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토질시험 - 체분석

1. 실험 목적☞ 흙의 입경과 분포를 알면 그 흙을 공학적으로 성질이 비슷한 종류로 분류할 수있다. 흙을 토목재료로 사용하는 구조물 즉 흙댐이나 하천제방, 도로 또는 비행장의 포장 단면의 축조재료등은 흙입자의 크기와 그 분포가 대단히 중요하다. 흙이 자갈인지 모래인지 또는 실트인지를 알면 추운지방에서 동상의 피해를 추정하는데도 참고로 할 수 있다. 또한 흙 입자의 크기는 흙의 공학적 성질에 크게 영향을 끼치므로 입도분포를 결정하기 위한 시험은 모든 토질시험의 기초가 된다. 따라서 네모로 된 눈금을 가진 적절한 크기의 체를 체눈금 크기의 순서로 포갠 다음 흙을 부어 넣고 흔들어, 주어진 눈금의 체를 통과한 흙의 중량을 구하여 흙 입자의 크기와 그 분포를 알아내는 체분석시험을 실행하여 본다.2. 실험 기구 및 재료○ 비중 실험 기구 및 역할① 저울(0.1g)이상의 것② 체 (No.10 No.20 No.40 No.60 No.100 No.200)③ 건조된 시료④ 건조기⑤ 체 진동기3. 실험 이론○ 우리나라 토립자 분류 및 기타KSF(2301)GravelSandSiltClayColloidsCoarseMediumFine4.75 2.0 0.425 0.075 0.005 0.001 (mm)체번호체눈금44.76102.0200.84400.42600.251000.1492000.074입자의 최대치수입자의 최소중량No.10200gNo.4500g19mm1500g25mm2000g40mm이상2500g체번호와 눈금의 크기입자의 최대 치수에 따른 시료의 최소중량○ 체 분 석각체에 남은 무게를 투입한 시료의 본래 무게로 나누어 잔류율을 결정한다.즉 잔류율=잔류량/흙의전제 무게×100 가 된다.잔류율 =잔 류 량× 100(%)흙의 전체 무게○ 입도분포곡선- 입도분포곡선은 가로축을 입자의 크기로 하고 세로축을 잔류중량백분율로 하여 흙의 입도분포를 나타낸 곡선을 말한다. 또한 가로축을 입자의 크기로 하여 세로축에 누적통과량을 나타내면 지반을 분류하거나 공학적 특성을 예측하는데 중요한 지침이 되는 곡선이 구해진다. 이러한 곡선을 입경가적곡선이라고 하며, 이는 입도분포곡선과는 다른 의미를 갖고 있다. 그러나 입경가적곡선은 흙의 공학적 특성을 파악하기에 유리하여 자주 사용하기 때문에 일반적으로 말하는 입도분포곡선은 곧 입경가적곡선을 의미하는 경우가 많다.입도분포곡선은 흙지반의 공학적 특성을 판정하는데 매우 중요하며 그 모양은 60%통과 입경과10%통과 입경으로 정의 한 균등계수를 이용하여 다음과 같이 개략적으로 수치화 할 수 있다.: 유효입경 (effective size): 평균입경 (mean particle size)? ● 균등계수 (均等係數) :< 4> 10uniform (균등)poorly-graded (빈립도)well-graded (양립도): diameter corresponding to 10% finer대체로 균등계수가 모래에서, 자갈에서이면 입자크기가 ‘균등’하여 공학적으로 불리한 지반이고 모래에서, 자갈에서이면 입도분포가 ‘양호’하여 공학적으로 유리한 지반이라고 볼 수 있다. 자갈, 풍화토, 빙적토 등에서인 경우가 있으며 이때는 입도분포가 ‘매우 불균등’하다고 말한다. 균등계수는 흙지반의 분류와 다짐성의 판단기준이 된다. 그러나 균등계수가(또는)이더라도과사이의 곡선의 모양이 다양할 수가 있다. 따라서 입도분포곡선의 중간부분의 모양을 더욱 분명하게 표현하기 위해서 30%통과입경을 고려한 곡률계수를 정의한다.? ● 곡률계수 (曲律係數) :shape of grading curvefor well-graded,이상에서 균등계수와 곡률계수를 이용하여 흙지반의 입도분포를 객관적으로 표현할 수 있다. 입도분포곡선에서 특히은 유효입경이라고 하며 지반의 간극상태를 나타내기 때문에 지반의 투수성을 경험적으로 판정하는 기준이 된다.○ 통일분류법통일분류법(Unified Soil Classification System)의 원래 방법은 제 2차 대전중에 미국 공병단에 의하여 수행된 비행기 활주로 공사에 사용하기 위하여 Casagrande가 1942년에 개발한 것이다. 현재 공학자들에 의하여 널리 사용되고 있는 방법은 미국 개척국의 협력하에 미국 공병단이 1952년에 개정한 것이다.1. No.200체 통과량이 50%보다 적은 자연상태의 자갈섞인 그리고 모래섞인 조립토이다. 이 그룹의 기호는 G나 S의 접두사로 시작된다. G자는 자갈이나 자갈섞인 흙을 나타내고, S자는 모래 또는 모래섞인 흙을 나타낸다.2. No. 200체 통과량이 50%이상인 세립토이다. 이 그룹의 기호는 무기질 실트의 경우는 M, 무기질 점토의 경우는 C, 그리고 유기질 실트와 점토인 경우는 O의 접두사로 시작된다. 이탄과 썩은 흙, 그리고 다른 유기질이 많은 흙은 Pt로 표현된다.Primary letterSecondary letterG : gravelS : sandW : well-graded (with no fines)P : poorly-graded (with no fines)M : With non-plastic fines (silty)C : With plastic fines (clays)M : siltC : clayO : organic soilL : low plasticity (wl < 50)H : high plasticity (wl >50)Pt : peat4. 실험 방법(1) 증발접시의 무게를 정확히 측정한다.(2) 증발접시에 흙 약900g을 취한후 No.200체에 조심히 붓고 흙의 이물질과 수분을 완전히 제거하기 위해 물로 쌀을 씻듯이 조심히 씻는다.(3) 씻은 흙을 증발접시에 다시 쏟은후 건조오븐에 24시간동안 말린다.(4) 사용하게 될 체의 무게를 0.01g까지 측정한다.(5) 체눈의 크기 순서로 체를 포갠다음 No.200체 밑에는 팬을 놓는다.(6) (흙+증발접시)의 무게를 측정한후 흙을 손으로 잘 부순 다음 골고루 섞는다.(7) 최상단에 있는 체 속으로 흙을 흘리지 않게 조심히 붓고 뚜껑을 씌운 다음 진동기를 사용 하여 5분동안 흔든다.(8) 각 체를 분리하여 체에 남은 흙의 무게를 측정한 후 체의 무게를 빼어 순수한 흙의 무게를 산출한다.(9) 모든 체의 흙의 무게를 측정한 후 체를 물로 깨끗이 씻고 정리한다.(10) 전체흙 중량에 대한 통과된 중량과 잔류량을 계산하여 입도분포곡선을 작성하여 흙의 입도분포상태를 확인한다.5. 실험 결과○ GRAIN SIZE ANALYSIS - MECHANICALMass of dry sample, Ms481.28g● Sieve analysis and grain shapeSieveNo.Diam.(㎜)Mass(g)(Sieve)Mass(g)(Sieve + Soil)Mass retained(Soil)(g)Mass retained(Soil 누적)(g)% retained% passing10044.75519.95519.990.040.040.00899.992102.00500.39671.18170.79170.8339.49560.505200.850439.38566.69127.31298.1461.94738.053400.425372.38425.4253.04351.1872.96827.032600.250376.42412.7436.32387.580.51419.4861000.150347.74389.9342.19429.6989.28110.7192000.075338.37376.1137.74467.4397.1222.878PAN227.69241.5413.85481.281000SUM481.28입자지름 2mm 의 누적통과율 : 60.505%입자지름 0.425mm의 누적통과율 : 27.032%입자지름 0.075mm의 누적통과율 : 2.878 %● 입도 분포 곡선나. 입도분포곡선에서의 대표적인 토질정수㉠ 유효입경(effective size)- 통과중량백분율 10%에 대응하는 흙입자의 입경으로 물리적인 의미는 유효입경이 크면 클수록 주어진 흙 입자의 크기가 대체적으로 큼을 의미한다.㉡ 균등계수(coefficient of uniformity,)-은 통과량 60%에 해당하는 흙입자의 크기를 말하며, 균등계수가 클수록 입도 분포가 좋은 흙을 말하며, 작을수록 입도 분포가 나쁜 균등한 흙을 말한다.실험결과값 :약 1.85mm,= 약 0.15mm∴= 12.33 (양입도)(※ 일반적으로가 1이면 균등, 4 이하이면 빈입도, 10 이상이면 양입도라 한다)㉢ 곡률계수(coefficient of gradation,)- 곡률계수는 입도분포곡선의 모양을 나타내는 것으로,값이 너무 크거나 작게 되면 곡선의 모양이 부드럽지(smooth) 않고 몇 개 크기의 흙 입자만 모여있는 양상이 된다.여기서,은 통과중량백분율 30% 에 해당하는 입경이며,= 1~3이면, 입자가 적당한 폭으로 골고루 분포되어 입도가 양호하다.실험결과값 :약 0.54mm,약 1.85mm,약 0.15mm∴1.051 (양호)(※ 곡률계수가 1~3사이에 있으면 입도가 양호이다.)D10 구하기 :D30 구하기 :D60 구하기 :◇ 균등계수∴균등계수가 6과 15사이이므로 입도분포는 ‘양호’◇ 곡률계수∴곡률계수가 1과 3 사이이므로 입도분포 ‘양호’◇ 통일분류법에 의한 분류⇒ 200번체 통과량(3.3%)이 50%미만 → 조립토 ⇒ 4번체 통과량(100%)이 50%이상 → 모래(S) ⇒ 200번체 통과량(3.3%)이 5%미만 → Cu>= 6 & 1

공학/기술| 2008.10.31| 9페이지| 2,000원| 조회(948)

분포, 시험, 기초, 네모, 체분석

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토질역학시험- 비중

1. 실험 목적☞ 흙입자의 비중은 흙의 기본성질인 간극비, 포화도, 전체단위중량, 건조단위중량, 비중계분석 등을 아는데 필요할 뿐만 아니라 흙의 다짐의 정도와 유기질흙에 있어서 유기물 함량을 구하는데 이용하기위하여 흙의 비중을 구한다.→흙의 비중은 흙의 단위중량을 계산하는데 쓰인다. 흙의 간극비, 포화도와 함께 비중을 알면 전체단위중량, 건조단위중량등을 구할 수 있다. 단위중량의 값은 지반의 침하량이나 토압 등을 계산하는데 쓰인다. 자연상태에 있는 흙은 공기 또는 물이 들어 있는 간극을 포함하고 있기 때문에 흙덩이의 단위중량은 흙입자의 단위중량과 명백히 구별할 수 있어야 한다.2. 실험 기구 및 재료○ 비중 실험 기구 및 역할① 피크노미터: 용량 100㎖ 이상의 용적측정용 플라스크, 또는 스토퍼가 있는 용량 500㎖ 이상의 병이어야 한다.② 저울 : 용량 500ｇ ,감도(感度) 0.01ｇ③ 전기곤로 : 미크노미터 속의 공기를 재거하기위해④ 건조로 : 온도 110℃ 내외로 유지⑤ 비이커 : 시료의 무게를 잰다.⑥ 온도계⑦ 용기 : 건조로에 가열할 때 받침○ 재 료- 시료 : #10 체를 통과한 노건조 시료 약 100g※ 시료는 자연함수 상태 또는 노건조한 것으로 플라스크를 사용할 경우에는 25g 이상필요하다.3. 실험 방법- 강의노트 참조4. 실험 이론① 비중 G(1): 흙 입자의 단위중량: 4℃에서의 증류수의 단위중량: 흙 입자의 건조중량: 흙 입자의 용적② 부 피 (위에 그림 참조)(2)③ 정 리(2)를 (1)에 대입※ Gw= 물의 비중실내온도 15℃ 기준(15℃의 물에 대한 비중)④ 흙의 종류에 따른 대표적인 비중값흙의 종류비중자 갈2.65~2.68모 래2.65~2.68실 트2.66~2.7점 토2.68~2.84. 실험 결과○ SPECIFIC GRAVITY OF SOIL SOLID(Gs)● 플라스크의 검정결과 (Flask Calibration)Determination No.1234Weight Flask + Water,(g)643.27643.55643.81644.09Temperature(℃)30.627.825.222.2● 비중 실험 결과 결과▷ fl. = volumetric flask 추세선식 y(g) = -0.0978X(℃) + 646.27Determination No.123Temperature(℃)29.325.822.5Flask + Water + Soil.(g)705.54705.88706.23Flask + Water.(g)643.40643.75644.07Container374.01Dry Soil + Container473.97Dry soil.(g)99.96Specific Gravity of Water.0.99690.99780.9986Specific Gravity of Soil2.63452.63682.6408Average Specific Gravity.2.63737 ≒ (2.64)● 물의 비중과 보정계수5. 실험 결과 토론 및 고찰☞ 이번 실험은 결과를 내기 위하여 먼저 플라스크의 보정을 먼저 하였습니다. 엑셀을 이용 그래프를 그려본 결과 추세식 식이 volumetric flask 추세선식 y(g) = -0.0978X(℃) + 646.27 이 나왔습니다.그래서 위 추세선 식을 이용 위의 표 처럼 측정온도 ( 29.3℃, 25.8℃, 22.5℃)에 적용하여 비중을 구해보니 각각 2.6345, 2.6368, 2.6408 ≒ 2.64 의 값이 나왔습니다.즉 이번 실험을 통하여 생각해 본 점은흙의 종류비중자 갈2.65~2.68모 래2.65~2.68실 트2.66~2.7점 토2.68~2.8옆의 표처럼 비중을 비교해 보니보통 대부분의 자연상태 흙의 비중은 2.65~2.75의 값을 가지므로 실험식으로 약간 오차가 생겼지만 실제 값에근접하게 나왔다고 생각했습니다.옆의 표 결과에 따라 흙의 종류는 자갈이나 모래로 추측했습니다.그리고 섬유질인 유기질토를 제외하고는 흙입자의 비중은 거의 모든 흙에서 2.65～2.85 사이의 값을 갖는다고 합니다. 또한 비중을 약 3-4회 정도는 측정하여야 Gs 값을 비교적 정확하게 알수 있었을 것 같았습니다. 마지막으로 실험 전 부피, 무게 등을 알 수 있다면 실험 강의 노트에서 언급한것 처럼 위로부터 이 시료의 함수비, 간극비 등을 알아낼 수 있을 것입니다위에서 결과를 본것처럼 비교적 실험결과가 큰 오차 없이 잘 나온 것 같습니다. 오차를 줄이기 위해 먼저 눈금을 맞출 때 여러사람이 하지 않고 한사람이 측정을 하였으며 물을 높이를 정확히 하기 위해 스포이드사용과 플라스크의 겉과 속의 물기 제거를 잘 해주었습니다 그리고 흙을 첨가 시켰을 때 흙 속의 공기를 제거하기 위해 흙과 증류수를 가열하였습니다.조심스럽게 측정했지만 위와 같이 오차가 발생한 이유를 생각해보면① 피크노미터 중간위치에서 온도를 측정하였지만 내부의 온도가 균일하지 않은 경우를 생각할 수 있습니다 ② 위에 쓴 내용처럼 흙 속의 공기를 빼내기 위해 증류수와 흑을 가열하였지만 흙 속의 공기를 완전히 배제 시키지 못한 것도 생각할 수 있습니다. 그리고 ③온도를 측정하고 다시 스포이드로 플라스크의 눈금을 맞추는 과정에서 온도의 변화도 생각할 수 있습니다. ④ 질량을 정확하게 구하기 위해 솜으로 물을 닦았지만 솜이 닿지 않는 곳도 있었다. ⑤그리고 책상의 기울어짐과 조교님께서 실험시간에 따른 온도변화도 생각할 수 있었다.실험 목적인 흙입자의 비중은 흙의 기본성질인 간극비, 포화도, 전체단위중량, 건조단위중량, 비중계분석 등을 아는데 필요할 뿐만 아니라 흙의 다짐의 정도와 유기질흙에 있어서 유기물 함량을 구하는데 이용하기위하여 흙의 비중을 구한다는 말처럼 비중실험에 대한 중요성과 활용성에 대하여 알았으며 이번 실험을 통해서 조금의 온도와 무게 오차가 비중측정 결과에는 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었고 비중의 정의와 측정 방법을 습득할 수 있는 실험이었습니다.※ 책을 찾아보니 오차의 해결방법이 나와 참고를 해보았습니다.

공학/기술| 2008.10.31| 6페이지| 2,000원| 조회(403)

비중, 지반, 토압, 포화도

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토질역학시험-다짐

1. 실험 DATA○ 기본 데이터다 짐목 적(보통다짐.CBR 다짐)램머무게2.5[kgf]낙하고30[cm]사용몰드번 호무게(몰드,몰드+저판)42.76[gf]]직 경10.14[cm]체 적941.60[㎤]○ 함수비의 결정캔 번호데이터값1234캔 번호1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-3컵+젖은흙의무게, g41.8441.7234.5647.6829.2235.8740.2051.9862.1453.6462.9970.98컵+마른흙의무 게, g40.8940.9134.2245.5628.2834.5136.8847.1857.0748.5055.7062.35물의 무게, g0.950.810.342.220.941.363.324.85.075.147.298.63컵의 무게, g12.0516.5721.5210.3112.6312.3612.6812.3820.9421.9018.2618.72마른흙의 무게, g28.8424.3412.735.1515.6522.1524.234.836.1326.637.4443.63함수비(), %3.29%3.33%2.68%6.32%6.01%6.14%13.72%13.79%14.03%19.32%19.47%19.78%평균함수비()3.10%6.15%13.85%19.52%○ 건조단위중량 결정시험 횟수데이터값들1234함수비(), %3.106.1513.8519.52흙+몰드의 무게, g5929.36070.516285.526166.36몰드의 무게, g4*************76몰드안 흙의 무게(), g1653.31794.512009.521890.36몰드안의 부피(), ㎤941.60습윤단위중량(), kN/㎥17.2218.6920.9319.69건조단위중량(), kN/㎥16.7017.6118.3816.47최적함수비()11.2%최대건조단위중량(), kN/㎥18.31kN/㎥2. 결 론○ 실험 Data에 대한 분석● 기본이론① 다중실험 기구및 역할① 모울드(mold) : 100mm와 150mm의 2종이 있으며, 높이 65mm의 칼러(collar)와 밑판을 붙일 수 있어야 한다.② 래머(rammer) : 직경 5cm인 원형단면을 가진 금속제 램머로 무게 2.5kgf, 4.5kgf의 두 가지가 있으며 전자는 낙하고가 30cm이고 후자는 낙하고가 45cm이어야 한다.③ 시료추출기(sample extruder) : 모울드에서 다진 시료를 빼내는데 사용되는 기구이다.④ 저울 : 용량 10kgf이상, 감도 10gf인 것과 용량 100gf이상, 감도 0.1gf이상인 2가지가 필요하다.⑤ 건조로⑥ 곧은날(straight edge) : 길이 약 30cm되는 강철제의 곧은 날이어야 한다.⑦ 체 : NO.4, 12.7mm, 19.1mm, 25.4mm, 38.1mm⑧ 시료 혼합용 팬⑨ 스프레이 : 함수비를 변화시켜주기 위해 물을 뿌리는데 사용⑩ 시료용 캔 : 번호를 매겨 구분한다② 실험방법 : 자료 참조 (07.3.19)③ 실험이론 및 계산방법? 데이터 쉬트를 작성한다.? 건조단위중량(건조밀도)를 계산한다.? 다짐곡선을 그린다.- 세로축은 건조단위중량 , 가로축은 함수비로 잡고 각 함수비에 대한 건조단위중량을 표시하면 다짐 곡선이 얻어진다. 이 곡선으로부터 최대 건조단위중량과 최적 함수비를 구한다.- 각 시험에서 습윤 단위중량을 구한다.1) 건조단위 중량W : 몰드 속의 흙의 무게V : 몰드의 용적w : 함수비☞위에서 얻어진 값을 이용하여 세로축을 건조단위중량, 가로축은 함수비로 잡고 각 함수비에 대한 건조단위 중량을 점찍으면 다짐 곡선이 얻어진다. 이 곡선으로부터 최대건조 단위중량과 최적함수비를 구한다.그리고 영공기간극곡선은 다음 식을 이용하여 구할 수 있다.: 흙의 비중: 물의 단위중량S : 물의 포화도☞위 식에서 S=100 으로 두고 함수비와 건조단위중량과의 관계곡선을 구하면 이것이 영공기간극곡선(또는 포화곡선)이 된다. 90%, 또는 80%의 포화곡선을 얻기 위해서는 S=0.9, S=0.8을 대입하여 구한다.2) 실내다짐시험의 종류구 분Mold Vol(㎤)Mold Diam(㎜)LayerBlows/LayerRammer weight (㎏)낙하높이(㎝)표준다짐시험944.0101.63층각 층 25회2.530수정다짐시험2123152.45층각 층 55회4.545※ 한국공업규격에 의한 실내다짐시험방 법래머무게(㎏)낙하높이(㎝)각 층 당타격횟수층 수몰 드치 수허용최대입경(㎜)A2.53025310019B2.53025315037.5C4.54525510019D4.54555515019E4.54592315037.5④ 그래프실험 결론 : 이 시료의 최대건조단위중량은 18.31kN/㎥이고, 최적함수비는 11.02%임을 알 수 있다.○ 실험결과 토론 및 고찰다짐시험을 통해 건조 단위중량은 함수비에 따라 달라짐을 알수 있었다. 같은 흙은 함수비를 조금씩 증가 시켜가며 같은 시험 방법을 통해 얻어진 함수비와 건조단위중량 값을 위 그래표에 표현하였다. 시험을 통해 일단 함수비를 먼저구하고 건조단위중량갑을 구하였다.건조단위중량은이므로 일단 습윤단위중량을 먼저 구하고 건조단위중량 값을 구할 수 있었다. 그리고 그래프를 통해 최적에 함수비 11.20%일때 최대건조단위중량같 18.31kN/㎥을 얻을 수 있음을 알수 있었다.영공기간극곡선은 포화도가 100%일때의 함수비와 포화단위중량 비의 관계를 나타내 이론적은 그래프이다. 흙의 비중을 2.65로 하여에 대입하여 값들을 구하였다. 여기서 S=포화도 이고 포화상태이니 S-1이다.이번 실험의 결과를 통해 이번 실험에서 사용한 시료가 최적함수비가 11.20% 정도이며 모래질 실트라는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 함수비가 최적함수비보다 작은 흙을 성토하여 다짐을 실시할 때에는 다짐기계의 중량을 증가시키거나 다짐회수를 증가시켜 다짐을 시행하면 최적함수비가 감소되면서 최대건조밀도는 증가하게 된다.우리는 이 실험을 통하여 다질 때 물을 흙에 가해주면, 그 물이 마치 윤활유처럼 흙 입자들간에 작용하게 되어 흙 입자들은 서로 미끄러져서 조밀하게 다져진다는 사실. 그리고 일반적으로 함수비가 증가함에 따라 다져진 흙의 건조 단위 중량도 증가하다가 최적 함수비때에 최대의 건조단위중량을 나타내며 함수비가 최적함수비를 넘어가면서 건조단위중량도 저하된다는 것을 알수 있었다. 이를 토대로 현장에서의 함수비가 너무 크다면 각종 기구를 이용하여 다짐에 알맞는 함수비를 낮춘 후 다짐을 하는 것이 좋다는 것도 알 수 있었다.그리고 다짐 곡선을 보면 알 수 있듯이 어느 순간에 최적함수비를 기준으로 기울기의 부호가 바뀌게 되는데 이렇게 되는 이유는 물을 계속 증가 시키다 보면 물위 부피가 증가 하고 모래의 양은 줄어들기 때문이다. 최적 함수비까지는 적당한 물로 인해 모래 사이의 응집력도 증가 하고 시료의 무게가 늘어나지만 자꾸 물의 양이 증가 하면 오히려 응집이 안되고 다짐도 잘 안 될 것이다. 따라서 물의 부피가 커져서 흙의 중량이 줄어들게 되고 시료 전체의 중량도 줄어들게 될 것이다.그럼 이번 실험에 대한 오차의 원인에 대하여 생각해 보자.시험오차 발생으로는 일단 다짐을 하는 장치(Standard Proctor Test)의 기계적 오차가 있다.다짐회수 25회를 할 때 사람이 돌아가면서 해서 일정하게 다짐을 못할뿐더러 다짐도중 흙이 아닌 몰드를 때려 오차가 발생하였다 그리고 다짐장치의 높이가 사람마다 일정하지 않기 때문에 흙에 전달되는 에너지가 달라졌다. 대안으로 기계가 다짐을 하였더라면 적은 기계적 오차가 발생 하였을 것이다. 이것으로 인해 함수비 값에 오차적 영향을 비칠것이다. 그리고 흙에 함수비를 맞출때 골고로 같은 함수비를 맞추시험을 하여야 하는데 여러사람이 같이 손으로 물을 뿌려가며 반죽을 했고 물을 뿌릴 때 이론상으로는 3% 증가시키라고 하였지만 이를 정확히 지키지 못하고 흙의 상태와 육안으로 함수비를 증가시켰다. 이를 수정하기 위해서는 처음 분무기를 뿌릴때 시료의 10%정도 되는 물을 준비하고 각 단계마다 시료의 3%정도의 물을 분무기의 남은 물의 양을 확인하며 실험을 수행할 수 있을 것이다. 즉 위와같은 개인오차로 함수비 값에 오차 원인이 된다.그리고 몰드 부피를 측정할 때 버니어 켈리버스로 사람눈으로 제었으니 측정 오차 발생으로 부피 값에 오차를 영향을 미치고 또한 몰드 무게 및 몰드+흙의 무게를 측정시 겉에 붙은 흙을 붓으로 제거를 하였지만 완벽하게 제거하지 못하였고 곧은날로 시료를 평평하게 깎아낼 때 시료 속에 섞인 자갈크기의 입자들이 깎여 나오 면서 평평한 표면에 흠집을 내면서 나왔던 것도 오차의 한 원인이다 마지막으로 3층 다짐 후 결합하였던 위부분 몰드를 분리후 충분히 흙이 솟아있어야 했으나 중심부분이 약간 들어가 골골로 평평치 못했다.

공학/기술| 2008.10.31| 7페이지| 2,000원| 조회(196)

자료, 다짐, 시료, 용량, 참조

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토질역학실험-투수계수

1. 실험 목적☞ 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. 지반의 압밀침하도 흙의 투수계수와 관련이 깊다. 흙의 투수계수를 구하는 방법에는 실내투수시험법과 현장투수시험법이 있다. 투수시험에는 수위의 주어진 방법에 따라 정수위 투수시험 및 변수위 투수시험이 있으며, 통상 정수위형은 사질토에, 변수위형은 점성토에 적용된다.정수위 투수시험과 변수위 투수시험 중 어느 방법으로 투수계수를 결정하는 것이 좋으냐 하는 것은 시험한 시료의 투수성에 의존할 수밖에 없다. 점토와 같은 투수성이 작은 흙에 대해 정수위 시험을 행하면 침투율이 작아서 증발로 인한 오차가 클 수 있다. 반면 투수성이 큰 사질토는 변수위 투수시험에서는 스탠드파이프를 유하하는 물의 속도가 빠르므로 정확한 수두측정이 곤란하다.2. 실험 기구○ 실험기구 / 역할① 투수원통 : 상단에 일류구를 가진 플라스틱, 또는 금속제의 원통으로 내경 10cm, 일류구까지의 높이 15cm인 것을 원칙으로 하고, 안지름이 적어도 시료의 최대 입경의 20배 이상이어야 한다.② 유 공 판 : 투수원통을 올려놓는 다리가 달린 판으로서 지름 15cm, 두께 15cm의 황동판에 작은구멍을 뚫은 것이어야 한다.③ 황동제망 : 지름이 투수원통의 안지름보다 약간 작게 잘라낸 원통의 황동제 망으로 눈금의 크기가 420㎛(No.40체) 정도의 것 1장과 72㎛(No.200체)정도의 것 2장이 있어야 한다.④ 진공펌프 : 진공도 600mmHg 이하를 유지할 수 있어야 한다.⑤ 수 조 : 시료용기를 넣기에 적당한 크기이고 유공판의 윗면에서 약 1cm의 높이로 수면을 유지 할 수 있는 배수구를 가진 플라스틱 또는 금속제의 것이어야 한다.⑥ 다 짐 대 : 시료를 용기에 넣고 다지는 금속다짐대로서 그 한쪽 끝에 고무를 씌운 것이라야 한다.⑦ 저 울 : 용량 10kgf, 감도 10gf 의 것이라야 한다.⑧ 메스실린더 : 용량 1000이고, 매 100ml의 눈금이 표시된 것이라야 한다.⑨ 스톱워치 : 시간에 따른 수위의 감소를 측정하기 위하여 사용한다.⑩ 온 도 계 : 온도에 따른 물의 점성의 변화를 보정하기 위하여 사용한다.⑪ 여과사 : 입경 2mm내외의 균등한 굵은 모래나 잔자갈이라야 한다.⑫ 자, 캘리퍼스 : 시험기의 체적을 측정하기 위하여 사용한다.⑬ 시료받이, 팬, 스탠드파이프3. 실험 방법○ 정수위 투수실험① 시료 원통에 넣은 사질토 시료에 물을 충분히 통과시켜 시료를 포화시킨다.② 유출유량을 일정하게 조절하고 일정시간(약30초)동안 배출된 유량을 측정한다.③ 유출 유량이 일정해지면 시료의 배수면와 저수조의 상류면 사이의 수두차(h)를 잰다.④ 이와 같은 과정을 2회 더 실시한 후 각각 시험때마다 수온을 측정한다.○ 변수위 투수실험① 물을 충분히 통과시켜 점토 시료를 포화시킨다.② h1의 눈금부분에 테이프로 붙여놓고 물을 채운 뒤 약30초간 시간을 잰 후 물이 내려간 h2의 길이를 측정한다.③ 같은 방법으로 3회이상 반복 시험한다.4. 실험 이론○ Darcy의 공식q = K * i * A여기서 K가 투수 계수로서 속도의 단위(cm/sec)를 갖는다.(=투수계수 ,=침투유량 ,=동수경사 ,=물이 흐르는 단면적)(투수계수)는 속도와 같은 단위를 가진다. 이 식으로부터 흙 속으로 물이 흐를 때의 침투유량은 투수계수에 비례한다는 것을 알 수 있다.○ 정수위 투수 계수 실험정수위 실험의 원리는 Darcy가 실험했던 시험기와 거의 같다. 다음그림에 정수의 실험의 모식도가 그려져 있다. 실험은 그림의 A수위면 및 B수위면을 계속 유지하도록 A부분에서는 계속 물을 공급하고 B부분에서는 넘치는 물은 플라스크에 받으며, 물을 계속 흘려 보낸다. t시간 동안 플라스크에 유입된 유량을 Q라 하자. 실험결과의 해석을 위해서 다음의 순서를 밟아야 한다.① 투수문제를 풀기 위해서 우선적으로 기준면을 설정하여야 한다. 그림에서는 하부쪽 수면을 기준면 으로 설정하였다.② 투수문제에서 소문자 ‘h’는 전수두를 의미한다. 그림에서 보면 A점에서는 ‘전수두 = 위치수두’이며 그 값이 h임을 알 수 있다.③ A, A′, '0'인점은 공히 전수두가 같고 그 값은 h이다.④ B, B′, ‘4’인점은 공히 전수두가 같고 그 값은 0이다.위의 결과들을 종합하여 보면 물이 흙을 통과하기 직전의 전수두는 h, 통과 직후의 전수두는 0으로서 흙을 통과하면서 h-0=h 의 손실수두가 생기었다.동수경사시간 t동안에 플라스크에 담긴 유량을 Q라 하면 Darcy의 법칙으로부터따라서,으로 투수계수를 구할 수 있다.t: 측정시간 L: 물이 시료를 통과한 거리Q: t초동안의 침투한 유량 A: 시료의 단면적h: 수두차○ 변수위 투수 계수 실험변수두 투수시험으로부터 다음의 식으로 투수계수를 구한다.여기서,L : 물이 시료를 통과한 거리(시료길이) [cm]a : 스탠드 파이프의 단면적 [cm2]t1 : 측정 시작시간 [sec]t2 : 측정 종료시간 [sec]h1 : t1에서 수조기준수면높이 [cm]h2 : t2에서 수조기준수면높이 [cm]☞ 변수위 실험은 투수계수가 너무 작아서, 시간이 많이 흘러도 유출량이 너무 작아서 정수위 실험이 곤란한 경우에 행하는 실험이다. 그림과 같이 흙 시료위로 스탠드 파이프(stand pipe)를 꽂고 여기에 물을 채웠을 때, 시간이 감에 따라 유출량이 소량만 생겨도 스탠드 파이프상의 수위는 눈에 띌 정도로 내려갈 것이다. 스탠드 파이프의 수위가(수두가) 시간에 따라 계속하여 변한다고 해서 변수위 실험으로 불리운다.실험은 먼저 스탠드 파이프상에만큼 물을 채운다(). 시간까지 기다렸다가 이때의 수위선값을 기록한다. 실험결과로부터 투수계수를 구하는 과정은 다음과 같다. 먼저 기준면은 하류 쪽 수면으로 한다. 이렇게 되면 수위의 높이는 전수두가 될 것이다. 시간일 때의 수위 즉 전수두를라고 하자.단위시간동안에의 수위 하락이 있었다면 이로 인한 유량감소는⑴여기서,=스탠드 파이프의 단면적이며, 수위선은 계속 하락하므로값은 (-)이기 때문에 양수로 만들어 주기 위해,앞에 (-)부호를 붙였다.한편시간 동안 흙을 빠져나간 유출량은⑵위의 두 유량은 같아야 하므로 ⑴ = ⑵ 즉,위 식을 정리하면위의 식을 시간에서까지 적분하면,또는으로 투수계수를 구할 수 있다.4. 실험 결과○ Constant Head Test (L=12.13cm, A=314.16㎠ 물의온도 :22.3℃)Test No.Q(㎤)L(cm)A(㎠)H(cm)t(sec)k(cm/sec)13412.13314.161430.160.0031123712.13314.1614.831.410.0030733212.13314.161529.290.00281Average?????0.00300● 온도보정● 시험 결과값투수계수평 균 값0.00250○ Variable Head Test (L=12.45cm, A=314.16㎠, 온도 22.1℃)● 스탠드 파이프의 단면적계산- 스탠드파이프의 단면적을 위 식을 이용하여 구하여야하지만실험 시간관계상 직경을 직접 구했습니다.스탠드 파이프의 직경 5cm이므로 단면적=19.635㎠● 시험 결과값Test No.t(sec)h1(cm)h2(cm)a(㎠)L(cm)A(㎠)k(cm/sec)1119.62117110.919.63512.45314.160.0003482125.22117110.419.63512.45314.160.0003603117.03117110.719.63512.45314.160.000368Average0.000359● 온도보정● 시험 결과값투수계수평 균 값0.00035. 실험 결과 토론 및 고찰○ 흙의 종류에 따른 투수계수흙 의 종 류투 수 계 수깨 끗 한 자 갈조 립 질 모 래세 립 질 모 래실 트 질 모 래점 토100-1.01.0-0.010.01-0.0010.001-0.0000110-3cm/s)에는 정수위 투수시험이, 실트질 점토(K=10-3~10-5 cm/s)에는 변수위 투수시험이 적절하다는 것을 알 수 있었습니다.○ 투수계수에 영향을 끼치는 요소흙의 투수계수의 값은 여러 가지 요소에 의하여 영향을 받는다.Taylor(1948)는 다음과 같은 수식을 발표하였다.여기서,: 등가입경 (입자를 같은 표면적을 가진 구로 생각했을 때의 구의 지름): 합성변상계수: 점성계수: 간극비: 물의 단위중량● 점성계수(온도보정)위의 식에 나타난 바와 같이 투수계수는 물의 점성계수에 반비례한다. 온도가 증가함에 따라 물의 점성계수는 감소하며, 이것이 감소하면 투수계수는 증가한다는 것을 알 수 있다. 임의온도 T℃에서 측정된 투수계수kT를 온도 15℃에 대한 투수계수 k15로 보정한다.온도에 따른 점성계수의 변화는 다음의 표와 같다.: T℃에서의 점성계수,: 15℃에서의 점성계수,: T℃에서 측정한 투수계수참고 표. 투수계수에 의한 T℃에 의한 보정계수● 간극비투수계수는 간극비의 함수로 표시될 수 있다. 동일한 흙에 대해 투수계수와 간극비와의 관계를 표시하기 위해 여러 가지 공식이 시도되었다.위의 식에 표시한 바와 같이 투수계수가에 비례한다면 다음과같은 관계가 성립된다.● 입자의 크기입자가 구라고 가정할 때에는는 입자의 제곱에 비례한다. 입자의 크기와 투수계수와의 관계는 Hazen에 의해 다음 공식으로 표시되었다.여기서,: 유효지름 (mm)● 간극의 형상과 배열이것은 이론적 수치로 나타내기 힘들며, 경험적인 판단에 의존할 수밖에 없다.

공학/기술| 2008.10.31| 10페이지| 2,000원| 조회(645)

방법, 지위, 투수계수, 투수성, 사질토

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토목공학-전단시험

1.실험 목적일반적으로 직접전단시험은 배수조절을 하지 않고 간극수압이나 부피변화의 측정이 없으므로 시험의 속도가 빠를 뿐 아니라, 시험절차가 간단하여 강도정수만을 목적으로 할 경우 실용적으로 많이 활용되는 시험이다. 즉, 직접전단시험을 통하여 시료가 전단파괴 되는 최대 수평력을 시료의 단면적으로 나눈 최대 전단응력과 수직하중을 단면적으로 나눈 수직 응력을 얻는데 이들을 좌표로 하는 Mohr의 파괴포락선에서 시료의 강도정수인 내부 마찰각과 점착력을 구할 수 있다.2. 실험 방법(1) 충분한 양의 시료를 준비하고, 전단상자의 크기를 측정한다.(2) 두 부분으로 분리된 전단상자를 결합하고 전단시험기 위에 설치한다.(3) 시료를 전단상자에 소정의 밀도가 되도록 다짐봉으로 다져넣고 시료의 표면을 평평하게 고른다. 이때 한층의 두께는 55mm로 하고 3층(165mm)으로 다진다. 1층의 흙 무게는 7.425kg로 하고, 총 무게를 구한다.(4) 재하판을 공시체 위에 올려놓는다.(5) 쇼크가 가해지지 않도록 주의하여 소요 수직하중을 가한다. 이때 수직하중에는 재하판의 무게와 전단상자 상부무게를 포함시킨다.(6) 상부 전단상자와 하부 전단상자의 수직간격을 조정하여 접촉면에서 마찰이 없게 한다. 이 간격은 시료의 최대 입경보다 조금 커야 입자가 부서지는 것을 방지할 수 있다.(7) 수평, 수직 변위를 측정할 다이얼 게이지를 부착한다. 고정못을 제거하여 상하 전단상자를 분리한다.(8) 수평 하중을 분당 1 mm의 속도로 가하기 시작한다. 측정시간, 전단력, 수직변위, 수평변위를 동시에 측정한다. 처음 2분 동안은 15초마다 측정하고 그 이후는 30초마다 측정하고, 8분 이후는 1분마다 측정하고, 12분 이후는 2분마다 측정한다.(9) 이와 같은 시험을 수직응력을 달리해서 시험을 계속한다.3. 실험 결과○ 1번째 실험 (수직하중 4kg)● 수직응력 σ : 0.1538 kg/cm2ElapsedTimeminShearDialShearDisplacement0.01mm수평방향변형율εH, cm2τ / σ0"00.0000.0026.0100.6710.0260.1680'15"00.0000.0026.0131.5570.0600.3890'30"50.0500.1025.9862.4430.0940.6110'45"220.2200.4325.9083.0330.1170.7621'00"340.3400.6725.84103.6240.1400.9121'15"490.4900.9625.7611.54.0670.1581.0271'30"640.6401.2525.68134.5100.1761.1421'45"770.7701.5125.62144.8050.1881.2202'00"920.9201.8025.54165.3960.2111.3742'30"1221.2202.3925.3917.55.8380.2301.4953'00"1541.5403.0225.22185.9860.2371.5433'30"1871.8703.6725.06185.9860.2391.5534'00"2182.1804.2724.90185.9860.2401.5634'30"2502.5004.9024.7415.55.2480.2121.3805'00"2832.8305.5424.5613.54.6570.1891.2325'30"3183.1806.2324.38134.5090.1841.202○ 2번째 실험 (수직하중 8kg)● 수직응력 σ : 0.3078 kg/cm2ElapsedTimeminShearDialShearDisplacement0.01mm수평방향변형율εH, %수 정단면적A, cm2ProvingRing DialShearForcekgShearStresskg/cm2τ / σ0"00.0000.00026.0100.6710.0260.0840'15"110.1100.21625.9552.150.0830.2690'30"230.2300.45125.8972.740.1060.3440'45"380.3800.74525.829.53.480.1350.4381'00"510.5101.00025.7511.54.070.1580.5131'15"650.6501.27525.68144.800930.9301.82425.5419.56.430.2520.8192'00"1061.0602.07825.4722.57.310.2870.9342'30"1341.3402.62725.33278.640.3411.1103'00"1641.6403.21625.17309.530.3791.2313'30"1951.9503.82425.023310.420.4161.3544'00"2262.2604.43124.8634.510.860.4371.4204'30"2582.5805.05924.6934.510.860.4401.4305'00"2872.8705.62724.5534.510.860.4421.4385'30"3233.2306.33324.363310.420.4281.3906'00"3583.587.01960824.184230.59.677350.4001521.3009936'30"3963.967.76470623.9904278.64380.3603021.1714337'00"4314.318.4509823.8119258.05320.3382011.099575○ 3번째 실험 (수직하중 12kg)● 수직응력 σ : 0.4614kg/cm2ElapsedTimeminShearDialShearDisplacement0.01mm수평방향변형율εH, %수 정단면적A, cm2ProvingRing DialShearForcekgShearStresskg/cm2τ / σ0"00.0000.00026.0100.670.0260.0560'15"100.1000.19625.964.52.000.0770.1670'30"220.2200.43125.907.52.890.1110.2410'45"380.3800.74525.8210.53.770.1460.3171'00"500.5000.98025.76134.510.1750.3801'15"650.6501.27525.6816.55.540.2160.4681'30"780.7801.52925.6118.56.130.2390.5191'45"930.9301.82425.54216.870.2690.5832'00"1091.0902..3300.7153'00"1711.7103.35325.14288.940.3560.7713'30"2022.0203.96124.98319.830.3930.8534'00"2342.3404.58824.8232.510.270.4140.8974'30"2632.6305.15724.673410.710.4340.9415'00"2952.9505.78424.513611.300.4611.0005'30"3173.1706.21624.3937.511.740.4811.0446'00"3413.4106.68624.273811.890.4901.0626'30"3693.697.23529424.12813811.89210.4928731.0683037'00"4014.017.86274523.96493611.30150.4715861.0221627'30"4314.318.4509823.81193511.00620.4622141.001849※ ShearForce 를 구할 때 전단상자에 가해진 실제힘을 구하기 위해 프루빙링 검사값을 이용하여 프루빙링다이얼의 수치를 실하중으로 환산하였다.(y = 0.2953x + 0.6707)○ 그래프 (전단응력변화 / 파괴포락선)● 수평방향변형에 따른 전단응력의 변화● Mohr-Couomb 파괴포락선▶ 위이 그래프를 통하여 강도정수를 구해보면추세선식 y = 0.8266x + 0.1387을 도출할수 있다수직 응력 (kg/cm2)전단 응력(kg/cm2)0.15380.240c=0.13870.30780.442φ=39.58°0.46140.493즉 파괴 포락선에서 Coulomb의 파괴식 > γ = σtanΦ + c 이므로C = 0.1387이고 Φ= tan-18066 이므로 전단저항각 39.58° 가 된다4. 실험 결과 토론 및 고찰○ 실험결과 점착력은 C = 0.1387 kg/cm2 이고 내부마찰각은 φ=39.58°가 나왔다수직하중을 증가시켜 즉 수직응력을 증가함에 따라 전단응력 또한 선형으로 증가하는 것을 볼 수 있었다. 점착력c가 0이 아니므로 실험에 사용한 시료는 완전건조상태가 아님을 난입자)느 슨30-35중 간35-40조 밀40-45모래가 섞인 자갈34-48실 트26-35일반적인 모래와 실트의 배수 마찰각위의 표를 참고하여위의 시험 결과와 비교해 보면내부마찰각이φ=39.58° 이므로 중간 정도의 사질토임을 알 수 있다.※사질토의 전단강도.사질토의 Mohr-Coulomb 파괴곡선은평면의 원점을 통과하므로 강도정수 2개 중에서 점착력는 0이 되어 Mohr-Coulomb 파괴공식은 단순히가 된다(a) 직접전단시험 시 전단응력과 횡방향 변위의 관계(b)최대강도와 극한강도를 이용하여 각각 Mohr-Coulomb 파괴곡선(c)전단변형에 따른 사질토의 부피변화(d)는 간극비의 변화그리고 이번 실험을 통하여 오차의 원인에 대하여 생각해 보았습니다무엇보다 이 실험의 오차는 수평 전단 변위와 전단 응력을 구할 때 일정한 속도로 전단력을 가하지 못해 발생되었다고 생각합니다. 그리고 눈으로 다이얼 게이지를 읽으면서 정확한 값을 측정하기 힘들었던 점입니다. 오차의 원인에 대하여 정리해보면▶ 오차 원인1. 눈으로 다이얼 게이지를 읽으므로 오차발생2. 사람이 직접 했기 때문에 일정한 속도로 전단력을 가하지 못함2. 다짐이 제대로 이루어지지 않음3. 전단시험도중 시험기에 충격을 가했음4. 세 번의 실험으로 나누어서 하는 도중 눈금 읽는 사람이 다르므로 오차 발생5. 표를 정리하고 수식을 이용하는 과정에서 실수 발생6. 응력이 전단면에 골고루 분포되지 않음마지막으로 이번 전단 실험에 대해 장단점을 조사해 보았습니다.(1) 시험이 간단하고 조작이 용이하다.(2) 시료가 얇아서 배수가 용이하다.(3) 모든 토질에 이용된다.(4) 시료가 적어도 좋다.(5) 결과 정리가 쉽다(1) 진행성 파괴가 일어난다.(2) 구속력이 크며, 기계의 마찰저항이 무시되지 않는다.(3) 배수조절이 어렵고 공극수압 측정을 할 수 없다.(4) 응력이 전단면에 골고루 분포되지 않는다.(5) 전담면이 한정되어 있다.장 점단 점이처럼 이번 실험을 통하여 토질시간에 배운 전단실험을 직접 해봄으로써 Mohr었다.

공학/기술| 2008.10.31| 7페이지| 2,000원| 조회(158)

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