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문제 정의
- 본 연구는 포장 거친면 마무리 방법에 따른 공용성 평가를 실시하여 국내에 최적의 거친면 마무리 공법을 제안하는데 있다. 기존 문헌조사 결과 종방향 타 이닝은 소음감소 효과에 우수한 결과를 보인다는 것을 바탕으로 국내 시험도로 일부구간에 표면처리 방법을 적 용하였다.
- 15)문헌조사 결과를 바탕으로 거친면 마무리 공법은 소음도 발생여부를 가장 큰 Criteria로 선정하였으며 , 미끄럼 저항성, 평탄성, 배수성 등으로 분류하여 측정하였다. 본 연구에서는 최적의 공법을 선정하기 위하여 측정 수준별로 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 산정하였다. 가중치는 공학적 판단에 따라 소음을 50%로 하였고, 미끄럼 저항성을 30%, 주행성 15%, 배수성 5%로 각각 설정하였다.
제안 방법
- Ranking method는 판단 기준의 중요도를 순위에 의해서 산출하는 합리적인 방법이다.15)문헌조사 결과를 바탕으로 거친면 마무리 공법은 소음도 발생여부를 가장 큰 Criteria로 선정하였으며 , 미끄럼 저항성, 평탄성, 배수성 등으로 분류하여 측정하였다. 본 연구에서는 최적의 공법을 선정하기 위하여 측정 수준별로 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 산정하였다.
- 본 연구에서는 최적의 공법을 선정하기 위하여 측정 수준별로 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 산정하였다. 가중치는 공학적 판단에 따라 소음을 50%로 하였고, 미끄럼 저항성을 30%, 주행성 15%, 배수성 5%로 각각 설정하였다. 소음 측정 결과 일정간격 18颇 종방향 타이닝 공법에서 가장 우수하였으며 최종 평가 결과에서도 18nim 종방향 타 이닝이 가장 좋은 공법으로 선정되었다.
- 거친면 마무리 공법을 적용한 결과를 바탕으로 Ranking method를 적용하여 종합적인 평가를 실시하였다. Ranking method는 판단 기준의 중요도를 순위에 의해서 산출하는 합리적인 방법이다.
- 거친면 마무리에 대한 방법별 시험시공을 실시한 후 현장에 근무하는 직원들을 대상으로 시험시공구간에 대하여 주행 후의 느낌을 주행감, 미끄럼 저항성 , 수막현상 등 4개 항목으로 구분하여 설문조사를 시행하였다 . 조사대상은 39 인이었으며 차종별로는 승용차 34대 , 트럭 등 화물차 5대였다.
- 타이닝 방향과 간격이 소음 발생 원인에 직접적인 영향을 미치므로 본 연구에서는 현재 국내에서 일률적으로 행해지고 있는 일정 간격 (25mm〜30mm) 횡방향을 일반구간으로 선정하고 이와 비교할 수 있는 거친면마무리 방법 즉, 일정 간격 18mm 종방향 타이닝 , 일정간격 26mm 종방향 타이닝, 임의간격 횡방향 타이닝, 횡방향 쓸기를 비교구간으로 선정하였다. 공용성 평가를 위한 실험항목은 소음, 미끄럼 저항성, 평탄성, 배수성을 선정하였다. 소음 즉정변수는 차량, 속도 등이며, 즉정속도는60km/hr, 80km/hr, 100km/hi로 나누었다.
- 평탄성 측정 요인설계는 Profilemeter를 이용하여 일반구간 및 시험 구간에 주행 방향으로 측정하는 방법을 적용하였다. 그리고 배수성 측정은 시험구간에 살수차로 일정량의 물을 살포하여 시간대별로 측정하였다.
- 소음측정 실측값을 토대로 하여 표면처리 요인별 소음 순위를 결정하였고, 미끄럼 저항성을 측정하여 구간별 SN값을 산정하여 비교하였다. 또한, 평탄성과 배수성을 측정하여 구간별 특성을 분석하였다.
- 소음 즉정변수는 차량, 속도 등이며, 즉정속도는60km/hr, 80km/hr, 100km/hi로 나누었다. 미끄럼 저항 측정은 ASTM E274에 규정되어 있는 실물측정하는 표준방법을 준수하여 측정 속도를40km/hr, 65km/hr, 80km/hr로 평균 3회 측정하는 방법을 적용하였다. 평탄성 측정 요인설계는 Profilemeter를 이용하여 일반구간 및 시험 구간에 주행 방향으로 측정하는 방법을 적용하였다.
- 미끄럼 저항성 측정은 측정속도를 3가지 수준으로 하고 3회 평균하여 산정하였다. 한국도로공사에서 보유하고 있는 미끄럼 저항 측정 장비로 제 2 중부고속도로 일부 구간(20()1년 개통된 신설노선)을 대상으로 미끄럼 저항값을 조사하여 분석한 결과 SN값이 40-60 사이 분포를 보였다.
- 본 연구에서는 시험 시공 구간에 포장 거친면 마무리 공법을 적용하여 공용성 평가를 수행하였다. 소음측정 실측값을 토대로 하여 표면처리 요인별 소음 순위를 결정하였고, 미끄럼 저항성을 측정하여 구간별 SN값을 산정하여 비교하였다.
- 본 연구에서는 현재 국내 콘크리트 포장에 일관적으로 시행되고 있는 거친면 마무리 공법을 적용하였다. 그러나, 소음 발생원인이 타이닝 간격뿐만 아니라 타이닝 폭과 깊이, 타이어 형상에 따라서도 큰 영향을 받고 있음을 고려해야 할 것이고, 향후 교통개방 이후 공용성 평 가를 재수행해야 할 필요가 있다.
- 공용성 평가를 위한 실험항목은 소음, 미끄럼 저항성, 평탄성, 배수성을 선정하였다. 소음 즉정변수는 차량, 속도 등이며, 즉정속도는60km/hr, 80km/hr, 100km/hi로 나누었다. 미끄럼 저항 측정은 ASTM E274에 규정되어 있는 실물측정하는 표준방법을 준수하여 측정 속도를40km/hr, 65km/hr, 80km/hr로 평균 3회 측정하는 방법을 적용하였다.
- 소음측정 실측값을 토대로 하여 표면처리 요인별 소음 순위를 결정하였고, 미끄럼 저항성을 측정하여 구간별 SN값을 산정하여 비교하였다. 또한, 평탄성과 배수성을 측정하여 구간별 특성을 분석하였다.
- 캘리포니아에서는 매끄러운(smooth) 타이어와 주름(ribbed) 타이어로 비교하여 견인 마찰 트레일러 장비를 이용하여 64km/hr, 80km/hr, 96km/hr의속도로 측정하였다. 측정속도 96km/hr에서 19mm 종방향 타이닝은 40이상으로 나타났고, 폭이 넓은타이닝 간격은 일반적으로 마찰계수를 증가시킨다고 볼 수 있다.
- 일반적인 거친면 마무리 시공 방법으로는 타이닝 간격에 따라 종방향, 횡방향, 사각, 임의간격, 아스트로터프 마대끌기, saw cut, 그루 빙 , 골재노출 등이 있다. 타이닝 방향과 간격이 소음 발생 원인에 직접적인 영향을 미치므로 본 연구에서는 현재 국내에서 일률적으로 행해지고 있는 일정 간격 (25mm〜30mm) 횡방향을 일반구간으로 선정하고 이와 비교할 수 있는 거친면마무리 방법 즉, 일정 간격 18mm 종방향 타이닝 , 일정간격 26mm 종방향 타이닝, 임의간격 횡방향 타이닝, 횡방향 쓸기를 비교구간으로 선정하였다. 공용성 평가를 위한 실험항목은 소음, 미끄럼 저항성, 평탄성, 배수성을 선정하였다.
- 소음측정 방법은 유럽에서 많이 사용하는 길어깨 측정방법을 사용하였고, 때 중요한 요소가 된다. 타이어 홈에 의해 발생하는 시험 차량은 승용차와 트럭으로 분류하여 96km/hr, 타이어와 포장 표면의 접촉 작용(squeeze action)은 104km/hr, 112km/hr의 속도에서 진행하였다. 소 타이어와 포장 표층간의 물의 양을 감소시킴으로써 표층의 microtexture 기능을 생성시켜 마찰력을 증음 발생을 줄이기 위해 종방향 타이닝을 적용한 연구결과에서 일정간격 20mm 종방향 타이닝 이 우수한 소 가시킨다.
대상 데이터
- 1994년 콜로라도 DOT에서 덴버 동부지역 부근 1-70 시험구간에 9가지 종류의 표면형태를 시험 시공하였다. 실험결과 임의간격 횡방향 saw cut과 임의간격 횡방향 타이닝 (16m, 22mm, 19mm)단면에 적용한 결과 saw cut에서 차량 내외부 소음 차이가 약 15dB(A)정도 발생하였는데 타이닝 깊이와 폭이 너무 넓기 때문인 것으로 밝혀졌다A
- 본 연구에서는 2002년 9월 10일 〜 10월 8일 사이 중부 내륙고속도로 신설공사 시험구간에서 시험시공을 수행하였다. 일반적인 거친면 마무리 시공 방법으로는 타이닝 간격에 따라 종방향, 횡방향, 사각, 임의간격, 아스트로터프 마대끌기, saw cut, 그루 빙 , 골재노출 등이 있다.
- 1987년 미네소타에서는 Alber Lea 부근 1-90과 Willmar 부근 TH 12에서 각각 실험 구간을 완성하 였고, 1994년 소음 측정을 실시하였다. 실험 요소는 26mm~78mm의 다양한 횡방향 타이닝, 아스트로터프 마대끌 기 , 아스팔트 포장이다. 실험 결 과 가장 소음도가 낮은 거친면 마무리는 아스팔트 구간이고, 그 다음으로 종방향 아스트로터 프 마대끌기, 26mm횡방향 타이 닝순으로 밝혀졌다.
- 위스콘신주에서는 1994년〜1997년까지 2단계로 나누어 주간선도로 29개구간, 약 24km를 선정하여종방향, 횡방향, 사각타이닝, 골재노출, 아스팔트포장 등에서 실험을 진행하였다. 소음측정 방법은 유럽에서 많이 사용하는 길어깨 측정방법을 사용하였고, 때 중요한 요소가 된다.
- . 조사대상은 39 인이었으며 차종별로는 승용차 34대 , 트럭 등 화물차 5대였다. 조사 결과는 승용차와 트럭에서 비슷한 양상을 보였으며 주행감 및 소음측면 에 서 는 종방향 타이 닝 이, 미끄럼 저항성과 수막현상에 대해서는 횡방향이 우수한 것으로 느끼고 있었다.
이론/모형
- 미끄럼 저항 측정은 ASTM E274에 규정되어 있는 실물측정하는 표준방법을 준수하여 측정 속도를40km/hr, 65km/hr, 80km/hr로 평균 3회 측정하는 방법을 적용하였다. 평탄성 측정 요인설계는 Profilemeter를 이용하여 일반구간 및 시험 구간에 주행 방향으로 측정하는 방법을 적용하였다. 그리고 배수성 측정은 시험구간에 살수차로 일정량의 물을 살포하여 시간대별로 측정하였다.
성능/효과
- 1. 전체 소음도를 비교한 결과 일정간격 18mm 종방향 타이닝이 다른 비교구간보다 약 2~3dB(A) 소음감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 26mm 종방향 타이닝의 경우 18mm 종방향 타이닝에 비하여 소음도가 높게 측정된 것으로 보아 적절한 간격 설정이 중요하다고 판단된다.
- 2. 미끄럼 저항성 측정결과는 SN40을 기준으로 했을 경우 전 구간에 대해 양호한 결과 를 얻을 수 있었다. 구간별로 SN값이 수치적으로 차이가 나지만 신설포장인 점과 교통개방을 실시하기 전에 측정 한 결과 값으로 감안할 경우 안전성 에는 문제가 없는 것으로 판단된다.
- 3. 평탄성 측정결과 AASHTO 기준인 PrI 16cm/km 범위 내에 전 구간이 포함되는 것을 알 수 있었다. 인조잔디 떼끌기 주행선 구간에서 가장 높은 값을 나타냈지만, 이는 콘크리트 포장 시공 오차에 기 인한 것으로 판단되며 , 실제 운전자를 대상으로 한 설문조사에서는 종방향 타이닝의 주행감이 가장 좋은 것으로 분석되었다.
- 4. 육안관측으로 배수성 측정결과 일정간격 26mm 종방향 타이닝과 일반구간(일정간격 25mm 횡방향타이닝)에서 가장 우수한 배수성을 보였다. 반면에 18mm 종방향 타이닝과 임의간격 횡 방향에서는 배수 능력이 저하되었다.
- 5. Ranking method를 적용하여 분석한 결과 18mm종방향 타이닝 이 가장 좋은 공법으로 선정되었고, 다음으로 26mm 종방향 타이닝, 임의간격 횡방향, 횡방향 쓸기순으로 선정되었다. 일반 구간과 비교했을 경우 종방향 타이닝 이 종합적인 측면에서 좋은 결과를 보였다.
- 또한, 노면의 물 고임에 의해 생기는 수막 현상은 물이 타이어와 포장표면을 분리시켜 차량운행이나 제동을 어렵게 하는데, 이러한 현상은 표층의 측구나 홈 (macrotexture)을 만들어 타이어 바로 밑으로 물이 흐를 수 있게 함으로써 줄일 수 있다. 둘째, 젖은 포장표면에서 타이어 홈의 형태는 마찰저항을 고려할 65km/hr이상의 도로)의 경우 30-40 사이 이다. 저속 혹은 교통량이 적은 포장도로의 경우 더 낮은 마찰 저항 지수를 허용하기도 한다.
- 일반구간과 비교했을 경우 종방향 타이닝에서 SN값이 약 1〜5정도 낮은 수치를 보이지만 안전성에는 문제가 없다고 판단된다. 또한 속도가 증가함에 따라 SN 값이 낮아야 함에도 불구하고 80km/hr 속도로 측정했을 때 SN값이 높게 나타났는데 이는 장비가 평균측정 주행 속도가 40〜65km/hi이내 범위에서 주로 사용되는 것이므로, 80km/hr속도에서 사용되어 나타나는 결과로 판단된다. 그림 5와 그림 6은 각각 40km/h와 80km/h의 속도로 측정된 미끄럼 저항치 값을 나타낸 그래프이다.
- 조사 결과는 승용차와 트럭에서 비슷한 양상을 보였으며 주행감 및 소음측면 에 서 는 종방향 타이 닝 이, 미끄럼 저항성과 수막현상에 대해서는 횡방향이 우수한 것으로 느끼고 있었다. 비록 설문조사가 대상 및 조사시기 , 기간 등에서 조사내용을 충분히 대표할 만한 표본을 제시하지는 못하였지만 종방향 타이닝이 주행 성과 소음 면에서 우수하다는 사실은 확인되었다. 일정 기간 공용 후 보다 정밀한 재조사가 필요할 것으로 판단된다.
- 소 타이어와 포장 표층간의 물의 양을 감소시킴으로써 표층의 microtexture 기능을 생성시켜 마찰력을 증음 발생을 줄이기 위해 종방향 타이닝을 적용한 연구결과에서 일정간격 20mm 종방향 타이닝 이 우수한 소 가시킨다. 셋째 , 차량들은 타이어의 성능이 향상되었음 감소 효과를 나타내고 있다.9) 고 ABS (Anti-lock Braking System) 을 부착하여
- 가중치는 공학적 판단에 따라 소음을 50%로 하였고, 미끄럼 저항성을 30%, 주행성 15%, 배수성 5%로 각각 설정하였다. 소음 측정 결과 일정간격 18颇 종방향 타이닝 공법에서 가장 우수하였으며 최종 평가 결과에서도 18nim 종방향 타 이닝이 가장 좋은 공법으로 선정되었다. 또한 일반적으로 적 용하고 있는 횡 방향 타이 닝 이 가장 낮은 평 가를 받았다.
- 속도변화에 따른 소음 발생정도를 비교한 결과 타이닝 간격과 속도 증가에 비례하여 증가한다는 것을 알 수 있는데 종방향 타이닝을 분석한 결과 1mm에서 261mm로 증가하였을 때 약 2〜3dB(A)의 소음 증가를 볼 수 있다. 승용차와 트럭의 내부소음 측정결과 속도가 증가함에 따라 소음이 증가하는 경향은 뚜렷하지만 승용차의 내부소음에서 18mm 종방향 타이닝 이 다소 낮은 소음도를 기록했을 뿐 표면 처 리별로차이점을 발견하기는 힘들었다.
- 실험 요소는 26mm~78mm의 다양한 횡방향 타이닝, 아스트로터프 마대끌 기 , 아스팔트 포장이다. 실험 결 과 가장 소음도가 낮은 거친면 마무리는 아스팔트 구간이고, 그 다음으로 종방향 아스트로터 프 마대끌기, 26mm횡방향 타이 닝순으로 밝혀졌다. 또한 차량 속도가 80km/hr에 도달하기 전까지는 타이어/포장의 관계가 소음에 영향을 미치지 않는 것 으로 나타났다3)
- 평탄성 측정결과 AASHTO 기준인 PrI 16cm/km 범위 내에 전 구간이 포함되는 것을 알 수 있었다. 인조잔디 떼끌기 주행선 구간에서 가장 높은 값을 나타냈지만, 이는 콘크리트 포장 시공 오차에 기 인한 것으로 판단되며 , 실제 운전자를 대상으로 한 설문조사에서는 종방향 타이닝의 주행감이 가장 좋은 것으로 분석되었다.
- Ranking method를 적용하여 분석한 결과 18mm종방향 타이닝 이 가장 좋은 공법으로 선정되었고, 다음으로 26mm 종방향 타이닝, 임의간격 횡방향, 횡방향 쓸기순으로 선정되었다. 일반 구간과 비교했을 경우 종방향 타이닝 이 종합적인 측면에서 좋은 결과를 보였다. 그러므로, 향후 국내 콘크리트포장에 거친면 마무리 공법에 대한 새로 운 기법을 적용하는 것을 적극 검토해야 할 것으로 판단된다.
- 일정량의 물을 살포하여 시간간격을 두고 육안관측을 실시한 결과 일정간격 26mm 종방향 타 이닝과 일반구간(일정간격 25mm 횡방향 타이닝)에서 가장 우수한 배수성을 보였다. ACPA에서 발표된 학술지의 내용에 의하면 배수성은 타이닝 방향이나 표면 처리 방법보다 도로 선형 경사에 더 큰 영향을 받는 것으로 보고되고 있다.
- 조사대상은 39 인이었으며 차종별로는 승용차 34대 , 트럭 등 화물차 5대였다. 조사 결과는 승용차와 트럭에서 비슷한 양상을 보였으며 주행감 및 소음측면 에 서 는 종방향 타이 닝 이, 미끄럼 저항성과 수막현상에 대해서는 횡방향이 우수한 것으로 느끼고 있었다. 비록 설문조사가 대상 및 조사시기 , 기간 등에서 조사내용을 충분히 대표할 만한 표본을 제시하지는 못하였지만 종방향 타이닝이 주행 성과 소음 면에서 우수하다는 사실은 확인되었다.
- 특히 시험차량 외부측정값에서 2- 3dB(A)의 소음 감소 효과를 나타냈다. 차량 내부에서 측정한 결과는 기계적인 소음의 영향 때문에 정확한 결과값을 예측하기에는 어려웠으며, 타이어/포장 면에서 발생되는 소음보다 기계적인 소음의 영향이 큰 것으로 판단되었다. 표 3은 다양한 조건에서 실측한 소음값을 나타낸다.
- 첫째 , 노면상의 물이나 윤활 물질, 차량의 속도는 포장의 마찰력 을 감소시키 는 주요한 요인이 다. 만약 운전자가 거친면 마무리된 포장 표면의 마찰저항을 알고 차량 속도를 조절할 수 있다면 포장표면의 윤활 역할을 하는 물질의 영향을 줄일 수 있다.
- 콘크리트 표면처리 공법 중 소음만을 기준으로 할 때 일정간격 18mm 종방향 타이닝이 가장 좋은 결과를 나타냈다. 특히 시험차량 외부측정값에서 2- 3dB(A)의 소음 감소 효과를 나타냈다.
- 한국도로공사에서 보유하고 있는 미끄럼 저항 측정 장비로 제 2 중부고속도로 일부 구간(20()1년 개통된 신설노선)을 대상으로 미끄럼 저항값을 조사하여 분석한 결과 SN값이 40-60 사이 분포를 보였다.18)본 연구에서 실험한 결과값과 비교했을 때 동일한 신설포장이 라는 점을 감안했을 경우 비슷한 양상을 보인 SN 측정값 이전 구간에서 40을 상회하는 결과값을 보였으므로 일반적인 방법과 동일하게 다른 거친면 마무리 공법을 적용해도 무방하다고 판단된다.
후속연구
- 한국도로공사에서 보유하고 있는 미끄럼 저항 측정 장비로 제 2 중부고속도로 일부 구간(20()1년 개통된 신설노선)을 대상으로 미끄럼 저항값을 조사하여 분석한 결과 SN값이 40-60 사이 분포를 보였다.18)본 연구에서 실험한 결과값과 비교했을 때 동일한 신설포장이 라는 점을 감안했을 경우 비슷한 양상을 보인 SN 측정값 이전 구간에서 40을 상회하는 결과값을 보였으므로 일반적인 방법과 동일하게 다른 거친면 마무리 공법을 적용해도 무방하다고 판단된다. 측정속도 40km/hr 와 65km/hr로 측정된 결과를 보면 거친면 마무리공법에 따라 뚜렷한 차이점이 발생하지 않았다.
- 일반국도에 시공된 콘크리트 포장 비율이 2% 정도인 것에 비하면 상당히 높은 비율이라 하겠다. 고속국도는 2011년까지 약 2400km를 추가로 건설토록 계획되어 있어 콘크리트 포장의 비율은 더욱 높아질 것으로 예측되며, 향후 콘크리트 재포장 등도지속적으로 추진될 것으로 보인다.1)
- 반면에 18mm 종방향 타이닝과 임의간격 횡 방향에서는 배수 능력이 저하되었다. 그러나 비가 내린 후 운전자 설문조사에서는 종방향 타이닝의 배수 속도가 상대적으로 늦은 것으로 나타나 이에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.
- 그러나, 소음 발생원인이 타이닝 간격뿐만 아니라 타이닝 폭과 깊이, 타이어 형상에 따라서도 큰 영향을 받고 있음을 고려해야 할 것이고, 향후 교통개방 이후 공용성 평 가를 재수행해야 할 필요가 있다.
- 일반 구간과 비교했을 경우 종방향 타이닝 이 종합적인 측면에서 좋은 결과를 보였다. 그러므로, 향후 국내 콘크리트포장에 거친면 마무리 공법에 대한 새로 운 기법을 적용하는 것을 적극 검토해야 할 것으로 판단된다.
- 26mm 종방향 타이닝의 경우 18mm 종방향 타이닝에 비하여 소음도가 높게 측정된 것으로 보아 적절한 간격 설정이 중요하다고 판단된다. 또한 임의 간격 횡 방향 타이닝은 트럭 소음 측정에서 소음 저감효과를 보였으며 앞으로 합리적인 임의간격 선정에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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