1. 서 론
2. 연구방법
2.1 소음측정구간
2.2 실험 차량 및 속도
2.3 소음계 측정
3. 소음측정
3.1 시공직후 측정값
3.2 4개월 후 측정값
4. 시험결과 분석
5. 결 론
1. 서 론
우리나라는 1980년대 후반 이후로 빠른 도시화와 차량의 증가로 인하여 과거와는 다르게 소음에 대한 문제가 도심의 커다란 이슈로 자리 잡았다. 차량의 통행으로 발생되는 소음으로 인하여 많은 민원들이 발생하고 있으며, 서울시의 경우 2000년 이전에 17년 동안 설치된 방음벽은 109개소에서 2000년 이후 16년 동안 설치된 방음벽은 250개소로 약 2배 이상 증가하다가 2010년 이후에 방음벽 설치 개소수가 급감한 것은 도시미관등 시민들의 환경인식 변화를 고려하여 방음벽 설치를 지양했기 때문으로 보인다(Bea and Park, 2017). 이러한 문제점들로 인하여 2000년대 초부터 국내에서는 저소음포장이 보급되었다. 그러나 고속도로와 국도 그리고 대도시의 도로에서는 저소음 포장은 활성화가 되지 못하고 있는데 소음 저감의 효과와 지속성, 그리고 내구성의 문제가 발생으로 인하여 국내에서는 활발하게 시공되지 못하고 있다. 도로의 소음을 측정하는 여러 가지 방법들이 있지만 본 연구에서는 CPB(Control Pass-By) 계측 방법을 선택하여 경기도 용인시내의 도심에 있는 일반 아스팔트 콘크리트 포장(Hot Mixed Asphalt Concrete Pavement : HMA)구간과 아스팔트 바인더에 고무계열의 고분자가 많이 첨가된 아스팔트 콘크리트 포장(Polymer Rubber Hot Mixed Asphalt Concrete Pavement : PRHMA)구간에 대하여 소음 측정을 진행하였으며, 정확한 분별성 확보를 위하여 차량 통행의 제어에 의한 방법으로 측정하였다.
2. 연구방법
2.1 소음측정구간
소음측정구간은 경기도 용인시에 위치한 구간으로 선정하였다. Fig. 1과 같이 point 1은 고무계열의 고분자가 많이 첨가된 아스팔트 콘크리트 포장구간으로 포장에 사용된 입경은 밀입도로 아스팔트바인더와 고분자 고무가 많이 포함되어 있는 첨가제를 많이 사용한 아스팔트 혼합물을 사용하여 시공한 포장구간이다. 국내 사용되는 저소음 포장의 개념이 배수성 포장의 공극을 이용한 소음의 분산 및 회절로 소음을 줄일 수 있는 반면 이 포장은 차량 주행에 따른 타이어의 소음 발생의 근본이 되는 음향의 진동을 줄이기 위하여 포장의 표면 질감을 개선하기 위하여 고무계열의 고분자 고무 첨가제를 사용하여 포장표면을 개선하여 소음을 줄이는 방법을 사용한 포장이다. 다른 구간인 point 2는 일반아스팔트 콘크리트 포장구간으로 공용연수가 조금 된 구간이다. 소음을 측정한 시험구간은 이미 도시화가 되어있고 고층아파트가 있는 왕복 6차로의 도로구간이다.
2.2 실험 차량 및 속도
두 종류 도로 포장의 소음 발생원으로 사용한 차량은 국토교통부 12종 차종분류(MOLIT, 2008)에 의해서 분류된 1종 차량과 5종 차량을 사용하였다. 1종 차량은 승용차 또는 미니트럭이며, 5종 차량은 1단위 3축을 가지고 있는 트럭이다. 소음 발생원으로 사용된 1종 및 5종의 차량은 50 km/h 및 70 km/h로 주행할 때 도로변에서 CPB방법에 의한 측정을 하였다. 주행조건은 다른 차량들이 혼합된 차량행렬을 이루지 않고 단독 주행할 때로 한정하여서 소음을 측정하였다. 따라서 본 연구의 실험은 차량의 교통량이 적은 야간 시간대에 측정을 하였다. Fig. 1의 point 1과 point 2에서 두 종류의 차량이 속도 50 km/h 및 70 km/h로 주행하여 소음을 발생시키고 측정하였다. 차량의 주행위치는 편도 3차로 중에서 2차로에 위치하여 측정지점을 통과하게 하였다. 차량은 크루즈(cruise) 기능을 사용하여 속도를 맞추었으며, 도로변에 위치한 속도측정기를 사용하여 속도를 검증하였다.
2.3 소음계 측정
국내에서 소음 환경 기준으로 사용되고 있는 측정법은 Pass-by(Statistical Pass-By) 측정법으로 한 지점에 마이크로폰을 설치하여 수평 동일선상을 지나가는 경우 차량들로 인하여 발생하는 환경적 소음을 측정하는 소음계측방법이다(Low of the Republic of Korea, 2020). Pass-by 측정방법은 차량으로부터 일정거리 떨어진 지점에서 도로를 지나가는 차량의 환경적 소음을 계측하는 방법이기 때문에 주변 환경, 시설, 온도 및 습도 등에 따라 음향의 방사, 회절에 민감한 측정방법이다. Pass-by 계측방법은 혼합된 차량들의 주행으로 인하여 발생하는 도로포장의 현장 소음도를 연속적으로 측정할 수 있는 장점을 가지고 있지만 차량들과 도로에서 발생하는 음향 외에 원하지 않는 음향이 함께 측정될 수 있다는 단점을 지니고 있어서 도로포장의 상태에 따른 소음의 증감을 측정하기에는 한계가 있다(Kim et al., 2013). CPB방법은 단일 차량 또는 선택된 차량을 사용하여 소음을 측정하는 방식으로 Pass-by 측정방식을 수정한 것이다(Janssens et al., 2014). CPB방법으로 소음측정을 위해서는 지정한 단일 차량이 지정된 속도로 시험 지점에 접근할 때 소음을 측정하는 방법이다(de Abrantes et al., 2015). 본 연구에서는 이러한 점들을 고려하여 두 종류의 포장에서 단일의 주행차량으로 발생하는 소음을 측정하고 분석하기 위하여 CPB방법을 사용하였다. 사용된 소음계는 Fig. 2와 같이 Metrosonics 2800M과 SD-2000을 사용하였다. 실험전과 후에 실내에서 Fig. 2(b)와 같이 보정하였으며, 튜브를 연결한 소음측정기는 튜브가 연결된 상태에서 보정하였다. 현장에서 소음측정기의 세팅은 Fig. 3과 같이 하였으며 장소는 Fig. 3(b)의 point 1과 Fig. 3(c)의 point 2와 같다. 소음측정기의 위치는 Fig 3(a)와 같이 차량 소음원의 위치는 측정기로부터 이격된 거리가 7.5 m(표준규격)이지만 실험을 위하여 8.5 m에서도 측정하였으며, 측정높이는 1.2 m(표준규격)외에 1.2 m의 높이의 측정에 대한 타당성을 검증하기 위하여 0.6 m와 1.8 m 높이에도 측정하였다. 또한 Fig. 4와 같이 1종 차량의 타이어로부터 가까운 거리에서 타이어 마찰 및 펌핑(pumping)소음을 측정하기 위하여 간이튜브방식(Simple Tube Close Proximity : SCPX)을 사용하여 타이어로부터 15 cm 거리에 튜브의 한쪽 끝에 스펀지를 씌어서 설치하고 다른 한쪽은 차량내부의 뒷좌석으로 튜브를 보내서 SD2000소음계와 연결하였다.
3. 소음측정
3.1 시공직후 측정값
CPB방식으로 1종 및 5종 차종에 대하여 속도 50 km/h와 70 km/h로 소음을 발생시켰다. 소음측정위치는 소음발생원으로부터 7.5 m와 8.5 m 이격된 거리에서 측정하였으며, 소음측정기의 높이는 0.6 m, 1.2 m, 1.8 m에서 실시하였다. 측정구간은 point 1구간과 point 2구간에 대하여 측정하였으며, 소음 측정시간은 차량이 통과 직전부터 통과후로 10초로 한정하였다. 사용한 측정값은 Leq. 등가소음도(Equivalent noise level)을 사용하였다.
3.1.1 point 1 구간
CPB방식으로 1종 및 5종 차종에 대하여 속도별 초기 측정은 측정구간인 point 1이 포장된 시점에서 이루어졌으며, 소음 측정의 오차를 줄이기 위하여 교통량이 적은 주말 야간 시간대에 실시하였다. 1종 차량이 50 km/h로 주행하면서 일으키는 소음을 높이별로 측정한 결과는 Fig. 5, 70 km/h일 때는 Fig. 6과 같이 1.2 m에서 소음 값이 크게 나왔으며 1.8 m에서 가장 적게 나왔으며, 속도가 빠른 70 km/h일 때 소음 값이 크게 나왔다. CPB방식으로 1종 차량의 속도가 50 km/h일 때 7.5 m와 8.5 m의 1.2 m 높이에서 측정된 소음 값 결과는 Fig. 7과 같이 소음원에서 거리가 멀수록 소음 값이 작아졌다. CPB방식으로 5종(T4) 차량의 속도가 50 km/h일 때 높이별 소음측정값도 Fig. 8과 같이 1종 차량과 비슷한 경향(Fig. 5)이 나타났다. 또한 5종 차량(T4)의 속도가 70 km/h일 때 높이별 소음측정값도 Fig. 9에서도 1종 차량과 유사하게(Fig. 6) 나타났다. CPB방식으로 1종 및 5종(T4) 차량의 속도별 소음측정 결과는 Fig. 10과 같이 동일한 속도에서 차종에 따라서 소음의 크기가 달라지는 것을 볼 수 있으며, 또한 속도에 따라서 소음의 크기가 일정한 배율로 증가하였다.
3.1.2 point 2 구간 측정
일반 아스팔트 콘크리트 구간인 point 2의 소음 측정은 point 1이 포장된 시점에 CPB방식으로 같은 날 야간에 두 구간에 대하여 측정하였다. point 2구간의 2차로 도로포장은 장기간 공용된 것으로 추정된다. Fig. 11과 같이 1종 차량으로 50 km/h 및 70 km/h에서 측정한 결과 높이별 소음 측정값의 경향은 point 1구간의 Fig. 6과 Fig. 7같이 유사한 경향으로 나왔다. 높이 1.2 m의 측정값이 크게 나왔으며, 0.6 m나 1.8 m에서는 작은 값이 측정되었다. CPB방식으로 Fig. 12와 같이 point 2구간에서도 point 1구간과 동일하게(Fig. 10) 1종보다 5종 차종(Truck)의 소음이 50 km/h와 70 km/h에서 높게 측정값을 가지고 있었으며, 속도가 증가 할수록 일정한 기울기로 소음 값이 증가되었다.
3.1.3 point 1과 point 2 구간 비교
CPB방식으로 point 1구간과 point 2구간에 대하여 1종 차량에 대하여 50 km/h 기준으로 소음기 측정 높이 3곳에 대한 소음 측정값 결과를 비교하면 Fig. 13과 같은 분포를 보이고 있다. 높이별 측정값이 point 2구간에서 큰 값이 나타났다. 5종 차량으로 70 km/h일 때 point 1구간과 point 2구간을 비교하면 Fig. 14와 같은 분포를 보이고 있다. 포장종류별, 측정 높이별로 소음측정값이 point 2구간에서 큰 값을 나타내고 있다. CPB방식으로 시공 직후에 1종 차종에 대한 point 1과 point 2구간에 대하여 50 km/h와 70 km/h를 비교한 결과 Fig. 15와 같이 point 1구간의 소음 측정값이 작게 나타났다. 또한 5종 차종에 대한 point 1과 point 2구간에 대하여 50 km/h와 70 km/h를 비교한 결과 Fig. 16과 같이 point 1구간의 소음 측정값이 작게 나타났는데 70 km/h에서는 point 1구간과 point 2구간의 소음 값의 차이가 작았다. 간이튜브방식에 의한 1종 차량의 소음측정값은 Fig. 17과 같이 point 2구간에서 작은 소음 측정값을 가지고 있었다.
3.2 4개월 후 측정값
4개월 후 동일한 지점에서 2종류의 차량으로 50-70 km/h에서 CPB방법으로 소음을 측정하였으며, 간이식튜브방식도 사용하였다. Fig. 18은 4개월 후에 pont 1과 point 2구간에서 1종 차량으로 50 km/h, 65 km/h, 70 km/h로 측정한 결과 point 1구간의 소음 값이 작게 나왔다. 4개월 후의 도로는 제한속도 60 km/h의 과속카메라 설치로 인하여 70 km/h로 측정하기 어려웠다. Fig. 19의 5종 차량으로 측정한 소음 값도 point 1구간에서 작게 나왔다. 간이튜브방식으로 1종 차량의 소음측정값은 Fig. 20과 같이 point 1구간에서 작은 값이 나왔다.
4. 시험결과 분석
시공 직후에 CPB방법으로 측정된 소음 측정값이 Fig. 21과 같이 1종 차량을 소음 발생원으로 사용한 시험에서 point 1과 point 2구간이 4개월이 지나서 측정한 값보다 작게 나왔다. 또한 Fig. 22와 같이 5종 차량을 소음 발생원으로 사용한 시험에서도 초기 측정값이 point 1구간과 point 2구간이 4개월이 지나서 측정한 값보다 작게 나왔다. 간이튜브방식에 의한 소음 측정 결과는 Fig. 23과 같이 시공직후에 point 2구간이 소음 값이 작게 나타났었는데 4개월 후에는 반전이 되어 1구간의 소음 값이 4개월 후에는 작게 나타났다. 이런 현상은 point 1구간은 다량의 고분자 고무를 사용하는 포장의 특성상 포장의 표면이 시공직후에는 안정화가 되지 못하고 표면에 아스팔트 바인더의 유분이 많이 있어서 차량의 타이어와의 끈적임에 의해서 펌핑 소음이 발생하여서 50 km/h 속도에서 높게 나온 것으로 추정되지만 70 km/h에서는 일반아스팔트와 비슷하게 나왔다. 한국도로공사에서 2006년에 개발하여 사용하고 있는 ‘고속도로 포장노면과 타이어간의 마찰음 분석 및 평가기법 연구’에서 도출된 개선된 CPX방법(Mun et al., 2006)으로 1종 차량으로 일반아스팔트 콘크리트 포장 구간에서 시속 70 km/h로 주행했을 때 소음 값은 94.8 dB(용인시 서천지구)로 측정되었으며, 이 구간의 CPB방법에 의한 70 km/h의 소음 값도 73.5 dB이다(Kim et al., 2011). 본 연구에서 도출한 초기의 point 1과 point 2구간에서 간이튜브방식 70 km/h로 소음 측정값인 93 dB로 유사한 값을 가지고 있었으며, 초기에 point 2구간의 CPB방법에 의한 소음 측정값은 73 dB로 비슷하게 나왔다. 따라서 본 연구에서 사용된 간이튜브방식의 소음측정이 한국도로공사에서 사용된 CPX 값과 유사하게 나오고 있어서 본 연구에서 간이튜브방식의 소음측정이 CPB방법을 보완해 줄 수 있을 것으로 사료된다.
5. 결 론
차량의 주행으로 인하여 도로의 포장에서 발생하는 소음을 측정하는 여러 방법들 중에서 본 연구에서 사용한 CPB방법이 포장의 종류에 따른 소음평가를 충분하게 분별할 수 있다는 결론을 도출하였다. 또한 간이튜브방법도 소음을 분별력 있게 평가할 수 있는 방안으로 가능성을 가지고 있다는 것을 확인하였다.
1) 소음원에서 7.5 m 이격된 곳에 소음측정기를 높이 0.6 m, 1.2 m, 1.8 m 설치한 소음 측정결과 1.2 m 높이의 소음 값 약 2-3 dB 정도 높게 측정되었다.
2) 소음원에서 8.5 m 이격된 곳에 소음측정기를 높이 0.6 m, 1.2 m, 1.8 m 설치한 소음 측정결과 1.2 m 높이의 소음측정기에서 가장 높은 소음 값이 측정되었다. 또한 7.5 m 이격한 거리에서 측정한 소음 값이 8.5 m거리에서 1종 차량으로 속도 50 km/h 측정한 값보다 약 3-4 dB 정도 높게 나왔다.
3) 1종 차종과 5종 차종의 소음 값은 포장종류별로는 차이가 있지만 약 8-12 dB정도 1종 차량이 작았다.
4) 도로포장 시공직후 소음 측정한 값이 4개월이 지나서 측정한 값보다 1종 차량에서는 약 3-5 dB정도가 차이가 발생하였다. 5종 차량에서는 약 2-3 dB 정도 차이가 발생하였다.
5) 고분자 고무함량이 높은 아스팔트 콘크리트 포장의 경우 일반아스팔트 콘크리트 포장보다 약 3-7 dB 정도의 소음 발생을 적었다.
6) 간이튜브방식의 소음측정에서 시공직후에 측정한 소음 값이 4개월 후에 측정한 값보다 적게 나왔으며, point 1구간과 point 2구간에서 4개월 공용후의 소음 값의 차이는 약 3 dB가 point 2구간이 작았다.
위의 결과들과 같이 CPB방법에 의한 소음 측정으로 다양한 종류의 아스팔트 콘크리트 포장도로의 소음측정을 통한 기능성 평가를 충분히 수행할 수 있다는 것을 사료되며 아스팔트 포장분야의 저소음기능성 포장으로 많이 사용되는 배수성입도의 포장 이외에도 바인더에 고분자 고무를 다량으로 사용하는 아스팔트 콘크리트 포장이 소음을 줄일 수 있다는 결론을 도출하였다.
