1. 개요

 이 보고서는 미국 콜로라도 주 전역의 대표적인 포장도로의 환경적 소음과 타이어-포장도로(tire-pavement)를 평가하기 위한 현장시험 프로그램의 최종 결과를 요약하는 것임. 이 연구의 과정 동안 타이어-포장도로 소음은 두가지의 독특한 기술을 사용하여 측정되었음: 표면 인접(close-proximity, CPX)과 탑재 음향강도(on-board sound intensity, OBSI). 더욱 최근에, 시험은 탑재 음향강도 기법에 중점을 두었는데, 왜냐하면 이 기법이 미국에서 표준이 되었기 때문임 (AASHTO TP 76). 환경적 소음은 고속도로 인접지에 잠재적 영향에 더 관련된 방식으로 교통 소음을 포착하는 도로 주변의 마이크로폰(microphones)을 사용하여 측정되었음. 이 마지막 보고서에서 제시된 시험 결과는 2006년, 2007년, 2009년, 그리고 2011년에 측정된 것을 포함함. 시험은 다양한 포장도로의 장기 음향적 내구성을 평가하기 위한 다년간의 노력의 진수임.

<실행>

 다년간의 프로젝트 결과로써, 콜로라도 교통부(Colorado Department of Transportation, CDOT)는 주에서 일반적으로 사용되는 다양한 포장도로에 대해 전형적인 타이어-포장도로 소음 수준을 나타내기 위해 가용한 데이타를 지금 가지고 있음. 게다가, 소음원에 가까운 곳과 도로 주변 두 곳에서 측정이 수행되었음. 전자는 공간적 변동성(spatial variability)을 평가하기 위해 사용될 수 있고, 후자는 교통의 다양한 구성에 의해 생성된 소음과 전파(propagation)의 효과를 포함하기 위한 수단으로 사용될 수 있음.

이러한 결과를 실행하기 위해서, 콜로라도는 많은 가용한 대안을 가지고 있음. 예를 들어, 콜로라도가 “조용한 도로포장 파일럿 프로그램(Quiet Pavement Pilot Program, QPPP)”에 진입하는 것에 대해 연방고속도로청(FHWA)에 접근하는 것을 고려할 수 있음. 이와 함께, 콜로라도 교통부는 선택된 도로포장이 사용된 소음 감소 연구의 일환으로 도로포장의 효과를 고려할 수 있음. 그러나, 콜로라도 교통부는 이 대안을 가지고 진행하는데 주의를 기울이도록 조언을 받았음. 애리조나(Arizona) 주는 이 프로그램에 지원했던 유일한 주로, 애리조나에서 배운 교훈은 추구되어야 함. 이 연구에서 평가된 도로포장의 일부가 조용하도록 고려될 수 있으나, 타이어-포장도로 소음에는 상당한 변동성이 있었음. 그 결과, 콜로라도 교통부는 최대 타이어-포장도로 소음 수준을 효과적으로 요구하는 “조용한 도로포장 파일럿 프로그램”의 변동성에 대해 결정해야함. 이 프로그램을 가치있게 만들기 위해 적절한 음향 내구성을 가진 조용한 표면을 건설하기 위한 잠재력에 대한 질문이 요청되어야 함.

안전과 내구성에 대해 타협함 없이 더 조용한 포장도로의 건설로 이어질 수 있는 재료 및 건설 사례에 대한 수정을 탐색할 수 있는 능력은 실행 활동으로써 콜로라도 교통부에 상당한 가치가 있음. 이는 이 프로젝트에서 수집된 데이타와 지난 수년간 다른 이들에 의해 개발된 우수 사례들과 비교함으로써 이루어질 수 있음. 예를 들어, 콘크리트 포장도로 표면에 대한 질감 타입은 타이어-포장도로 소음에 유의한 요인이 될 수 있는데, 균질하고 비공격적인 질감(uniform and non-aggressive textures)은 종종 낮은 타이어-포장도로 소음을 일으킴. 아스팔트 배합에 대해서, 공칭 최대 골재크기(nominal maximum aggregate size, NMAS)가 작을수록 일반적으로 더 낮은 타이어-포장도로 소음을 일으킴. 그러나 두 경우에서 콜로라도 교통부는 마찰력과 내구성과 같은 다른 요소들에 대한 함의도 조사해야 함.

2. 소개

 <배경>

교통 소음 오염은 전세계적으로 거주민들에게 증가하는 걱정거리가 되고 있음. 이는 특히 주요 간선도로 근처에 인구밀도가 훨씬 더 크고 더많은 통근 차량이 있는 도시 지역에서 문제가 되고 있음. 소음 문제를 완화시키기 위해 (적어도 고속도로 근처에 사는 거주민들에 대해) 콜로라도 교통부 및 다른 지역의 공학자들은 일반적으로 값비싼 소음 방벽에 의존하고 있음. 소음벽의 심리학이 한 요소일지라도 소음 방벽은 모든 경우에 소음 오염을 최소화하는데 이상적인 해결책이 아님을 보여주었음. 음향은 방벽의 끝에서 회절하는 경향이 있어서, 방벽에서 골목이나 진입로에 대해 절개부가 필요해서 간선도로에서 비효율적인 것으로 나타남. 게다가, 콜로라도 주에서 일반적인 산악 지형에서는 방벽의 효과성이 약화될 수 있음.

최근, 소음 방벽에 대한 대안책이 연구되었는데, 이는 운전자, 주변 거주민들, 심지어 고속도로로부터 멀리있는 시민들에 대해 소음을 완화시킬 수 있을 것임. 대중들의 항의, 국가적 정책, 그리고 소음을 줄이기 위한 지시들에 의해, 유럽연합(European Union)과 다른 곳에 있는 공학자들은 타이어-포장도로 접촉면에서 생성된 소음을 줄이는 대안적인 포장도로 타입과 표면을 개발해 왔음.

타이어-포장도로 접촉면에서 만들어진 소음은 여러 타입의 교통 소음들 중 하나일 뿐임. 그러나, 낮은 트럭 교통량을 가진 많은 도로에 대해 시간 당 30마일 이상으로 이동하는 차량에 대해 교통 소음의 주요원인이 되고 있음. 만병통치약은 아닐지라도 특정한 포장도로 타입과 질감에 대한 옵션은 소음 수준에 개선을 가져왔고, 어떤 경우에는 소음방벽의 높이에 대한 요구를 낮추고 삶의 질을 개선함.

이 주제에 대한 더 철저한 논의를 위해, 더 나은 문헌들 중 하나는 연방고속도로청의 “Little Book of Quieter Pavements”인데, 웹사이트(http://www.tcpsc.com/LittleBookQuieterPavements.pdf)를 통해 다운로드 받을 수 있음. 또다른 문헌으로는 “Questions and Answers About Quieter Pavements”가 있는데 이는 교통 공통펀드(Transportation Pooled Fund) 하에서 개발되었고 콜로라도 교통부에서 가용함.

연방정부의 정책(23 CFR 772) 측면에서, 포장도로 타입이나 질감은 연방정부의 펀딩을 받는 프로젝트에서 교통 소음 감소로 여겨질 수 없음. 포장도로 효과가 완화 기술로 간주되기 위해서, 소위 “조용한 도로포장 파일럿 프로그램”이 승인되어야함. 이 프로그램 하에서, 주의 고속도로 유관기관은 특정 포장도로 타입과 질감의 사용을 통해 소음 완화를 보장한다는 의지를 보여야 함. 지금까지 애리조나 주는 이를 받아들인 유일한 주로, 아스팔트-고무 마찰력 과정(asphalt-rubber friction course, ARFC)을 선택 포장으로 선정하였음. ARFC 재표면처리(resurfacing)가 “조용한 도로포장 파일럿 프로그램” 하에서 시작되었던 2003년 이후로 많은 교훈이 얻어졌음. 그러나 아스팔트-고무나 다른 특별한 포장도로 타입에 관심이 있는 어떤 주도 지역의 상황 하에서 그들의 소음 감소 역량을 평가해야 함.

모든 주는 독특한 상황을 가지고 있는데, 기후, 교통, 재료 가용성과 유지관리와 같은 특징과 이슈에서 차이가 있음. 어떤 주에 최적인 “조용한 포장도로” 대안을 선택하는 것은, 내구성, 비용 및 안전과 함께 이러한 인자들 모두를 고려해야 함. 현재, 콜로라도 교통부가 포장도로 선택에서 간주하고 있는 인자들은 안전과 내구성을 강조함. 생애주기 비용분석(life-cycle cost analyses)은 주어진 프로젝트에 대해 가장 적절한 포장도로 타입과 수선기법을 결정하기 위해 수행되었음. 소음이 현재 콜로라도 교통부의 포장도로 타입 선정 과정에서 간주되는 요인이 아니지만, 환경적으로 민감한 지역과 대안들 사이에서 비용의 차이가 상당하지 않는 경우에 소음이 이차적인 고려사항으로 사용될 수 있음.

“조용한 도로포장 파일럿 프로그램”에 내재된 이슈를 고려할 때, 대부분의 주는 이 프로그램 대신 “조용한 도로포장 연구(Quiet Pavement Research, QPR)”를 선택하였음. 두 프로그램 하에서 수집된 데이타가 같지만, 어떤 정책적 변화도 일어나지 않았음. 대신에, 연구가 소음 감소를 요구하는 프로젝트에서 수행되고 있다면 전통적인 방법은 프로그램이 실행될 때까지 사용될 필요가 있을 것임.

연방고속도로청의 “조용한 도로포장 연구” 프로그램의 요구사항을 맞추기 위해, 연구는 의도된 목적(데이타 획득 계획을 포함)을 가져야 하고, 포장도로의 특성에서 다양한 변화를 검증하기에 충분히 자주 보고 일정을 가져야 함. 이 연구 프로젝트 안에서, 콜로라도 교통부는 데이타 획득 계획을 기안하여는데, 이는 연방고속도로청 모델에서 기술된 다양한 데이타 수집, 분석, 그리고 보고 요소들을 포함함.

현재의 데이타 획득 계획안에서, 데이타는 도로포장, 교통, 안전, 그리고 기상학적 데이타와 함께 타이어-포장도로와 도로주변 소음에 대해 수집되어야 함. 이러한 데이타는 다양한 포장도로 타입의 음향 성질을 도출하기에 적당한 방식으로 분석되고 보고될 것임 ？ 계절별, 시간에 걸쳐, 그리고 포장도로의 물리적 특징과 질감이 고려될 것임. 추가적으로, 데이타는 다양한 소음 측정기준들을 서로 다른 측정기준들과 연계하도록 사용될 것임.

<범위>

이 프로젝트는 장기간에 걸쳐 타이어-포장도로 소음 특징을 결정하기 위해 콜로라도에 있는 현재의 포장도로를 시험하였음. 최근, 연방고속도로청은 “조용한 도로포장 파일럿 프로그램”과 “조용한 도로포장 연구”에 대한 안내서를 마련함으로써 지원해왔음. 현재 콜로라도 교통부의 강조는 후자에 중점을 두고 있지만 전자에 진입하는 가능성을 준비할 것임.

이 프로젝트의 범위는 콜로라도 교통부가 타이어-포장도로 표면과 환경적 소음 데이타의 수집을 돕도록 하는 것임. 이 데이타는 그때 교통부의 임무 완수를 도울 수 있는 방식으로 구성되고 보고됨.

<프로젝트 목표>

이 연구의 주요 목적은 콜로라도 교통부에 교통과 기후적 관점에서 콜로라도 주의 다양한 상황을 고려하여 신뢰할만하고 정확하며 대표적인 타이어-포장도로와 환경적 교통 데이타를 제공하는 것임. 교통과 기후에 대한 데이타를 지원하는 것은 소음 측정과 함께 동시에 수집됨. 궁극적으로, 이는 콜로라도 교통부에 의해 수집되는 여러 다른 데이타와 함께 컴파일되고 번역되며 보고될 것임. 목표는 어떤 다양한 포장 타입과 질감이 전반적인 소음 완화 요구사항을 다루는지를 알고 위한 콜로라도 교통부의 열망 뿐만 아니라 전반적인 “조용한 도로포장 연구” 요구사항을 충족시키고자 하는 것임.

이 목적을 맞추기 위해, 특별 데이타베이스가 개발되었음. “조용한 도로포장 파일럿 프로그램”과 “조용한 도로포장 연구”의 데이타 획득계획에서 기술된 것처럼, 34개의 선택된 포장도로 부재로부터 수집된 데이타에 의해 덧붙여졌음. Transtec에 의해 수집된 소음 데이타와 함께, 포장도로 부재에 대한 여러 정보(예를 들어, 설계, 재료 건설, 기후, 교통 및 유지관리 관련 항목들)가 이 데이타베이스 계속해서 추가될 수 있음.

데이타베이스는 적어도 다음의 세개의 특정 목적을 충족시키기 위해 사용될 수 있음:

1.  다양한 소음 측정, 시간에 따른 변화, 그리고 이 둘에 기여하는 변수들 사이의 관계를 구축함
2.  다양한 소음 측정기법들 간의 관계를 구축함
3.  콜로라도 주 특유의 포장도로와 다른 상황들에 근거하여 연방고속도로청의 교통소음모델(traffic noise model, TNM)의 정확성을 검증하기에 적합한 정보를 제공하도록 함