Porous Pavement and Porosity Estimation 2013. 8. 29

1. 2013 Conference on Eco-Delta City Construction and Sustainable Growth Korea Society of Civil Engineers Busan∙Ulsan∙Gyeongnam Branch Porous Pavement and Porosity Estimation 2013. 8. 29 JaehunAhn Civil & Environmental Engineering Pusan National University

2. Contents I III IV II Introduction to GI&LID Project Permeable Pavement Applications Estimation of Porosity Summary and Conclusions

3. Introduction to GI&LID Project GI&LID Project 기후변화와 도시화에 따른 물환경 변화 빗물 유출양상 변화 기후 변화 도시화 우리나라 높은 기온상승 100년 세계평균 0.74 ℃ 상승 대비 한국 1.5℃ 상승 2100년 온도 4℃증가예상 열섬효과•도시열순환 재해 도시 복사열상승, 기온 상승과 열대야, 도심 열대류순환저해 물관리및 냉난방에너지 증가 도시 물순환 변화•차단 우리나라 도시화율 약 91% 불투수층원인 강우유출량증가 도심저지대 도시침수지역증가 도시 환경오염 악영향 매연 등 도시환경 오염증가 초기우수유출시 비점오염증가 도심 식생, 수질 생태계악화 강우 수문 특성 변화 돌발적 집중호우발생 강우량 및 강우강도 증가 강우일수감소, 호우일수증가 기상재해, 도시침수 “기상재해 피해액 급증” 도심지 물순환 왜 곡 “서울시 상습 침수지역” 물자원 시간•지역적 불균형 물사용 수요 증가 대비 가뭄 빈발로 인해 물가용수량감소 지하수고갈 및 지하수위 저하 • 물관리•환경 악화로국가발전걸림돌, 국민 삶의 질 위협 • 홍수, 가뭄 등 재해증가, 수질오염, 도시 에너지 소모 “자연 물순환기능 회복을 위한 도심의 한국형 물환경개선 기술 필요” 1

4. Introduction to GI&LID Project GI&LID Project 한국형 LID기반 도로교통시설 및 물순환 고도화 개념 LID 기법 LID(Low Impact Development) 기법이란, 강우유출수를최대한 발생지역에서 관리하는 토지개발방식으로홍수 및 수질오염 저감을 위한 우수 침투, 저류, 물순환 체계를 고려한 토지이용계획기법 (친수구역 조성지침, 국토교통부, 2011.11.) 한국형 LID기반 도로교통시설 물순환고도화 기술 • 적용 LID 기술은 위치 및 배치 타당성평가, LID 시설의 • 개발과 통합유역관리 기술, 공법이나 시설의 분석평가 • 기술, 유지관리 기술 등으로 구분됨 • 국내 도심지 도로환경에 적합한 도로교통시설 포장재료 • 개발 및 성능평가 기술 개발로 설정함 • 도로교통시설의 목적별 국내 지형적/토질/수리수문/ • 수질 및 열 환경 등을 고려하여 국내 도심지 특성에 • 맞는 친환경적 LID 기반 구축이 필요하며, 일련 분야의 • 접목에 의한 종합적 도로교통 LID요소기술과 시스템 • 개발되는 LID 도로교통시설 및 시스템은 분산형 • 개념의 물관리에따라 빗물침투저류에 의한 도시재해 • 안전도 향상시키도록 방향을 설정함 • 도시물순환개선의 증대를 위한 융합형의LID기반 • 도로교통시설 개발 • 한국형 LID기반 포장형, 비포장형 도로교통시설의 • 수리적 침투설계 등 수문학적 최적설계기법 적용 • 도심지 도로교통시설물 원인의 오염물 저감에 • 기여하는 도시 물순환 기능의 도로교통시설이 필요함 • 자연물순환기능의 녹색도시조성 일환으로 분산형의물관리를 위한 녹색기반시설(GI:GreenInfrastructure) • 도로교통시설에 대하여 도심지 수량과 수질을 동시에 고려한 LID기반의 장수명 효율적 요소기술과 • 검증 및 평가, 유지관리 기법, 시설 복합적용시계획•설계를 최적화할 수 있는 기술 특 성 2

5. Introduction to GI&LID Project GI&LID Project 연구과제 최종 목표 LID 시설 DB 구축과 표준 매뉴얼 • 1. 저영향 개발 기법을 접목하여 국내에 • 적합한 도로교통시설 포장재료 개발 및 • 성능평가기술 개발 • 2. 도시 물순환 개선의 증대를 위한 • 융합형 LID 기반도로교통시설 개발 • 3. 단위 LID기반 도로교통시설의 구조, • 토질, 수리, 환경적 안정성을 확보하기 • 위한 실험적 성능평가 및 검증 기법 개발 • 4. 통합적 LID기반 도로교통시설의 적용을 • 위한 표준화된 설계 시공 유지관리 • 매뉴얼 개발 • LID 기반 도로교통시설 DB 구축 • 통합적성능평가 및 검증기술 표준 매뉴얼 • LID 기반 도로교통시설 표준 설계·시공 · 유지관리 매뉴얼 개발 LID기반 도로교통시설 DB 구축 및 표준 매뉴얼 개발 LID기반 도로교통시설 성능평가 및 검증기술 개발 한국형 LID 기반 도로교통시설 및 물순환 고도화 기술 개발 LID기반 도로교통시설 개발 LID 기반 도로교통시설 개발 성능평가 및 검증기술 • 한국형 LID 기반 도로교통시설 요소기술 (포장형및 비포장형) • 포장형, 비포장형LID 시설의 수리적 침투설계 등 수문학적 최적설계기법 개발 • LID 기반 도로교통시설 재료 및 구조성능평가 기술 LID 기반 도로교통시설 성능의 평가, 실험적 검증기법 구축 다차원 LID 침투시설 모형화 기법 및 최적 매개변수 기반 평가 기술 실증단지 LID 기반도로교통시설 구축 및 모니터링 3

6. Project Team GI&LID Project 총 괄 설 계 공동주관 : (주)서영엔지니어링 융합형 통합 LID 도로교통시설 설계시스템 블럭포장, 비포장형 LID 시설 설계 비점오염 환 경 교수 고석오 시설통합 설계, 평가 LID 도로교통시설 DB구축 DB연계 웹매뉴얼 작성 포장 재료 교수 김낙석 D B 구축 매뉴얼 재료 개발 투수성, 보수성 투수콘크리트, 투수아스팔트 재료 개발 시설성능 평가•검증 교수 안재훈 순환적 상 호 연 계 실증 검증 기법 재료 도로 성능 평가 LID 시설 모형화기법 적용 실증단지 평가구축, 검증기법 도 로 교수 오정호 포장형 LID시설 재료 및 구조성능평가 기법 개발 최적화 모델링 실 험 모델링 수리수문 교수 조덕준 지반공학 교수 조계춘 융합형 LID도로교통시설 수리수문학적 최적화 설계 LID 도로교통시설 수리침투실험, 지중지하수 연계 모델링, 해석 • SBB: LID 폴리머 재료 분야 • 제영: 투수블록, 비포장형LID 시설 시공 • 중앙아스콘 : LID 투수아스팔트 재료 • GL E&C : LID 투수큰크리트 재료 참 여 기 업 4

7. Model-Scale Experiments GI&LID Project LID/Rainfall Simulator Experimental Applications 3 5

8. Prototype/Testbed Experiments GI&LID Project Monitoring of Permeable Pavement Performance at WSU LID Testbed Facility Planned at PNU 6

9. Applications: Parking Lot Applications 7

10. Applications: Parking Lot Applications Durham, NC, US ICP Area=82 m2 Runon Area=417 m2 (5.5:1 Ratio) Non ICP Area ICP Area Non ICP Area 8

11. Applications: Parking Lot Applications Fayetteville, NC, US ICP Area=214 m2 Runon Area=558 m2 (2.6:1 Ratio) Non ICP Area ICP Area 9

12. Applications: Parking Lot Applications Perkins Township, OH, US ICP Area=214 m2 Runon Area=558 m2 (2.6:1 Ratio) Non ICP Area Non ICP Area ICP Area ICP Area 10

13. Applications: Roadway Applications 11

14. Applications: Roadway Applications 41st Abbott Ave N, MN, US Porous Area Non Porous Area 12

15. Applications: Roadway Applications Dale street Alley, MN, US 900’ Long, 12’ Wide 8” Pervious Concrete 13

16. Applications: Roadway Applications Woodbridge Neighborhood, MN, US 25’ Wide Residential Streets 7” Pervious Concrete 14

17. Pervious Concrete Sample Porosity Sampling Location Field Sample 15

18. X-Ray Equipment Porosity 2D X-Ray Equipment 3D X-Ray Equipment 16

19. X-Ray Image Analysis: 2D X-Ray Porosity Cropped (16 bit) Planar Image Cropped (1 bit) Otsu’s Method (Otsu et al., 1979) 17

20. X-Ray Image Analysis: 3D X-Ray Porosity Cropped (16 bit) Planar Image Cropped (1 bit) Otsu’s Method (Otsu et al., 1979) 18

21. X-Ray Image Analysis: Porosity Porosity 2D X-Ray 3D X-Ray Porosity = 30.9 % Porosity = 35.2 % 19

22. Porosity from Weight Measurements Porosity Montes et al. (2005) 20

23. Porosity from Weight Measurement Porosity Equipment to Measure Submerged Weight Porosity = 29.2 % Ahn et al. (2013) 21

24. Comparison of Porosity Porosity 2D X-Ray 3D X-Ray Weight Measurements Porosity = 29.2 % Porosity = 30.9 % Porosity = 35.2 % 22

25. Summary and Conclusions • Research on traffic LID facilities has been initiated. • Porous pavements are already widely used for parking lots and even for roadways under traffic. • The porosity of pervious concrete was successfully estimated based on X-Ray image analysis. • The density of pervious concrete may increase with depth. • Porosity estimate based on weight measurements was close to that from 2D X-Ray images but not 3D X-Ray images. • X-Ray image analysis can further utilized to investigate the performance of porous pavement such as clogging. 23

26. I. 연구개발 개요 Thank you