이 름●이유명(20055115)학 과●토목공학과날 짜●2009. 6. 10≪재료역학 ≫(압축)▶실험목적㉮인장시험을 통해 재료의 기계적/물리적 성질을 평가 할 수 있다.㉯얻어진 Stress-strain 그래프를 해석 할 수 있다.㉰시험방법을 익히고, 활용할수있는 능력을 길러서 재료의 성질을 이용해서 기초설계하는데 이용할 수 있도록 한다.▶실험내용변위제어 방식(Displacement Control)재하속도 : 0.01mm/sec시험기기 : MTS810(25t)▶실험결과인장시험으로 얻은 결과값으로 힘-하중, 진응력-공칭응력 그래프를그려보았다.항복응력 460MPa 탄성계수 230GPa 연신율 16%→SM520 재료에 가장 가깝다▶실험 후 느낀점저희조 결과값 계산에 약간 착오가 있어 이번 인장 압축 레포트를 각각 낸다기에 다시 계산해 보았다. 위 그래프를 바탕으로 진응력, 공칭응력, 극한응력, 탄성계수,연신율 등을 구해 우리가 받은 시편이 어디에 가장 가까운지 알아본 결과 SM520에 가까운 재료로 되있었음을 알 수 있었다.끊어지면서 하중이 눈에 띄게 팍 떨어졌고 시편이 끊어진 모습은 자세히 보이면 가운데 부분이 파였다는 사실을 알 수 있다. 그리고 안쪽 모습과 바깥쪽 모습이 바깥쪽은 늘어나면서 끊어진 것처럼 보이고, 안쪽은 순식간에 파단된 것처럼 보였다. 이것이 안쪽을 취성파괴 바깥쪽을 연성파괴라 하며 그용어는 취성파괴는 소성변형없이 유리가 깨진것 처럼 파괴 된 것이고, 연성파괴는 소성변형이 있다가 엿가락처럼 파괴되는 것을 말한다. 그리고 소성변형(늘어나서 본디 상태로 되돌아가지 않는 변형)을 볼수 있었고 그 외에 탄성계수, 항복응력, 극한응력, 네킹현상등 s-s그래프에 관해 모든 것에 대해서 직접 눈으로 확인하고 체험 할 수 있었다.결국 4만개가 넘는 방대한 자료값을 엑셀로 정리하여 그래프를 구하고 여러 가지 값을 구했다. 과연 매번 시험을 할 때마다 수작업을 거쳐야 하는 걸까?
■ 압축계수와 압축지수경험적인 압축곡선에 기초(정규압밀상태)-곡선의 제하(除荷)시 팽창지수- Terzaghi 와 Peck (1967) : 점토상태(흙의 교란상태에서의 압밀성 반영)※ 매립점토 및 이탄(泥炭) 등 고압축성의 이탄질토를 제외하면 불교란점토의 제안식과 잘 일치충적연약지반 점토 : 체적압축계수와 자연함수비과의 관계에서의 값은 일반적으로 하중의 크기에 의존하므로 압밀하중이 30～150kN/㎡의 범위내에서 적용가능- NAVFAC(1971) : 간극비를 근거-大平 : 점토의 자연함수비과 압축지수와의 관계. 보통의 점토:의 값은 거의 0.2～0.9의 범위. 압축이 쉬운 이탄성 흙 :가 2이상의 높은 값을 보임- 일반점토표 2.3 여러점토에 대한 압축지수의 값흙의 종류예민비가 중간정도인 정규압밀점토0.2-0.5Chicago 실트질점토(CL)0.15-0.3Boston 청점토(CL)0.3-0.5Vicksburg 점토(CH)0.5-0.6Sweden 예민점토(CL-CH)1-3Canada Leda 점토(CL-CH)1-4Mexico City 점토(MH)7-10유기질점토(OH)4이상이탄(泥炭)(Pt)10-15유기질실트 및 점토질 실트(ML-MH)1.5-4.0San Francisco Bay Mud(CL)0.4-1.2San Francisco Old Bay Mud(CH)0.7-0.9Bangkok 점토(CH)0.4- Casagrande : 0% 및 100%의 압밀상태 :: 배수길이(양면배수 면 H/2),: 무차원시간계수(압밀도에 따라)양면배수일 경우(90%압밀시)단면배수일 경우(90%압밀시)(a) 양변배수 (b) 단면배수■ 2차 압밀△ 압밀비()-시간(t) 사이의 곡선은 압밀이 완료된 후(압밀도 100%)⇒과잉간극수압이 0(1차압밀이 종료된 상태로 간주)⇒완만하게 2차압밀이 시작(입자의 재배열이 발생)∵ 지반내 유기물, peat 등이 많이 포함되어 있는 경우 두드러짐이들 압밀상태에 따른 압밀진행을 압밀비의 관계로 나타내면 다음과 같다.(1) 초기압밀비초기압밀이란 시료내 간극속에 있는 공기가 하중재하로 인해 배출되는 과정에 의한 압밀비(2) 1차압밀비24시간 압밀중에 발생된 변형량으로 1차압밀이 완료된 상태 즉, Terzaghi 이론이 성립되는 동안 발생된 압밀변형을 말하며 최종압밀이 발생된 후와 1차압밀시 발생된 압밀량의 비2차압밀계수 결정법(3) 2차압밀비- 과잉간극수압이 완전히 소산후 입자 재배열에 의한 압축(2차압밀)이 발생⇒ 하중이 점점 커지면 흙입자가 조밀⇒ 입자가 전이되면서 크리프현상이 발생 : 주 원인- 예민비가 적은 점토는 2차압밀이 거의없고(10～15%정도)예민비가 큰 해성점토 혹은 유기질을 많이 함유한 흙은 약 40～50%- 1차압밀이 끝난후곡선에서 거의 수평에 가까운 직선의 기울기: secondary compression index,).혹은는 2차압밀침하량,는 1차압밀 완료후의 압밀층 두께이고, t 는 2차압밀예상시간,2차압밀구간에서 발생된시간에서의 변형량.점토상태에 따른 2차압축지수와 자연함수비△ 2차압축에 의한 2차압밀침하량- 2차압축지수를 이용하여- 1차압밀이 완료된 상태와 구분 모호- 실제로 아주 작은 과잉간극수압이 존재⇒측정곤란■ 일반적인 2차압축지수종 류과압밀점토0.0005-0.0015정규압밀점토0.005-0.03유기질토, 이탄(泥炭)0.04-0.1■ 풍화잔적토의 압축특성- 구조상 특이성으로 압축성이 다른흙과 다름풍화잔적토의 초기간극비와압축지수의 관계- 구조변질 쉬운 구조(장석), 구조변질이 쉽지 않은 구조(석영)
< 점탄성해석의 기본개념 >▶점탄성체 : 고체 탄성과 액체 점성의 양쪽 성질을 나타내는 물질(예를 들면, 잼, 껌, 아스팔트, 점토 등)그림 2.43 역학적 기본모형(1) 탄성과 유동성▶물체의 변형은 탄성변형으로 대표(Hooke의 탄성법칙)유동은 점성유동으로 대표(Newton의 점성법칙)▶Hooke의 탄성- 탄성계수 E를 갖는 스프링으로 표시응력과 변형률이 선형관계▶Newton의 점성-실린더와 피스톤의 모형을 그린 dashpot로 표시(2) 레오로지(Rheology)방정식의 기본형▶레오로지(rheology)방정식-응력과 변형률 관계를 나타내는 방정식▶ Hooke탄성의 레오로지방정식-응력과 변형률 사이의 관계가 선형인 경우(2-98)▶비Hooke탄성의 레오로지방정식-응력과 변형률 사이의 관계가 비선형인 경우-탄성계수가 응력(혹은 변형률)에 의하여 변화() (2-99)그림 2.44 탄성거동▶Newton유동의 레오로지방정식-변형속도가 변하지 않는 uniform flow에서 응력과 변형속도 사이에 일정한 관계가 성립(2-100)▶비Newton유동의 레오로지방정식-점성계수 η가 응력(혹은 변형속도)에 따라 변하므로 레오로지방정식은 지수함수형으로 표시() (2-101)그림 2.45 유동성 거동▶소성유동-동일물질이라도 탄성과 유동성의 양쪽 성질을 나타내는 경우발생-응력이 적은 경우 ⇒ 탄성을 보임어느 응력(항복치)이상에서는 유동성을 보임-항복치 σ0 이상의 응력에서 유동성을 보이는 경우 소성유동 관계(그림 2.46)(2-102)▶Bingham유동-식(2-102)이및이 되는 경우(2-103)그림 2.46 소성유동그림 2.47 점탄성 모형(3) 점탄성현상①고체적 점탄성: 탄성 속에 점성이 조금 섞여 있는 경우 (예 : 염화비닐 끈)▶Voigt모델- 고체적 점탄성을 레오로지로 다룬 경우-Hooke 탄성체와 Newton 점성체로 가정⇒ 스프링과 dashpot을 병렬 연결-탄성력과 점성저항이 외력과 평형 :(2-104)②액체적 점탄성:점성속에 탄성이 섞여있는 것으로 무한히 유동이 계속되는 형의 점탄성 (예 : 아스팔트, 유산소다)▶Maxwell의 모형-탄성응력의 소멸, 완화를 설명하기 위해 스프링과 dashpot를 직렬 연결-모형에 있어서 변형속도는 식(2-105)와 같이 표현 :(2-105)③응력완화와 크리프▶응력완화 현상-점탄성 물체에 일정 변형률을 유지 ⇒ 응력이 점차 감소되는 현상-점탄성현상 조건“일정변형률”이라는 조건이 붙음
? 토양속 유해물질- 유해물질 : 생물과 사람의 건강에 현재 혹은 잠재적으로 유해한 악영향을 초래하는 수준이상으로 수중에 존재하는 물질? 토양내 소량존재 : 일정한도이내면 유용한 결과? 초기단계의 유해물질. 분진상태로 호흡에 의해 체내섭취. 식품으로 경구섭취(농작물의 뿌리를 통해)? 토양속 유해물질 : 일반적, 보편적으로 결정되는 것이 아니라? 유해한 수준인가 여부는 사람의 건강위험을 추정, 평가하는 것에 의해 개별적으로 판단? 사람에 한도이상의 건강위험을 초래하는 수준이상으로 유해물질이 포함되어 있는 경우 : 토양오염판단? 구성요인별 구분 : 자연적 기원물질, 인공적 합성물질조성별 구분 : 무기물질(비중이 5 or 4 이상의 금속 : 중금속)유기물질? 오염규제 법체계 : 광산지역, 농경지, 시가지(비 농경지)? 토양의 오염물질- 지표 부근 토양에 포함된 쳔연물질의 평균적 농도는 토양의 구성요인이나 모암의 정보가 없는 경우 토양의 비오염판단기준이 됨- 환경기준 설정대상 : 사람에 중대한 건강영향을 초래할 물질 : 10가지(카드뮴, 시안, 유기인, 납, 6가크롬, 비소, 총수은, 알킬수은, 구리, PCB)- 과거 : 천연물질 ? 현대 : 인공화학물질 : 잠재적 토양오염물질표 1.4 토양의 오염에 관련한 환경기준(일본)항 목환경상의 조건카드뮴(Cd)검사액 1리터당 0.01mg이하이고, 농업용지에서는 쌀 1kg당 1mg 미만일 것시안(CN)검사액으로 검출되지 않을 것유기 인(P)검사액으로 검출되지 않을 것아연(Zn)검사액 1리터당 0.1mg 이하일 것6가 크롬(Cr)검사액 1리터당 0.05mg 이하일 것비소(As)검사액 1리터당 0.05mg 이하이고, 농업용지(밭에 한함)에서는 토양 1kg당 15mg 미만일 것총수은(Hg)검사액 1리터당 0.0005mmg 이하일 것알킬 수은검사액으로 검출되지 않을 것PCB(polychlorinated biphenyl)검사액으로 검출되지 않을 것구리(Cu)농업용지(밭에도 가능)에서, 토양 1kg 당 125mg 미만일 것? 환경측면에서의 오염물질- 자연적 기원물질이 인간행위와 무관하게 토양오염물질로 작용하는 사례는 거의 없다- 인간활동이 대부분 지표면에 한정 ? 오염의 대부분이 표층토에 한정 ?유해물질이 사람들에 섭취예 ) 화강암지대 (螢石, 雲母등 포함) : 지하수의 높은 불소(F)농도蛇紋巖지대 : 湧泉水속의 6가크롬오염부하흡입침착침착표층토에 부하된 유해물질이 사람에게 섭취되는 일반적 경로? 토양오염과 관련한 중금속 독성영향표 1.5 사람의 건강위험에 영향을 미칠 수 있는 주요 유해물질물질급성독성만성독성카드뮴토할 것 같은 기운, 이질, 근육경련, 거품,지각장애, 간장장애, 경변혈청중 인산염농도의 저하, 뇌 속의 무기분의 감실,이따이이따이병, 간,신장, 비장, 심장, 뇌의 변화아연염증, 구토, 경변, 혼수, 사망, 뇌증,충추신경계작용신장기능 장애, 혈청 인산염 농도저하, 빈혈,중추신경경계 장애6가 크롬토할 것 같은 기운, 구토, 거품간장, 신장장애, 내출혈, 호흡장애비소중독, 수지, 발에 발진, 간장애, 심불쾌,일과성 Hoff병증상간장장애, 허약, 식용감퇴, 위장장애, 말초신경증,일과성 간염, 피로이상, 신경증상, 거품, 가래, 후두염, 복통, 피로이상수은시야협소, 언어장애, 신경허약, 기억장애,지각마비, 혼수, 운동실조, 사망,충추신경계에 작용신장장애, 두통, 피로, 땀 발생 과다, 불안, 집중곤란메틸수은난시, 보행곤란, 혼수, 뇌장애구리토할 것 같은 기운, 위장장애, 치사? 오염물질의 특색? 오염의 형태- 대기오염, 표면수의 수질오탁과 비교한 토양, 지하수 오염의 특색① 사람의 제반활동이 전개되는 장소를 주체로 인간의 제반활동과 생물로서의 인간?인류와의 사이에는 어떤 것이 생태학적인 연결이 되는「토양」권에 있고, 원재료의 누출이나 폐기물의 처분에 의해 직접적으로 오염되거나, 대기오염이나 수질오염의 결과로서 간접적으로 오염된 장소도 있다는 것.② 물이나 대기에 비교하여 토양조성은 복잡하고, 단위체적당의 유해물질 함유용량이 매우 크다. 토양에 함유된 유해물질이 역으로 길게 계속해서 대기나 수질의 오염원을 초래한다는 것.③ 토양은 인간의 식량인 농산물, 가축의 사료를 생산하는 장소이며, 그 오염은 이들의 식품을 소개하여 간접적 또한 장기적으로 인간에게 영향을 미친다는 것.④ 오염의 범위가 협소하고, 국지적인 환경조건의 영향을 받기 쉽다는 것. 또한 토양은 이동성이 작고 공간적인 혼합?평균화를 받기 어렵기 때문에, 위치에 따라 오염의 정도가 현저하게 변동한다는 것.⑤ 많은 유해물질은 토양에 안정적으로 유지되기 때문에, 한번 오염되면, 유해물질의 지층으로의 배출이나 부하의 상태가 개선되어도, 그 영향이 장기간 지속한다는 것.⑥ 따라서, 대기오염이나 수질오탁에 비교하여 보다 근본적이고 종합적인 대책이 필요하다는 것.⑦ 물이나 대기가 공동재산로서의 성질을 지닌 것에 대해서 토양은 사유재로서 토지를 구성하고 있다는 것 등이다.? 농업용지오염과 시가지 오염사례? 한국. 환경오염 : 대기, 수질, 토양오염에 관련한 환경보호 혹은 보전측면? 토양오염 : 전국의 자연상태토양, 농경지, 광업지역의 중금속오염? 자연토양의 오염. 오염물질(인간활동에 따른 매연,먼지,하수,폐수), 유해화학물질(유독물, 중금속함유물)각종 폐기물? 국내 상황 :대부분 농경지 토양에서의 중금속함량 파악. 정기복(2000) : 비오염 삼림토양중 모암특성별 잔적층 토양을 대상으로- 가용성(0.1N-HCl 침출성) 중금속의 자연함량은 모든 중금속이 화성암유래토양 가장 낮다(50%)- Cd, Cu, Zn 은 퇴적암토양에서 높게(30%)- Pb 은 변성암 토양에서 높게 검출(20%)- 잔적토(농경지 토양 환경기준비): Cd(0.029mg/kg, 1/53-1/140) Cu(0.391mg/kg, 1/128-1/320), Pb(3.89mg/kg,1/26-1/77) 등? 농경지 오염(정기복 외,2002). 농업과학기술원 : 우리나라 농경지에서 중금속 함량의 장기적 변화추이 관찰(1995년이후)- 중부지역, 제주도 과수농경지역 : 표토(20cm), 심토(20-40cm)
압축계수와 압축지수
