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포장도로
포장도로(鋪裝道路)란 아스팔트나 콘크리트 등으로 포장한 도로를 말한다. 반대말은 비포장도로이다.
목차
개요[편집]
포장도로의 기능은 노면의 평탄성을 유지하고 미끄럼 저항성을 가져 주행 쾌적성과 안전을 향상시키며, 주변 환경에 적합한 포장 재료를 사용함으로써 양호한 도로경관과 환경을 조성하는데 있다.포장이 갖는 기능을 상당기간에 걸쳐 유지하기 위해서는 교통 하중과 기상변화에 대해 내 구성을 갖는 것이 필요하다. 따라서 포장 설계는 교통 하중에 견디고 계절에 따른 온도 변화나 강우 등 기상요인을 충분히 고려한다.[1]
역사[편집]
기원전 3000년 도시의 교통 효율을 높이는 포장도로는 기원전 3000년경 메소포타미아에서 발명되었다. 노동자들은 똑같으 규격의 흙벽돌을 수천장을 찍어내 말린다음, 타일처럼 지면에 깔아 최초의 포장도로를 만들었다. 소와 돼지같은 큰 동물이 밟을 때 도로가 꺼지는 것을 막기 위해, 벽돌 사이에 역청을 발라 결합시켰다. 역청은 접착력있는 석유로 요즘도 아스팔트 공사에 사용되고 있다. 대인들은 이 포장도로를 그리 좋아하지 않았다. 제작에 많은 노동력이 들기 때문이었다. 그래서 종교적으로 중요한 도로나 군사적으로 중요한 도로만 포장했다. 서기 100년경 전성기를 맞은 로마 제국은 8만키로미터의 포장도로가 있었다. 그 덕에 로마의 군인들과 상인들은 유럽과 소아시아 각국으로 신속히 이동이 가능하였다. 이 도로 중 일부는 오래 되었지만 아직도 사용할 수 있다. 당시 로마에서부터 이탈리아 동해안까지 이르는 560km 길이의 도로를 <비아 아피아>라고 부른다. 이 <비아 아피아>의 일부 구간에는 현재도 자동차가 다닌다. 2000년 넘게 사용되었지만 보수 공사는 크게 필요치 않을 정도로 정교하다. 1700년대 영국에서 산업 혁명이 시작되고 지방자치단체들은 포장도로를 늘리기 시작했다. 포장도로의 건설비는 통행료를 징수하여 마련하였다. 이러한 유료 도로는 시골까지 늘어났다. 런던에서 출발해 잉글랜드와 스코틀랜드의 도시까지를 연결했다. 그러나 대부분의 포장도로는 진흙 위에 쌓아올린 돌로 되어 있었다. 덕분에 조금만 비가 오면 위험한 진흙탕이 되어버렸다. 토목 기사 존 메트칼프가 이를 해결할 계획을 내놓았다. 그는 새 도로의 양측면에 적절한 경사와 깊은 배수로를 냈다. 이로서 빗물을 배수하고 지반 침하를 막을 수 있었다. 19세기 스코틀랜드 엔지니어 존맥아담은 영국 최고의 도로도 아직 울퉁불퉁한것에 실망을 하고 새로운 해결책을 제시하였다. 기존의 작고 둥근 돌 대신에, 큰 바위를 쪼개 만든 작고 모난 돌을 도로 포장에 사용하였다. 그리고 이를 압축시켜서 표면에 고르게 다졌다. 맥아담의 도로는 기존의 도로보다 내구성과 내후성이 우수하였고 마차로 달릴 때에도 차량에 무리를 덜 주었다. 하지만 도로가 좀 울퉁불퉁하였다. 그래 1870년대 미국 엔지니어들은 결합제로 알려진 역청과 아스팔트 혼합물의 특허를 내었다. 석유에서 얻은 역청과 아스팔트, 자갈, 모래를 섞어서 매끄러운 표면의 포장재를 만들었다. 이후 도로의 단면 모습은 크게 변하지 않았다. 일단 도랑을 파고 다진 흙을 바닥에 깐 다음 그 위에 부순 돌을 깔고, 그 위에 콘크리트나 아스팔트를 15cm 정도의 두께로 깐다. 주간 고속도로 같이 더 큰 하중을 견뎌야 하는 도로는 토대에 돌을 한 겹 더 깔기도 한다. 20세기에 들어오면서 미국은 현대적인 도로를 깔기 시작했다. 비포장도로는 사라지고 단단한 콘크리트제 도로가 생겨났다. 1919년 호송대를 이끌고 이 링컨 고속도로를 달리던 드와이트 D. 아이젠하워 중령은 더 나은 도로를 전국에 깔고 싶어했다. 그래서 그는 대통령이 된 이후 주간 고속도로 체계를 설치하기 시작했다. 30년에 걸쳐 72,000km에 달하는 포장도로를 전국에 설치하였다.[2]
포장형식 선정 절차[편집]
- 교통량 및 중차량 비율 : 포장형식 결정을 위하여 수행하는 교통량 예측은 기존 도로망을 이용하는 현재의 교통수요와 장래의 사회·경제적 지표를 바탕으로 예측한다. 일반적으로 중차량 통행 비율이 많은 노선은 콘크리트 포장공법 적용을 우선 검토하는 것이 바람직하다.
- 토질 : 포장구조의 노상을 형성하는 자연토의 하중 전달능력은 포장의 공용성에 영향을 줄 수 있다. 이는 자연토의 물성이 한정된 지역에서도 균일하지 않을 수 있으며, 기후의 영향에 민감할 수 있기 때문인데, 자연토의 물성은 탄성계수로 평가하는 것이 바람직하다.
- 기상 및 기후 : 기상 및 기후는 포장 표층뿐만 아니라 노상에도 영향을 미친다. 강우, 강설(얼음), 동결관입은 노상재료의 지지력에 영향을 미치며, 동결융해 및 동절기 제설작업은 포장표층의 공용성과 유지비용에 영향을 미친다. 또한 표층은 열흡수의 차이 또는 동절기 제설작업(장비 또는약품)으로 인한 포장손상에 저항하는 정도에 따라 제설작업의 용이성에 영향을 미친다. 따라서 특정 장소의 포장 공용성 관련 자료를 이용할 때 그 지역이 속하는 기후대 조건을 반드시 고려한다.
- 시공성 : 시공속도, 시공기간 동안의 교통처리 및 교통안전, 보수의 편이성, 장래확장, 공사완료시기 등은 포장의 품질, 공용성 및 비용에 영향을 미치므로 고려할 필요가 있다.
- 재생포장 : 포장형식을 선정할 때 기존포장 또는 다른 포장으로부터 재생재료를 얻을 수 있는지의 여부도 고려해야 한다. 또한 장래 재생 가능성에 대해서도 고려한다.
- 비용 : 비용에는 초기 건설비용, 단계건설 또는 개량공사비용, 예측수명, 유지관리비 및 잔존가치 등을 포함한다. 또한 재포장 또는 유지보수 동안의 도로이용자 비용도 고려한다. 포장구조는 초기 설계기간에 대하여 설계되는 것이지만 설계기간의 종료 시에 완전히 버려지는 것이 아니고 장래 포장구조의 일부로서 계속 사용하게 된다. 따라서 해석기간은 모든 포장형식의 전형적인 재시공을 포함하는 충분한 기간이 되어야 한다.
- 재료와 에너지절약 : 포장형식은 재료를 적게 사용하는 포장형식 또는 재료의 생산, 운반 및 포설시 에너지 소비가 적은 포장형식을 선정한다.
- 교통안전 : 미끄럼저항을 위한 포장 마모층의 제공여부, 도로 반사등이 중요한 특수 지역포장은 포장형식 선정에서 교통안전 등을 고려해야 한다.
- 인근지역 재료 이용도 또는 시공자 능력 : 인접지역의 재료 이용도 및 사용적합성도 포장형식의 선정에 영향을 미친다. 또한 판매하는 생산 재료의 이용가능성 및 지역 시공자의 장비활용 능력도 영향을 미치며, 특히 소규모사업에는 더욱 영향이 크다.
- 동일 지역 내 유사한 포장의 공용성 : 인접지역의 포장 공용성을 고려하여 도로기술자의 경험과 판단에 따라 포장형식을 선정한다. 과거의 포장공용성은 중요한 고려요소로, 기존의 고려대상 도로와 설계대상 도로 사이의 도로 상태와 서비스 능력 요구조건과의 관계를 잘 나타내 준다. 유의할 점은 단기간의 공용기록이나,현재수명에 있어서 경하중 교통량이 대부분을 차지할 때의 장기간 공용기록의 신뢰성에 대해서는 세심한 주의를 기울여야 한다. 이런 경우 공용성에 대한 주기적인 재분석이 필요하다.[3]
종류[편집]
아스팔트 도로[편집]
아스팔트 도로는 골재를 아스팔트 재료와 결합시켜서 만든 포장도로를 말한다. 아스팔트 도로에 재료인 아스팔트는 석유를 정제하는 과정에서 발생하는 부산물로, 어두운 색을 띠는 탄화수소 화합물이다. 고온에서는 액체 상태였다가 기온이 떨어지면 매우 단단해진다. 또 가소성, 방수성, 전기절연성, 접착성 등이 뛰어나 방수제 등으로도 많이 쓰인다. 표층, 기층, 보조기층 등으로 구분되며 하중재하에 의해서 생기는 응력을 각 층에 분산시키는 구조를 갖고 있다. 각 층 구성과 두께는 역학적 균형을 유지하고 교통하중에 충분히 견딜 수 있어야 한다.[4]
설계 방법[편집]
- 시공 대상지역의 조건에 적합한 포장단면을 가정한 후, 예비설계 단면을 결정하기 위해 다음과 같은 과정을 따른다. 가정 단면은 프로그램에서 도로 등급이나 교통량에 따라 제시되며 설계자가 임의로 변경할 수 있다.
- 교통량, 환경조건 및 재료물성과 관련된 입력 변수들을 선정한다.
- 설계프로그램 내 구조해석프로그램에 의해 포장의 구조적 거동을 계산한다.
- 설계기간 동안 유지되어야 할 공용성 기준을 설정한다. 즉, 아스팔트 포장의 피로균열, 영구변형 및 국제평탄성지수의 허용기준을 설정한다.
- 설계프로그램 내 공용성 모형을 이용하여 포장 손상을 계산하고, 전체 설계기간에 대하여 누적된 손상을 계산한다.
- 예비설계의 결과가 공용성(피로균열, 영구변형, IRI) 기준에 적합한지를 평가한다.
- 예비설계가 공용성 기준을 만족하지 못하면, 포장단면을 변경한 후 과정을 반복하여 그 설계가 공용성 기준을 만족할 때까지 수행한다. 목표한 공용성 기준을 만족시키는 설계는 구조적 측면에서 실행 가능한 대안이 되며, 구조적으로 안정한 다른 대안 단면들을 추가로 작성한다. 다양한 이들 대안들에 대한 생애주기비용분석을 통하여최적 대안을 선정한다.
콘크리트 포장도로[편집]
콘크리트 포장도로의 콘크리트 슬래브 자체가 판과 같이 거동하여 교통하중에 의해 발생되는 응력을 콘크리트 휨 강성으로 지지하는 포장 형식이다. 콘크리트 도로의 재료인 콘크리트는 시멘트와 물, 골재의 수화반응을 이용하여, 경화체를 형성하는 다상의 무기계 복합체로서 단위체적질량이 크다는 단점을 지니고 있지만, 강성과 효율성에서 우수하다는 장점이 있다. 그러므로 슬래브의 두께는 하중에 충분히 저항 할 수 있을 정도로 하여야 한다. 콘크리트 포장의 횡단면의 구성요소는 콘크리트 슬래브, 보조기층, 노상으로 이루어져있으며 콘크리트슬래브와 보조기층을 합한 총 두께가 동결깊이보다 작은 경우는 부족한 만큼 노상층의 상부에 동상방지층을 설치하여야 한다. 포장층(슬래브와 보조기층)이 동결 깊이보다 큰 경우는 따로 동상방지층을 둘 필요가 없다. 배수를 위한 횡단구배는 직선구간의 경우 1.5~2.0%를 표준으로 한다. 보조기층의 마무리폭은 콘크리트 슬래브의 양측으로 각각 50cm~100cm 정도 더 넓게 한다. 왜냐하면 포장 단부, 측면거푸집 및 슬립폼 페어버를 견고히 지지하고, 팽창성 흙의 사용이나 동상현상에 의해 포장단부에 발생하는 불균일 팽창을 방지, 길어깨 포장에 대한 보조기층으로의 역할을 하기 위해서 이다. [5]
설계 방법[편집]
- 시공 대상지역의 조건에 적합한 포장단면을 가정한 후, 예비설계 단면(Trial Design)을 결정하기 위해 다음과 같은 과정을 따른다. 가정 단면은 프로그램에서 도로 등급이나 교통량에 따라 제시되며 설계자가 임의로 변경할 수 있다.
- 교통량, 환경조건 및 재료물성과 관련된 입력 변수들을 선정한다.
- 포장의 구조적 거동 (Structural Responses)을 계산한다.
- 설계기간 동안 유지되어야 할 공용성 기준을 설정한다. 즉, 아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열 및 국제평탄성지수의 허용기준을 설정한다.
- 설계프로그램 내 공용성 모형을 이용하여 포장 손상을 계산하고, 전체 설계기간에 대하여 누적된 손상을 계산한다.
- 예비설계가 공용성 기준을 만족하지 못하면, 포장단면을 변경한 후 과정을 반복하여 그 설계가 공용성 기준을 만족할 때까지 수행한다. 목표한 공용성 기준을 만족시키는 설계는 구조적 측면에서 실행 가능한 대안이 되며, 구조적으로 안정한 다른 대안 단면들을 추가로 작성한다. 다양한 이들 대안들에 대한 생애주기비용분석을 통하여 최적 대안을 선정한다.[3]
아스팔트 도로와 콘크리트 도로 비교[편집]
구분 콘크리트 포장 도로 아스팔트 포장 도로 시공성 - 콘크리트 품질관리, 평탄성, 줄눈시공등 고도의 숙련필요
- 양생으로 인한 조기 교통 개방곤란
- 시공 경험 풍부로 시공 용이/조기 교통 개방 가능
- 신속성 및 간편성 측면에서 유리
내구성 - 대형차량 및 과적차량에 대한 적응력 부족
- 포장수명 10년
- 대형차량 및 과적차량에 대한 적응력 부족
- 고온시 포장 변형 발생
- 포장수명 5년(덧씌우기포장)
유지보수 - 줄눈부의 정기적인 유지보수 필요
- 국부적인 파손시엔 보수가 어려움
- 국부적인 파손시 보수 양호
- 잦은 유지보수로 교통소통 지장
사용성 - 승차감 다소 불량
- 적설시 결빙시간이 빠르고 다소 늦게 녹음
- 소음이 적고 승차감 양호
- 개통 후 중차량에 의한
- 바퀴 자국 및 고온시 포장변형(요철) 발생
적용도로 - 중차량의 구성비가 큰 도로
- 절, 성토 경계부가 많은 도로
- 중차량 구성비 적은 도로
- 연약지반에 축조되는 도로
- 확장공사등 현재의 교통소통에 지장을 주는 경우로서 조기 완공이 필요한 도로[6]
포장도로 관리[편집]
목적[편집]
포장도로는 지반의 특성, 지세, 강우, 기온의 변화, 강우량 등의 환경적인 요인과 교통량, 중형차량 구성비 등 교통 특성에 따라 매우 다양한 문제를 유발시킨다. 따라서, 도로 이용자에게 쾌적하고 안전한 도로를 지속적으로 제공하기 위해서는 포장도로 유지관리 실무자가 포장도로의 파손원인을 파악하고, 파손원인에 따라 적절한 보수를 적절한 시기에 수행하여 포장도로의 상태를 양호하게 유지해야 한다.
- 포장도로의 내구성을 확보하고 포장의 구조기능을 유지한다.
- 노면의 주행성을 확보하고 교통의 안전과 쾌적성을 유지한다.
- 포장으로 인하여 일어나는 연도환경의 악화를 방지한다.[6]
유지보수[편집]
포장도로의 유지보수는 포장의 상태를 시공 당시의 상태로 기능을 유지시키기 위해 통상 실시되는 모든 과정을 의미한다. 포장도로의 유지보수에서 유지란 양호한상태를 지키는 것이고, 보수란 나쁘게 된 곳을 고치는 것이며 통상 예산상의 규모로 유지란 소규모의 수리이고 보수란 대규모의 수리공사를 말한다. 모든 포장도로에는 포장체의 미소한 결함을 유발시키는온도와 습도의 변화, 교통 하중, 포장체 하부의 미소한 변동 등의 응력이 시공 후 계속적으로 작용하여 결함을 유발시키기 때문에 모든 포장은 유지보수를 필요로 한다. 또한, 도로 포장은 대량의재료를 현장에서 시공하기 때문에 품질에 변동성이 있을 수 있으며 사용 중에 어느 정도의 파손은 설계 단계부터 고려하게 된다. 즉, 완벽한 품질을 확보하기 위해 소요되는 비용보다는 품질관리 기준을 다소 완화해서 초기 건설비를 줄이고 일정 부분은 유지보수를 실시하는 것이 전체적으로 보다 경제적이라는 개념이 설계에 반영된 것이다. 따라서 안전하고 평탄한 노면을 확보하기 위해서는 지속적인 유지보수를 필요로 한다.[6]
파손유형[편집]
구분 파손유형 보수공법 균열 거북등 균열 소파보수, 덧씌우기, 재포장 단부균열 소파 보수, 길어깨확장 차로와 길어깨 줄눈 파손 균열 실링 보수, 소파 보수 시공 균열 균열 실링 보수 반사 균열 균열 실링 보수, 소파 보수, 슬러리 시일 밀림 균열 소파 보수 세로방향 균열 균열 실링 보수 변형 러팅 절삭, 절삭 덧씌우기 코루케이션과 쇼빙 절삭, 절삭 덧씌우기, 소파 보수 함몰 소파 보수 공공시설물 설치부 함몰 소파 보수 탈리 포트홀 소파 보수 라벨링 소파 보수 미끄럼 저항 감소 블리딩 또는 플러싱 가열 골재를 이용한 보수 골재 마모 표면처리[6]
현황[편집]
태양광 포장도로[편집]
바르셀로나 시의회는 2050년까지 탄소중립화 도시를 달성한다는 정책 추진으로 스페인 최초로 태양광 포장도로를 설치했다. 50평방미터의 미끄럼 방지 기능을 겸한 태양 전지판은 글레리스 지역의 작은 공원에 설치됐으며, 3가구가 사용할 수 있는 전기를 공급할 수 있을 만큼의 연간 7560kWh를 생산할 예정이다. 바르셀로나 시의회는 비용편익에 대해서는 이와 같은 시범 계획으로는 규모를 확대하면 얼마나 더 저렴할지 아직 알 수 없다고 밝혔다. 바르셀로나의 도로 태양광 시설은 2020년에 네덜란드 도시 위트레흐트에 25미터 길이의 태양 순환 차선을 설치한 데 이은 것이다. 생성된 전기는 조명에 전원을 공급하고 겨울에는 도로가 얼지 않도록 하는 데 사용된다.[7]
각주[편집]
- ↑ 류명찬 교수, 〈도로공사용 순환골재 품질기준 및 활용〉, 《명지대학교》
- ↑ 장순관 기자, 〈포장도로 역사...기원전 3000년경 메소포타미아〉, 《파퓰러사이언스》, 2019-05-01
- ↑ 3.0 3.1 〈도로설계편람〉, 《국토해양부》
- ↑ 〈달릴 때 더 조용한 도로는? 아스팔트포장도로VS콘크리트포장도로〉, 《불스원 블로그》, 2021-01-06
- ↑ 조경생태시공, 〈콘크리트 포장〉, 《라펜트 매거진》
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 〈고속도로 포장관리〉, 《서울고속도로 공식홈페이지》
- ↑ 김현지 기자, 〈바로셀로나, 스페인 최초 태양광 포장도로 설치〉, 《스마트 시티 투데이》, 2021-01-06
참고자료[편집]
- 류명찬 교수, 〈도로공사용 순환골재 품질기준 및 활용〉, 《명지대학교》
- 장순관 기자, 〈포장도로 역사...기원전 3000년경 메소포타미아〉, 《파퓰러사이언스》, 2019-05-01
- 〈도로설계편람〉, 《국토해양부》
- 〈달릴 때 더 조용한 도로는? 아스팔트포장도로VS콘크리트포장도로〉, 《불스원 블로그》, 2021-01-06
- 조경생태시공, 〈콘크리트 포장〉, 《라펜트 매거진》
- 〈고속도로 포장관리〉, 《서울고속도로 공식홈페이지》
- 김현지 기자, 〈바로셀로나, 스페인 최초 태양광 포장도로 설치〉, 《스마트 시티 투데이》, 2021-01-06
같이 보기[편집]
