Experimental study of stability coefficient of breakwater armor layer depending on placement methods

Abstract

경사식 방파제는 오랜 기간 동안 많은 경험을 통하여 축조기술이 발전되어 왔기 때문에 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있다. 경사식 방파제에 피복되는 피복재는 입사하는 파랑에 의해 파괴 또는 이탈되지 않을 강도 및 중량을 가진 사석 또는 콘크리트 소파블록으로 이루어진다. 안정한 설계를 위해 여러 연구자들이 소파블록의 적정 중량을 산정하기 위하여 많은 연구를 수행하여 왔다. Hudson (1959)은 다양한 소파블록의 적정 중량 산정을 위해 안정계수(KD)를 포함하는 공식을 제안하였다. 테트라포드를 비롯한 다양한 소파블록에 대한 안정계수는 U.S Army Corps of Engineers에서 발행한 Shore Protection Manual에 제시되어 있으나, 한정된 파랑 조건과 단면조건에서의 실험으로 인해 그 적용성의 한계점을 가지고 있다. 본 연구에서는 경사식 방파제에 소파블록을 피복하는 방법과 그에 따른 안정계수(KD) 값을 제시한다. 소파블록으로는 우리나라에서 가장 많이 사용되고 있는 테트라포드를 비롯하여 Rakuna-IV, Dimple, 그리고 Grasp-R을 이용하였다. 국내에서 가장 빈번히 사용되는 경사 1:1.5의 경사식 방파제를 대상으로 하였으며, 우리나라에서 주로 사용하고 있는 정적 피복 방법을 제안하였다. 안정계수는 우리나라에서 소파블록의 적정 중량 계산에 널리 사용되는 Hudson(1959)식에서 유도하였다. 그 결과 테트라포드와 Rakuna-IV는 2가지 정적 피복 방법을 제안하였으며, 안정계수는 피복 방법에 상관없이 비슷하였다. Dimple 역시 2가지 정적 피복 방법으로 실험을 수행한 결과, 두 방법의 차이가 컸다. Grasp-R에 대해서는 한가지 정적 피복 방법을 사용하였으며, 다른 소파블록들보다 큰 안정계수를 나타내었다.

The rubble mound breakwater is widely used in Korea as well as throughout the world since its construction technology has been developed through extensive experience for a long time. The armor units used to protect the rubble mound breakwater from severe erosion are made of large stones or concrete blocks which are strong and heavy enough so that they are not broken or displaced by the incident waves. For stable and economic design of a breakwater, many studies have been performed for estimating appropriate weight of the armor units. In 1959, Hudson proposed a formula which includes the stability coefficient. The stability coefficients of various armor units including the Tetrapod are given in the Shore Protection Manual published by U.S. Army Corps of Engineers in 1984. However, their applicability is limited because they were developed based on regular wave experiments and only random placement was used for the concrete armor units. In this study, we propose different placement methods of concrete armor units on a rubble mound breakwater and determine the corresponding stability coefficients. The investigated armor units include the Tetrapod, which is the most widely used in Korea, Rakuna-IV, Dimple, and Grasp-R. The slope of the breakwater is fixed as 1:1.5, which is the most commonly used for rubble mound breakwaters. Regular placement methods are proposed, which are more frequently used in Korea than random placement methods. The stability coefficients are proposed based on the Hudsons formula for different placement methods of each armor unit. Two different placement methods are proposed for Tetrapod and Rakuna-IV, giving similar stability coefficients regardless of the placement method. Dimple is also experimented with two different placement methods whose results show somewhat different stability coefficients. Finally, Grasp-R is experimented with one placement method which results in a larger stability coefficient compared to other armor units.