다리 교각의 모양과 주위 환경의 관계(대상) 중학교

[풀꽃]

다리 교각의 모양과 주위 환경의 관계

서울 광양중학교

2학년 이화수

Ⅰ. 탐구 동기

지난 번에 뉴스를 보니 한강 다리의 부실 현장을 보고한 바 있다. 이것을 보니 다리의 교각이 깍여 매우 위험한 모습을 하고 있었다. 그래서 나는 다리의 부실을 막을 수 있는 방법을 찾기로 결심하고 이 실험을 하게 되었다.

Ⅱ. 탐구 기간

1997년 7월 30일부터 1997년 8월 20일

Ⅲ. 탐구 내용

1. 다리 교각의 모양을 달리하여 침식 정도를 알아보고 질량 변화도 알아본다.

2. 다리 교각의 모양을 달리하여 주위의 환경을 알아본다.

3. 다리의 상판 모양을 달리하여 강하기를 알아본다.

Ⅳ. 탐구 방법 및 결과 해석

탐구 내용1: 다리 교각의 모양을 달리하여 침식 정도를 알아보고 질량 변화도 알아본다.

1. 실험 재료

다리 교각모형(점토), 윗접시 저울, 유수대, 돋보기

2. 실험 방법

가. 각각의 다리 교각의 질랴을 잰다.

나. 유수대와 다리 교각의 모양을 설치한 후 물을 흘려보낸다.

다. 10일 수 침식 정도를 알아보고 질량 변화도 알아본다. 이 때 물기를 완전히 뺀 후 질량을 잰다.

라. 결과를 분석한다.

3. 관찰 결과

가. 실험 장치

유수대에 교각 모형(15cm)을 설치한 후 물을 흘려 보냈다. 그리고 침식이 잘 일어 나도록 약간의 모래를 넣어 준 후 약 10일 간 관찰하였다. 이 때의 유속은 0.3m/s였다.

나. 실험 결과

침식이 앞 부분과 뒷부분에서 잘 일어었고 물의 흐름이 원할하였다. 질량이 600g 줄어 들었다.

각이 진 양 쪽 모서리가 깍여 둥글게 되었고 앞쪽이 가장 많이 침식되어 들어갔다. 질량이 700g 줄어 들었다.

앞쪽과 양 끝각이 침식되어 둥글게 되었다. 질량이 290g 줄어 들었다.

앞 부분이 조금 깍였을 뿐 침식이 거의 일어나지 않았고 물의 흐름도 매우 원활하였다. 질량이 200g 줄어들었다.

4. 알게 된 점

물의 영향을 정면으로 받는 앞 부분이 공통적으로 침식되었다. 그리고 각이 진 부분은 모두 침식되어 둥글게 되었다. 4가지 모형 중에서 사각모형이 침식이 가장 잘 일어났고 질량도 가장 많이 줄어 들었다. 한 편 타원 모형은 침식이 가장 조금 일어 났고 질량도 가장 조금 줄어들었다. 이것으로 보아 타원형이 가장 좋은 다리 교각이라는 것을 알게 되었다.

탐구내용2: 다리 교각의 모양을 달리하여 주위의 환경을 알아본다.

1. 실험 재료: 유수대, 다리 교각 모형, 흙, 돋보기

2. 실험 방법

가. 유수대와 다리 교각 모형을 설치한다.

나. 유수대 바닥에 흙을 고르게 깐다.

다. 물을 흘려 보낸 후 다리 교각 주위의 흙 모양을 관찰한다.

라. 결과를 분석한다.

3. 관찰 결과

가. 실험 장치

유수대와 다리 교각 모형(15cm)을 설치한 후 높이 7cm의 물을 부었다. 그리고 흙을 고르게 깐 후 0.2m/s의 유속을 3일 간 계속 흘려 보냈다. 그러고 나서 3일 후 흙의 모양을 관찰하였다.

나. 실험 결과

원형 모형에서는 흙의 고른 퇴적지를 만드는 것처럼 보였으나 시간이 지날수록 모형 바로 뒤쪽은 흙이 쌓이지 않아 불안정한 퇴적층을 이루었다.

사각 모형에서는 흙이 모형의 바깥 쪽, 즉 양 모서리 끝 쪽에 흙이 쌓였고 가운데 부분에는 흙이 쌓이지 않았다.

삼각 모형에서는 사각 모형과 마찬가지로 흙이 모형의 바깥쪽에만 쌓였다.

타원 모형에서는 원형의 모형과 비슷한 모양을 띄고 있으나 원형과는 달리 안 쪽에도 흙이 쌓여 있었다.

모형	흙이 쌓인 모양(물의 흐름)
원형 모형	흙이 고른 퇴적층을 이루었다.
사각 모형	양 끝 모서리쪽에만 흙이 쌓였다.
삼각 모형	양 끝 모서리쪽에만 흙이 쌓였다.
타원 모형	흙이 매우 고른 퇴적층을 이루었다.

4. 알게 된 점

이것으로 보아 타원 모형이 가장 좋은 퇴적지를 만들고 물의 흐름도 가장 원활하다는 것을 알 수 있다.

탐구 내용3: 다리의 상판 모양을 달리하여 강도를 알아본다.

1. 실험 재료

상판 모형-각각 1kg, 2kg, 4kg의 철판(가로 10cm, 세로 10cm, 높이 2cm)

2. 실험 방법

가. 상판 모형(T자형, Y자형, TY자형)을 설치한 후 30cm의 높이에서 철판을 떨어뜨린다.

3. 실험 결과

가. 실험 장치

4. 알게 된 점

TY자형이 가장 튼튼한 상판이었다.

Ⅴ. 결론

위의 실험의 결과를 응용한다면 앞으로의 다리 공사에 매우 유용할 것이다. 현재의 원형 교각을 타원형 교각으로 바꾸고 T자형 상판을 TY자로 바꾼다면 현재의 문제점이 없어질 것이라 믿는다.