Transcript 다짐 곡선

제4장 흙 다짐
4.1 개요
• 다짐(compaction) : 흙의 공극의 부피를 줄여서 건조단위중량을 증가시
키는 작용
• 다짐의 목적 :
흙의 전단강도 증가 ⇨ 기초지반 지지력 증가, 사면 안정성 증가
흙의 압축성 감소 ⇨ 기초지반 침하량 감소, 부피변화 감소
흙의 투수성 감소 ⇨ 흙의 遮水機能 증가, 凍害防止
• 다짐의 원리 :
압축력
작용
⇨
흙 입자
이동
⇨
⇧
진동, 이김질, 함수비의 윤활 작용에 의한
흙의 마찰저항 감소
흙 구조
변화
⇨
공극비
감소
⇨
건조밀도
증가
• 다짐 수단 :
1. 압력 다짐(轉壓, rolling) - 흙에 큰 압력을 가하여 다짐
2. 압력과 脫氣에 의한 다짐(이김질, kneading) - 세립토의 공기 배출을
원활하게 하여 다짐 효과를 높임
3. 진동 다짐(vibration) - 진동으로 조립토 입자들의 마찰저항을 줄여
다짐효과를 높임
4. 충격 다짐(dynamic compaction) - 큰 충격력으로 압력과 진동을 발생
시켜 다짐
5. 물 다짐(water compaction) - 아래로 흐르는 물의 침투력을 이용하여
모래를 다짐
4.2 실내 다짐시험
• 실내 다짐 시험 :
- 1933년 미국의 Proctor가 흙댐 시공관리를 위해 개발하여 Proctor 시험
이라 하고 실내 다짐시험의 표준다짐시험방법으로 사용
- 2차 세계대전 중 비행장 건설을 위해 표준다짐시험보다 더 큰 에너지를 사
용하는 修整다짐시험(modified Proctor test)을 개발함
칼라
약 5cm
약 12.7cm
10cm
30cm
몰드
용량
3
1000cm
중량 2.5 kg
(자루포함)
공기구멍
밑판
5cm
(a) 다짐통(mold)
(b) 달구(rammer)
그림 4.1 실내 다짐시험 기구
• 우리 나라 KSF에 규정된 실내 다짐시험 방법은 표 4.1과 같이
달구(rammer) 무게, 낙하 높이, 층당 타격수, 층수, 다짐통(mold) 크기
등에 따라 총 5가지가 있는데,
A, B 방법은 표준다짐시험이고
C, D, E 방법은 수정다짐시험이다.
표 4.1 한국공업규격 실내 다짐시험 종류
방법
달구 무게(kg)
낙하높이(cm)
층당
타격 회수
층수
다짐통 부피
(mm3)
허용최대입경
(mm)
A
2.5
30
25
3
1000
19.0
B
2.5
30
55
3
2200
37.5
C
4.5
45
25
5
1000
19.0
D
4.5
45
55
5
2200
19.0
E
4.5
45
92
3
2200
37.5
- 다짐에너지 : 단위체적당 흙에 가해지는 다짐 에너지, Ec
W h nl nb
Ec 
V
여기서, W : 달구 무게,
h : 달구 낙하 높이,
nl: 다짐 층수,
nb: 층당 다짐수
V : 다짐통 용적
(4.1)
- 시험 방법(A 방법) :
1. 부피 약 1000cm3의 다짐통에 No. 4체(4.76mm)를 통과한 흙을 1/3
을 채우고 2.5kg 달구로 30cm 높이에서 25회를 다진다.
2. 이 작업을 통이 채워질 때까지 3회 반복한다.
3. 통이 다 채워지면 흙의 전체단위중량과 함수비를 측정하고, 건조단위중
량을 계산한다.
4. 흙의 함수비를 여러 가지로 바꾸어가며 5회 이상 시험을 반복한다.
5. 함수비와 건조단위중량의 관계를 그림 4.2와 같이 그린다.
건조단위중량
d
d,max
수
화
윤
활
포
화
wopt
그림 4.2 다짐 곡선
팽
창
함수비, w
4장 흙 다짐
토질역학
-다짐 곡선
• 그림 4.2의 함수비-건조단위중량 관계곡선을 다짐곡선이라 하며 흙의 다짐 특성을
나타낸다.
• 흙 속의 물은 낮은 함수비에서 水和作用(hydration; 흙 입자끼리 엉키게 함)과
潤滑作用(lubrication; 흙 입자가 잘 이동하게 하여 공극을 줄임)으로 다짐효과를
증가시키고, 높은 함수비에서는 飽和作用(saturation; 공기공극을 물로 채움)과
膨脹(expansion; 물이 흙의 부피를 증가시킴)으로 다짐효과를 감소시킨다. 따라서,
함수비가 증가함에 따라 건조단위중량은 증가하다가 어느 함수비 이상이 되면 감소
한다.
• 최적함수비(optimum water content, wopt ) ; 최대 건조단위중량이 얻어질
때의 함수비
• 최적함수비보다 함수비가 작은 쪽을 건조측, 함수비가 큰 쪽을 습윤측이라고 한다.
• 최대의 다짐효과를 얻기 위해서는 최적함수비로 다져야 한다.
• 최적함수비는 다짐에너지 크기에 따라 변하는데, 그림 4.3과 같이 다짐에너지가 커
지면 커질수록 최적함수비는 감소하고 최대 건조 단위중량은 증가한다. 한편 조립
토는 일반적으로 세립토에 비해 동일한 다짐에너지 조건에서 더 큰 최대 건조단위중
량을 나타낸다.
달달달달
10% 5% 0%
2.2
2.1
2.2
달달달
2.0
4 .5 k g 달 달
2.0
2 .5 k g 달 달
1.9
1.9
달 달 달 달 (Mg/m3)
달 달 달 달 (Mg/m3)
2.1
달달달달
10% 5% 0%
GW
1.8
SW
1.7
ML
1.6
1.8
1.5
1.7
CL
CH
1.4
2
4
6
8
달 달 달 (%)
10
그림 4.3 다짐에너지에 따른
다짐곡선의 변화
5
10
15
20
25
달 달 달 (%)
30
그림 4.4 흙의 종류에 따른
다짐곡선의 변화
• 공기함률 A와 영공기공극(포화)곡선
- 공기 含率(air content); 흙 전체 부피에 대한 흙 속에 포함된 공기 부
피의 비율로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Va e  Se e  Gs w
A


V
1 e
1 e
(4.2)
공극비 e를 공기함률 A의 함수로 나타내면
A  Gs w
e
1 A
(4.3)
건조단위중량을 공기함률로 나타내면
Gs
Gs
Gs (1  A)
d 
w 
w 
w
A  Gs w
1 e
1  Gs w
1
1 A
(4.4)
- 零공기공극곡선(zero-air void curve) 또는
포화곡선(saturation curve);
공기함률이 0일 때, 즉 완전 포화상태에서 함수비와 건조단위중량d 사이의
관계곡선 ⇨ 그림 4.3의 A=0% 곡선으로 다음 식으로 나타낸다.
Gs
d 
w
1  Gs w
(4.5)
흙을 아무리 잘 다진다 해도 흙 속의 공기를 완전히 추출할 수는 없기 때문에
모든 다짐곡선은 영공기공극곡선과 교차하지 못하므로 영공기공극곡선은
狀態境界線이 된다.
4.3 다짐과 흙 특성의 관계
• 다짐 효과 : 흙을 다지면 건조단위중량과 공극비가 감소할 뿐만 아니라 다짐
에너지와 다짐 함수비 등 다짐 조건에 따라 흙의 구조, 투수성, 압축성,
전단강도 등 역학특성이 달라진다.
• 다짐과 점토의 구조 : OMC 건조측 함수비로 다진 흙은 면모구조를 가지며,
습윤측 함수비로 다진 흙은 이산구조를 가진다. 이는 큰 함수비에서는 물의
포화, 팽창 작용으로 입자간 간격이 멀어지고 입자간 척력이 우세해지며
입자 유동성이 커지기 때문이다.
• 다짐과 흙의 투수성 : 흙을 다지면 공극비와 간극(pore) 크기가 작아져서
투수계수가 감소한다. 다짐 에너지가 크면 투수계수는 더 작아지며, 같은
다짐 에너지 일 때에는 OMC 근처의 함수비로 다질 때 투수계수가 가장
작아지며 건조측 보다는 습윤측 함수비로 다진 흙 이 투수계수가 작다.
달 달 달 달 달 달 (t/m3)
달달달달달달 달달
E
B
D
A
C
달달달달달달
달달 달
달 달 달 ( %)
그림 4.5 다짐과 점토 구조의 관계(Lambe,1958)
1x 10- 5
106
5x 10- 6
1x 10- 6
1x 10- 7
0%
St at i c
com p act i on
102
10
5x 10- 7
104
S=
Dry density(lb/ft 3)
Op t i om un w at er
con t en t
100
98
5x 10- 8
13
1x 10- 8
K n eadi n g com p act i on
13
15
17
19
21
23
25
27
15
17
19
21
23
25
27
Kneading compaction 1``x2.8`` mold
Kneading compaction3.5``x1.4`` mold
Static compaction 1``x2.8`` mold
그림 4.6 다짐 함수비와 투수계수의 관계(Mitchell, 1993)
• 다짐과 흙의 전단강도 : 공극비가 같다면 면모구조가 이산구조 보다 전단 저
항이 크다. 따라서 OMC 건조측 함수비로 다진 흙이 습윤측 함수비로 다진
흙 보다 전단강도가 크다.
2 ,0 0 0
S=
80
달
90
달
달
%
달
달
%
달
달
S=
110
10
0%
1 .7 6
1 .7
100
1 .6 4
12
14
16
18
Wopt=19.7
105
Wopt=17.9
달 달 달 달 달 달 , l b/ f t 3
0
S=
20
t / m3
1 ,0 0 0
Wopt=19.3
달 달 달 ,p si
3 ,0 0 0
22
달 달 달 ,%
그림 4.7 다짐 함수비와 흙의 전단강도의 관계
4.4 현장 다짐 관리
• 다짐 品質 관리
현장 다짐 示方(specifications) :
- 품질 시방(end-product specification); 다짐 결과로 나타난 흙의
품질에 대한 요구 수준을 규정 ⇨ 실내다짐시험법과 상대다짐도로 규정
예: 수정다짐을 기준으로 상대다짐도 90% 이상으로 다져라.
현장 다짐된 건조단위중량
상대다짐도( RC ) 
100(%)
실내 다짐시험의 최대건조단위중량
- 공법 시방(method specification); 다짐 과정(함수비, 다짐 장비,
다짐 방법)을 규정
예: 최적함수비±2%의 함수비로, 000 롤러로, 다침층 두께 20cm 이하로,
층당 10회 이상 다짐하라.
• 다짐 장비 :
1) 전압 장비 - 平輪 롤러(smooth-wheeled roller)
공기 타이어 롤러(pneumatic tired roller)
2) 전압+이김 장비 - 羊足 롤러(sheepsfoot roller)
格子 돌기 롤러(grid roller)
3) 전압+진동 장비 - 진동 롤러(vibratory roller)
진동판(vibrating plate)
4) 충격 다짐 장비 - 動力 달구(power rammer)
머캐덤 롤러(macadam roller)
3륜이며 부순돌 및 자갈등의 다지기와 도로의 기층 다
지기에 많이 사용되며, 1차 전압 또는 마무리 다짐작
업에 쓰인다.
텐덤 롤러(tandem roller)
2축에 2바퀴 또는 3축에 3바퀴로 된 것으로서 사질토,
점질토, 부슨돌의 다지기에 사용되며 주로 상층 노반
의 끝손질 및 아스팔트 포장의 평탄한 정밀 끝손질에
사용한다.
타이어 롤러(tire roller)
고무타이어의 압력으로 다지기를 하는 기계로서 타이
어의 압력을 변화시키면서 지지력이큰 흙까지 널리
사용할 수 있다. 표층의 전압에 필요하며 다소 함수비
가 높은 흙의 전압에도 사용할 수 있다.
진동 롤러(vibrating roller)
로드 롤러 또는 타이어 롤러에 진동장치를 붙여서
진동효과를 높이도록 만든 것으로서 자주식과 피
견인식이 있다. 진동에 의한 다지기를 견하였으므
로 사질토 다지기에 알맞다.
sheeps foot roller
흙댐, rock fill dam 등의 점토 심벽공사에 많이 사
용한다. 롤러의 주위면에 많은 뿔을 붙여 흙덩어리
를 부수고 다짐과 함께 성토층을 깊숙히 흙을 다지
고 이완시키는 효력과 밀착시킬 목적으로 사용한
다. 높은 함수비에서도 극히 효과가 크고 높은 접시
압과 흙의 혼합효과에 의하여 기층다짐에 사용한
다.
그림 4.8 롤러의 종류
• 상대다짐도(relative compaction) RC :
상대다짐도( RC ) 
현장 다짐된 건조단위중량
100(%)
실내 다짐시험의 최대건조단위중량
• 현장 단위중량 측정법(field density test) :
- 모래치환법(sand cone method)
- 고무막법(rubber baloon method)
- 기름법(oil method)
- 切削法(cutting method)
- 放射性 同位元素法(radiation method)
(4.6)
그림 4.9 현장 밀도 측정법
【예제 4.1】 현장다짐을 실시한 후, 들밀도 시험을 수행하였다. 시험결과
파낸 부분 체적과 무게는 각각 V=1820cm, W=3.87kg 이었으며, 파낸 흙의
함수비는 12.6%였다. 흙의 비중이Gs=2.65, 실내표준다짐시험시 최대건조
단위 중량 dmax=1.97t/m3 일 때 상대다짐도를 구하시오.
(풀이)
W 3870

 2.13 g / cm 3  2.13t / m 3
V 1820

2.13
d  t 
 1.89t / m 3
1  w 1  0.126
t 
상대다짐도(RC)=
d
 d max
100  95.8%