korea Pavement Research Program : 한국형 포장설계프로그램)를 이용하여 동상방지층 의 구조적 성능을 모니터링 하고, 유한요소해석 프로그램 중 하나인 KICTPAVE 프로그램을 이용하여 KPRP프로그램의 신뢰도를 확인하고자 한다. KPRP 프로그램은 한국형 도로포장설계법에 기반을 두고 개발 된 프로그램 이다. 사실. 이전에 사용되어지던 설계 법은 AASHTO Interim Guide Method(1972) 로, 한국형포장설계프로그램의 개발 전 국내에서 가장 보편적으로 사용된 설계법이다. 이 설계법은 주어 진 조건 하에서만 포장 단면을 설계하는 법을 도출해내기 때문에 다양한 조건에서의 설계와 구조적인 개 량이 어렵다는 지적이 나오게 되었다. 이를 보완하기 위하여 국내에서의 주어진 조건에 적합하게 도로 포장의 횡단을 설계하기 위해 개발된 한국형포장설계프로그램이 나오게 되었다. 본 연구에서는, KPRP 와 KICTPAVE를 이용하여 동상방지층의 구조적 성능을 더욱 정밀하게 연구하게 된다.
한국형포장설계프로그램은 설계조건을 반영한 후, 횡단면 조건 설정, 기상조건 반영, 교통량 반영, 포장 재료 물성치 반영 및 동상방지층 설치 여부 판단과정을 거쳐 공용성을 예측하게 된다. 설계조건 반영은 한 국형포장설계프로그램에서 제공하는 기본 DB를 활용하여 횡단 설계를 하였다. 본 연구는 효과적인 공용성 분석을 위하여 세 가지 경우로 나누어서 해석을 실시하였는데, 그 조건들은 아래 표 1에 나온 것과 같다. 표 1은 동상방지층의 구조적 성능을 한국형포장설계프로그램을 이용하여 분석해낸 결과 이다. 표 1을 보면 두께와 상관없이 모든 구조적 성능이 일치하게 되는 결과를 가져와서 KICTPAVE 프로그램을 이용하여 조 건을 5가지로 나누어 유한요소해석을 실시하였다. 각 층(동상방지층-노상토, 보조기층-동상방지층, 기층 -보조기층, 표층-기층, 표층 사이의 노드와 요소)은 5cm간격으로 0cm에서 20cm 까지 다섯 가지 경우의 조건으로 나누어서 해석을 하였다. 그 결과 보조기층과 동상방지층 사이의 변형률은 동상방지층의 두께가 두꺼워질수록 증가되는 현상을 보였다. 하지만, 이와는 반대로 노상토와 동상방지층 사이에서 발 생하는 변형률은 동상방지층의 두께가 두꺼워 질 수록 감소되는 현상을 보였다.
55.
2016.06
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국내에서 발생하는 폐아스팔트 콘크리트는 2013년 기준 1,291만톤 발생하였고, 재활용(순환) 아스콘 생 산없체는 점점 증가하는 추세로 아스콘(신재)대비 재활용아스콘의 사용비율은 매년 증가하는 것을 알 수 있으나 상온 재생 아스팔트의 사용은 미비한 실정이다. 현재 정부는 재활용아스콘 사용량을 2020년까지 50%이상 의무사용량을 증가시키는 규정을 제정하였고, 2015년 파리기후협약으로 우리나라는 2030년까 지 배출전망치대비 37%의 감축 목표를 가지고 있다.
상온 재활용 아스팔트의 첨가제를 시멘트로 사용시 취성에 약하며 또한 시멘트 생산과정에서 다량의의 온실가스가 발생하고, 일부 상온 재생 아스팔트 포장에서 다량의 시멘트 사용으로 인하여 포장의 조기 균 열과 상온 재생 아스팔트 혼합물의 장기간 양생으로 인하여 조기 교통개방이 불가능하여 주로 신설포장의 기층용 혼합물로 사용되고 있다.
따라서 상온 재생 아스팔트 혼합물의 양생시간을 단축하고 조기에 고강도를 발현시킬 수 있는 속경화 성 고성능 무시멘트계 첨가제의 개발이 필요하다. 무시멘트 첨가제 사용 및 폐아스콘 재활용률 증가로 온 실가스 배출저감 효과 극대화, 조기 교통개방 가능, 신설뿐만 아니라 유지보수 공사에도 적용하여 폐아스 콘의 사용량 증가 및 중교통도로에도 적용이 가능할 것으로 판단한다.
본 연구에서는 첨가제 ʻA, B, Cʼ를 혼합하여 자체적으로 무시멘트 첨가제를 개발하였으며 이를 상온 재생 아스팔트에 적용하여 가열 재생 아스팔트 및 시멘트가 첨가된 상온 재생 아스팔트와 실내 공용성을 비교분석 하였다. 실내 공용성 분석을 위한 시편을 제작하기에 앞서 3가지의 비교군을 선정하고 각각의 혼합물은 선회다짐기와 마샬다짐기를 이용하여 시편제작을 하였다. 앞서 선정된 상온 재생 아스팔트 혼합 물의 배합비와 시편의 제작순서를 결정한 후 선회다짐기를 사용하여 높이 100㎜, 지름 150㎜의 선회다짐 시편을 시편을 제작하였으며 이를 높이 50㎜로 성형 후 실내 공용성 시험을 진행하였다.
공용성 평가를 위하여 진행한 시험으로는 동탄성계수 시험과 간접인장강도 시험, 아스팔트 혼합물의 수분저항성(TSR) 시험 등을 통해 무시멘트 첨가제를 사용한 상온 재생 아스팔트 외 2가지의 혼합물에 대 한 시험을 진행하였다.
동탄성계수 시험은 5개의 온도조건과 6개의 하중주기를 통하여 다양한 조건을 모사하여 혼합물의 점탄 성 특성을 평가하는 시험방법으로 간접인장방식을 통하여 ｜E*｜와 Master Curve의 시험결과를 도출하였 으며, 물 함유량이 큰 시편은 제작 후 절단할 때 손상이 심하여 동탄성계수 시험을 진행하지 못하였다. 간 접인장강도 시험은 직경 100㎜의 공시체를 시험온도인 25℃의 항온건조로에 넣었다가 꺼내어 실험을 진 행하였고 상온 재생 아스팔트는 공극률 7%를 맞추기 어려운 관계로 시편의 공극율을 토대로 70~80%사 이로 감압하여 수분처리 후 간접인장강도 시험을 실시하였다.
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최근 온실가스 배출 최소화를 위한 친환경적인 포장도로의 개발 관련 연구가 늘어나고 있다. 이런 연구 의 배경은 바로 온실가스로 인한 기후 변화이다. 현재 기후변화는 전 세계적으로 고온 및 저온 현상과 함 께 기습폭우, 폭설, 극심한 한파 등을 야기 시키고 이로 인한 사회기반 시설물의 손상은 가속화되고 있는 실정이다. 기존에 사용되어졌던 아스팔트 포장 기술은 가열아스팔트 포장(HMA, Hot Mix Asphalt Pavement)이었으나, 이는 온실가스, 특히 탄소의 배출되는 양을 증가시키므로 최근에는 이를 감소시키 기 위해 탄소발생이 30% 이상 저감되는 중온아스팔트 포장(Warm Mix Asphalt Pavement)을 개발하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구들은 자원의 재활용을 활성화 시키면서 비용을 절감시키는 효과를 보는데 의의를 두고 있다. 이러한 아스팔트 혼합물에 대한 연구는 혼합물의 개발로 끝나는 것이 아니라 포장 공법에 관련된 연구로 이어지는데, 최근 여러 국내외 아스팔트 포장도로 현장에서의 표층과 기층에 대한 접착성을 향상시키는 택코트 재료에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이전에는 가열아 스팔트 혼합물에 택코트를 첨가하여 접착성을 평가하는 연구가 이루어 졌고, 첨가된 택코트에 따라 접착 성이 상이하게 나타나게 되는 결과를 보였다.
저번 연구와는 달리, 이번 연구에서는 아스팔트 순환골재와 슬래그 골재를 70% 이상 사용한 재활용 저 탄소 중온 아스팔트 혼합물에서의 택코팅 재료의 최적 함량 및 비율을 연구 하여 박층포장 적용 시 우려 되는 밀림, 층간 분리, 균열에 대한 저항성을 높일 수 있는 방안으로 층간 접착을 전단 시험을 통하여 평 가 하려고 한다. 위에 제시된 전단 시험을 위하여 본 연구를 수행하기 이전에 컴퓨터 계측식 직접전단장 치를 구축 하고, 재활용30%(폐아스콘 15%, 제강슬래그 15%)의 중온 아스팔트 혼합물을 제작하였다. 제작 된 공시체(택코팅을 완료한 재활용 중온 아스팔트 혼합물)는 직접전단장치 지그 안에 장착 한 후에, 컴퓨 터에 설치된 Shear Program을 이용하여 직접전단장치로 공시체에 대하여 택코팅 강도를 측정하기 위하 여 하중을 재하 하였다. 본 실험에서의 측정은 Min Interlayer Shear Strength Limit(Pavement)에 의 거 하였다. 본 연구에서는, 택코팅 성능 시험을 통하여 이를 만족하는 결과 값을 가지게 되었으며, ISS시 험을 통하여 Min Interlayer Shear Strength Limit(Pavement)값이 130kPa 이상이 되어 본 연구의 성 과 지표를 만족 시킬 수 있게 되었다.
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아스팔트 덧씌우기 보수공법에서 하부 슬래브와의 접착 불량에 따른 밀림현상 및 층간 분리 (Delamination)등이 보수 공법의 공용성을 결정짓고 있다. 이 연구는 국내 노후화된 고속도로 콘크리트 포장의 덧씌우기 공법 적용 시 접착력 향상 및 시공성 향상을 위한 최적의 Tack Coat 재료 및 공법을 선 정하는데 있다.
기존 콘크리트 포장 위에 Tack Coat 도포 후 아스팔트 포설 시 양생 시간의 지연에 따라 건설 장비의 타이어 자국에 의한 접착력 감소는 피할 수가 없다. 따라서 양생 시간 단축을 위해 개발된 재료 및 골재 살포 등을 통한 공법 변경에 초점을 두고 있으며, 시험 시공을 진행하였다. 총 6가지 공법이 비교되었는 데 기존 표면의 텍스쳐 변화 여부와 Tack Coat 재료의 변화 및 골재 살포 여부 등에 따라, 접착 강도 실 험 및 Trackless 성능을 비교하였다. Tack Coat 잔류량을 시간 별로 비교한 결과 골재를 살포시 가장 효 과적으로 트럭 바퀴 자국 남김 현상(트랙킹)을 방지할 수 있었다. 접착강도 비교실험을 했을 때는 다른 Tack Coat 재료에 비해 Diamond Grinding 표면에서 높은 접착강도를 제공하였다. 개선된 RSC-4의 경 우 비교적 안정적인 강도를 제공하였으나, Tack Coat 도포 후 2시간 이상 양생을 시켜야 하며, 트랙킹에 의해 균일한 부착 면을 제공하지 못했다.
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In a wide spectrum of pavement rehabilitation techniques, the application of thin asphalt overlay on existing concrete pavements have shown its ability to restore the functional capacity of the pavement system as well as maintain structural capacity. Although, prior researches stated that it does not add to the structural capacity of the existing pavement, the insulation generated by the asphalt overlay can affect the behavior of the discontinuities in the continuously reinforced concrete pavement (CRCP) system by reducing the magnitude of its movement. The investigation of crack movement behaviors of the CRCP in Chungbu Expressway was conducted in 2-phases: without overlay and with overlay. Crackmeters were installed at selected crack locations and measurements were collected. In the second phase of the investigation, crackmeters were installed at the concrete layer of the CRCP before a 2-inch asphalt overlay was applied. Results have shown that the crack movements under a thin asphalt overlay have reduced by 80% which indicates an effective insulation of the CRCP.
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최근 국내 콘크리트 포장의 노후화로 인하여 부분 단면 보수를 통해 매년 약 600억 원 정도의 유지보수 비용이 소요되고 있으나 짧은 수명 문제, 보수부위의 2차 파손 등으로 아스팔트를 이용한 덧씌우기 공법 에 관심이 높아지고 있다. 콘크리트 포장에 아스팔트 덧씌우기를 적용할 경우, 포장 공용성에 영향을 미 치는 주요 결함은 반사균열이다. 환경 하중 및 교통 하중으로 인해 발생한 인장 및 전단 응력으로 인하여 기존 하부 층의 균열 또는 줄눈의 형상이 그대로 반사되어 나타나는 것을 말한다. 이 균열은 포장의 주행 성과 승차감을 저하시키고 포장 파손의 가속화를 유발하여 결국 포장의 장기 공용성을 감소시키는 역할을 하게 된다.
우수한 아스팔트 덧씌우기 포장 공법을 확보하기 위해서는 균열의 발생을 모사하고 재료의 균열 저항 성을 평가할 수 있는 실험 장비 및 방법의 적용이 필수적이다. 국외의 경우 ʻTexas Overlay Testerʼ라는 이름으로 실제 아스팔트 도로에서 발생하는 반사균열의 매커니즘과 유사하게 평가할 수 있는 장비가 개발 되어 덧씌우기 혼합물의 배합 설계 및 덧씌우기 두께 설계 시 적용 중에 있다. 그러나 이는 수평 방향으로 만 실험이 가능하여 차량 하중이 유발하는 전단응력에 의한 반사균열 매커니즘의 모사는 불가능하다. 이 에 따라 기존 장비의 장점은 유지하고 단점을 개선하기 위해 ʻHeart Overlay Testerʼ라는 명칭의 반사균 열 모사 실험 장비를 개발하였다. 실험 가능한 온도 범위를 넓혀 극한 기상 상태에 대한 평가를 가능하도 록 하였으며 하중 또한 3축으로 재하 가능하게 하여 다양한 하중 조건 하에서 반사균열 모사가 가능하도 록 설계 제작하였다. 또한 이미지 프로세싱 시스템을 적용 하여 균열 진전을 관찰할 수 있다.
기본적으로 반복적인 개구변위 제어를 통해 균열을 발생시키고 하중 감소법을 이용하여 반복횟수를 시 편의 피로 수명 (균열 저항성)으로 결정하며, 그 과정에서 균열의 진전과정을 비교 평가하게 된다. 본 장 비의 활용을 통해 다양한 실험 결과 분석 방법으로 재료의 반사균열 특성을 더욱 명확하게 정의할 수 있 으며, 차후 안정적인 덧씌우기를 통한 복합포장 시스템 구축 및 도로의 기능성 향상에 도움을 줄 것으로 기대한다.
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2016.06
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국내 대기오염물질 중 도로공간에서 발생하는 오염원은 약 34.4%로 다소 많은 비중을 차지하고 있다. 이러한 대기오염을 정화하는 방법의 한 예로는 TiO2의 광촉매 작용을 이용하여 도로공간에서 발생하는 오염물질 제거방법이 있다. 현재 국내･외의 다양한 분야에서 광촉매를 활용한 연구가 활발히 진행 중이 며, 그 중 토목분야에서는 배기가스에 인한 도로 오염물질 배출을 저감하기 위한 연구가 진행되고 있다. TiO2는 빛을 이용하여 광화학 반응을 촉진시키는 물질로서 활성도가 높고 화학적으로 안정적이며, 인체 에 무해하여 대기정화, 수질정화, 셀프클리닝(self-cleaning), 초 친수성 제품 등 다양한 활용분야에 사 용되고 있다. 하지만 TiO2는 백색 분말로 이루어진 특성이 있어, 바람에 흩어지거나 물에 혼합되면 회수 가 어렵고 손실의 우려가 크다. 이에 대해 광촉매 분말의 고정화가 필요한 동시에 활성에 영향을 주는 비 표면적 확보와 바인더의 내구성 및 무해성이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 1액형 광촉매를 도포한 아 스팔트 포장체의 광활성 거동을 파악하기 위한 기초연구를 수행하였으며, 광촉매 시료는 국내 B사의 광 촉매 물질을 수용액 중에서 마이셀화 시키는 음전하성 계면활성제와 무기질 바인더가 혼합된 1액형 TiO2 혼합물을 사용하였다. 본 실험에서는 수용성 미디움에서 표면의 광촉매 활성 시험 – 메틸렌 블루 분해법(KS L ISO 10678)과 노면의 미끄럼저항성 시험방법(KS F 2375)를 진행하였다. 메틸렌 블루 분해법을 통해 아스팔트 시편에 도포된 TiO2의 용량에 따른 광분해율의 변화를 파악 할 수 있었으며, 약 400g/m2 의 적정 도포량을 도출 하였다. 또한 광촉매 수용액이 도포된 아스팔트 표층의 미끄럼 저항성 측정 결과, 광촉매가 도포되지 않 은 시편과 비교하여 미끄럼 저항성이 1~2% 감소하는 것으로 나타났다. 이는 광촉매가 아스팔트 포장체의 미끄럼 저항성에 미치는 영향이 미비하다는 것을 의미한다.
