흙의 압밀 시험(Consolidation Test) 결과!

흙의 압밀 시험(Consolidation Test)

- 압밀시험기

     1) 압밀용기  압밀 압력에 의하여 변형되지 않는 충분한 강성을 가진 것으로 한다.

<압밀용기의 보기>

     2) 압밀 링  압밀 링은 내면이 매끄러운 링으로서, 안지름 6cm, 높이 2cm를 표준으로      한다. 두께가 몇 밀리미터(mm)인 스테인리스강 등의 녹슬지 않는 재질로서     흙과의 마찰이 적은 것을 사용한다. 

     3) 가이드 링 가이드 링은 압밀 링과 같은 안지름이며, 높이가 가압판의 바깥 둘레 높이    와 같은 정도인 것으로 한다. 압밀 링과 가이드 링이 일체화된 구조인 것    이라도 좋다.

     4) 가압판  가압판은 중심에 적재점이 있는 강한 원판으로서 다공판을 가지며, 가이드 링     및 압밀 링 내를 원활하게 움직이는 것으로 한다. 

                비고 

                1- 가압판의 지름은 압밀 링보다도 0.2mm정도 작고, 바깥 둘레면은 매끄러우며 바깥 둘레의 높이는 10~15mm로 한다. 가압판의 면적에 대한 다공판 면적의 비율은 85% 이상으로 한다.

                2- 다공판은 투수 계수가 10-4이상이며, 간격에 흙 입자가 들어가지 않을 정도로 세밀한 것으로 한다. 또, 시험 전에 구멍 막힘이 없음을 확인한다.

                3- 다공판은 폴러스 스톤, 폴러스 메탈 또는 경질 플라스틱제 다공판인 것으로 한다.

     5) 밑판  밑판은 압밀 링을 고정하는 강판으로서 다공판을 가진 것으로 한다. 밑판의 다    공판은 4)의 조건을 만족하는 것으로 한다.

5. 시험의 기본원리

   1. 압밀의 원리

   : 포화토가 응력의 증가를 받을 때 간극 수압이 갑자기 증가한다. 투수성이 큰 사질토에서는 이 간극 수압의 증가 인한 간극수의 배수는 즉시 완료되는데, 간극수의 배수는 흙의 체적 감소와 함께 일어나며 침하를 일으킨다. 사질토에는 간극수의 빠른 배수 때문에 즉시 침하와 압밀이 동시에 발생한다. 포화된 압축성의 점토층이 응력의 증가를 받을 때도 즉시 침하가 일어나며, 한편, 점토의 투수 계수가 사질토에 비해 훨씬 작기 때문에 재하로 인하여 생겨난 과잉 간극 수압은 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 소실되고, 따라서, 연약 점토에서의 이러한 체적변화는 즉시침하가 생긴 후에 오래동안 지속될 것이다. 연약 점토에서 압밀로 인한 침하량은 즉시 침하량보다 몇 배나 더 크게 된다. 

   2. 1차원 압밀시험

   : 1차원 압밀시험 방법은 Terzaghi가 처음으로 제시하였다. 이 시험은 압밀 시험기로 행하는데, 아래 그림은 이 압밀 시험기의 모형도를 보여준다. 

     

   흙 시료를 금속 고리 속에 넣고 2개의 다공질 석판을 상하면에 각각 넣는다. 시료의 직경은 보통 60mm이며 두께는 20mm이다. 시료에 대한 하중은 재하지레(lever arm)를 사용하여 가하며 압축량은 정밀한 변형량 측정 장치로 잰다. 시험하는 동안 시료는 물 속에 잠기게 한다. 각 압력은 보통 24시간동안 재하한 상태로 두며, 압력을 2배씩 증가해 가면서(즉, 시료에 대한 압력을 2배로 한다.) 압축량을 계속 측정한다. 시험의 맨 마지막에 시료의 건조중량을 측정한다. 

   위 그림에서 주어진 압력 단계에서 시간에 대한 시료의 일반적 변형 곡선을 보이고 있다. 그림으로   부터 다음과 같이 구분되는 3단계가 있다는 것을 알 수 있다. 

    단계 Ⅰ : 초기 압축, 대부분 선행 재하에 의한 것

    단계 Ⅱ : 1차 압밀, 1차 압밀 동안 간극수가 빠져 나오므로 과잉 간극 수압은 점차 유효응력으로 전이된다.

    단계 Ⅲ : 2차 압밀, 과잉 간극 수압이 완전히 사라진 후 일어나며, 이 때 흙 구조의 소성적 재배열로 인한 시료의 압축 변형이 생긴다. 

3. 유효응력 - 간극비곡선

     Ws = 흙입자(solid)의 무게(실험 후에 말린 다음 무게를 잼)

     A = 시료의 면적(직경이 보통 2.5″ = 6.25cm)

     H = 시료의 초기 두께(보통 1″ = 2.54cm)

   • 초기간극비

     Ws = GsγwVs = GsγwAHs 이므로

      여기서, 간극의 두께를 Hv라고 하면  Hv = H - Hs

     따라서 초기의 간극비 e0는 다음과 같은 식이 된다.

   • 응력재하 시의 간극비 

       σ1 = 0.05kg/㎠을 가하고, 24시간 지난 후의 간극비를 구하기 위해서 다이알게이지로부터

       측정한 24시간 후의 침하량 Δe1은 다음과 같다.

       Δe1 = ΔH1 / Hs

       따라서 σ1을 가했을 때의 간극비 e1은  e1 = e0 - Δe1

       다음으로 σ2 = 0.1kg/㎠를 가하고 24시간 지난 후의 침하량을 ΔH2 라고 하면 그때의 간극비      e2는 e2 = e1 - ΔH2 / Hs 가 된다. 따라서 일반적인 간극비는 다음 식으로 구할 수 있다.

6. 시 험 방 법

    1) 시료를 알맞은 크기로 떼어 압밀링으로 압밀 용기에 알맞은 크기로 성형한다.

    2) 압밀 용기를 해체하여 하부 다공판을 깐다.

    3) 링과 시료를 압밀 용기에 올려놓고 밀대를 이용해서 시료를 압밀 용기에 집어          넣는다.

    4) 압밀링을 고정시키고 상부다공판을 집어 넣고 하중판을 맨 위에 놓는다.

    5) 압밀 용기를 고정나사로 단단하게 고정시켜 준다.

    6) 압밀 용기에 물을 채워 시료를 포화시켜준다.

    7) 압밀 시험기에 압밀 용기를 시험기에 설치하고 하중전달 레버를 고정시킨 후

       0.4Kg 추를 레버에 올려놓고 하중재하를 시작함과 동시에 초시계로 침하량을          기록한다.

6. 결 과

7. 시험 시 주의사항과 느낀점

   - 압밀을 시행할 때 정확히 수직으로 눌러야 한다. (시료 변형이 생기지 않게 하기 위해서)

   - 시험기에 압밀 용기를 설치하고 하중전달 레버의 수평을 맞출 때 조임 볼트를 너무 과도       하게 조이지 않고 맞닿을 정도로만 조여 준다. (시료에 선압밀이 발생하게 되므로)

   - 이번 시험에서 얻게 되는 두 가지 종류의 그래프에서 우리는 지반이 언제 얼마정도로 침       하할 것이며, 또 이 지반이 최종적으로 침하할 수 있는 깊이는 어느 정도 인지를 알 수        있게 된다. 이번 압밀 시험에서 오차는 주로 실험이 진행 중인 상태에서 시료에 진동이        가해짐으로써 침하량과 시간에 영향이 갔을 것 같다. 압밀 시험은 매우 예민한 실험으로       약간의 진동이 가해지더라도 흙 입자의 배열이 달라지면서 침하량 또한 영향을 받을 수       있게 된다. 이런 면을 볼 때 다른 조의 실험과 공동으로 진행되는 과정에서 충격이나 진       동을 받았음은 실험에 오차를 충분히 낳게 할 요인이 된다.

     압밀실험을 통해 직접 현장의 압밀침하량을 어떻게 결정할 것인지를 알 수 있게 되었다.       우리는 앞으로 각자 이 같은 실험적 경험과 지식을 가지고 설계를 할 때 압밀침하를 반       드시 분석하고 그것을 설계에 충분히 반영할 수 있어야 할 것이다.