흙의다짐시험

1. 시 험 목 적

 

다짐시험은 현장에서 임의의 함수비로 흙을 다질 때 예상되는 단위중량을 결정하기 위하여 실시한다. 현장에서는 다짐시험의 결과를 이용하여 최대 건조단위중량의 어느 비율(다짐도) 이상을 요구하고 있다. 시료의 함수비를 증가시키면서 다짐시험을 수행하여 건조단위중량이 최대가 되는 함수비 즉, 최적함수비를 찾는다. 이를 위하여 함수비를 변화시키면서 다짐시험을 하여 함수비-건조단위중량 관계곡선을 구하여 최대건조단위중량 γd max과 이에 대응하는 최적함수비 ωopt를 구한다.

현장에서 흙을 다질 때 가장 적절한 함수비와 이 함수비로 다질 때 예상되는 단위중량을 결정하기 위한 것으로 현장의 다짐에 대응하는 실내 다짐방법을 정하고, 이 방법으로 얻어진 최대건조밀도를 기준으로 한 다짐의 정도를 알아내기 위한 것이다.

고속도로, 제방, 중력식 댐이나 그 밖의 많은 구조물을 건설할 때, 느슨한 상태의 흙은 다져서 단위중량을 증가시키는 것도 다짐을 행하면 흙의 강도가 증가되어 그 흙 위에 놓여지는 기초의 지지력이 증가하며, 구조물의 바람직하지 못한 침하량이 감소되고 제방인 경우 사면 안정에 도움을 주게 되기 때문이다.

 

2. 시 험 기 구

 

(1) 다짐몰드

(2) 램머 (Rammer)

- 직경 5cm인 원형단면을 가진 금속제 램머로 무게 2.5kgf, 4.5kgf의 두 가지가 있으며 전자는 낙하고가 30cm이고 후자는 낙하고가 45cm이어야 한다.

(3) 시료추출기

몰드에서 다진시료를 추출하는데 쓰인다.

(4) 저울

용량 10kgf이상, 감도 10gf인 것과 용량 100gf이상, 감도 0.1gf이상인 2가지가 필요하다.

(5) 건조로

(6) 곧은날 (straight dege)

길이 약 30cm인 강철제의 곧은날이어야 한다.

(7) 체

NO.4, 12.7mm, 19.1mm, 25.4mm, 38.1mm

(8) 시료혼합기구

시료팬, 분무기

(9) 함수량 측정도구

건조로, 저울, 시료용캔

 

3. 시 험 방 법

 

(1) 시험에 앞서 위의 시험기구에서 나온 기구들을 준비한다. 이때 몰드의 규격을 측정하여 부피를 알고 몰드의 무게(칼라를 제거한 저판과 몰드의 무게 W1)를 달아 기록한다. 또한 함수량 측정을 위한 시료용캔을 충분히 준비하고 각각의 무게를 달아 기록하고, 각 시험회수에 따른 상, 중, 하를 구분하여 표시를 해둔다.

 

(2) 이번 4조가 시험에 사용하게 된 시료는 어느정도 수분이 포함된 상태의 것이어서 덩어리지는 부분이 있었다. 이것을 그대로 사용할 경우 약간의 다짐이라도 되어 있는 상태의 것이어서 시험에 오차의 요인으로 작용할 수도 있어 표준체를 사용하여 덩어리지는 경우가 없도록 체를 쳤다.

 

(3) 다진층의 두께가 몰드 깊이의 약 1/3이 되도록 몰드 속에 흙을 적당히 넣는다. 이번 시험은 표준다짐시험으로 몰드를 삼등분하여 다졌을 때를 기준으로 높이를 상, 중, 하로 나누어서 25회/층 으로 다진다.

 

(4) 흙이 골고루 다져지도록 램머를 몰드 안쪽 둘레를 따라 25회 다지고 중앙부분도 다져야 한다. 즉, 모든 부분에서 다짐에너지가 동일하도록 램머의 위치를 적당히 바꾸어가며 다진다. 이와 동일한 방법으로 3층을 다지고 마지막 층을 다질 때에는 칼라를 붙여 흙을 넣어 다지되 다짐 후에는 흙의 표면이 몰드의 가장자리 위로 약간 올라와야 한다. 각층의 다짐 후 두께가 4.5cm정도로 일정해야 한다. 전체두께는 13cm정도가 되게 한다. 다짐중간이 분리되지 않도록 다짐한 흙의 표면을 긁어 놓는다.

 

(5) 다짐이 끝나면 칼라를 빼어내고 시료칼로 몰드의 가장자리를 깨끗이 깎는다. 칼라를 분리할 때에 몰드 내에서 흙이 묻어나오지 않도록 주의해야 한다.

 

(6) 몰드 주위에 붙어 있는 흙을 깨끗이 털어낸 후 (저판+몰드+습윤시료)의 무게 W2를 잰다. 시료의 상하 및 중간 부분에서 흑을 각각 약 50gf씩 채취하여 KSF 2306에 의해 각각의 함수비를 구한 후에 평균한다.

 

(7) 나머지 흙은 고무망치 혹은 손으로 부순 다음에 새로운 흙시료를 더 추가하고 적당량의 물을 추가하여 잘 혼합한 후에 시험을 반복한다. 대체로 최적 함수비보다 작은 함수비로 3～4회 큰 함수비로 3～4회로 전부 6～8회 실시한다.

 

(8) 측정결과를 정리하고, 보고서를 작성한다.

 

4. 결과산출방법

 

(1) 데이터 시트를 작성한다.

(2) 건조단위중량(건조밀도) γd를 계산한다.

(3) 다짐곡선을 그린다.

세로축은 건조단위중량 γd, 가로축은 함수비 ω로 잡고 각 함수비에 대한 건조단위중량을 표시하면 다짐곡선이 얻어진다. 이 곡선으로부터 최대건조단위중량 γd max과 최적함수비 ωopt를 구한다.

- 각 시험에서 습윤단위중량 γt를 다음과 같이 구한다.

 

γt =	W2 - W1	[gf/㎤]
	V

여기서, W1 : (몰드+저판)의 무게[gf]

W2 : (몰드+저판+습윤시료)의 무게[gf]

V : 몰드의 체적 [㎤]

- 각 시료의 함수비 ω를 알고 있으므로 건조단위중량 γd를 구할수 있다.

 

γd =	γt	=	W2 - W1	[gf/㎤]
	1+ω/100		V(1+ω/100)

(4) 영공기 간극곡선

건조단위중량을 구하는 다음의 식에서 S=1.0로 두고 함수비와 건조단위 중량과의 관계곡선을 구하면 이것이 영공기 간극곡선(또는 포화곡선)이 된다. 그밖에 90%포화곡선 또는 80%포화곡선을 얻기 위해서는 S=90 또는 S=80을 대입한다.

γd =	Gs․γw	=	γw
	1+ω․Gs/S		1/Gs + ω/S

여기서,Gs : 흙입자의 비중

γw : 물의 단위중량

S : 포화도 [%]

 

5. 시 험 결 과

 

(1) Data sheet

 

◆함수비

용기 번호		A1	A2	A3	A4	A5
(젖은흙+용기) 무게	g	40.4	21.0	33.3	38.0	35.95
(마른흙+용기) 무게	g	36.3	44.2	30.2	33.9	32.15
용기의 무게	g	20.2	18.1	18.8	19.0	18.6
마른흙 무게	g	16.1	26.1	11.4	14.9	13.55
물의 무게	g	4.1	6.8	3.1	4.1	3.8
함수비	%	25.47	26.05	27.19	27.52	28.04

◆다짐 시험

시험	몰드 부피	몰드 무게	습윤 시료 몰드 무게	습윤 시료 무게	습윤 단위 중량	평 균 함수비	건조 단위 중량
단위	(㎤)	(kg)	(kg)	(kg)	(g/㎤)	(%)	(g/㎤)
1	988.4	4.3	6.25	1.95	1.973	25.47	1.572
2	988.4	4.3	6.25	1.95	1.973	26.05	1.565
3	988.4	4.3	6.25	1.95	1.973	27.19	1.551
4	988.4	4.3	6.25	1.95	1.973	27.52	1.547
5	988.4	4.3	6.25	1.95	1.973	28.04	1.541

 

 

결 론

 

6. 분석 및 고찰

 

다짐 곡선의 모양은 입도가 양호한 사질토일수록 날카롭고 세립토 일수록 완만하다. 입도가 양호하고 균등한 사질토는 곡선이 평평한 상태를 나타내고 최대치가 불분명하다. 최대 건조단위중량이 클수록 최적 함수비는 작다.

위의 Data sheet와 Graph에서 보면 알 수 있듯이 이번 시험결과를 보고서는 이 시험의 목적인 최적함수비와 최대건조단위중량을 찾아낼 수가 없다. 시험회수 1회 때부터 시작해서 마지막 회수까지 함수비가 증가함에 따른 건조단위중량값이 계속해서 감소하기 때문이다.

이와 같은 다짐곡선에서 대체로 건조단위중량은 특정한 함수비(최적함수비)에서 최대가 되며 그보다 작거나 큰 함수비에서는 건조단위중량이 작으므로 곡선의 형태가 위로 볼록해야 하는데 이번 시험에 사용된 시료의 경우는 물을 첨가하지 않고 처음 회수를 시험할 때부터 이미 최적함수비 보다 더 높은 함수비를 지니고 있었다고 분석할 수 있다.

시험의 목적에 부합된 결과를 얻을 수 없는 것이 아쉽기는 하지만, 나중에 현장에 나가서도 적용할 수 있는 시험법을 익혔다는데 의의를 가지는 것으로 만족을 해야겠다.

우리 주위에서 쉽게 많이 접할 수 있는 대수롭지 않은 흙이지만 토질을 포함한 토목분야에서는 특별한 재료로 많은 지식과 경험이 필요할 듯 했다. 이런 지식, 경험이 바탕이 된다면 실제 현장에서 시공하고자하는 흙의 함수비를 파악하여 함수비의 정도에 따라 다짐의 양 및 다짐기계의 종류등을 선정하는 데도 많은 도움이 될 것이다.

 

 

이상

 

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