침몰선의 해저면 이탈력에 관한 모형실험 연구

Abstract

선박의 침몰사고는 인명피해는 물론, 침몰선의 유류 및 기타 오염물질의 유출로 인한 해양오염 등 다양한 2차 사고로 이어질 수 있기 때문에, 신속한 구난 및 인양 작업이 요구된다. 해저면에 침몰된 선박의 인양작업은 침몰선의 해저면 이탈, 수중 인양, 자유수면 통과, 공기 중 인양 단계들로 구분될 수 있으며, 이 중 첫 번째 단계인 해저면 이탈을 안전하게 수행하기 위해서는 적절한 해저면 이탈력을 예측하는 것이 중요하다. 해저면 이탈력은 물체가 해저면을 이탈할 때 해저 저질에 의해 작용하는 힘으로 인양력을 구성하는 주요 성분 중 하나이다. 해저면 이탈력을 평가하기 위하여 Lee(1972)가 제안한 해저면 이탈력 추정식이 가장 널리 활용되고 있으며, 해당 해저면 이탈력 추정식은 단순형상 구조물에 대한 실해역 및 모형실험 데이터를 기반으로 개발되었다. 반면 본 연구에서 고려하고 있는 복잡한 3차원 형상의 선박에 대한 직접적인 적용 가능성에 대해서는 추가적인 검토가 필요하다. 이에 본 연구에서는 침몰선의 해저면 이탈력을 평가할 수 있는 추정식을 개발하고자 일련의 모형실험을 수행하였다. 첫째, 본 연구에서는 대한민국 연안의 해저 저질을 이용하여 다양한 단순형상 구조물에 대한 해저면 이탈력 모형실험을 수행하고, 그 물리적인 특성과 기존의 해저면 이탈력 추정식의 정확도에 대해 검토하였다. 둘째, 선박 형상 구조물에 대한 해저면 이탈력 모형실험을 수행하고, Lee(1972) 추정식에 형상계수를 도입하여 선박 형상에 적용 가능한 수정된 해저면 이탈력 추정식을 제안하였다. 셋째, 다양한 인양작업에서 발생할 수 있는 선박의 침몰 자세와 인양 속도에 대한 추가적인 모형실험을 수행하고, 그 영향에 대해 검토하였다.

Ship sinking accidents can lead to various secondary accidents, for instance, loss of life, marine pollution caused by the leakage of fuel and other pollutants from the sunken ship, thus emergency rescue and salvage operations are essential. The salvage operation of a sunken ship submerged on the seabed can be categorized into several stages: breakout from the seabed, underwater lifting, surfacing, and aerial lifting. Among them, predicting the appropriate bottom breakout force is crucial for safely performing the first stage, the breakout from the seabed. The bottom breakout force is one of the main components of the lifting force, which acts due to the resistance of the seabed when an object breakout from it. The most widely used method to evaluate the bottom breakout force is the bottom breakout force estimation formula proposed by Lee (1972). This bottom breakout force estimation formula is based on experimental results conducted with simple shaped structures. However, an examination of its direct applicability to ships, which have relatively complex three-dimensional shapes, is needed. In this study, a series of experiments are conducted with the aim of developing a formula for the bottom breakout force of sunken ships. First, experiments on the bottom breakout force for various simple-shaped structures using the seabed soil of South Korea's coastal area are conducted. Also, the examination of their physical characteristics and the accuracy of the existing bottom breakout force estimation formula is conducted. Second, experiments on the bottom breakout force for ship-shaped structures are conducted, and a modified bottom breakout force estimation formula, which introduces a shape factor to the Lee(1972)s formula, is proposed for applicability to ship shapes. Third, additional experiments are conducted on the sinking posture of the ship and the lifting speed that can occur in various salvage operations, and their effects are examined.