第30回

夏季研修会論文集

2009/08/29

木材チップを用いた落石緩衝効果の実験
技術部 藤井俊逸・仲佐 拓
１．はじめに
平成 19 年 8 月の隠岐豪雨では時間雨量 131ｍｍという記録的な豪雨で斜面崩壊、土石流災害が発生した。
当社では道路際斜面からの落石防止対策を、SPC 工法、RCF 工法を用いた対策工を設計した。待ち受けによる落石対策なので、サンドクッションで落石衝撃力を緩衝する計画になっていた。
工事実施にあたり、サンドクッションを木質チップに変更できないかどうかを検討した。これは、「災害で大量の流木が発生しチップがあまっていること」、「隠岐の島は砂が不足していること」から、木質チップが使えれば一石二鳥となるためである。
本報告はチップが使えるかどうかを鉄球(6.2kg)
コンクリート重錘(1.0t)

整理したものである。

２．実験計画5.0m(5.0m & 9.0m)① 実験ケース１−鉄球（6.2kg）
実験ケース１−鉄球（6.2kg）
緩衝材

緩衝材厚

落下高

1-1-1~3

砂

0.5m

5.0m

1-2-1~3

地盤

0.5m

5.0m

1-3-1~3

新チップ

0.5m

5.0m

1-4-1~3

古チップ

0.5m

5.0m

1-5-1~3

古チップ

0.3m

5.0m

スケール

ビデオカメラ

0.5m(1.0m)

弾性波

緩衝材※（ ）内はコンクリート重錘落下時の数値を示す。

0.5m(3.0m)

地盤

1.0 m

5.0m

3-1-1~3

新チップ

1.0 m

9.0m

3-2-1~3

地盤

1.0 m

9.0m

2.0m
CH6

2.0m

2.0m

CH5

弾性波ピック間隔
コンクリート重錘(1.0t)

2-2-1~3

CH42.0m

5.0m

2.0m

1.0 m

2.0m

新チップ

CH3

4.0m

2-1-1~31.0m

落下高2.0m

緩衝材厚2.0m

緩衝材

CH22.0m

弾性波

CH12.0m

実験ケース２−コンクリート重錘（1.0t）

鉄球(6.2kg)
弾性波ピック間隔② 実験ケース２−コンクリート重錘（1.0t）

落下地点
1.0m

落下地点

CH7

測定項目
① ビデオ撮影により、落石速度・リバンド量を測定② 弾性波のピック（加速度センサー）を離れ方向に数点設置

計測結果の整理と分析① 材料毎に、リバウンド量、リバウンド速度、加速度のピーク値を測定する。
② その結果を分析し、緩衝材としての適正を判断する。

３．実験結果１）鉄球の考察
グラフ１は、鉄球の実験結果を整理した最終図である。
グラフ１−鉄球の測定結果
8000.07000.06000.0サンド5000.0

衝撃

地盤4000.0チップ新チップ古3000.0

チップ古
厚 0.3m2000.01000.00.00246810

距離

グラフ中のｃｈ１のデータ値から以下がわかった。

グラフ１① 衝材が無い場合、非常に大きな衝撃となる。
② 緩衝材は、砂・チップともに、緩衝効果が大きい。
③ 新チップは、サンドクッションよりも緩衝効果が高い。
④ 新チップと古チップを比べると、緩衝効果に変化が見られない。
この理由は、次のようなメカニズムと考えられる。
新チップは、木質部は固く衝撃力を伝達しやすいが、空隙が多いため緩衝効果もある。
古チップは、木質部が軟らかくなり緩衝効果が上がるが、空隙が減り緩衝効果が低下する。
このバランスにより、同じ厚さで比較すると、緩衝効果に変化がないと考えられる。

新チップ

古チップ

⑤ また、古チップの厚さ 50 ㎝と 30 ㎝の実験結果を比較すると以下がわかる。
チップの厚さが薄くなると、緩衝効果が小さくなる。
チップは時間とともに薄くなるので、採用に際して配慮が必要となる。
⑥ 実験によると、地盤の場合だけリバンドを記録し、その他のケースではリバンドがない。
これは、落下時の速度Ｖ１に対して、リバウンド速度Ｖ２はゼロということになり、緩衝効果は砂、チップ伴に、非常に大きいと評価される。
グラフ２は、グラフ１の結果から、衝撃力の時間変化についてグラフ化したものである。

グラフ２−鉄球の測定結果の整理
2500.0

A2000.0

D1500.0
衝撃サンドチップ
チップ0.3
チップ推移

1000.0500.0

BC0.00102030
年数405060

グラフ２の説明

グラフ２a) 横軸が時間・縦軸が加速度のピーク値b) サンドクッションは衝撃力 2106（A 点）
この値は、時間がたっても変化しないものとした
c) チップの時間経過による緩衝効果の低減
時間経過が無い状態として、新チップの加速度をプロットした。
0 年目 衝撃力 548（B 点）
3 年目 衝撃力 545（C 点→古チップは３年目）
3 年目の衝撃力がわずかに低下しているが、安全側を考え、変化しないものとした。
d) チップの厚さの経年変化
チップの厚さは、2.5 年間で 25 ㎝→24 ㎝となる。
毎年ある比率でチップ厚さが変化すると仮定すると、次が成り立つ。
25 ㎝厚さのチップが、ｔ年後に H となるとすると、H１＝25*P＾ｔ
ｔ=2.5 年のとき、H１=24 ㎝という実測値より、P=0.9838

タイトル

厚さ H0 のチップは、ｔ年後に H1 となるとすると、一般式は次

8000
7000

式となる。

6000

H1＝H0*0.9838＾ｔ -------------------- 式１衝撃力e) チップの厚さの経年変化に対応した、衝撃力の変化

5000

緩衝材厚さ 50 ㎝の時は衝撃力 548（B、C 点）

衝撃力

4000

指数 (衝撃力)

3000
2000

緩衝材厚さ 30 ㎝の時は衝撃力 1462（D 点）
緩衝材厚さ 0 ㎝の時は衝撃力 7491（グラフ１の地盤）
この値を、グラフ化したものが右グラフである。

1000
002040
チップ厚さ（ｃｍ）

60

このグラフから、チップの厚さ H と衝撃力 Q の関係がわかる。
衝撃力 Q = 7592.9e＾（-0.0522H） ------ 式２
H=-1/0.0522:LN(Q/7592.9) ------------- 式３（式２の変形）

グラフ３２）コンクリート重錘の考察
コンクリート重錘の場合も、鉄球と同様に、緩衝材があることで衝撃力の低下が確認できた。
また、ビデオ撮影の結果、バウンドはしていない。これは、落下時の速度Ｖ１に対して、リバウンド速度Ｖ２はゼロということになり、緩衝効果は非常に大きいと評価される。
ただし、サンドクッションとの比較は、実験していないので、鉄球の結果を参照されたい。
４．チップの厚さの検討① 砂の衝撃力と同じとなるチップの厚さの算定
砂の衝撃力 2107 になる、チップの厚さ Hｔは、式３より、Ht = 24.6cm② チップ厚 H0=50 ㎝が、Ht=24.6ｃｍとなる年数ｔ
式１を変形すると、式４となる。
ｔ＝log(H1/H0)/log0.9838 --------------- 式４H0=50 ㎝、Ht=24.6 ㎝を、式４に入れると、年数ｔが求まる。
ｔ= log(24.6/50)/log0.9838=43.4 年（グラフ４参照）
グラフ３−衝撃力・チップ厚さの経年変化
120.0
2100.0100.0

1600.0チップ厚 60 ㎝

1100.054.6 年
チップ厚 50 ㎝

600.0

43.4 年
100.060.0

衝撃力

厚さ(cm)

80.0-400.040.0-900.0

敷設50cm
敷設60cmサンド-1400.0
20.0-1900.00.0-2400.0010203040506070

年数① 施設の耐用年数を 50 年とする。

グラフ４② 計算結果で、
a) H0=50 ㎝が Ht=24.6 ㎝になるのに、43.4 年となる。
b) 実験では、緩衝材厚さを 50cm としたが、実際の現場では、緩衝材厚さが 100 ㎝である。
c) 従って、実験結果は次のように表現される。
H0=100 ㎝が Ht=24.6*2=49.2 ㎝になるのに、43.4 年となる（グラフ３参照）。
d) このことを、今回の現場に対応するように表現すると、厚さ 100 ㎝でチップを緩衝材として使った場合、43.4 年までは、サンドクッションより緩衝効果が高いが、43.4 年を過ぎると、サンドクッションの方が、効果が高くなる。
耐用年数の 50 年までは、サンドクッションより効果が高い方が望ましい。

e) 従って、チップの厚さを 120 ㎝にする。
この場合、今回の現場に対応するように表現すると、厚さ 120 ㎝でチップを緩衝材として使った場合、54.6 年までは、サンドクッションより緩衝効果が高いが、54.6 年を過ぎると、サンドクッションの方が、効果が高くなる（グラフ３参照）。
③ これらの結果から、対応策として、チップを 120 ㎝の厚さで施工するものとした。
４．おわりに短期間で検討しなければならなかったので、用いた計測機器も当社にあるものを利用して行った。チップがサンドクッションとして利用できれば、隠岐の島だけでなく、中山間地では有効なチップ利用方法となる。今後、大々的に使っていくのであれば、もう少し詳細な実験を行い、データを集積して、その利用方法を確立していくことが大事となる。