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이번 시험은 흙의 일축압축 시험입니다.
This test is the unconfined compression test of soil.
00:10 흙의 일축압축 시험 소개 Introduction to unconfined compression test of soil
01:25 시험 장비 Test equipment
03:23 시험 방법 Test methods and procedures
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[공학][건축재료실험] 흙의 전단강도시험[일축압축시험, KS F]
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Date Published: 9/7/2022
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[토질실험] 흙의 일축압축시험 레포트 – 지식월드
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- Author: Ajou SURE3 Geo Lab
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[size : 49 Kbyte] 건설재료실험 – 일축압축시험1. 실험제목
흙의 전단강도시험 (일축압축시험, KS F )
2. 개 요
2.1 개요
일축압축시험(Unconfined Compression Test)은 점착력이 있는 시료를 원추형 공시체로 만들어 측압을 받지 않는 상태로 축하중을 가하여 전단파괴시켜서 시료의 전단강도를 결정하는 방법이다. 점착력이 없는 흙은 성형이 되지 않으므로 일축압축시험을 수행할 수 없다. 물체가 전단파괴될 때에는 파괴면은 주응력면과 45 +/2 각도를 이루므로 일축압축시험을 하여 주응력면과 파괴면의 각도를 측정하면 전단저항각을 결정할 수 있다. 대체로 흙의 점착력은 파괴면의 형태에 영향을 미치지 않으므로 파괴면의 각도를 재어서 흙의 전단저항각을 결정할 수 있다.
2.2 목적
이 시험은 점성토의 일축압축강도 또는 예민비를 구하기 위하여 행한다. 흙의 일축압축강도라는 것은 측압을 받지 않는 공시체 최대의 압축응력을 말하며 예민비란 흐트러지지 않는 흙의 일축압축강도와 동일한 함수량을 가진 교란시킨 흙의 일축압축강도의 비라고 정의한다. 이 시험결과에서 점착력을 구하여 기초지반의 지지력계산과 사면의 안정계산 등을 할 수 있다.
3. 시험장비
-일축압축시험기 : 일축압축시험기는 압축장치, 검력계 및 다이얼 게이지로 구성된다.
압축장치 : 공시체에 대해 높이의 20%까지 계속해서 압축변형을 줄 수 있는 것이어야 한다.
검력계 : 공시체의 강도에 따라 3xxx0 kgf의 용량의 것이라야 한다.
다이얼 게이지 : 공시체 높이의 20%까지 잴 수 있는 것이라야 한다.
– 마이터 박스(miter box) : 박스를 분리할 수 있고 그 안지름이 공시체의 지름보다 0.4mm정도 크며 양끝이 축방향에 직각이어야 한다.
– 공시체 제작용구 : 트리머(trimmer), 줄톱 및 곧은 쇠날, 버니어 캘리퍼(vernier caliper), 스패츌라(spatula)
– 각도기
– 비닐 시트
– 셀룰로이드판…(생략)
(0.2mm)
– 함수비 측정기구
– 습기상자 : 남은 시료의 함수비 변화 방지를 위한 보관용 상자
4. 시험방법
4.1 공시체의 조제
(1) 비교란 시료
-시료튜브로부터 시료를 빼내어 흐트러진 부분을 제거하고 공시체의 지름 및 높이보다 약 20% 크게 잘라낸다.
-시료를 트리머 위에 세우고 줄톱으로 주변을 깎아서 원주를 만든다. 흙을 잘라낼 때에는 공시체가 교란될 염려가 있으므로 한번에 자르지 않고 여러번으로 나누어 절단한다. 공시체의 직경은 3070[mm], 높이는 직경의 22.5배로 한다.
-대표되는 흙 시료를 3개 채취하여 함수비를 측정한다.
-원주로 깎은 시료를 마이터 박스에 넣어 옆으로 눕혀 놓고 줄톱 또는 곧은 날로 마이터 박스의 단면을 따라 잘라낸다. 잘라낸 시료는 교란시료시험에 사용해야 하므로 마르지 않도록 습기상자에서 잘 보관한다.
-공시체의 성형이 끝나면 무게를 달고 직경과 길이를 측정한다. 직경은 공시체의 상중하를 측정하여 평균한 값을 사용한다.
(2) 교란 시료
-시료를 함수비가 변하지 않도록 비닐로 싸서 조금씩 회전시키면서 10분 이상 충분히 반죽한다.
-마이터 박스의 내면에 셀룰로이드판을 두르고 그 속에 교란시킨 흙을 넣고 잘 다져서 단위중량이 고르게 되도록 한다. 시료는 여러 층으로 나누어 넣고 각 층이 충분히 밀착하여 전체가 균질해지도록 다짐봉으로 채워 넣는다.
-마이터 박스 양끝에 나온 시료를 잘라내고 셀룰로이드판을 제거한다.
-공시체의 성형이 끝나면 무게를 달고 직경과 길이를 측정한다. 직경은 공시체의 상중하 3곳에서 측정하여 평균한 값을 사용한다.
4.2 시험 방법
(1) 공시체를 시험기 압축판의 중앙에 놓고 그 상면과 가압판을 접촉시킨 다음 검력계를 점검하고 검력계 다이얼 게이지의 바늘을 0에 맞추고 기록한다.
(2) 압축량 측정용 다이얼 게이지를 붙이고 바늘을 0에 맞춘다.
(3) 매분 공시체 높이의 0.52%의 압축변형이 생기도록 공시체를 압축한다. 공시체를 압축시키는 방법은 변형률 제어법과 응력제어법이 있으며 일반적으로 기계조작이 용이하고 간편한 변형률 제어법이 많이 사용되고 있다. 압축을 시작함과 동시에 시간을 측정한다.
(4) 변형률 제어법으로 재하할 때에 재하속도가 시험 결과에 큰 영향을 끼친다. 즉, 속도를 빨리 할수록 더 큰 값을 얻으므로 1분간 공시체 높이의 0.52%의 압축이 일어나는 속도가 적절하다.
(5) 압축량이 일정한 양으로 증가할 때마다 시간과 검력계의 다이얼을 읽는다.
(6) 검력계의 다이얼 읽음이 감소하기 시작하거나, 또는 변형률이 20%에 도달한 후 1분이 경과되면 다이얼 눈금을 읽고 시험을 종료한다. 일축압축시험은 일반적으로 건조한 실험실에서 행해지므로 약 10분 내에 파괴에 이르도록 해야 한다. 시험시간이 길면 함수비의 변화를 가져와서 강도에 영향을 끼칠 수 있다.
(7) 시험이 끝난 공시체의 파괴 상태를 기록하고 균열의 방향이 공시체 전면과 이루는 각도를 측정한다.
5. 주의사항
(1) 시료를 잘라낼 때에는 공시체가 흐트러질 염려가 있으므로 여러 번 나누어서 잘라낸다.
(2) 압축시 편심이 일어나지 않도록 주의를 해야 한다.
(3) 1축압축시험은 일반적으로 습도가 낮은 건조한 실험실에서 행해지므로 약 10분내에 파괴에 이르도록 하여 공시체의 함수량 변화를 적게 한다.
6. 이론적 배경
6.1 일축압축시험(Unconfined Compression Test)
일축압축시험은 원주형의 시료를 고무막으로 싸서 구속압력용기 내에 설치하는 것이 아니라 대기중에서 수직방향의 축압력을 가하여 시료를 파괴시켜 강도를 측정하는 것으로서 비배수 삼축압축시험에서 구속압력이 0인, 즉 최소주응력이 0인 경우라고 할 수 있다. 전단저항각이이라면 Mohr 포락선은 가로축과 나란한 수평선을 이루고 점착력은 이다.
그러나 비교적 단단한 점토를 제외하고는 파괴면이 명확히 나타나지 않으므로 전단저항각의 측정이 어렵다. 전단저항각이이라면 Mohr파괴포락선은 가로축과 나란한 수평선을 이루고 점착력은, 로 나타낼 수 있으며, 이때를 일축압축강도 또는 비배수압축강도라고 하며,는 점착력이다. 결국 이 시험방법은 전단저항각이에 가깝고 균열이 없으며 거의 포화된 점성토에서 적당한 값을 얻을 수 있다. 일축압축시험은 실제 현장조건과 부합하지는 않지만, 시험방법이 간단하고 결과를 빨리 알 수 있는 장점이 있다. 이 시험으로 얻은 전단강도는 사면이나 시공직후의 하부구조물의 안정계산이나 비배수 조건으로 기초의 지지력을 계산하는 경우에 사용된다. 앞에서 언급한 바와 같이 비교란 시료의 일축압축강도와 같은 함수비로 반죽한 교란시료의 일축압축강도의 비를 예민비라고 한다. 시험 중에는 시료의 교란이 불가피하므로 실제보다 약간 작은 안전측의 일축압축강도가 구해진다. 특히 대단히 견고한 지반이나 불포화 지반에서는 일축압축강도가 과소평가되는 경우가 많다. 정확한 흙의 전단강도는 삼축시험을 실시하여 구할 수 있다. 점토에서 일축압축강도는 점토의 consistency를 결정하는 하나의 지표로 삼을 수 있다. consistency와 일축압축강도와의 관계는 표5.1과 같다.
컨시스턴시일축압축강도 [kgf/cm2]N 치대단히 연약`0.25`2연 약0.250.524중 간0.51.048견 고1.02.0815대단히 견고2.04.01530고 결`4.0`30
7. 토의사항
– 오차 발생원인
실험이 비교적 간단하기 때문에 데이터가 예상에 맞게 나왔다. 최고점의 위치도 비교적 정확하고 피크 이후의 응력하락도 눈에 관찰되었다. 적긴 하지만 오차의 원인을 찾자면 시료제작과정을 살펴봐야 한다. 1축 실험시 시료를 잘라낼 때에는 공시체가 흐트러질 염려가 있으므로 여러 번 나누어서 잘라내야 하는데 이는 압축시 편심이 일어나지 않도록 하기 위함이다. 특히 1축 압축실험의 경우 수평방향의 구속력이 존재하지 않으므로 편심에 대한 예민도가 매우 크다. 하지만 사람이 제조하는 공시체의 특성상 정확한 수평면 절단이 힘들고 약한 응력시에 시료가 수평방향으로 밀려나갈 가능성도 있다. 또한 함수비가 흙의 거동을 결정하는 중요한 인자이기 때문에 이에 대한 고려도 필요하다. 대게 1축압축시험은 일반적으로 습도가 낮은 건조한 실험실에서 행해지므로 약 10분내의 이른 시간에 파괴에 이르도록 하여 공시체의 함수량 변화를 적게 하여야 한다.
8. 고찰
– 흙은 압축과 전단에만 저항한다. 그 이유는 흙이 외력을 받으면, 독립된 입자들 끼리 서로 부딪치거나 굴러서 변형되고 저항하기 때문에 점착력 있는 점토의 시험이 가능하다.
– 일축 압축시험 공시체는 표면이 보호되지 않는 상태이므로 추출 → 공시체 제작 → 무게 측정 → 압축시험 등의 과정에서 실온에서는 함수비가 변할 수 있으므로, 가능한 빨리 끝내야 한다. 통상적인 축방향 변형속도는 0.5 %~ 2%/min 정도이고, 대략 10분이내에 파괴시켜야 한다. 그러나 미리 제작된 공시체를 가지고 시험을 하였으므로 정확한 결과를 내기는 힘들다.
– 또한 변형속도가 빠를수록 강도가 크게 나오므로 이에도 신경을 쓸 필요가 있다. Mohr- Coulomb 파괴선에서 공시체의 파괴면 각을 정확히 측정하기가 곤란하며 신뢰성이 떨어지기 때문에 이론적인 값으로만 이용가능하다.
9. 결과 데이터 시트
축압축량
[mm]압축변형률 [%]축력 [kgf]단면보정1-압축응력
[kgf/cm2]0.5 0.0083 9.0 0.9917 1.26 공시체직경, D (cm)31.0 0.xxx7 17.4 0.9833 2.42 공시체높이, h (cm)61.5 0.0250 30.1 0.9750 4.15 공시체단면적, A (cm2)7.072.0 0.0333 45.0 0.9667 6.15 (젖은시료+용기)무게, (g)65.752.5 0.0417 57.7 0.9583 7.82 (용기) 무게, (g)30.833.0 0.0500 67.2 0.9500 9.03 (마른시료+용기)무게, (g)55.963.5 0.0583 73.7 0.9417 9.82 (마른시료)무게, (g)25.134.0 0.0667 76.7 0.9333 10.13 (물)무게, (g)9.794.5 0.0750 77.4 0.9250 10.13 함수비,(%)38.96 5.0 0.0833 77.3 0.9167 10.02 5.5 0.0917 76.4 0.9083 9.82 6.0 0.1000 75.2 0.9000 9.57 6.5 0.1083 73.7 0.8917 9.30 7.0 0.1167 71.4 0.8833 8.92 7.5 0.1250 67.6 0.8750 8.37 8.0 0.1333 60.7 0.8667 7.44 8.5 0.1417 54.4 0.8583 6.6010. 참고문헌
「토질시험」,도서출판 동학
「토질시험법」,구미서관
Braja M. Das,「토질역학」,THOMSON
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