水道管の凍結破損

質問

水道管が凍結して破損することがよくあります。これは水が凍ると、体積が約１．１倍になるためであると知っていますが、線膨張で考えると３％のびるだけです。

鉄管が破壊する時の伸びは３％よりずっと大きいのになぜ破壊するのでしょうか？

回答No.5

monkey082R · ベストアンサー

一般的な材料で正常に作られたものであれば、直管、エルボ、チーズ、バルブなどは（よほど特殊（複雑な）構造でないかぎり）一回の凍結すなわち３％の塑性変形では破壊しないはずです。
しかし何回も凍結と溶解をくりかえすと塑性変形が積み重なって（加工硬化して）破壊に至ります。
破壊伸びが８％のものなら、２回凍っても破壊しませんが、３回目には破壊します。

お礼

有難うございました。
すっきりしました。

回答No.4

hroronD

仮に直線部分で破損する場合。
　何度にもわたって凍結→解氷→凍結・・・と繰り返すと破損する可能性はあると思いますが。

お礼

有難うございました。

回答No.3

funflier

あまり「物理学」的な回答ではありませんが。実際に破損／漏洩した例を
何度か見ていますが、多くはエルボ部分であるとか、バルブ部分であるとか、
ポンプのケーシングとか比較的脆い鋳物の部分に発生します。また継ぎ手の
ネジ部であるなど、薄くなったり段のある部分にも応力集中して発生します。

実際の水道配管は素材や厚さが均一の鉄の容器では無い、ということでもある
かと思います。また経年で配管自体内外から腐食があればそこから割れること
もあるでしょう。紙か何かを引っ張って千切れなくとも、一旦傷を入れれば簡単
に応力集中で裂けるというのと同じです。こうした事も一因かと思います。

お礼

有難うございました。

回答No.2

chie65536（@chie65535）

＞鉄管が破壊する時の伸びは３％よりずっと大きいのになぜ破壊するのでしょうか？

全体が均等に３％づつ膨張する訳じゃないから。

コンクリの中を通っている部分の前後が凍結したとします。

　　　　　　コンクリ
　　　　　■■■■
＝X＝＝＝＝＝＝X＝＝＝
　　　　　■■■■

X⇒既に凍結して通水してない箇所

コンクリに埋まっている部位は管が膨張しません（つか、膨張できません）

２箇所の凍結部分に挟まれた部分の水が凍ると、膨張出来るのは

　　　　　　コンクリ
　　　　　■■■■
＝X＝＝＝＝＝＝X＝＝＝
　　 ↑↑■■■■

の↑で示した部分だけです。

コンクリに埋まっているのが１５センチ、↑で示した部分が２センチだったら、どうなるでしょう。

全体で１７センチ分の膨張が、たった２センチの部分に集中します。

その２センチの部分だけ、通常の８．５倍も膨張します。

質問者さんは、この「一箇所に集中した膨張力」に水道管がどこまで耐えられると思いますか？

お礼

有難うございました。

回答No.1

misawajp

着眼点が違うからです

水道管の凍結破壊は　直線部では発生しません

全て曲がり（L)か分岐部（T)です　　すなわち　応力集中部

直線部の凍結した氷の膨張は線方向に向かいます（周方向は拘束力が強いため）
そして　LやTにぶつかり（Tの場合は下方向から）全力で体当たりします
1mの直管なら3cm以上の膨張力が加わります、その結果LやTが脆性破壊します

お礼

有難うございました。