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
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2013.09
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카쉐어링 시스템은 여러 나라에서 활성화 되어있고 이용하는 사람들이 지속적으로 증가하고 있다. 국내에서는 현재 서울을 중심으로 사업이 시행되고 있다. 국내의 카쉐어링 서비스 활성화를 위해선 우선 많은 사람들이 손쉽게 이용할 수 있는 공간에 서비스를 받을 수 있도록 위치를 선정하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 대전시를 대상으로 카쉐어링 서비스를 제공하기 위한 위치 선정방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 카쉐어링의 입지 분석을 위해 GIS Arc/Info 10 소프트웨어를 활용하였고 GIS그리드 분석을 수행하여 주요 지점의 입지선호도를 순위별로 선정하였다. 그리고 주요지점을 바탕으로 GIS Arc/Info의 네트워크 분석 (Network Analysis)모듈에 내장되어있는 입지배분모델(Location-allocation Model)을 이용하여 주요지점의 입지를 선정하였다. 먼저 카쉐어링 입지분석을 위한 특성으로 교통적 요인, 인구요인, 잠재 수요력, 외부접근 성, 내부접근성으로 나누었고 각각의 특성을 구현할 수 있도록 공간데이터와 속성데이터를 구축하였다.
GIS공간데이터를 얻기 위해 우선 KTDB의 전국 행정구역 및 도로망 자료를 바탕으로 카쉐어링 대상지역인 대전지역의 행정구역과 도로망 GIS공간데이터를 얻었다. 그리고 위성지도를 이용하여 분석에 필요한 대전지역 대학교, 기차역, 버스터미널, 지하철 위치를 각각 추가하였고 이를 바탕으로 주요지점 93곳을 선정하였다(주요 교차로 50개, 대학교 13개, 기차역 및 버스터미널8개, 지하철역 22개) 그리고 공간데이터에 들어갈 속성데이터로써 교통적 요인으로는 대전광역시 교통조사 및 분석보고서(2012)의 첨두시간 교통량데이터(대/시)를 이용하였고, 인구요인으론 행정동별 인구밀도(명)와 대학교 재학생(명) 수를 이용하였다. 잠재 수요력으로는 전국 여객 기종점 통행량 조사(2011) 자료의 동 별 자동차 보유대수를 이용하였다. 다음으로 각각의 레이어를 5x5셀 크기의 래스터 자료로 변환 한 후 서로 다른 요인들의 측정치를 통일시키기 위해 각 요인들의 측정단위 들을 퍼지논리에 의해 0과 1사이 의 실수로 분류(S형 증감형태)하여 표준화 하였다. 그리고 각각의 레이어에 가 중치를 부여한 후 각각의 레이어 중첩을 통한 셀 별 연산을 수행하여 주요지점의 우선순위를 결정하였다. 마지 막으로 주요지점 93곳을 공급 후보지로 정하고 각 동 별 중심지를 수요지점으로 선정하여 GIS프로그램내의 입 지배분 모델 중 min-distance model을 적용하여 주요지점의 입지를 선정하였다.
본 연구를 통해 향후 카쉐어링 서비스 도입 시 위치선정에 있어 주요지점의 우선순위는 물론 수요를 최대화 할 수 있는 서비스지역을 선정하는데 기초자료가 될 것으로 기대된다.
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2013.09
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본 연구에서는 다양한 분야의 수요예측에서 사용되고 있는 시계열모형을 이용하여 일반여객의 장래 수 요추정 방안 제시를 그 목적으로 한다. 분석은 일반여객(새마을, 무궁화)을 대상으로 수행 되었으며, 2004년 4월부터 2013년 1월까지의 시계열 자료를 이용하여 2014년 12월까지 예측을 수행하였다. 기존 연구의 수요예측 과정은 예측 유형별(열차종별 총량, 열차종별·노선별 총량 등)로 각각의 시계열 모형을 추정하여 예측을 수행하였으나, 본 연구에서는 그림 1.에서와 같이 주중일평균/주말일평균 단위로 자료를 구축하여 분석을 수행함으로써, 특송기간에 의한 오차 및 철도 수요 특유의 주중/주말 분산 오차를 줄일 수 있었다. 또한, 개선된 수요예측과정은 과거 직전 연도(2012년)의 실측값에 근거하여 역간 수송특성(승차 및 하차 비율 등)을 산정한 후 월별 역간 수송량을 예측하는 방식을 채택함으로서, 일반여객이 갖는 많은 양의 O/D개수로 인해 예측이 어렵던 기존연구의 역간 수송량 예측에 대한 한계점을 극복하였다. 시계열 모형의 추정은 그림 1.에서와 같이 구축된 자료를 통해 그림2.와 같이 판별, 추정, 진단, 예측의 4단계를 거쳐 추정된다. 본 연구에서는 열차별·노선별로 각각의 시계열 자료의 변동 및 특성에 따라 ARIMA모형, SARIMA모형, 개입 SARIMA모형을 이용하여 분석을 수행하였다.
수송수요의 적정성을 검토하기 위하여 2013년 2월부터 4월까지의 실제 관측된 데이터와 시계열 모형을 통해 예측된 예측치를 RMSE, U-TEST, MAPE를 이용하여 비교하였으며, 적정성을 확인하였다.
예측 결과, 새마을 열차의 경우 총 승차인원은 2013년 935만인/년, 2014년 962만인/년으로 예상되며 무궁화 열차의 경우 2013년 6,838만인/년, 2014년 7,242만인/년으로 예상된다.
본 연구의 경우 시계열 모형을 이용하여 일반여객의 단기 수요예측만을 수행하였으나, 철도의 수송수 단으로서의 경쟁력 확보 방안 마련과 시설투자 계획 및 새로운 노선의 개발계획 등의 의사결정을 위해서는 중기 예측이 필요하며, 타 수송수단과 수단점유율 예측의 연구가 선행되어야 보다 더 정도 높은 단기 예측이 가능할 것으로 판단된다.
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2013.09
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우리나라 국토의 약 63.7%(6,369천ha)가 산림이며 이에 따라 많은 도로가 산악지에 건설되어 있다. 최 근 들어 이상기후에 의한 집중호우 및 태풍으로 2002년 태풍 매미에 의한 강릉지역 피해 및 2011년 서울시 우면산 피해가 매년 발생하고 있다. 특히, 강원도권의 경우 산악지에 건설된 많은 도로들이 산사태 및 토석류에 의해 많은 피해가 발생하고 있으며 이러한 피해를 줄이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
국내의 경우 대부분의 산사태는 과도한 강우에 의해 발생한다. 산사태는 강우나 지진에 의하여 토양간의 결속력이 감소하여 흙이나 암석등이 균형을 잃고 중력방향으로 일시에 무너져 내리는 현상이다. 토석류는 산사태의 발전형으로 산사태로 인해 발생된 토사와 계류 바닥에 쌓인 흙, 바위가 물과 함께 흘러내려 유하부 및 퇴적부에 위치한 도로, 민가, 공공시설물 증의 재산 피해와 인명피해를 야기 시키는 현상을 말한다. 산사태에 반해 토석류는 동시다발적으로 발생한 산사태가 유역을 따라 흐르며 본류로 합류되어 그 규모와 파괴력이 증가하고 최초 발생지역과 퇴적부의 피해지역 간에 수백미터에서 수킬로미터에 이르기까지 상당한 거리차가 존재해 피해지역 및 범위를 예측하기 상당히 어렵다. 이러한 피해를 예방하기위한 방재 설계 기술은 대상지역에 대한 산사태 및 토석류의 발생가능성을 미리 예측하고 피해 저감을 위한 방호시설 설치가 가능해진다는 점에서 상당히 유용한 기술이라고 말 할 수 있다. 본 연구를 통하여 국내 및 국외의 산지도로의 산사태 및 토석류 피해 저감 및 예측을 위한 방재 기술을 알아보고 산지도로 방재 설계 기술의 선진화 및 고도화를 위한 방향을 제시하겠다.
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2013.09
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고속도로의 기하구조는 기본적으로 기본구간, 엇갈림 구간, 연결로 접속부로 구성되어 있다. 기본구간 은 엇갈림과 합류 및 분류 차량의 영향을 받지 않는 구간이며, 엇갈림구간은 두 교통류가 맞물려 동일 방향으로 상당히 긴 도로를 따라가면서 서로 다른 방향으로 엇갈리는 구간이다. 마지막으로, 연결로 접속부는 고속도로 본선에 접속되는 구간이다. 엇갈림 구간과 연결로 접속부 구간에서는 합류 또는 분류 차량으로 인하여 교통흐름이 방해를 받게 된다. 이렇듯, 도로의 기하 구조적 형태에 따라 차로 변경 및 합류되는 차량으로 인해 주행하는 차량들의 교통류 상태는 큰 차이를 보일 것이다. 하지만, 현재까지, 고속도로 구간에 대해 시뮬레이션 분석을 수행한 경우 도로의 구조적 형태에 따라 교통류 모형을 달리 적용하여 분석한 경우는 아직까지 보고되지 않았고, 그로 인하여 정확한 분석이 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 이러한 한계를 보완하기 위하여 FHWA에서 개발된 동적시뮬레이션 모형인 DSP(Dynasmart-P)를 이용하였고, 실제로 고속도로의 구간 유형을 분류하여, 해당 지점의 검지기에서 교통량자료를 수집하였다. 수 집된 교통량 자료를 바탕으로 구간별로 교통류 모형(Greenshiel model)을 정산하여 특성을 비교·분석하 였다. 마지막으로 정산된 교통류 모형을 실제로 네트워크에 적용하여, 실제 교통류 상태에서의 시뮬레이션 결과와 관측된 구간의 통행특성과의 비교, 검증을 실시하여 전국 단위의 고속도로망 분석에 대한 적용성에 대하여 검토하였다.
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2013.09
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우리나라 국도의 유지·관리를 맡고 있는 국토관리사무소는 유지·관리에 필요한 각 종 장비의 운영현황 을 한눈에 파악하고, 관리를 용이하게 하기 위해 장비별 운행이력을 기록한 “KAMIS”라고 불리는 전산 시스템 이용하고 있다. 도로관리자들은 이 시스템을 통해 장비의 규격, 고유번호, 업무별 사용일수, 실제 작업시간, 누적 장비운행시간 또는 운행 거리, 운전 경비 등이 기록된다. 그러나 도로관리자나 정책 입안자들에게 실질적으로 도로관리장비 운영과 밀접한 관련이 있는 핵심적인 정보를 활용하기에는 적당한 지표를 제공하고 있지 않다. 최근에 ‘KAMIS’ 자료를 활용하여 새로운 지표를 개발한 논문이 발표되었으며, 본 연구에서는 발표된 지표를 활용하여 통계적 방법을 활용한 장비의 적정 보유대수를 산정하는 방법론을 정립하고자 한다. 활용한 지표는 1) 업무 활용도를 이용한 지표와 2) 장비 운행거리를 이용한 지표로서, 업무 활용도를 이용한 지표의 경우 의사결정에 주로 사용되는 계층분석법(Analytical Hierarchy Process)을 통해 도로관리업무별 중요도를 반영하였고, 장비 운행거리를 이용한 지표의 경우 KAMIS의 운행이력자료를 통해 현재 도로관리장비 운영의 적정성을 반영하였다. 본 연구에서는 지표 간 객관적 비교를 용이하게 하기 위해 통계적 방법 중 표준정규분포화(정규화기법)을 수행하였으며, 이를 환산 (Z-score)하여 각 장비별 가중치를 반영한 적정 보유대수를 산정하는 방법론을 정립하였다.
분석결과, 5개 권역에 따라 적정 보유대수가 다르게 산출되었으며, 이는 그 지역의 기후조건과 이에 따 른 업무중요도에 따라 차이가 있는 것으로 파악되었다. 이러한 결과를 바탕으로 지역별·업무 특성별 적정 장비 대수를 반영하여, 궁극적으로 도로관리장비 구매에 필요한 예산을 과학적이고 통계적으로 반영하여 예산 집행의 적정성과 향후 KAMIS의 운영 개선에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
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연구는 사고감소효과 평가를 하기위한 목적으로 단순사고건수 비교방법을 활용하여 사고감수 계수를 도출하고, 각각의 사고지점에 사고감수 계수를 적용하여 사고감소 편익을 산정하였다.
분석 대상지점은 2011년 08월부터 2011년 10월까지 실시되었던 천안시 교통안전진단 연구에서 선정된 사고다발지점 17개소 중 현장조사를 통해 개선사항 반영여부를 파악하여 개선사항이 한건이상 적용된 지점 10개소에 대하여 교통안전개선사업 실행 전(2009년~2011년)과 실행 후(2012년)의 교통사고 특성을 도로교통공단 교통사고분석시스템(TAAS:Traffic Accident Analysis System)의 자료를 활용하여 분석하였다. 단순사고건수 비교방법은 개선효과를 분석 대상지점의 사업 전과 후의 1년간 사고건수만을 단순 비교하는 방법으로써 현재 도로교통 공단에서「교통사고잦은곳 개선사업」을 수행하기 위해 사용되고 있고, 도로안전성을 평가하는데 가장 널리 사용되어지는 방법으로 이를 활용하여 교통사고감소계수를 산정한다.
교통사고 편익을 산정하기 위해 개선안에 의해 발생하는 교통사고감소건수의 산정과 교통사고감소에 의한 경제적 가치계산의 과정을 통하여 이루어지는데, 교통사고감소건수는 개선하지 않았을 때 예상되는 평균사고건수와 개선 전, 후의 일평균 교통량, 그리고 앞에서 도출한 교통사고감소 계수가 사용되어진다. 이때 개선하지 않았을 때 예상되는 평균사고 건수의 경우 개선 전 3년간의 자료의 평균값을 사용했으며, 전체적인 천안시의 교통량을 조사하였을 때 큰 차이가 없어 각 교차로별 개선 전, 후의 일평균 교통량은 같다고 가정하였다.
경제적 가치계산은 지점별 과거 사고자료를 기준으로 한 교통사고감소건수를 기준으로 교통개발연구원 (1997)에서 제시한 교통사고 원단위를 적용하였는데, 이에는 생산손실비용, 차량손실비용, 의료비용, 행정비용 이 포함되어 있다. 즉, 각 지점별로 교통사고감소건수를 산정하고 여기에 사고비용 원단위를 곱한 값을 합산하여 사고감소편익을 산정하였으며 다음 표. 1과 같이 나타났다.
본 연구는 교통안전개선사업 실시 후의 사고감소효과를 평가해 보았는데, 평가 결과 3개의 지점에서 개선을 했음에도 불구하고 음(-)의 편익이 발생하였는데, 이는 단순사고건수 비교법과 사고형태별 계수만을 적용하여 감소편익을 산정한 한계로 볼 수 있다. 이를 보완하기 위해서 향후 보다 장기간의 개선대안별, 도로특성별, 사고 유형별, 안전시설별 사고감소계수를 적용한 편익분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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우리나라의 2012년 교통사고 건수 및 부상자 수는 2011년에 비해 각각 75.1%, 76%의 감소세를 보이고 있으나 사망자 수는 3.1%의 증가세를 보이고 있다. 충북 또한 큰 감소세를 보이고 있는 발생건수 및 부상자 수에 비해 사망자 수는 오히려 5.66%가 증가세를 보이고 있다. 그러나 청주의 경우 사망자 수는 9.26%의 감소세를 보여 전국 및 충북에 비해 양호한 수치를 보이고 있다. 이러한 교통사고의 특성을 파악하고, 그 원인을 분석하여 사고를 예방하기 위한 정책수립에 필요한 다 양한 교통사고모형의 개발이 요구되고 있다. 그러나 개발된 모형의 결과와 실제 사고 자료와의 차이가 있 음에도 불구하고 이의를 제기하거나 원인을 분석한 연구는 매우 부족한 실정이다. 이에 이 연구는 청주시 주간선도로 및 보조간선도로를 대상으로 순서형 로짓 모형을 개발하고, 실제 사고건수가 많이 발생하는 요인별 사고 심각도를 분석하는데 그 목적이 있다.
이 연구는 청주시 주간선 및 보조간선도로의 교통사고자료를 바탕으로 사고특성을 분석하고, 순서형 로짓 모형을 이용하여 사고요인을 분석하여 결과를 도출하는 방식으로 진행되며 변수는 크게 도로환경 요 인, 인적 요인 및 사고유형 요인으로 분류된다. 현재 예상되는 결과는 도로환경 요인 중 야간시간에 비가 오는 날의 사고 심각도가 높을 것으로 예상되며, 인적요인으로는 젊은 남자의 사고 심각도가 높을 것으로 예상된다.
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포장 설계 및 해석 분야에서 기본이 되는 요소인 교통 관련 변수는 포장의 주요 파손에 원인 인자로 사 용되어 진다. 최근 사용되고 있는 역학적 경험적 포장 설계에서는 교통 관련 변수를 크게 교통량과 교통 하중 관련 변수로 나누어 적용하고 있다. 적용되는 교통량 관련 변수에는 설계교통량, 교통량의 차종별 비율, 방향 및 차로 분배 계수, 시간적 변동 계수를 사용하며, 교통하중 관련 변수로 차종별 축하중 분포 를 사용하고 있다. 교통량 관련 변수의 국내 자료는 1985년부터 전국 규모의 교통량 조사를 상시적으로 수행하고 있고, 매년 조사결과를 교통량 정보제공 시스템에서 제공하고 있어, 포장 설계나 포장 해석에서 관련 교통량 관련 변수의 다양한 시나리오를 적용할 수 있다. 그러나 국내 축하중 분포의 자료는 교통량 조사와 같이 매년 축하중에 대한 조사 및 제공을 하고 있지 않고, 하중에 대한 기준 분포만을 제시하고 있어 포장설계시 하중 분포 변화에 대한 영향을 파악하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 조사된 축하중 분포모형을 기준으로, 가상의 특정 시나리오 하에서 하중분포 변화가 포장 설계에 어떻게 미치는가를 분석하였다. 국내외적으로 개발된 하중 분포 모형을 살펴보면, 확률밀도함수을 이용하여 혼합분포 모형으로 개발되는 경우와 누적밀도함수 형태로 곡선 모형으로 개발하여 사용하는 경우로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 축하중 분포 모형 설명에 있어 좀 직관적인 혼합 분포 모형을 사용하였다. 사용된 혼합 분포 모형의 기본 식은 다음과 같다.
상기 사용된 분포 모형은 일반적으로 공차 또는 만적 상태의 쌍봉 형태로 나타나는 하중 분포 특성을 평균과 분산 형태로 설명하는 특징을 가지고 있다. 따라서, 이러한 특징을 이용하여 축하중 분포 모형의 가상화 시나리오를 작성하였다. 분석에 사용된 축하중 분포 모형의 가상 시나리오는 과거 제시된 국내외 모형 분포를 기준으로 산업도로와 같이 화물 적재량이 많이 운행되는 경우, 인근 지역 특정 공사로 인한 하중 제한 임계 상태의 공사 차량 운행 되는 경우 등에 대해서 작성하였으며, 이러한 하중 운행 상태하에서 포장 설계에 대한 영향을 비교 분석하였다.
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2013.09
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전라북도 새만금 지역은 내부개발 공사로 인하여 많은 준설토가 발생되고 있으나 다짐에 적합하지 않고 건설재료로서도 적합하지 않아 폐기되는 경우가 많다.
본 연구에서는 준설토를 도로포장 노상층 재료로 재활용하기 위하여 준설토에 고화재인 시멘트와 기포 제(air foam agent)를 혼합하여 준설토 경량혼합토 배합설계를 개발하였으며. 다양한 시멘트양과 기포제 양을 이용하여 경량혼합토 시료를 제작하였다. 회복탄성계수를 구하기 위하여 AASHTO T 307법을 이용하여 경량혼합토 시료에 반복삼축하중을 재하하여 응력변형율을 측정하였다. 회복탄성계수 시험을 위하여 UTM 시험기를 사용하여 구속압력과 축압력을 제하하였으며, 시료의 크기는 직경 100mm에 높이는 200mm로 제작하였다. 시멘트량과 기포제량에 따른 회복탄성계수의 변화를 분석하였다. 또한 기포제량 변화에 따른 전도율 변화를 분석하기 위하여 전도율 시험을 수행하였다. 회복탄성계수를 이용하여 역학경 험적 방법을 이용하여 포장의 공용성을 평가하였다.
회복탄성계수 시험 분석결과 시멘트량이 증가할수록 회복탄성계수는 증가하였으며, 동일한 시멘트량에 서는 기포제량이 증가할수록 회복탄성계수는 증가하였다. 공용성 분석결과 시멘트량이 15% 이상이고 기포제가 20%미만일 때 1백만 ESALs의 차량하중을 만족하는 것으로 나타났다.
50.
2013.09
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부두포장의 하부구조는 물에 대한 영향을 끊임없이 받는다. 따라서, 도로나 공항과 같은 다른 시설과 달리 설계, 시공은 물론 유지관리 측면에 있어서도 큰 차이를 가진다.
공용기간이 지남에 따라 중력식 안벽, 널말뚝식 안벽 등은 물론 대부분의 부두시설에서 배후 매립토 중 세립토가 조수의 변화 등의 물의 출입에 영향을 받아 유출하게 된다. 시설의 변형, 파손 등에 의해 포장 하부재료의 손실을 막기 위한 필터층이 파손되기도 하고 이러한 경우 급격한 유실로 인해 큰 하부에 공동이 발생하여 부두포장이 함몰하거나 포장 상부에 공동이 발생하기도 한다.
부두포장의 침하는 그 원인 및 진행성 여부를 판단하여 보수해야 하는데, 진행성과 비진행성에 대한 판단은 장기적인 조사가 필요하기 때문에 즉각적인 보수가 어렵다. 때문에, 침하구간에 체수가 발생한 경우 배수구를 절삭하여 시설물의 구조적 성능을 오히려 떨어뜨리고, 위험한 개소에 철판을 덮어 통행하는 등 임시방편을 사용하거나, 진행성 침하구간에 사용성을 위해 아스팔트 덧씌우기를 반복적으로 실시해야 하는 등 적절한 보수가 어려운 실정이다.
카펫+슬래브 모듈, 스마트 조인트 모듈, 맞춤형 지지 모듈로 구성되는 모듈러 도로시스템은 기존의 경험적-역학적 도로설계에 있어서 역학적으로 불확실한 포장 상부와 하부 지반과의 요소를 배제하는 혁신적인 개념의 도로시스템으로 기존 도로시스템의 연약지반부, 교대 뒤채움, 용출수구간, 절토부 배수불량 구간은 물론 부두포장에 매우 적합하다고 판단된다.
또한, 공장생산을 통한 기성품을 스마트 조인트 모듈을 이용하여 교체하는 쾌속 시공이 가능한 도로시 스템이기 때문에 유지보수에 있어서도 파손이 발생한 슬래브를 신속히 교체할 수 있어, 부두뜰에서의 하역작업이나 야적장의 화물적재 문제로 시공이 어려운 개소에 대한 유지보수가 신속히 가능해 사용자에게 미치는 경제적 손실을 최소화 할 수 있다. 기존 항만시설의 하부에 침하, 공동이 발생한 경우 세굴로 인해 세립토가 유실되고 조골재, 잡석 등이 남아있는 하부지반이라도 모듈러 도로시스템을 적용할 수 있다.
향후, 본 연구에서 검토한 부두포장의 신설, 유지보수시 적용하는 방안 외에 다양한 기능을 도입할 수 있는 모듈러 도로시스템의 장점을 살려 침하량 계측, 진행성 침하에 대한 복구기능 등 부두포장에 필요한 기능의 도입에 대한 검토와 연구가 필요하다.
51.
2013.09
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아스팔트에 각종 재료를 사용하여 특성을 개질 (modification)하면 소성변형 (rutting), 균열 (cracking)등의 발생을 감소시켜 포장의 수명을 연장할 수 있다. 이러한 개질재로 널리 사용되는 재료 중 하나가 SBS (styrene butadiene styrene)이다. 또한 SBS 개질 아스팔트 (SBS modified asphalt: SBS PMA)는 취급온도가 낮아지면 작업성이 저하되어 다짐불량 등의 문제가 있고, 장기적으로 노화 진행이 빨 라 균열이 유발되기도 한다.
본 연구에서는 4종류의 국내외산 SBS (SA, SB, SC, SD)와 3종류의 준고온화 첨가제 (PW, LC, ET)를 사용하여 SBS 개질 준고온 아스팔트 (WMA-PMA)를 제조하였다. 기본 바인더로 PG64-22의 아스팔트에 각각의 SBS를 4.5% 첨가하고 각각의 준고온화 첨가제는 PW 1.7%, LC와 ET는 권장사용량 1.5, 0.5%를 사용하여 PG76-22의 HMA PMA, WMA PMA를 제조하고, 바인더의 특성 실험을 수행하였다.
바인더 특성 시험으로는 115, 135℃에서 동점도 (kinematic viscosity), DSR (dynamic shear rheometer), BBR (bending beam rheometer) 실험을 수행하였다. 실험결과 115℃ KV는 135℃에 비하여 2.5～3.3배 증가하였고, 준고온화 첨가제를 사용함으로써 HMA PMA에 비하여 WMA PMA의의 KV는 115, 135℃에서 감소되는 것으로 나타났다. DSR 시험결과 P/F (pass failure temperature)는 77.6～ 81.1℃까지 다양하게 나타나 SBS 종류에 따라서 차이를 보였다. BBR 시험 결과 저온 등급은 -22를 만족하였으며, 개질하지 않은 일반 바인더가 PMA에 비하여 낮은 P/F를 보였다. HMA PMA, WMA PMA는 모두 PG76-22를 만족하였다.
52.
2013.09
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공항 활주로는 항공기가 이륙할 때 부양하는데 필요한 양력을 얻거나 착륙시 감속하여 정지하기 위해 활주하는 포장면을 말한다. 여기서 활주(skid)라는 말은 항공기 제동 시 제동력이 항공기의 점착력보다 클 때 발생하는 항공기 바퀴와 접지면, 즉 포장면과의 사이의 미끄럼을 나타낸다. 일반적으로 항공기가 착륙할 때 항공기 타이어와 포장면 사이에 마찰열이 발생되면서 활주로 표면에 항공기 타이어 자국이 생기게 된다. 이러한 항공기 타이어 자국이 퇴적된 형태를 Rubber Deposit(고무 퇴적물)이라 말한다. 발생 된 고무 퇴적물은 항공기의 착륙 시 미끄럼 저항을 떨어뜨릴 수 있는 요인이 되므로 FAA(Federal Aviation Administration)에서는 일일 항공기 착륙횟수에 따라 고무퇴적물 제거 주기를 규정하고 있다. 따라서 활주로의 미끄럼 저항에 영향을 미치는 고무퇴적물은 주기적인 제거가 필수적이다. 이러한 고무퇴적물을 제거하기위해서 전 세계의 주요 공항에서는 일반적으로 고무퇴적물 제거 방안으로써 Water jet과 같은 물리적 제거법을 사용하고 있다. 그러나, Water jet 사용 시 고압살수로 인해 아스팔트 포장 표면부에 많은 파손 (박리 및 탈리 등)이 발생되어 활주로의 내구성 저하 문제로 대두되고 있는 실정이다. 따라서, 본연구에서는 고압의 Water jet 사용 시 저항 가능한 내구성 및 고점도 아스팔트 포장을 위해 활주로용으로 적합한 내수성 아스팔트 바인더를 개발하는 기초 연구를 수행하였다.
기본 물성 시험 결과, 본 연구에서 개발된 개질 아스팔트 바인더는 고점도 특성을 가지면서도 낮은 온 도에서 혼합 및 다짐이 가능한 것으로 나타났으며, 공용성 등급 결과 기존 배수성 아스팔트 바인더와 유사하거나 한 등급 높게 나타나 고온에서의 저항성이 높은 것으로 나타났다. 즉, 본 연구에서 개발된 개질 아스팔트 바인더는 고온에서의 소성변형 저항성은 기존 아스팔트에 비해 우수한 성능을 나타내는 것으로 알 수 있었다. 수분에 대한 저항성 시험은 개발된 개질 아스팔트 바인더가 기존 배수성 아스팔트 바인더와 유사하거나 더 높은 수분 저항성을 나타내었다. 따라서, 본 연구에서 개발된 개질 아스팔트 바인더는 고점도 특성을 가지면서 고온에서의 소성변형 저항성은 우수할 뿐만 아니라, 수분 저항성도 우수한 재료 인 것으로 판단되었다.
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2013.09
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본 연구는 다기능 복합 도로포장의 기층인 섬유보강 아스팔트 혼합물의 물성 정량화를 위한 동탄성계수 (Dynamic Modulus)평가이다. 아스팔트 혼합물의 동탄성계수는 포장체의 내구성 및 공용성을 평가하는데 매우 중요한 지표이다. 미국의 AASHTO 2002 설계법(Design Guide2002) 및 한국형 포장설계법(KPRP)에서도 아스팔트 포장체의 가장 중요한 물성중 하나를 동탄성계수로 정의하였고, 이를 아스팔트 포장의 설계 및 해석에 이용하고 있다. 동탄성계수는 다양한 온도 조건, 하중재하주기를 이용하여 다양한 교통조건을 구현할 수 있으며, 특히 아스팔트 혼합물의 점탄성적인 특성을 잘 묘사할 수 있는 물성치 평가 방법이다.
본 연구를 통해 얻어진 섬유보강 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 값은 복합 도로포장 시스템 개발의 현장 적용을 위한 설계 프로그램의 입력 변수로 사용하는 것에 목적이 있다. 동탄성계수의 평가를 위해 기층용 Corse입도를 사용하였고, 실험장비는 EN Standards Tester를 이용하였다. 기층용 Coarse입도에 보강섬유 의 양을 0%~0.5%까지 0.1%씩 혼입하여 실험을 진행하였으며, 실험 온도는 –5℃, 5℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃의 6개 온도에서 각각 진행하였으며, 공시체의 파손가능성을 줄이기 위하여 낮은 온도부터 높은 온도 순서로 실험을 수행하였다. 또한 각 온도별 25Hz, 10Hz, 5Hz, 1Hz, 0.5Hz, 0.1Hz의 하중재하 주기에서 동탄성계수를 측정하였으며, 실험을 통해 얻어진 동탄성계수의 값을 설계의 입력 변수로 사용하기 위해서는 마스터곡선(Master Curve)을 작성해야하는데, 실험으로 결정된 동탄성계수는 실험온도 및 주파수의 조합에 따라 각각 얻을 수 있었으며, 이것을 하중시간과 온도의 중첩(Time-Temperature Superposition Principle)원리를 적용하기 위해 각각의 실험에서 측정된 값을 이용하여 Sigmoidal Function 방정식을 만족하는 입력변수를 결정하였고, 전이함수(Shift factor)를 이용하여 마스터곡선을 작성하였다.
FRA혼합물의 동탄성계수 평가 시험 결과, 각각의 온도와 재하하중별로 작성된 마스터곡선을 통해 기층용 Coarse입도에서 0%의 보강섬유 함유량과 0.1~0.5%까지의 보강섬유 함유량에 대한 고온영역과 저 온영역에서의 FRA혼합물의 특성을 확인할 수 있었다.
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2013.09
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무선충전 전기 자동차 기술인 올레브(OLEV)의 급전시스템은 포장에 급전케이블을 매설하여 도로 위에 서 충전이 가능하도록 하는데, 이를 위해 기층에 매설한 급전케이블 보호를 위한 콘크리트를 박스 형태로 시공하고 그 위에 아스팔트 표층을 시공한다. 이로 인해 포장의 일부분이 콘크리트 위 아스팔트 덧씌우기 형태를 띄는데, 이때 급전시스템 모서리 부분에서의 반사균열이 포장수명에 미치는 영향이 크다고 할 수 있다.
본 연구에서는 급전시스템 모서리 부분에서의 반사균열의 영향을 알아보기 위해 한양대학교 포장가속 시험기 (HAPT)를 이용하여 급전시스템 포장의 대안에 대한 반사균열 저항성을 비교하였다. 시험포장은 혼합물과 접착층을 달리한 4가지 대안으로 구성하였으며, 시험내용은 포장가속시험을 통한 균열저항성 평가, Pull-out Tester를 이용한 표층과 기층의 부착강도시험이다. 반사균열 저항성 비교를 위해 한양대학교 포장가속시험동에 시공한 시험포장의 콘크리트 박스(급전시스템) 모서리 부분에 반복하중을 재하하였다. 시기별로 육안관찰 및 표면사진 촬영을 통해 균열발생을 확인하였고, 포장가속시험 종료 후 부착강도시험을 통해 표층과 기층간의 부착력을 대안별로 비교하였다.
본 연구범위 내에서 급전시스템을 매설한 포장을 설치한 도로의 공용기간을 10년으로 가정하고 연간 버스 교통하중의 20%정도가 급전시스템 모서리 부분 위를 통과한다고 할 때, 공용기간 내 반사균열은 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.
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최근 인도네시아는 해외건설시장에서 가장 급성장하고 있는 나라로서 우리나라 기업들이 큰 관심을 가 지고 개발을 추진하고 있다. 특히 2011년부터 시작된 경제개발계획에 의해 인도네시아 정부는 자체 투자 및 외자유치등을 통해 도로, 공항, 항만 등 국가 인프라 경쟁력 향상을 꾀하고 있다. 또한 인도네시아는 도로망 확충을 위한 노력을 하면서 에너지 절약 및 환경부하를 줄이는 새로운 도로포장기술인 중온 아스팔트 같은 새로운 기술의 도입에도 적극적인 모습을 보이고 있다. 이와 관련해서 2011년 한국건설기술연구원과 인도네시아 도로연구소(IRE)는 기술협력을 위한 양해각서를 체결했고, 2012년에 인도네시아 중교 통용 맞춤형 개질 중온 아스팔트 포장 기술개발을 위한 협의 및 workshop을 가졌다. 그리고 2013년 현재 금호석유화학과 협력하여 한국건설기술연구원은 인도네시아의 중교통용 맞춤형 개질 중온 아스팔트 첨가제 개발을 추진하고 있는 중이다. 본 논문은 맞춤형 개질 중온 아스팔트 첨가제를 개발하는 과정에서 가장 힘들었던 인도네시아 시방기준인 Elastic Recovery에 대한 소개와 함께 이 기준을 만족하는 과정을 다루고 있다. Elastic Recovery는 미국에서 개발한 AASHTO M320 수퍼페이브 아스팔트 기준이 고분자 개질 아스팔트의 특성을 반영하지 않는 단점을 보완하기 위해 만든 경험적 시험법 중의 하나이다. Elastic Recovery는 신도측정하는 방법과 거의 유사하게 시료 준비를 하고 상온(25℃)에서 20cm까지 시료를 잡아 늘인 후 늘어난 시료 중간을 잘라 시료가 다시 탄성 회복되는 정도를 %로 확인하는 시험법이다. 인도네시아는 Elastic Recovery가 60% 이상이 되어야 개질 아스팔트 물성 기준을 만족하게 되어 있다. 본래 이 기준은 단기노화(RTFO 시험)된 개질 아스팔트를 시험하게 되어 있으나 시험한 결과에서 인도네시아의 개질 아스팔트가 60% 기준에 미치지 않아 RTFO 전과 후를 다 비교하는 시험을 수행했다. Elastic Recovery 기준을 만족하는 결과를 얻기 위해서는 SBS 함량을 높이면 되지만 본 개질 첨가제는 30℃ 낮은 온도에서 다짐이 가능한 중온 아스팔트 기능을 요하기 때문에 중온화 기능을 가지는 재료와 Elastic Recovery를 만족하는 SBS 재료사이의 최적 비율을 찾는 것이 핵심이다. 다양한 시험과 시도 끝에 Elastic Recovery를 만족하는 첨가제를 개발했고, 실재 혼합물의 다짐도 분석을 통해 낮은 온도에서 다짐이 되는 것을 확인할 예정이다
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2013.09
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국토해양부의 ‘저탄소 중온 아스팔트 포장 생산 및 시공 잠정지침’(국토해양부, 2010)을 지침으로 확정 하는 기준에서 중온화 첨가제의 사용기준이 중량을 계량할 수 있는 자동식 투입장비를 사용하도록 제정되고 있다. 현재의 비닐백을 사용한 인력투입 방식은 중온화 첨가제의 계량, 투입에 과다 인력이 소요되고, 투입 중의 잘못으로 생산이 불균일하게 될 수 있다. 따라서, 가열 아스팔트 포장의 대체를 위해서 중온화 첨가제의 자동화 투입이 필수적이다.
이에 따라 중온화 첨가제 투입중량의 자동기록이 가능한 자동 투입장비를 제작하여 현장 적용하였다. 투입장비는 그림 1과 같이 모듈 1과 모듈 2로 나뉘어지며, 1차저장소, 슈트, 운송장치, 사이클론, 2차저장조, 계량조 등으로 이루어진다.
모듈 1은 1차 저장소, 슈트, Blower, 유출구, 연결호스, 컨트롤 패널을 한 개의 모듈로 묶어 이동 및 설 치가 용이 하도록 하였으며, 1차 저장소의 중온화 첨가제가 슈트를 통해 블로워의 바람으로 플랜트로 압 송되도록 되어 있다. 모듈 2는 사이클론, 2차 저장조, 계량조 순서로 일체화된 박스로 제작되었으며, 플 랜트의 믹서 윗 층에 위치한다. 1차 저장소에서 압송된 중온화 첨가제가 사이클론 방식으로 2차 저장소에 모아지며, 이동식 컨트롤 패널 또는 플랜트 오퍼레이팅실에서 입력한 중량으로 계량된다. 계량은 로드셀을 이용하여 계량조 하단부의 믹서로 연결되는 부분에 자동 개폐 밸브 설치하였다. 2차 저장조에 중온화 첨가제의 양이 30% 이하면 자동으로 Roots Blower 를 가동하여 90% 까지 중온화 첨가제를 채운다.
부산시 아스팔트 플랜트에 적용한 결과 계량이 원활하게 이루어졌으나 1차 저장소 하단 부분에서 중온 화 첨가제의 뭉치는 현상이 발생하여 중온화 첨가제의 형상을 변경하였으며, 유출구의 크기를 크게 증가 시켰다. 또한, 중온화 첨가제가 500kg 이상이 저장될 경우 여름철에 막히는 현상이 일시적으로 발생하는 경우가 있어 1차 저장소에 부분적인 압밀을 방지하기 위한 설비를 보완하고 있다.
중온화 첨가제는 아스팔트 함량의 1.5%가 사용되므로 계량의 정밀도가 중요하며, 현재의 시스템은 목 표하는 정밀도을 유지할 수 있는 적합한 방식인 것을 확인하였으며, 중온화 첨가제가 지속적인 열과 압력에 노출되어 뭉치는 원인을 현장 적용을 통해 해결하고 있으며, 이에 따라 건식 첨가제의 투입을 위한 표준 방식으로 제공할 수 있을 것으로 판단한다.
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최근 기후변화에 따른 기상 이변으로 도심지내 집중호우, 이상 기온 등의 피해가 자주 발생함에 따라 대책수립에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 더욱이 도시화 및 시가화가 되어감에 따라 녹지의 감소, 포 장율의 증가 등으로 인하여 도달시간이 짧아지고 유출량이 증가하는 등 집중호우시 수해 발생 가능성이 증가하고 있다.(2010, 송창준)
본 연구에서는 기후변화로 인안 도심지내 집중호우에 대응하기 위한 방안으로 수문학적 시설인 LID(Low Impact Development)로 분류되는 배수성 아스팔트 포장을 적용하여 유출수 관리에 대한 분석 을 실시하였다. 저영향개발(Low Impact Development, LID)은 소규모 분산형의 자연 친환경적인 기법을 활용해 우수유출량 및 비점오염을 저감, 유출속도를 지연시켜 도시지역의 물순환 상태를 개발 이전에 가깝 게 유지하기 위한 기법으로 정의된다.(2011, 한우석) 미국의 PGDER(Prince George’s County, Maryland Department of Environment Resources)에서 시작하였으며, 강우 유출수 관리 및 도시개발 등으로 인한 유역 물 순환구조 개선을 위해 최근 주목받고 있는 단순하면서도 효과적인 방안이다.
환경적 측면어세 다양한 기능을 할 수 있는 LID기법 적용에 따른 효과를 알아보기 위해 전 세계적으로 SWMM 모형이 많이 사용되고 있지만 SWMM 모형 내 유량 및 수질에 따른 자동 보정 틀이 존재하지 않고 유역에 적합한 최적의 LID 기법 구조물의 설계 기준을 정할 수 있는 툴이 존재하지 않기 때문에 보다 효율적인 유역의 수문 보정 및 LID 기법 적용에 따른 효과 모의를 제공하지 않는다.(2012. 류지철) 따라서 본 연구에서는 LID 시설 중 하나인 배수성 아스팔트 포장에 대한 효과분석을 보다 정확하게 하기 위하여 DRIP (Drainage Requirements In Pavements)모형을 이용해 포장층의 설계를 통해 SWMM 모형으로 결과를 분석을 최종 목표로 하고 있다.
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일반적으로 재료의 파괴가 최대수직응력과 최대전단응력 상태에서 파괴가 일어나는 것이 아니라 수직응력과 전단응력의 임계결합상태에서 파괴된다는 Mohr-Coulomb 파괴 이론을 바탕하고 있다. 이에 본 연구 에서는 배수성 아스팔트 혼합물 2종과 SMA 10mm혼합물 및 일반 밀입도 아스팔트 19mm를 이용한 45℃ 와 60℃에서 삼축압축실험을 실시하였고, 이때 사용한 시편은 선회다짐기를 이용하여 배수성아스팔트 혼 합물과 SMA 혼합물의 공극률을 20% 일반 밀입도 혼합물의 경우 공극률 5%로 제작하여 실시하였다. 삼축 압축 시험에 적용한 구속압은 36.5, 69, 138kPa를 적용하여 파괴포락곡선을 작성하였으며 시험결과를 통 해 결정된 점착력(cohesion)과 내부마찰각(Internal Friction Angle)를 이용하여 Mohr-Coulomb의 파괴 이론를 바탕으로 아스팔트 혼합물를 평가하였다. 또한, 아스팔트 혼합물의 Mohr-Coulomb 파괴기준의 신뢰성를 평가하기 위해 아스팔트 혼합물의 삼축압축강도시험과 간접인장강도시험의 상관관계를 분석하였 다. 삼축압축강도시험 결과로 평가된 점착력과 내부마찰각를 이용하여 계산된 이론적인 간접인장강도와 시험을 통해 직접 측정된 간접인장강도를 분석하였다.
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상온 아스팔트는 70년대 초반 석유위기 인하여 아스팔트 가격이 상승하여 대안으로 발전을 맞이 하였으나 이후 가열 아스팔트에 밀려 크게 활성화 되지 못하였다. 활성화 되지 못했던 중요한 이유 중에 하나는 상온 아스팔트는 양생시간이 필요하고 양생 후에도 가열 아스팔트에 비하여 공학적 성능이 우수하지 않았기 때문이다. 이산화탄소 배출을 억제하고 새로운 상온 화학 기술이 진보하고 아스팔트 재활용에 대한 관심이 고조 되면서 새로운 상온 아스팔트 공법이 개발되고 있다. 본 연구는 중속 경화(Medium setting: MS) 상온 아스팔트를 사용하여 혼합물을 제조하여 관련 시험을 수행하였다. 시험 결과 기존 상온 아스팔트에 비하여 양생 속도가 신속하고 성능이 향상되어 새로운 포장공법으로 기대된다.
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2013.09
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중온아스팔트는 이산화탄소 발생 저감을 목표로 한 친환경공법으로서 활성화 될 것으로 기대되었다. 그러나 직접비의 상승과 일부 중온 아스팔트의 성능 저하가 발생하여 기대만큼 활성화 되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구는 이러한 점을 고려하여 일반아스팔트와 동일한 가격 성능이 기대되는 중온아스팔트 개발하기 위하여 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 중온 아스팔트를 활성화하기 위하여 일반 아스팔트와 동등한 비용으로 포장공사에 적용할 수 있는 중온 아스팔트를 개발하는 것이다. 본 연구에서 동등함 의의미는 일반 아스팔트 대비 5%의 직접 비용 상승을 의미한다. 5%의 상승은 중온 아스팔트의 환경적 장점과 에너지 저감으로 인한 간접비용을 고려했을 때 경쟁력 있는 것으로 산출되었다(이현종 등, 도로학회지, 2011). 현재 판매되고 있는 일반 아스팔트 혼합물은 표층이 M/T당 평균 83,000원, 기층이 70,000 원, 중간층이 76,000원으로 가격이 형성되어 있다(한국물가정보, 2013.07). 한편 중온아스팔트 혼합물은 표층이 M/T당 평균 93,670원, 기층이 79,000원, 중간층이 88,000원으로 약 12%의 비용 상승이 발생 하는 것으로 조사 되었다.
첨가제 투입으로 인한 비용 상승을 최소로 하기 위하여 중온 첨가제 제조는 첨가제가 아스팔트 바인더 내에 혼입되어 아스팔트 바인더와 골재간의 마찰을 최소화하고 혼합작업시 아스팔트와 골재면의 미끄럼 작용을 활성 할 수 있는 화학 약품과 보조 첨가제를 변경하여 시편을 제작하였다. 이렇게 제조된 중온 첨 가제는 100℃에서 13mm 밀입도 혼합물에 혼합하여 시편을 제조하여 다짐하고 130℃로 다짐한 일반아스 팔트 혼합물과 각종 성능을 비교하는 방법으로 화학 성분과 보조 첨가제의 최적 배합을 발견하였다. 다짐 은 다짐의 영향을 최소화하기 위하여 50회로 다짐하였다. 개발 수행 중인 중온첨가제의 성능을 바인더 중 량의 3, 6, 9%로 변화시켜 시편을 제조하여 밀도, 간접인장강도시험, 마샬안정도시험, 수분민감도시험을 실시하였으며 휠트래킹시험기를 이용한 동적안정도시험을 하여 소성변형저항성을 평가하였다. 시험결과 밀도와 수분민감도는 증가하였으며 동적안정도가 감소하였으나 감소량이 소성변형에 저항성 있는 것으로 판단되어 본 연구로부터 개발된 최저비용의 첨가제가 중온첨가제로 사용될 수 있는 것으로 나타났다. 한 편, 첨가제량은 6%가 최적 함량으로 발견되었다. 본 연구는 한정된 조건과 실내시험으로 발견된 사항으로 성공적으로 현장에서 사용되기 위해서는 개발된 중온첨가제외 비교 분석, 현장시험을 통한 추적조사를 실시함으로써 성공적으로 현장에 적용될 것이다.
