급수관의 내진 성능 향상의 주요 목표는 두 가지입니다. 첫째, 송수 용량을 확보하여 대규모 수압 손실을 방지하고, 비상 시 화재 및 주요 시설에 용수를 공급할 수 있도록 하는 것입니다. 둘째, 급수관 손상을 최소화하여 신속한 복구를 용이하게 하는 것입니다. 즉, 지진 재해 발생 시 급수 시스템은 더욱 높은 적응성을 가져야 합니다.
급수 시스템의 정상적인 작동을 위해서는 수도관 파손을 예방하는 것이 필수적입니다. PE4710(PE100과 동일) 배관 시스템은 모든 급수관 중 파열 및 누수 가능성이 가장 낮아 위의 모든 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.
파동 전파와 영구적인 지반 변형은 매설된 파이프라인 손상의 주요 원인입니다. 축력과 굽힘 응력이 존재하기 때문에 지반 운동은 파이프라인에 축 방향 및 굽힘 변형을 유발합니다. 강성이 높은 재료(허용 응력이 높은 재료)는 일반적으로 변형 능력이 제한적입니다. 폴리에틸렌(PE)으로 대표되는 연성 재료(허용 응력이 낮은 재료)는 변형 능력과 인성이 우수합니다.
파이프라인 시스템의 내진 성능은 지표면 변형에 대한 적응성으로 나타납니다. 지진 진동이나 지진파 전파는 가장 취약한 파이프라인조차도 손상시킬 수 있는 지반 변형을 유발할 수 있습니다. 단층 균열, 산사태, 진흙으로의 토양 변화 및 그에 따른 침하 및/또는 측면 확장, 지반 침하 및 융기는 더 큰 지반 변형을 유발하여 매설된 파이프라인의 넓은 지역에 손상을 초래할 수 있습니다. 표 B-1은 영구적인 지반 변형으로 인해 전 세계에서 관측된 지반 변형률 데이터를 보여줍니다.
표 B-1 영구 지반 변형으로 인한 관찰된 지반 변형률
파이프라인에 필요한 지반 변형률 범위는 0.05%~4.5%입니다. 미국 전력 연구소(American Electric Power Research Institute)의 2008년 보고서에서 PE4710 재료의 변형률 용량 측정값이 제시되었습니다. 50°F(10°C) 온도에서 PE4710 파이프의 평균 인장 항복 변형률은 9.9%이고, 평균 극한 인장 변형률은 206%입니다. 폴리에틸렌 파이프는 단단하거나 취성 파이프가 파손될 수 있는 하중에 저항하는 것이 아니라 지반 운동에 따라 움직입니다. 대부분의 지진 발생 시 용접(용접)된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파이프는 구부러지지만 파손되거나 분리되지 않아(밀봉 연결 없음) 정상적인 물 공급을 유지합니다. PE 파이프와 다른 구조물, 보조 시설 및 구성 요소의 모든 연결은 더 높은 차등 하중을 받을 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 부품의 연결은 파열 위험을 줄이도록 신중하게 계획하고 설계해야 합니다.
PE4710 파이프의 인장 항복 변형률은 관측된 최대 규모로 인한 지반 변형률의 약 두 배이며, PE4710의 극한 변형률은 최대 지반 변형률의 40배 이상입니다. 이론적 계산으로 얻은 성능은 지진 발생 시 폴리에틸렌 파이프라인을 사용한 경우와 일치합니다. 용접된 HDPE 급수관은 지진에서 양호한 성능을 보였습니다. 표 B-2는 일본의 과거 지진에 대한 부분적인 관측 결과를 보여줍니다(Omuro and Himono, 2018).
표 B-2 일본에서 발생한 과거 지진 관측 자료
파이프라인의 내진 성능은 인성, 축방향 변형률 내력, 허용 굽힘 반경, 접합부 강도, 안정성 및 기존 파이프라인 상태를 포함하여 평가되어야 합니다. 다수의 내진 실험 결과에 따르면 ASTM 파이프 시리즈 표준에 따른 HDPE 급수관 메인 파이프라인은 대부분의 지진 하중 조건에서 정상 작동을 유지할 수 있습니다. 급수관 메인 파이프라인의 내진 성능 요건이 높은 경우, 용접 HDPE 파이프 사용을 고려해야 합니다. HDPE 파이프는 내진 성능이 더욱 신뢰할 수 있고 지진으로 인해 발생하는 지반의 다양한 변형률에 적응하여 정상 작동을 유지할 수 있기 때문입니다.
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게시 시간: 2025년 3월 6일
