토질시험

지반조사를 하면 보링과 함께 병행하는 것이 샘플링입니다. 보링으로 땅속 지반을 채취하고 실험실로 가져와서 더 자세하게 검사하면 더 많은 성질(물리적, 역학적 성질)을 파악할 수 있습니다. 

 

■ 토공사 개요

■ 지반조사로 무엇을 알 수 있을까?

■ 보링과 표준 관입 시험

■ 지내력 시험

 

토질시험의 항목

토질시험은 물리적시험과 역학적시험으로 구분할 수 있습니다.

• 물리적시험 - 흙의 비중, 함수량, 전건상태-소성한계-소성상태, 입도, 습윤밀도 등
• 역학적시험 - 직접전단, 1축압축, 3축압축, 압밀시험

 

아래 사진을 보면 기초의 형태에 따라 지반에 나타나는 응력의 분포를 알 수 있습니다. 지반의 강도는 주로 전단강도로 판단합니다.

 

 

 

흙의 종류

입자의 크기에 따라 흙을 구분하면 다음과 같습니다. 암석이 풍화작용을 받아 점점 입자가 쪼개지면, 자갈, 모래, 실트, 점토 순으로 작아지게 됩니다. 

 

흙의 구성

지반을 구성하는 성분을 크게 나누면 흙입자와 빈공간(간극)으로 나눌 수 있습니다. 이 간극의 일부는 물로 차 있기 때문에 결국 흙입자, 공기, 물로 구성된다고 볼 수 있습니다. 각각이 차지하는 비율을 나타내는 것이 간극비와 함수비입니다. 

 

 

• 간극비 = 간극(물+공기)의 용적 / 토립자의 용적
• 함수비 = (물의 중량 / 토립자의 중량) X 100(%)
• 포화도 = (물의 용적 / 간극부분의 용적) X 100(%)

 

비율 - 비율에서 비로 나타낼 때와 율로 나타낼 때를 구분해야 합니다. 간극비와 간극률은 다릅니다. 비를 사전에서 찾아보면  '어떤 두 개의 수 또는 양을 서로 비교하여 몇 배인가를 나타내는 관계'로 정의됩니다. 즉 비는 A와 B가 모여 전체를 구성할 때  A와 B의 상대적인 비교(A/B)를 나타낸 것이고, 율은 전체에서 A가 차지하는 정도(A/(A+B)를 나타냅니다. 

 

간극은 서로의 부피를 측정해서 계산할 수 있지만 함수비는 중량을 측정해서 나타냅니다.

 

예민비 - 예민비는 흙의 이김에 의해 강도가 약해지는 정도를 나타납니다. 

 

• 예민비 = 자연시료의 강도/이긴시료의 강도

일반적으로 대부분의 흙을 이기면 강도가 약해집니다. 따라서 예민비 값은 1보가 크게 됩니다. 점토의 경우 입자가 작기 때문에 물과 섞여서 반죽을 하게 되면 강도가 매우 약해집니다. 점토반죽을 해본 경험이 있다면 잘 알 수 있겠죠? 따라서 점토의 예민비는 큰 값을 나타냅니다. 그런데 모래는 물을 넣고 반죽을 하더라도 큰 차이가 없습니다. 따라서 모래의 예민비는 1에 가깝습니다. 

 

흙의 역학적 성질

흙의 역학적 성질은 전단강도로 나타냅니다. 전단강도시험은 1축 시험이나 3축 시험으로 나타내는데 시험결과를 쿨롱의 법칙으로 나타냅니다.

 

 

1축 전단시험은 어렸을 때 많이 했던 '쌀보리' 놀이를 생각하면 이해하기가 쉬울 것 같습니다. 위 그림에서 볼 수 있는 것처럼 전단력 시험을 할 때 시험체를 누르는 수직력이 크면 클수록 전단력이 커지기 때문에, 이 전단력을 수직력과의 관계로 나타낸 것입니다. 

 

그런데 시험결과는 토질에 따라 달라집니다.

 

 

우선 입자가 매우 가는 점토를 봅시다(위 그림 중 왼쪽). 점토는 입자가 매우 가늘기 때문에 입자사이의 마찰력이 0에 가깝습니다. 따라서 수직력이 작용해도 전단력에 차이가 없습니다. 결국 입자 사이의 점착력에 의해 전단강도가 달라지기 때문에 그래프가 일정하게 나타납니다.

 

모래는 점토와는 달리 입자사이의 점착력이 없습니다(위 그림 중 오른쪽). 그리고 입자들간의 마찰력이 크게 작용하기 때문에 흙을 강하게 누르면 전단강도도 크게 나타납니다. 따라서 그래프를 보면 수직력이 클수록 전단강도가 커지는 것을 알 수 있습니다.

 

일반적인 상태의 흙은 입자가 큰 모래와 입자가 가는 점토가 섞여 있습니다. 따라서 쿨롱의 법칙을 그래프로 나타내면 다음과 같이 됩니다.

 

■ 지반조사로 무엇을 알 수 있을까?

 

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