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현장중심형 하수도용 연성관의 거동특성에 대한 고찰 - 다짐도·변형률·강성 간의 관계정립 -
A Case Study of Flexible Sewer Pipes Behaviors - Compaction Ratio·Inner Deflection Ratiov·Ring Stiffness - 원문보기

복합신소재구조학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, v.4 no.2, 2013년, pp.31 - 38  

김영진 (한국토지주택공사 토지주택연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the Sewer Pipe is transformed by the expansion of life cycle as a result of the technology development, flexible pipe is developed by the transformed environmental conditions. To change pipe design, three phases(compaction ration - inner deflection ratio - ring stiffness) should be considered in ...

주제어

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문제 정의

  • 시공관리 문제로는 염분으로 인한 강관과 흄관 등의 방식처리문제, 관거 자체하중의 증대로 인한 운반 및 중장비 사용문제로 인한 관 침하현상 등으로 인한 내구수명의 확보문제, 연결부위나 접합부 등의 수밀성능 확보문제, 흄관의 고무링 이탈로 인한 지하수의 누수 등 환경문제, 구조 및 재료적 성질로 인한 다짐문제, 표면박리로 인한 강관의 코팅처리문제, 지하수위 상승으로 인한 관의 부력 문제 등 하수도 설계시 쉽게 간과한 면들도 발생하고 있다. 과거에 강성관은 장점을 많이 갖고 있는 재료로 인식되어 사용되었으나, 최근에는 중량이 가볍고 내구수명이 길고 시공이 간편한 PE관, PVC관, 수지파형강관, 유리섬유복합관 등 플라스틱계통의 관들이 많이 적용되고 있으며, 본 논고에서는 플라스틱계통의 연성관에 대한 다짐도-변형-강성 3가지 요소에 대하여 상관관계에 대하여 고찰하여 보았다.
  • 국내에서 제조되는 관거 제조회사들에 대한 샘플 조사를 통하여 파이프 강성(KS 기준)값과 원강성 (ISO 기준)값들에 대한 실험적 증명을 통하여 상호 관련성에 대한 기준을 정립하고자 하였으며, 파이프 강성값 하나를 알면 원강성 값도 알 수 있도록 하는 제도적 근거 마련을 확보하였다. 일반적으로 강성 시험방법은 두 가지로 구별하여 시험을 하게 되는데 원강성은 일정한 속도로 관에 변형을 가할 경우, 하중과 변형을 측정하여 ISO 9969 (Thermo- plastics pipes - Determination of ring stiffness), ISO 13966 (Thermoplastics pipes and fittings - Nominal ring stiffness)를 준용하여 시험을 하게 된다.
  • 국내에서 제한하고 있는 “허용변형률은 관 내경의 5% 이내”에 도달하였을 경우에 관의 거동특성을 분석하고자 하였으며 이는 제조사별 관의 탄성계수값을 통하여 설계기준값을 제시하고, 탄성한계값을 초과했을 경우에 관의 강성값과 변형률에 따른 파괴거동 값을 알고자 하였다.
  • 05di의 변형률을 기준으로 한다. 따라서 본 고에서는 시중에서 판매되는 제품들에 대한 원강성 값과 파이프강성 값과의 차이점과 상관관계에 대한 그래프를 작성하기 위해서 비교 시험을 수행하였으며, 이들 값을 통하여 시중에서 판매되는 제품들에 대한 원강성 또는 파이프강성에 대한 한 번의 실험으로 손쉽게 나머지 강성값을 상관관계 그래프를 통하여 손쉽게 구할 수 있도록 표기하였다. 국내에서 생산되는 제품을 수거하여 각사 제품에 대한 파이프강성 값과 원강성 값을 각각 측정하여 그 결과치를 Table 1에 나타내었다.
  • 외국에서는 변형률에 대한 조사가 거의 없으나 국내에서는 변형과 관련된 사례가 최근에서야 밝혀지고 있는 상황이고, CCTV조사시 관측된 자료의 정성적인 판단에 의하여 결정되는 사례가 빈번하여 관거의 변형과 관련해서는 제대로 된 조사가 이루어지지 않고 있다. 따라서 본고에서는 CCTV자주차에 연결하여 변형률을 측정할 수 있는 변형률 측정 장비를 Fig. 1과 같이 세계 최초로 제작하게 되었고 그 조사장비를 활용하여 변형측정에 대한 국내의 기준정립에 한 획을 긋는 조사를 수행하였다.
  • ”라는 다소 애매한 규정을 가지고 있다. 따라서 제조회사별로 각기 다른 제품사양 및 규격에 대한 차이가 발생하고 있으며, 각 제조회사는 하중재하에 따른 변위에 대한 상관관계에 대한 자체 시험성적서를 갖추고 있어야 하나 동일한 제품군이라고 해도 서로 다른 규격에 대한 허용변형률을 제시하고 있고, 지반조건별관거의 안정성 확보에 대한 실증적 자료를 근거로 하수도용 연성관에 대한 국내 기준에 대한 새로운 규격을 제시하여 적절한 관거 시공에 대한 방법을 제시하고자 한다(Kang, 2013).
  • 이를 근거로 판단하였을 경우 국내에서 제조되는 제품들에 대한 원강성값은 파이프강성의 대략 배임을 알 수 있었다. 이는 두 가지 시험을 다 수행하는 불편을 줄이고 국내에서 생산되고 있는 제조사들의 제품에 대한 규격제정 및 활용에 대한 편리성을 제시하였다.
  • 현장 변형측정 시험을 완료한 후, 매설된 관의 스프링(spring) 구간 및 크라운(crown)부에 대한 주변의 현장 들밀도 시험을 통한 다짐도를 측정하였는데 이때 다짐도는 대략 72%에서 84% 정도로 나타남을 알 수 있었다. 이는 열악한 국내의 관거시공 조건을 전제로 수행하였으며, 관거의 변형상태를 통한 연구적인 차원에서 수행되었음을 밝혀두고자 한다.

가설 설정

  • 3) 장기적인 내구성을 확보하기 위해서는 지속적인 관의 변형상태를 관찰해야만 하고. 다짐도에 따른 관의 강성값과 변형률에 대한 장기적인 거동에 대한 데이터를 축적할 필요가 있다.
  • 첫째로 지반의 조건에 부응하는 다짐정도를 충분히 확보하지 못하거나 적절한 층 다짐간격 이행부족을 둘 수가 있다. 둘째로 적절한 층 다짐과 더불어 연성관의 강성부족은 지나친 관의 변형을 야기 시킨다는 것이다. 셋째로 관거의 되메움후 발생하는 급속한 변형을 둘 수가 있는데 이는 허용변형률을 초과하게 되는 계기가 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하수관으로 연성관을 사용한 경우 거동특성 연구 결과는? 1) 관의 허용변형률은 관 제조회사별 기준을 관경별 관종의 강성값에 따른 지반상태와의 조건을 검토하고 Table 1과 같이 설계시 제조회사별 강성값(파이프강성과 원강성)에 대한 규격 제시가 필요하다. 2) 국내 여건에 맞는 설계 및 시공을 위해서는 변형률-원강성-다짐도에 대한 삼각관계를 고려하여야 하며, Fig. 6에서 제시한 바와 같이 설계자는 지반조건에 맞게 검토를 하고 국내 현장여건에 맞는 대안을 제시해야 한다. 3) 장기적인 내구성을 확보하기 위해서는 지속적인 관의 변형상태를 관찰해야만 하고. 다짐도에 따른 관의 강성값과 변형률에 대한 장기적인 거동에 대한 데이터를 축적할 필요가 있다. 4) 설계자가 선정한 관종이 허용변형률 이내에 들지 않는 경우를 대비하기 위하여 현장지반조건 및 관을 제조하는 회사의 강성값을 반드시 확인하여 설계에 반영하여야 하면 필요시 변형률 측정장비를 활용하여 지속적으로 조사를 하여 관의 안정성 확보에 노력을 기울여야 한다. 5) 본 조사 결과를 종합해 보았을 때, 연성관에서 변형이 발생한 원인은 시간에 따른 장기적인 토압의 영향보다는 관 기초의 설계조건 및 관 매설 후 다짐 시 층별 다짐조건의 영향에 따른 단기적인 관 시공상의 문제에 영향을 받은 것으로 나타났다.
1990년대 사용된 하수도용 관거는? 1990년대 까지만 해도 하수도용 관거로는 흄관, PC관, VR관 등 강성 위주의 합류식 관거가 사용되었다. 2000년 초반 CCTV조사를 통하여 살펴본 합류식 관거의 문제는 관 파손, 오접시공, 단차발생, 철근노출 등 7.
합류식 관거의 문제는 무엇인가? 1990년대 까지만 해도 하수도용 관거로는 흄관, PC관, VR관 등 강성 위주의 합류식 관거가 사용되었다. 2000년 초반 CCTV조사를 통하여 살펴본 합류식 관거의 문제는 관 파손, 오접시공, 단차발생, 철근노출 등 7.6m 당 한 개소의 이상 문제 발생으로 인하여 2002년 환경부에서는 “하수관거정비 원년의해” 선포를 계기로 기존의 합류식위주의 관거에서 우수와 오수를 분류하는 선진화된 분류식 하수관거정비사업을 시작하게 되었다.
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참고문헌 (10)

  1. ASTM D 2321 (2000), Practice for Underground Installation of Thermoplastic Pipe for Sewers and Other Gravity-Flow Applications. 

  2. ASTM D 2412 (2011), Standards test method for determination of external loading characteristics of plastic pipe by parallel-plate loading. 

  3. ASTM F 894-98a (1998), Specification for Polyethylene (PE) Large Diameter Profile Wall Sewer and Drain Pipe. 

  4. Kang, J. S., Davidson, James, Lim, J. H., and Kang, Y. J. (2013), "Cover Requirements for Corrugated HDPE and PVC Pipes Used for Cross-drains in Highway Construction," J. Korean Soc. Adv. Comp. Strus. Vol. 4 No. 1, pp. 15-24. (in Korean). 

  5. Kim, Y. J. and Lee, J. M. (2007), "A Case Study of Characteristic and Device for Variation on Flexible sewerage Pipe," Korean Society of Water and Wastewater Conference, pp. 17-20. (in Korean). 

  6. Kim, Y. J., Lee, J. M., Jin, K. N., and Choi, Y. C. (2008), "A Case Study on The BTL Sewage Pipe," 34th Korean Society of Civil Engineers Conference, pp. 771-774. (in Korean). 

  7. Korea Land Corporation (2004), The Research of Qualitative materials in Sewer Pipe, pp. IV(1)-IV(50). (in Korean). 

  8. Korea Land Corporation (2006), The Characteristic Study of Flexible pipe for underground Pipe Deformation, pp. 30-35. (in Korean). 

  9. Ministry of Environment (2005), Sewer Facility Standards, pp. 113-147. (in Korean). 

  10. Ministry of Environment (2006), Guideline of Sewer Construction Management, pp. 161-237. (in Korean). 

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