개념 한 쪽
수질환경기사 관로 시설의 설계 요소 — 단면 형상과 매설 하중
하수관거의 설계에서는 단면 형상이 수리와 구조에 미치는 영향, 관 재료의 성질, 계획 유량 기준, 유속과 경사, 매설 하중을 함께 검토한다.
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뜻
계란형 단면은 유량이 적을 때 수리학적 이점이 있다. 그러나 단면이 불규칙해 원형보다 수평 토압에 대한 저항이 약하고 관폭을 확보하기 어렵다. 제조비가 늘고 시공 정확도도 더 요구된다.
말굽형 단면은 상부의 아치 작용으로 역학적으로 유리하고 수리학적 효율이 높으며 대구경에서 경제적이다. 다만 단면이 복잡해 시공성은 좋지 않다.
폴리에틸렌(PE)관은 내화학성이 우수해 산과 알칼리에 강하다. 산·알칼리에 약하다고 보는 설명은 재질의 성질과 반대이다.
오수관거는 계획시간최대오수량을 기준으로 설계한다. 우수관거와 합류관거의 유속은 침전 방지를 위해 최소 0.8m/s 이상, 관의 마모와 파손 방지를 위해 최대 3.0m/s 이하로 둔다.
만관 흐름의 유속은 Manning 식 V = (1/n)R^(2/3)I^(1/2)로 구한다. 원형관에서는 수리반경 R = D/4이다. 지름 40cm, 유속 1m/s, 조도계수 0.012를 넣으면 동수경사 I는 약 3.14×10^-3이다.
매설관이 받는 하중은 Marston 식 W = C·γ·B²로 계산한다. 계수 1.5, 흙의 단위중량 2.0t/m³, 도랑 폭 1.8m를 넣으면 1.5×2.0×1.8² = 9.72t/m이다. 도랑 폭은 제곱해서 넣는다.
최소관경은 오수관거에서 200mm, 우수관거와 합류관거에서 250mm로 규정한다. 침전물 퇴적을 막고 유지관리를 쉽게 하기 위한 기준이다.
예제
선지 판단은 단면 형상의 장단점, PE관의 성질, 오수관거의 계획 유량 기준, Manning·Marston 계산, 최소관경 기준에서 갈린다. 계란형이 수평 토압에 강하다고 적거나 말굽형의 시공성이 우수하다고 적은 선지가 틀린다. PE관이 산·알칼리에 약하다고 적거나 오수관거를 1일최대오수량 기준으로 설계한다고 적은 선지도 어긋난다. 우수·합류관거의 최대 유속을 3.0m/s보다 크게 적은 선지도 기준과 다르다. Manning 식에서 R = D/4를 쓰지 않거나 Marston 식에서 도랑 폭을 제곱하지 않은 선지도 성립하지 않는다. 오수관거의 최소관경을 우수·합류관거보다 크게 적거나 우수·합류관거의 최소관경을 250mm와 다르게 적은 선지도 기준과 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 계란형과 말굽형 단면은 설계에서 어떻게 다른가요?
- 계란형은 저유량에서 수리학적 이점이 있지만 수평 토압에 약하고 제조비와 시공 정확도 부담이 큽니다. 말굽형은 상부 아치 작용으로 역학적으로 유리하고 수리 효율이 높으며 대구경에서 경제적이지만, 단면이 복잡해 시공성은 좋지 않습니다.
- Manning 식으로 동수경사를 구하는 방법은 무엇인가요?
- V = (1/n)R^(2/3)I^(1/2)를 I에 대해 정리합니다. 원형관은 R = D/4이므로 지름 40cm이면 R은 0.1m입니다. 유속 1m/s, 조도계수 0.012를 넣으면 I는 약 3.14×10^-3입니다.
- Marston 식과 최소관경 기준은 어떻게 적용하나요?
- 매설 하중은 W = C·γ·B²로 구합니다. 계수 1.5, 단위중량 2.0t/m³, 도랑 폭 1.8m이면 9.72t/m입니다. 최소관경은 오수관거 200mm, 우수관거와 합류관거 250mm입니다.
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