KIEAE Journal

태국 치앙마이(Chiang Mai) 북부의 해발 1600m 고산 지대에 위치한 매해(Mae Hae)는 미얀마에서 이주해 온 카렌족과 라오스에서 이주해온 몽 족을 포함한 여러 소수민족이 거주하고 있다. 지역민의 90%를 차지하는 저소득층은 기본적인 생활조건조차 충족하지 못하는 불량한 주거환경에서 살고 있으며, 겨울철 북방계의 영향으로 일교차가 커서 밤에 주민들이 동사하는 사고가 매년 잇따르고 있다. 그들의 주요 건축 재료인 목재는 가격이 비싸서 쉽게 구할 수 없으며, 또한 국가에서 환경보호를 목적으로 벌목을 금지하는 법령을 제정하여 이를 강경히 단속하고 있다.

위와 같은 매해 지역 주거 문제를 연구주제로 선정하여 사전 현지 조사를 시행한 결과 흙과 대나무가 지역에서 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 지속가능한 생태적 재료라고 판단하였다.

본 연구과제의 일차적인 주목적은 매해 지역의 나무집건축에 따른 삼림훼손 및 생태환경 문제를 해결하기 위한 대안으로 흙다짐공법을 활용하는 것이다. 아울러서 ‘매해 대상지역의 삶의 질 향상’을 향한 첫 발판으로 샘플하우스 작업을 통하여 흙 건축 기술에 대한 가능성을 현지인들에게 제시하는 것이다. 본 과제의 장기적 목표는 단순한 물리적 주거환경 개선에 한정된 것이 아니라 현지인 스스로 지속 가능한 주거환경 개선을 이루어 나갈 수 있도록 하고, 체계적인 교육을 통해 주민들의 이성/가치관/생활방식/의식 수준을 긍정적인 방향으로 전환시켜 삶의 질을 높이는데 있다.

흙을 재료로 하는 건축방법은 다양하게 발전되어 왔다. 그 중에서도 다짐에 의한 방식은 벽돌에 의한 조적방식과 더불어 구조체로도 활용 가능한 방법으로 널리 이용되어 오고 있다. 하지만 경험에 의한 시공이 현재까지 이어져 오고 있으며 별도의 안정성평가나 재료에 대한 사전연구가 미비한 상태이다. 외국의 경우는 흙 건축에 관한 규정집들이 정비되어 있기도 하나 국내에는 아직 마련되어 있지 않으며 그 자료도 미비한 실정이다.

본 연구에서는 태국 매해의 흙 다짐공법을 이용한 경로당 시공을 위하여 포항과 강원도에서 채취한 흙을 가지고 입도분포의 변화에 따른 흙의 기본적인 강도특성을 연구하였으며, 첨가제를 통한 강도증진 연구도 병행하였다. 강도실험 후 실제 구조물에 대한 시공 사례로서 한동대학교 내에 쉼터를 설계하여 흙 다짐벽 공법에 의해 시공하였다. 이와 같은 흙 다짐벽 기술에 대한 연구/실험/국내시공을 통해 매해현장에 흙 건축을 적용하기 위한 기술적 토대를 마련하였다. 또한 매해 지역에 있는 흙의 성능을 알기 위해 그지역에서 채취해온 흙의 입도를 분석하였다. 이러한 재료/구조적인 연구 성과를 적용하여 매해 지역 흙의 배합 및 다짐공법을 연구 개발하였으며, 학생들과 함께 태국 매해에서 지역재료인 흙과 대나무를 활용하여 마을 경로당을 시공하였다. 이번 연구는 태국 매해 지역만아니라 향후 강도증진 방향의 모색과 더불어 흙 건축 규정에 관한 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것이다.

전 세계적으로 아직도 많은 지역에서 흙을 이용한 다양한 축조 법을 사용하고 있으며, 삶의 방식의 변화에 따라 그 기술들도 다양하게 연구 발전시켜 나가고 있다. 그중에서도 흙다짐 공법은 가장 많이 쓰이는 방법 중의 하나이다.

흙다짐 공법은 일정한 단위의 거푸집을 만들고 그 속에 흙을 채워 다져서 벽체를 만드는 일체식 방법으로 세계 곳곳에서 사용되어온 공법이다. 특히 아프리카 북부 지역과 라틴아메리카 안데스 산맥 주변 지역, 중국 간수 지역과 내 몽골 지역 등에서는 이 공법으로 지어진 거대한 규모의 주택들이나 마을을 볼 수 있다.

흙다짐 공법은 벽체가 3-4층 정도까지는 내력벽 역할을 할 수가 있어 오늘날 현대적인 흙 건축에서 가장 주목을 받는 축조 법 가운데 하나이다. 또한 벽체 두께가 40cm 정도이면 단열/방습/흡음 등을 위한 별도의 마감재가 필요 없이 벽체자체가 마감이 될 수 있으며, 표면강도 또한 다른 공법에 비해 좋다. 그리고 미적으로 한 켜 한 켜 다져진 모습으로 흙의 순수한 재료적 특성을 잘 드러내어 현대적인 건축에 많이 활용이 되고 있다.

흙 건축에 대한 규정으로는 과거 50여년에 걸쳐서 오스트레일리아, 독일, 뉴질랜드, 스페인, 미국, 그리고 짐바브웨 등에서 국제적인 문서와 규정을 발간하였다. <표 1>과 같이 여러 나라들의 자연 상태의 흙의 강도에 대한 설계 기준이 설정되어 있으며, 흙다짐에 관한 세부규정으로 New Mexico Adobe and rammed earth building code에서 200-300psi (1378-2070KPa)의 압축강도를 추천하고 있다. 다짐에 관한 흙 입자의 분포에 따른 기준은 British Standard 등에 명시되어 있다. 하지만 우리나라에는 아직 법제화된 규정은 없는 실정이다.

흙의 입도분포에 대한 기초적인 자료와 그에 따른 강도 및 거동특성을 파악하였고, 실제로 조성되는 한동대 내의 쉼터 및 태국 매해의 경로당에 적용하기 위하여 강도를 보완하는 적정한 첨가제 비율을 도출하였다.

태국 매해 지역에 실제로 흙 다짐공법에 의한 경로당을 시공하기에 앞서 위와 같은 연구결과를 한동대학교 교내쉼터 시공에 적용하는 검증 과정을 수행하였다. 이 과정을 통하여 현지에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 발견하여 차단하고, 현지인 스스로 지속가능한 주거환경 개선을 이루어 나갈 수 있도록 하는 현지인 대상 흙 건축 교육과정 준비에 그 목적이 있다.

실제 적용사례로서 한동대학교 내 쉼터를 설계하여 흙다짐벽 공법에 의해 구조물을 시공하였다. 흙벽을 제작함에 있어 사전의 강도실험 결과를 활용하였으며, 구조해석을 통하여 그 가능성을 입증하였다. <그림 4>와 같이 흙 다짐공법에 의한 쉼터를 설계/모델링하고 마이다스프로그램을 통하여 실제 조성 시 가능한 벽두께를 구조해석으로 산정하였다. 하중 산정에 있어서는 포항 지역의 기본풍속인 45m/s와 설계풍속 48m/s를 고려하여 설계속도압 146kgf/m2로 설정하였고, 지진하중은 마이다스가 제공하는 응답스펙트럼 해석을 적용하였다. 그 결과 벽두께가 35cm 이상인 경우 흙다짐공법 적용이 가능하다고 분석되었으며, 실제 적용은 40cm로 하였다. 이 경우 인장응력은 발생하지 않았으며, 상단부의 최대 변위는 3.6mm로 미소하여 안전할 것으로 평가되었다. 40cm 벽두께는 매해 지역 경로당 시공에도 적용되었다.

그림 4. 
쉼터의 평면도/조감도 및 조성 전경

흙 다짐벽 기술에 대한 연구/실험/국내시공을 통해 매해 현지에 흙 건축을 적용하기 위한 기술적 토대를 마련하였으며, 연구 결과를 토대로 학생들과 함께 태국 매해 지역에서 흙과 대나무를 활용하여 마을 경로당을 시공하였다.

매해 지역의 실제 흙 건축 시공을 위하여 우선적으로 현지답사를 통해 경로당이 들어갈 장소에 대한 위치, 사람들의 생활방식, 건축에 사용할 흙, 그리고 거푸집과 다른 시공에 필요한 재료들을 현지에서 사전에 조사/준비하였으며, 그 자료를 바탕으로 학생들과 같이 설계와 실시도면을 만들고 현지에서 시공할 절차를 계획하였다<그림 5, 그림 6, 그림 7, 그림 8>.

그림 5. 
평면도

그림 6. 
단면도

그림 7. 
단면도

현지에 시공한 경로당 다짐벽의 흙 배합은 10버킷 흙에 모래 1버킷, 시멘트 2/3버킷 그리고 물 1/2버킷을 이용하였다. 흙은 정상적으로 1m 아래 심토를 사용하여야 하지만, 사정상 표토를 일부 사용하였다. 이것을 감안하여 흙 10버킷에 물 1/2버킷을 섞었다. 콘크리트 기초위에 다짐공법으로 벽을 만들었으며, 시공된 다짐벽의 수분이 빨리 증발하는 것을 막아 흙이 충분히 양생되도록 비닐을 덥고 일주일간 건조기간을 가졌다<그림 10>. 거푸집은 길이 2.4m 높이 0.6m로 만들어 길이 2.3m씩 벽을 만들었다<그림 8, 그림 9>.

그림 8. 
거푸집 계획

그림 9. 
거푸집 사용

그림 10. 
만들어진 흙벽 건조모습

흙벽과 대나무 지붕으로 만들어진 경로당은 본 연구 수행 결과가 적용된 흙다짐 공법으로 벽을 만들었고, 지붕은 현지기술 조사를 통하여 대나무 구조 공법을 적용시켰다<그림 11, 그림 12>.

그림 11. 
옆에서 본 경로당

그림 12. 
흙벽과 대나무 지붕 시공

흙의 강도 실험을 통하여 입도분포에 대한 기초적인 자료와 그에 따른 강도 및 거동특성을 파악하였고, 실제로 조성되는 한동대 내의 쉼터 및 태국 매해 현지의 경로당 시공에 적용하기 위하여 강도를 보완하는 적정한 첨가제의 비율을 도출하였다. 또한 구조해석을 통하여 흙다짐 벽의 적정두께를 35cm 이상으로 산정하였으며, 태국 매해 지역 경로당 시공에는 40cm 벽두께를 적용하였다. 매해 현장에 있는 흙을 채취해 흙의 성분과 흙 건축의 적합성을 검토하였으며, 국내 흙을 이용한 흙 강도 실험의 결과를 매해 지역경로당 시공에 응용하였다. 각각의 결과를 정리하면 다음과 같다.

1. 흙의 기본적인 입도분포 변화에 따른 강도 실험에서 silty-clay의 비율이 10%가 되었을 때 1.253MPa로 가장 높은 강도를 나타내었다. 하지만 첨가제의 결합 없이 구조체로 쓰이기에는 부족한 강도를 나타내었다. 점토 성분이 많을수록 강한 결합력을 나타내었지만 실트성분이 함께 늘어남으로 강도의 증가는 없는 것으로 나타났다. 하지만 각 수준별 거동 특성을 비교한 결과 silty-clay 성분이 증가함에 따라 연성이 증가함을 보였다.

2. 첨가제 추가를 통한 강도 보완 실험에서는 New-Mexico 에서 제안한 기준강도의 최소기준을 석회첨가 5%와 8%일 때 만족하였다. 8%일 때 가장 큰 1.66MPa가 나왔고 5%일 때도 1.55MPa로 최소기준강도를 만족하였다. 5%일 때가 강도기준과 흙의 고유의 색깔을 유지했으므로 실제 한동대 내의 쉼터 및 태국 매해 현지의 경로당 시공에는 5% 비율을 적용하였다.

3. 이상의 결과는 제한된 실험여건에서 수행된 것이므로 일반화된 공식을 도출하기에는 아직 미흡하다. 따라서 흙의 채취 지역에 따라 실험을 수행하는 것이 바람직하다.

4. 컴퓨터 구조해석을 통하여 실제 쉼터를 모델링하였고 적정 흙다짐 벽의 두께를 35cm 이상으로 산정하였다. 실제시공에서는 40cm를 적용하였다.

5. 매해 지역 흙에 대한 적합성 분석에서는 현지에서 채취해온 흙을 분석하여 이상입도비의 비율과 많은 차이가 없음을 확인하였고, 현지 재료에 대한 적합성이 검증되었다.

6. 연구 결과를 토대로 학생들과 함께 태국 매해 지역에서 흙과 대나무를 활용하여 마을 경로당을 시공하였다.

매해 지역에 주거지 환경문제를 해결하기 위해 본 연구에서 제시한 흙과 대나무를 이용한 생태적 건축 공법은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 건축 재료를 이용한 건축 공법이었다. 사전 조사를 통하여 흙과 대나무가 주변에 쉽게 재정적 부담 없이 얻을 수 있는 재료임을 확인하였으며, 이 재료들은 경제적/환경적으로 볼 때 지속가능한 생태적 건축을 가능하게 한다. 본 연구 결과가 앞으로 흙 건축 규정을 만들어 가는데 도움이 되길 바라는 바이다.