◆ 最近の落石対策工法の実物大実証実験について思うこと ◆

近年，各メーカーの努力により高エネルギー吸収型と呼ばれる落石防護網や落石防護柵が次々と世の中に送り出されています。あまりの多種多様さに，発注者や設計コンサルタントも工法を選定するのに戸惑っているように感じます。

　高エネルギー吸収型の防護工はその名の通り，一般的なポケット式落石防護網工や落石防護柵工では対応できない，より大きな落石エネルギーを吸収することを目的としているため，机上の強度計算のみで落石エネルギー吸収の可否を判断するのは非常に危険だと思います。

　現に各メーカーとも，その危険性について理解しているが故に実物大の実証実験を行い，製品の性能確認をするのが一般的となってきています。

　ところが，この実物大の実証実験の方法に各メーカーともバラツキがあるため，きちんとした性能確認になっているかどうかを発注者や設計コンサルタントが正しく理解し判断することが求められているように感じます。

　実物大の実証実験方法について，それが信頼できる方法かどうかを判断するには，まず①力学の初歩的な部分に立ち返ってチェックすることと，②土工指針などの基準書に記載されてある設計手法の大前提を復習することで，そのほとんどが解決できると考えています。そしてその大半を占めているのが実証実験時の防護網，防護柵に入力される落石エネルギー（重錘エネルギー）であると思います。

　例えば，ロングスパン工が実証実験で確認できた落石エネルギー400kJとはどんなエネルギーなのか考えてみます。

　ここまでの話は，重錘エネルギーが400kJであることを確認できるモデルでしたが，ここからの話は一見は400kJに思えるが実は400kJに到達できないモデルを紹介します。

　下図左を御覧下さい。重量w＝10kNの重錘が高さｈ＝40ｍの位置から転がる（滑る）のだから，当然重錘のエネルギーは400kJである，と考えがちですが一つ盲点があります。それは重錘と斜路（転がり面，滑り面）との摩擦です。下図左の場合で摩擦が０である場合のみ400kJと言えます。しかし下図左のような斜路をもつ実物大の実験装置を製作して，重錘と斜路との摩擦を０とするのは現実的に困難でありそれ故に重錘エネルギーは400kJ以下と言わざるを得ません。

　ましてや，下図右のような角型の重錘であった場合は，摩擦が０となることはあり得ませんので重錘エネルギーは400kJを大きく下回ると考えられます。 

　以上は，力学の初歩的な部分に立ち返り考察することで理解できるお話しの一例でした。

　次は，土工指針などの基準書に記載されてある設計手法を思い起こすことで理解できるお話しの一例です。

　例えば『道路土工 切土工・斜面安定工指針（H21年6月）』のP.353，及び『落石対策便覧（H12年6月）』のP.138に，落石の衝突方向に関する記載があります。

要約すると，

　「落石防護網に作用する落石エネルギーは，金網（阻止面）に直角の分力について算出する。」

との記載です。

　よくよく考えると当たり前のことなのですが，実証実験においては意外な盲点となり得ます。下図を御覧ください。下図のそれぞれのモデルで，赤矢印で示している方向が阻止面に対して直角の分力となります。

　例えば下図の自由落下モデルや振り子モデルを見てみると，重錘の運動エネルギー自体は400kJなのですが，阻止面に傾斜がついているためその直角分力（赤矢印方向）で考えた場合，阻止面に及ぼす重錘エネルギーは400kJを大きく下回る結果となります。

　仮に重錘の進行方向に対して阻止面の傾斜角が45°ついた場合，阻止面に及ぼす重錘エネルギーは半分の200kJしかないという計算結果になります。

　以上，実物大の実証実験方法について，それが信頼できる方法かどうかを判断するためのほんの一例を挙げてみました。

　発注者や設計コンサルタントの方々が多種多様化している高エネルギー吸収型の防護工を選定する際に少しでもお役に立てれば幸いに思います。