우리나라는 겨울철에 기온이 0도 이하로 떨어지면 지반이 얼고, 봄철에는 지반이 녹는 계절 동토(얼어붙은 땅)지대다. 기온이 0도 이하로 장기간 지속되면 땅 표면 근처의 흙 사이에 있던 물이 얼기 시작한다. 이때 모세관 현상으로 땅속 깊이 있던 물도 땅 표면 근처에 있는 물이 얼어 있는 얼음층으로 이동해 점점 커진다. 얼음층으로 지반이 팽창하면서 도로가 갈라지는 '동상' 현상이 일어난다.

반대로 해빙기인 봄에는 얼었던 지반이 녹으면서 부피가 큰 얼음이 물로 바뀌면서 도로의 아래지반이 꺼지면서 도로가 갈라지는 '융해'현상이 발생한다. 동상·융해에 의한 지반의 팽창과 꺼짐으로 도로, 철도, 매설관, 절토사면 등의 국가 기반시설이 파괴되거나 수명이 단축된다.
 

▲도로의 포장 단면. <사진제공=건설연> ⓒ2012 HelloDD.com

▲1991-2011년 누적 최대 동결깊이 분포도(cm) ⓒ2012 HelloDD.com

최대 동결깊이 분포도를 활용하면 각 지역에 적합한 동결깊이를 알 수 있기 때문에 매설관의 깊이와 도로 동상방지층의 두께를 결정 할 수 있다. 또한 실측한 동결깊이와 동결지수 데이터베이스를 구축해 '동결깊이 관리시스템 (FPDMS:Frost Penetration Depth Management System)'을 개발했다.

이 프로그램을 이용하면 실측 동결 깊이와 기상청 평균기온 데이터를 이용해 구축한 동결지수 데이터베이스를 연동해 가장 적합한 동결깊이를 관리할 수 있다. 향후 인터넷을 기반으로 하는 프로그램이 구축된다면 전국의 동결깊이 및 동결지수의 확인이 가능해질 예정이다.

김영석 건설연 연구위원은 "이번 개발로 매설관의 동파나 도로 파괴를 방지할 수 있고, 또한 이들의 유지보수예산을 절감할 수 있을 것으로 기대된다"며 "또 적절한 동결깊이를 토목, 건축 구조물의 기초설계에 반영, 과다설계를 방지할 수 있어 예산 절감효과도 거둘 수 있을 것"이라고 말했다.