[토질시험] 흙의 성질(간극비, 간극률, 포화도, 함수비, 함수율)

흙의 기본적 성질

• 흙은 흙 입자를 중심으로 물과 공기로 구성, 구성요소의 체적과 중량에 따라 흙의 기본적인 성질이 크게 달라짐
• 흙의 체적관계 : 간극비, 간극률, 포화도 등
• 흙의 중량관계 : 함수비, 함수율 등

 

 

토공사의 기본이 되는 지반조사 등의 활용을 위해 흙의 기본적인 성질을 이해하는 것이 중요하다는 것은 공사를 해보신 분이라면 다 알고 계시리라 생각합니다. 왜냐하면 지반의 성질 즉, 흙의 성질을 이해해야 흙에 따라 배수공법을 써야할 지 지반보강을 해야할지 등 대책을 마련할 수 있기 때문입니다. 

 

이번 포스팅에서는 흙의 기본적인 성질을 어떻게 분류하고 활용할 수 있는지 총 정리하여 말씀드리겠습니다. 가볍게 일독하여 보시길 추천합니다. 

 

<흙의 간극비, 간극률, 포화도, 함수비, 함수율 비교>

왼쪽 그림은 자연상태의 흙이고, 오른쪽 그림은 자연 상태의 흙의 구성요소를 구분하기 위해 도식화한 그림입니다. 위 표를 보시면 자연 상태의 간극(물과 공기)의 용적과 중량에 따라 흙의 성질이 달라지는데 이를 구분하고자 간극비 또는 함수율 등으로 나타낸 것입니다. 위 그림을 잘 살펴보시고 아래 표를 보시기 바랍니다. 

 

흙의 성질(간극비, 간극률, 함수비, 함수율, 포화도)

	흙의 성질	정 의	계산식
체적 관계	간극비	흙입자의 용적에 대한 간극의 용적비	e = 간극의 용적 / 흙입자의 용적
	간극률	흙 전체의 용적에 대한 간극용적의 백분율	n = (간극의 용적 / 흙전체의 용적) × 100%
	포화도	간극 속 물의 용적 비율	Sr = (물의 용적 / 간극의 용적) × 100%
중량 관계	함수비	흙입자의 중량에 대한 수분의 중량의 비	w = (물의 중량 / 흙입자의 중량) × 100%
	함수율	흙 전체 중량에 대한 물중량의 백분율	w´ = (물의 중량 / 흙 전체의 중량) × 100%

위 표를 통해 흙의 성질에 대해 간략하게 이해하시되, 헷갈릴 수도 있는 부분이 있기 때문에 용적에 대한 비인지, 중량에 대한 비인지를 구분하여 보셔야 하고, 흙 입자인지, 흙 전체인지를 구분하셔야 합니다. 

 

그럼 이제 위 구분에 따른 각 성질과 대책에 대해서 말씀드리겠습니다. 

 

흙의 간극비의 성질과 감소대책

흙은 흙입자와 간극으로 구성되고 간극은 물과 공기로 구성되어 있습니다. 여기에서 간극비란 흙 입자에 대한 간극의 용적을 말하는데 상식적으로 생각을 해봐도 흙을 구성하고 있는 간극이 클수록 그러니까 간극비가 클수록 흙의 전단강도 및 지지력 등이 작아진다고 유추할 수 있습니다. 외우기보다는 아래와 같은 성질을 보시고 이해하시기 바랍니다. 

흙의 간극비가 클 수록	간극비 감소대책
전단강도가 작아짐 지지력 작아짐 압축성 커짐 투수성 증대 보일링(boiling) 현상이 발생하기 쉬움 압밀침하가 커짐 모래지반에서 내부마찰력이 작아짐 점토지반에서 점착력이 떨어짐	다짐 연약지반 개량 탈수공법 배수공법

 

흙의 함수비의 영향과 감소대책

흙의 함수량은 흙 속에 포함되어 있는 물의 중량을 나타낸 것입니다. 흙 속에 물이 많이 포함되어 있으면 어떠한 현상이 발생할 수 있는지 예측해보시고 아래 표를 읽어주시기 바랍니다. 

흙의 함수비 영향	간극비 감소대책
액상화 현상 발생 모래지반에서는 boiling 현상 발생 및 내부마찰력 감소 점토지반에서는 heaving 현상 발생 및 점착력 감소 전단강도가 작아짐	배수공법 sand drain 공법 paper drain 공법 pack drain 공법

 

흙의 포화도(Sr)

• 흙 간극 속 물의 용적비율로서 흙이 포화상태라면 Sr=은 100%가 되며, 완전히 건조되어 있다면 Sr = 0%입니다. 
• Sr = (물의 용적 / 간극의 용적) ×  100%

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여기까지 흙의 기본적인 성질인 간극비, 간극률, 포화도, 함수율, 함수비의 정의와 계산식, 그리고 성질과 대책에 대해 말씀드렸습니다. 다시 한번 정리하여 말씀드리면, 흙의 체적과 관련된 성질은 간극비, 간극률, 포화도이며, 흙의 중량과 관련된 성질은 함수비, 함수율입니다. 여기서 또 흙 입자에 대한 비인지 흙 전체에 대한 비인지 구분하시어 보시기 바랍니다. 

 

아래 자료는 이를 바탕으로 토량환산계수 L값과 C값에 대한 이야기를 쉽게 설명하였습니다. 살펴보시기 바랍니다. 

•  토량환산계수에서 L값과 C값 등 토량 환산계수에 관한 전반적인 해설(토공사 건설기계 물량산출 등)

 

 

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