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[토목공학] 토질 투수 상대밀도 보고서 및 고찰

투수 시험1. 정의1) 흙의 투수성은 흙댐과 하천제방, 간척제방의 제체와 기초지반중의 투수 또는 지하수위 이하에 설치된 구조물에 미치는 양압력을 알아내어 제체와 배수공등을 설계, 시공하는데 필요하다. 흙의 투수성은 투수계수의 대소로 표현된다. 흙의 투수계수를 구하는 방법에는 실내투수시험법과 현장투수시험법이 있다. 투수시험에는 수위의 주어진 방법에 따라 정수위 투수시험 및 변수위 투수시험이 있으며, 통상 정수위형은 사질토에, 변수위형은 점성토에 적용된다.2. 시험목적1) 정수위 투수시험과 변수위 투수시험을 실시하여, 흙의 투수계수를 구한다.3. 시험기구 및 기기(1) 정수위 투수시험 용기(몰드, 저판, 윗뚜껑부분)- 안지름은 적어도 시료의 최대입경의 20배이상이라야 한다.(2) 변수위 투수시험 용기(3) 상면 월류구(4) 다짐봉(5) 매스실린더(6) 초시계(7) 수조(8) 저울(용량 10㎏)(9) 온도계(10) 진공펌프(11) 여과사(입경 2mm내외의 균등한 모래)(12) 흙입자의 비중 측정용 기구4. 시험방법(1) 정수위 투수시험- 투수시험기의 모울드와 밑판의 무게를 측정하고 모울드의 안지름과 길이를 잰다.- 모울드에 사질토를 넣고 진동을 가하여 시험용 시료를 조제한다. 투수시험용 시료는다짐 방법으로 다진 시료 또는 불교란시료를 사용할 수 있다.- 시료상면에 필터 페이퍼를 놓고 모울드 가장자리를 깨끗이 한 다음 고무 가스켓을놓고 뚜껑을 덮는다. 뚜껑은 물이 새지 않도록 잘 죄어져야 한다.- 뚜껑에 붙은 비닐관을 저수조와 연결한 다음 기포가 완전히 없어질 때까지 물을 순환시킨다. 순환수는 배기한 물이어야 한다.- 시료를 통해 흘러나온 물을 500 ml 또는 1000 ml 용기({Q`)로 받고 그 용기를 채우는시간({t`)을 측정한다. 이와 같은 조작을 2,3회 반복하여 측정시간이 거의 일치하는가확인 한다.- 시료의 배수면과 저수조의 상류면 사이의 높이({h`)를 잰다.(2) 변수위 투수시험- 변수위 투수시험기와 밑판의 무게를 단다. 모울드의 용적({V`)과 단면적({A`)을 측정한다.- 스탠드 파이프의 단면적({a`)을 측정한다.- 투수시험기 속에 흙을 넣어 시료를 조제한다. 시료는 교란된 흙을 적절한 에너지로다져서 만들 수도 있고, 불교란시료를 사용할 수도 있다.- 시료를 포화시킨다. 시료의 포화는 백 프레서 가압장치를 사용하는 것이 가장 효과적이다. 이것을 이용하지 못하는 경우에는 진공펌프를 이용하여 시료내부를 대기압보다더낮은 압력으로 감압하면서 물을 투과시킨다.- 스탠드 파이프의 최초의 수위 {h_1`과 최종수위 {h_2 `를 미리 정해 둔다. 수위가 {h_1`에서{h_2`로 내려올때의 시간을 스톱워치로 측정한다. 이와 같은 조작을 수회 되풀이하여 측정시간이 일정하게 되는가 확인한다.- 측정 때마다 온도계로 물의 온도를 측정한다.- 시험이 끝나면 투수시험기를 부속장치로부터 분리하여 그 무게를 달고 시료의 중량을결정한다.- 흙의 비중을 측정한다.5. 이론적 배경(1) Darcy의 법칙Darcy는 흙 속을 흐르는 물의 침투유량을 구하기 위하여 다음과 같은 실험식을 발표하였다.{q``=`k```i``A`여기서, {q`는 침투유량, {i`는 동수경사, {A`는 흙속으로 물이 흐르는 단면적이다.이 식에서 {k`를 투수계수라 하며 속도와 같은 단위를 가진다. 투수계수의 값은 흙의 입경의 변화에 따라 그 변화의 범위가 대단히 넓다. 거친 모래나 자갈은 1.0 cm/sec이상이 되는 반면, 점토는 10-8 cm/sec 이하가 되기도 한다.(2) 정수위 투수시험{k `=` {Q``L} over {h``A``t}여기서, {t `: 측정시간(sec){L`:물이 시료를 통과한 거리(cm){Q`:{t`시간 동안 침투한 유량(cm3){A`:시료의 단면적(cm2){h`:수두(cm)(3) 변수위 투수시험{k`=`2.3 {a ``L} over A 1 over {t_2 -t_1} log left ( h_1 over h_2 right)`여기서,{a`:스탠드 파이프의 단면적(cm2){t_1 `:측정 시작 시간(sec){t_2 `:측정 종료 시간(sec){h_1 `:{t_1 `에서의 수주높이(cm){h_2`:{t_2 `에서의 수주높이(cm)상대밀도 시험1. 개요- 현장에서 건조밀도를 측정하여 상대다짐도를 검사한다. 현장의 시험구멍에 표준사나 물로 채워서 부피를 산출한다.2. 실험도구(1) 표준사(2) 저울(3) 깔대기와 연결부(4) 용기(5) 밑판(6) 고무망치(7) 시료삽(8) 함수량 측정기구(9) 털(10)온도계3. 실험방법1) 표준사의 밀도측정- 현장밀도 시험기를 조립하여 무게를 단다.- 용기에 표준사를 담아 시험기+표준사 무게를 측정한다.- 준비된 통 무게를 단다.- 통의 윗표면에 밑판을 얹는다.- 깔대기를 밑으로 하고 밸브를 열어서 표준사를 통안으로 자유낙하 시킨다.- 모래의 흐름이 멈추면 밸브를 잠궈 시험기를 들어낸다.- 통+표준사 또는 시험기+남은 모래 무게를 잰다.- 통을 저울 위에 올려놓고 표면과 일치되게 물을 부어 통+물 무게와 수온을 잰다.2) 모래치환법으로 현장에서의 흙의 밀도 측정- 시험 장소의 지표면을 편평하게 고른다.- 밑판을 고정하고 손 삽으로 시험 구멍을 판다.- 파낸 흙은 손실없이 팬에 담는다.- 시험기+모래 무게를 측정하고 시험기를 밑판 위에 놓고 밸브를 열어 모래를 자유낙하시킨다.- 모래를 흐름이 멈추면 밸브를 잠궈 시험기를 들어내고 밑판 위의 모래를 모두 쓸어모아시험기에 담는다.- 시험구멍에 파낸 습윤토의 무게를 잰다.-시험기+남은모래 무게를 잰다.- 현장에서 파낸 흙의 함수비를 잰다.4. 주의 사항1) 모래를 붓는동안 깔데기 속의 모래가 항상 반 이상이 되도록 보충해 주어야한다.2) 시험기에 넣은 모래에 진동을 주지 않도록 한다.3) 밑판을 지반에 밀착시키도록 지표면 지름 25cm정도 편편하게 고른다.4) 굴착한 흙의 함수량이 변하지 않도록 용기에 뚜껑을 하고 전량의 중량을 측정한 후 그의 일부를 취해 함수량 측정을 행한다.5) 측정후 흙이 섞이지 않도록 주의하여 모래를 회수한다.5. 시 험 결 과(1) 정수두 투수시험{표준사 무게879g몰드 단면적74.54cm2몰드 체적850.2cm3물이 시료를 통과한 거리(L)11.2cm(몰드+저판)무게5931.0g(몰드+저판+시료)무게6810.0g온 도17측 정 내 용단위시험후캔 무 게g18.2(캔 + 포화된 시료) 무게g47.3(캔 + 건조된 시료) 무게g41.4건조시료무게g41.4 -18.2 =23.2물 무 게g5.9함 수 비%25.4{투 수 계 수 측 정유량 Q(ml)시간 t(sec)수두차 h(cm)투수계수 k(cm/sec)19512011.2(195 10)/(11.2 74.54 120) = 0.0195온도보정 투수계수 K15T : 17K15 = KT( T/ 15) = 0.0195 0.950 = 0.0185{투 수 계 수 측 정유량 Q(ml)시간 t(sec)수두차 h(cm)투수계수 k(cm/sec)20012011.2(200 10)/(11.2 74.54 120) = 0.0200온도보정 투수계수 K15T : 17K15 = KT( T/ 15) = 0.0200 0.950 = 0.0190{투 수 계 수 측 정유량 Q(ml)시간 t(sec)수두차 h(cm)투수계수 k(cm/sec)40024011.2(400 10)/(11.2 74.54 240) = 0.0200온도보정 투수계수 K15T : 17K15 = KT( T/ 15) = 0.0200 0.950 = 0.0190{투 수 계 수 측 정유량 Q(ml)시간 t(sec)수두차 h(cm)투수계수 k(cm/sec)402.524011.2(402.5 10)/(11.2 74.54 240) = 0.0201온도보정 투수계수 K15T : 17K15 = KT( T/ 15) = 0.0201 0.950 = 0.01914 평 균{0.0185 + 0.0190 + 0.0190 + 0.0191= 0.018945 그래프{(2)상대밀도시험{몰드체적(㎤)몰드무게(g)흙+몰드무게(g)흙무게(g)건조단위중량(t / ㎥)e{`_{ min }1009.244016.55568.515521.538e973.894016.55303.01286.51.321e{

공학/기술| 2005.08.18| 8페이지| 1,000원| 조회(725)

토목, 토질, 상대밀도, 투수성

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[토목] 체분석입도 및 비중계시험 평가B괜찮아요

체분석입도 및 비중계시험1. 실험목적흙을 토목재료로 사용하는 구조물에서는 흙의 공학적인 성질을 파악하는데 흙 입자의 크기와 그 입도 분포가 대단히 중요한 자료로 사용된다. 이 시험은 흙의 입도를 구하는 것을 목적으로 한다.2. 실험개요체 번 호410164060100200체 눈 금 [mm]4.762.01.190.420.250.1490.075표-2.6 체번호와 눈금의 크기(ASTM Designation)표-2.7 최대입경에 따라 필요한 시료의 양최대입경[mm]*************0시료의 양[kgf]0.150.30.72.04.07.012.018.0◈체분석흙입자의 크기와 그 분포는 네모눈금을 가진 체를 체눈금 크기의 순서로 포갠 다음에 흙을부어 넣고 흔들어 체를 통과한 흙의 중량을 구하여 알아낸다. 일반적으로 사용하는 체의 번호와 눈금의 크기는 표-2.6과 같다.일반적으로 체분석에 필요한 시료의 양은 시료의 최대입경으로부터 결정하며(표-2.7) 저울은 시료무게의 0.1%를 측정할 수 있는 정밀한 것이어야 한다. (Simmer,1980)◈비중계 분석No.200체를 통과한 미세 입자가 많으면(약 10%이상) 체분석만으로는 흙의 입도 분포를 파악하기에 부족하다. 이때에는 No.200체 통과분에 대하여 Stokes의 법칙을 이용한 비중계 분석(Hydrometer Analysis)을 실시하여 입도분포를 간접적으로 구한다. 즉, 흙 입자가 섞인 현탁액에서 시간의 경과에 따라 흙 입자가 크기 순서대로 가라앉아서 현탁액의 농도가 변하므로, 현탁액의 비중을 측정하면 흙의 입경과 그 분포를 알 수 있다. 실트와 점토가 대부분인 흙에서는 비중계 분석만으로도 입도분포 곡선을 구할 수 있다.3. 실험에 관련된 공식1) 현탁액 상태의 흙입자의 크기물에 현탁 되어 있는 흙입자의 최대지름은 Stokes 법칙에 따라 다음의 식으로 계산한다.D = × [mm]여기서, D:흙 입자의 최대지름η:물의 점성계수[Poise](표-2.8)L:유효깊이(흙입자가 일정한 시간 동안에 침강한 거리)T:침강시간[분]GS:흙입자의 비중GW:물의 비중표-2.8 수온에 따른 물의 비중과 보정계수온 도 ℃물 의 비 중보 정 계 수 K온 도 ℃물 의 비 중보 정 계 수 K41.0000001.0009200.9982340.999150.9999921.0009210.9980220.998960.9999681.0008220.9978000.998770.9999301.0008230.9975680.998480.9998771.0007240.9973270.998290.9998091.0007250.9970750.9979100.9997281.0006260.9968140.9977110.9996341.0005270.9965440.9974120.9995261.0004280.9962640.9971130.9994061.0003290.9959760.9968140.9992731.0001300.9956780.9965150.9991291.0000310.9953720.9962160.9989720.9998320.9950580.9959170.9988040.9997330.9947340.9956180.9986250.9995340.9944030.9953190.9984350.9993350.9940640.9949위의 식에서 온도에 따른 물의 비중 Gw(표-2.8)와 점성계수 η(표-2.10) 및 흙입자의비중GS을 알고 있으면 비중계 시험에서 구한 유효깊이 L로부터 흙입자의 직경 D를 구할 수 있다. 유효깊이 L는 다음의 식으로 구한다.L = Z-Vb/2A = L1+0.5(L2-Vb/A) [cm]여기서, Z: 비중계를 읽은 값의 현탁액의 깊이(침강 깊이) [cm]L1: 현탁액 수면에서 비중계 구부위끝까지의 거리 [cm]L2 :비중계 구부의 길이 [cm]Vb: 비중계 구부의 부피 [cm3]A: 메스실린더의 단면적[cm2]표-2.9 물의 온도 보정온 도 ℃보 정 계 수온 도 ℃보 정 계 수온 도 ℃보 정 계 수온 도 ℃보 정 계 수4-0.000611-0.000418+0.000425+0.00185-0.000612-0.000319+0.000626+0.00206-0.000613-0.000220+0.000827+0.00237-0.000614-0.000121+0.001028+0.00258-0.0005150.000022+0.001229+0.00289-0.000516+0.000123+0.001430+0.003110-0.000517+0.000324+0.0016표-2.10 물의 점성계수 단위 mm poise]T℃0123456789017.9417.3216.7416.1915.6815.1914.7314.2913.8713.481013.1012.7412.3912.0611.7511.4511.1610.8810.6010.342010.099.849.619.389.168.958.758.558.368.18308.007.837.677.517.367.217.066.926.796.66미리 유효깊이 산출표 즉, 비중계 보정곡선을 만들어 두었다가 비중계의 각 측정치에 대하여 정확한 유효깊이(L)를 구하여 기록하면 편리하다.2) 현탁 되어 있는 흙의 백분율 비중계의 각 측정치에 대해서 유효깊이 L일 때 1㎖중에 현탁 되어 있는 흙의 중량 백분율은 다음 식으로 구한다.P (％) = × (γ' ＋ F ＋ Cm)여기서, P: 현탁 되어 있는 흙의 노건조 중량백분율[%]W: 현탁액 1㎖에 들어 있는 시료의 건조중량γ': 비중계 측정치의 소수부분(메니스커스에 대해 보정한 것) γ'=γ-γw+CmF: 온도에 대한 보정계수(표-2.5)Cm: 메니스커스 보정(0.5)(그림 2.4)4. 실험기구 및 재료① 체 1세트(No.4,10,20,40,60,100,140,200)② 함수비 측정 용구③ 저울: 감도 0.01gf이상의 것이어야 한다.④ 비중계: 15℃의 수중에서 1.000이어야 한다.⑤ 분산장치: 분산장치는 교반장치와 분산용기로 구성되며, 교반장치는 분산용기 내에서 10.000rpm 이상이어야 한다.⑥ 메스실린더: 높이 약 45cm, 안지름 약 6cm의 실린더로 1.000㎖의 눈금이 새겨져 있어야 한다.⑦ 항온수조⑧ 온도계⑨ 비이커⑩ 건조로⑪ 과산화수소수(H2O2) 6%용액⑫ 규산나트륨(Na2SiO39H2O)용액(비중 1.023/15℃)⑬ 교반장치⑭ 붓⑮ 체분석장치5. 실험방법(1) 개요조립토와 세립토가 섞여 있을 때에는 체분석과 비중계 분석을 병행하여 입경과 입도분포를 구해야 한다. 세립토의 함유량이 적은 경우에는 다음의 A방법을 쓰고, 반대로 세립토의 양이 많은 경우에는 B방법으로 입도분포를 구한다.A방법: 흙을 노건조시킨 다음 덩어리들을 손으로 잘 비벼 부순다. KS A 5101(표준체)에 규정한 No.10,20,40,60,100,200체를 순서대로 포개어 체분석하고 No.200체를 통과한 흙을 약 200g취하여 비중계 분석에 이용한다.B방법: 흙시료에 증류수를 가하고 잘 반죽하여 덩어리가 없도록 한다. 반죽한 흙을 No,200체에 담아서 물로 씻어내면서 체로 치고 체에 남은 시료는 노건조시켜서 체분석한다. 반죽한 시료를 200g 취하여 증류수와 다시 반죽하여 1.000㎖의 메스실린더에 적당히 채우고 비중계 분석을 한다.◈ 큰입자 체분석체분석- 표-2.7에 따라 일정한 시료를 준비핞다.- No.10체에 시료를 넣고 물로 씻는다. 시료를 씻은 현탁액은 버리지 않고 받았다 가 NO.10체 통과시료와 합친다.- 체에 남은 시료를 노건조 한다.- 표준체 50.8mm, 25.4mm, 19mm, 9.51mm, 및 No.4체를 순서대로 놓고 노건조 시료를 체분석한다.- 각 체의 잔류량과 No.4체 통과량을 정한다.- 결과를 정리한다.비중계 시험- 표-2.7에 따라 일정량의 시료를 취하여 무게를 잰다.- 나머지 시료를 이용하여 함수비, 비중, 액성한계 소성한계 등의 시험을 수행하고 소성 지수를 구한다.3) 비중계 검정- 메스실린더에 물을넣고 수위를 읽은 다음에 비중계의 구부상단까지를 물에 잠기 게 하여 상승된 수위를 읽어서 비중계 구부의 체적을 구한다.- 구부의 길이 L2를 버니어 캘리퍼스로서 정확히 측정한다.- 구부의 상단부터 눈금 1.000, 1.015, 1.035, 1.050까지의 길이 L2을 측정한다.- 비중계를 증류수에 넣고 메니스커스 보정치를 결정한다.메니스커스 보정치=메니스커스하단 읽음-메니스커스 상단읽음- 메스실린더의 내경을 측정하여 단면적 A를 구한다.- 비중계유효길이-메니스커스 하단 읽음 관계 즉, 비중계 검정표를 작성한다.4) 시료의 분산한국 공업규격 KS F 2302에서는 흙의 소성지수(Ip)에 따라 다른 방법으로 분산시키도록한고 있다.① A방법(흙의 소성지수 Ip

공학/기술| 2004.06.09| 12페이지| 1,000원| 조회(898)

토질실험, 입도, 토질시험, 체분석

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