[시공기술사] 흙의 구성 및 성질 (공극비, 함수비, 상대밀도, 단위중량)
흙의 구성 및 성질에 대해 알아보겠습니다. 토목시공기술사 개념문제로 자주 나오고, 토목/건축기사, 공무원 문제에도 충분히 나올 수 있는 문제입니다. 흙의 성질인 공극비, 공극률, 함수비, 함수률, 흙의 밀도, 비중, 상대밀도에 대해 알아봤습니다. 조금이나마 도움되시기를 바랍니다. 감사합니다.
흙은 기본적으로 3상으로 구분합니다. 고체, 액체, 기체의 3상으로 이루어져 있다고 봅니다. 여기서, 액체와 기체는 흙의 간극 속에 존재하는 겁니다. 간극수, 공극 이렇게도 표현하는 것이죠. 흙의 성질은 간극비(공극비), 간극률(공극률), 함수비, 함수율, 포화도, 밀도, 비중, 상대밀도 등의 수치로 주로 표현합니다. 각기 명칭에 대해 상세히 알아보겠습니다.
1. 부피에 대한 상태정수
1) 공극비(간극비) (e, void ratio)
고체 부피에 대한 공극 부피의 비율로 고체는 흙, 공극은 공기, 물을 의미한다.
2) 공극률(간극률) (n, porosity) (%)
흙 전체 부피에 대한 공극의 용적 백분율로 전체 부피로 한다는 것이 공극비와 다르다.
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2. 무게에 대한 상태정수
1) 함수비 (w, water content)
함수비 측정 목적
흙 속에 물의 용량만 측정하기 위함
함수비 측정방법
110 ℃ 에서 건조된 흙만의 무게에 대한 110 ℃ 에서 증발하는 수분 무게의 비로 나타낸다.
즉, 함수비 w (%) = 110 ℃ 에서 증발하는 수분 무게 / 110 ℃ 에서 건조된 흙만의 무게 X 100
지반조사(시추조사) 기준, 간격, 방법(nx,bx) 정리👆
2) 함수율
흙 전체 무게에 대한 물이 무게의 비로 나타낸다. 분모를 흙 전체 무게로 하는 것이 함수비와 다른 점이다. 즉, 함수율 w' (%) = 물의 무게 / 흙 전체 무게 X 100
참고로, ~율로 단어가 끝나면, 분모는 전체에 대한 부피 또는 무게로 선정된다. 단위는 % 이다.
3. 포화도(S, degree of saturation)
공극 부피에 대한 물의 부피의 비율, 즉 포화도 S (%) = 물의 부피 / 공극의 부피 x 100
4. 흙의 단위중량(밀도) (unit weight)
흙의 밀도는 흙의 상태에 따라 습윤밀도, 건조밀도, 포화밀도, 수중밀도 4가지로 구분한다.
① 습윤 단위중량 (겉보기 단위중량)
전체 부피에 대한 무게로 전체 단위중량을 의미한다.
② 건조 단위중량
단위 부피에 대한 흙(고체)의 무게 비이다.
③ 포화 단위중량
단위 부피에 대한 흙(고체)와 물의 무게 비로, 흙이 포화상태에 있을때이므로 S = 100% 때의 단위중량이다.
④ 수중 단위중량
수중 상태에서 부력만큼 감소한 단위중량을 의미하며, 수중 단위중량에서 물의 단위중량을 뺀 값을 말한다.
5. 흙의 비중(G, specific gravity)
일반적으로 비중은 그 물질의 무게를 부피와 같은 4 ℃ 증류수의 무게로 나눈 값을 말한다.
비중 G는 무차원이며, 식으로는 'G = 물질의 무게 / 해당 물질와 동일한 부피의 4 ℃ 증류수의 무게' 으로 표현한다. 흙의 경우, G = 흙의 무게 / 해당 흙과 동일한 부피의 4 ℃ 증류수의 무게 이다.
① 진비중
흙 속의 공극을 고려하지 않고, 토립자만 고려한 비중이다.
② 겉보기 비중
흙 속의 공극도 고려한 것으로, 일반적으로 비중을 말할때 표면 건조상태인 겉보기 비중을 말한다.
6. 흙의 상대밀도(Dr, relative density)
흙의 느슨한 상태의 공극가 조밀한 상태의 공극을 비교하기 위함으로, 토사 중 사질토의 다짐정도를 나타내기 위해 사용한다. 즉, 조립토인 사질토의 조밀한 정도, 다짐 정도를 나타내기 위함이다.
이상으로 내용 정리를 해봤습니다. 시공기술사 개념 문제에 답안으로 적을 수 있도록 아래와 같이 다시 정리해봤습니다. 도움되시기를 바랍니다.
자료를 찾아주셔서 감사합니다. 기술사는 많은 문제를 다루는 것이 유리합니다. 아래 링크로 흙의 구조에 대해서도 정리해봤으니 챙겨가시기 바랍니다. 감사합니다
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