토목기사 요약/토질 및 기초/지반조사 및 시험

출제 기준

2019-2021

• 시추 및 시료 채취
• 원위치 시험 및 물리탐사
• 토질 시험

토질 조사 주요 목적

89

• 확실한 공사 계획 자료 얻기
• 안전하고 경제적인 설계 자료 얻기
• 구조물 위치 선정에 필요한 자료 얻기

토질 조사 방법

95

• 예비조사 : 기초 형식 결정, 본 조사 계획을 세우기 위한 것.
• 본조사의 정밀조사 : 기초 설계 시공에 필요한 모든 자료를 얻음.

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• 함수비 시험에서 건조로 온도를 110±5도로 하면 자유수, 모관수, 흡착수가 없어짐.(95)

시추 및 시료 채취

샘플링

• 오거 보링은 교란 시료 채취(07)
• 흙시료 채취 직후 비교적 교란되지 않은 코어는 부의 과잉간극수압이 생김(15-1)

08, 13-1, 14-3, 20-1+2 / 실기 19-2

보링에 사용되는 샘플러 끝부분

면적비

$A_r=\frac{{D_e}^2-{D_i}^2}{{D_i}^2}\times 100(\mathrm{\%})$

암석의 채취

06 / 실기 ♣♣

회수율 $=\frac{\text{채 취 된 시 료 길 이 }}{\text{관 입 깊 이 }}$

$RQD=\frac{10cm\text{이 상 회 수 된 부 분 의 길 이 합 }}{\text{관 입 깊 이 }}$

원위치 시험

현장 단위중량 측정 시험

94

• 고무막법(물 치환법, 기름 치환법)
• core cutter에 의한 방법(절삭법)
• 감마선 산란형 밀도계에 의한 방법

모래치환법 - 들밀도 시험

• 시험 목적 : 현장에서 흙 입자의 건조단위중량을 계산
• 표준사의 용도 : No.10체를 통과하고 No.200 체에 남은 모래를 사용하여 시험공의 체적을 구하기 위해 사용.

${\gamma }_d=\frac{\text{시 험 공 에 서 채 취 한 흙 의 건 조 무 게 }}{\text{시 험 공 의 체 적 }}$

시험공의 체적 $V=\frac{\text{시 험 공 에 채 워 진 표 준 모 래 의 무 게 }}{\text{표 준 모 래 의 단 위 중 량 }}$

사운딩

19-2 / 실기 17-2

사운딩(sounding)이란 지반 조사 시 로드(rod)의 끝에 설치한 저항체를 땅 속에 삽입하여 관입, 회전, 인발 등의 저항으로 토층의 성질에 대해 알아보는 일련의 방법들.

종류

13-1 / 실기 05-2, 08-1, 10-2, 17-2

• 정적 사운딩
  • 단관 원추 관입 시험
  • 화란식 원추 관입 시험
  • 스웨덴식 관입 시험
  • 이스키 미터
  • 베인 시험
• 동적 사운딩
  • 동적 원추관 시험
  • 표준관입시험

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• 단관 정적 관입 시험 : 연약지반 15m 이상.(94) = static cone test(97)

베인 시험

00, 14-1, 14-3

베인을 돌리는 최대 모멘트를 $M_{max}$라 하면, 점착력(비배수 전단강도) c는

$c=\frac{M_{max}}{\pi D^2(\frac{H}{2}+\frac{D}{6})}$

• 정적 사운딩에 속함(18-2, 14-3)

표준관입시험

• 표준관입시험은 동적 사운딩(01, 19-3) 사질토에 가장 적합하고 점성토에도 쓰임.(01, 14-2)

00, 18-3

• 스플릿 스푼 샘플러 사용
• 해머 무게 64kg
• 낙하높이 76cm
• 30cm 관입에 필요한 낙하 횟수 : N치

13

• 지층 변화 판단할 수 있는 자료 얻을 수 있다.
• 교란 시료 채취 가능.(18-2)

99

• 모래 지반 상대밀도 추정에 많이 쓰임

18-2

• 로드 길이 길면 N치 크게 됨. 길면 에너지가 분산될테니까 많이 쳐야겠지?

보정

94 / 실기 ♣♣♣

로드 길이에 따른 보정

$N_1=N^{\prime }(1-\frac{X}{200})$

N' : 실측 N치. > 15

X : 로드 길이(m)

토질에 의한 보정

포화된 미세한 실트 사질층에 대한 보정

$\begin{array}{cc}{N}_2& =15+\frac{1}{2}(N_1-15)\\ & =\frac{N_1+15}{2}\\ \end{array}$

내부마찰각 추정

♣♣♣12-3, 13-2, 14-2, 18-1, 18-3, 19-2 / 실기 01-2, 03-2, 06-3, 17-2

Dunham 공식을 이용하여 N치와 내부 마찰각의 관계를 알 수 있다.

• 입도가 양호하고, 토립자가 모났을 때 : $\varphi =\sqrt{12N}+25$
• 입도가 양호하고, 토립자가 둥글 때 : $\varphi =\sqrt{12N}+20$
• 입도가 불량(균일한 입경)하고, 토립자가 모났을 때 : $\varphi =\sqrt{12N}+20$
• 입도가 불량(균일한 입경)하고, 토립자가 둥글 때 : $\varphi =\sqrt{12N}+15$

컨시스턴시

15-2

점질토에 대해...

컨시스턴시	N치
대단히 연약	< 2
연약(10)	2 - 4
중간	4 - 8
견고	8 - 15
대단히 견고	15 - 30

평판재하시험

• 시험 결과로 지반반력계수를 알 수 있다.(16-1)
• scale effect = 재하판 크기에 의한 영향

종료 조건

98

• 침하량이 15mm
• 하중강도가 예상되는 최대 접지 압력을 초과할 때
• 하중 강도가 그 지반의 항복점을 넘을 때

재하시험 결과 설계 사용 전 검토사항

94, 98 / ♣♣ 실기 09-1, 12-1

• 토질 종단 조사. 연약지반 여부 조사.
• 지하수위는 계절적으로 변함. 변동 고려.

93

• 지하수위 상승 시 흙의 유효밀도는 대략 50%정도 저하. 강도는 1/2로 준다.
• 시험한 지점 토질 종단이 알아서 예기치 못한 침하와 기초 지반 파괴에 대비함.

♣♣14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 18-1, 19-2 / ♣♣♣실기 19-2

$S_i$를 실제 기초의 침하량, $S_t$를 재하판의 침하량, $q_i$를 실제 기초의 지지력, $q_t$를 재하판의 지지력, B를 실제 기초의 폭, b를 재하판의 폭이라고 할 때,

	지지력에 대한 영향	침하량에 대한 영향
모래 지반인 경우	지지력은 재하판의 폭에 비례하여 증가한다. $q_i:B=q_t:b$ $q_i=q_t\frac{B}{b}$	침하량은 재하판의 폭에 비례하지 않는다. $S_i=S_t{\left(\frac{2B}{B+b}\right)}^2$
점토 지반인 경우	재하판의 폭에 관계없이 지지력은 거의 일정하다. $q_i=q_t$	재하판의 폭에 비례하여 침하량이 증가한다. $S_i:B=S_t:b$이므로 $S_i=S_t\cdot \frac{B}{b}$

장기 허용지지력

98, 01, 13-2, 16-4, 18-1 / 실기 ♣♣88-3, 92-4, 93-3, 95-3, 01-1, 12-2, 17-4

허용지지력은 다음 두 값 중 작은 값 사용.

• $q_t=\frac{\text{항 복 강 도 }}{2}=\frac{q_y}{2}$
• $q_t=\frac{\text{극 한 강 도 }}{3}=\frac{q_u}{3}$

장기허용지지력

$q_a=q_t+\frac{1}{3}\gamma D_f{N}_q$

• N_q : 지지력 계수

극한지지력

96

• 모래 지반, 현장 재하시험. 하중-침하량 곡선으로 극한 지지력을 구한 결과는 실제 기초 극한지지력보다 작으므로 보정해야 함.

Housel의 기초폭 결정

00 / 실기 98-4, 99-3, 10-3

Q = A m + P n에서 Q, m, n을 알면 기초폭 결정 가능.

평판 1 : $Q_1=A_{1}m+P_{1}n$

평판 2 : $Q_2=A_{2}m+P_{2}n$

A₁, A₂ : 평판 1, 2의 면적

P₁, P₂ : 평판 1, 2의 둘레

m, n : 상수

말뚝 재하 시험의 결과 곡선

말뚝 재하 시험

89

• 하중-침하량 곡선
• 하중-경과시간 곡선
• 침하량-시간 곡선

CBR 시험

California Bearing Ratio(= 노상토 지지력비) 시험.

• 도로 포장 설계에 사용(93) 포장 두께 결정을 위해 노상토의 강도, 압축성, 팽창성, 수축성을 결정하는 시험.

$\begin{array}{cc}CB{R}_{2.5}& =\frac{2.5mm\text{관 입 시 켰 을 때 의 표 준 하 중 }(kg)}{1370kg}\times 100(01)\\ & =\frac{2.5mm\text{관 입 시 켰 을 때 의 표 준 단 위 하 중 }(kg/c{m}^2)}{70kg/c{m}^2}\times 100(99)\\ \end{array}$

$\begin{array}{cc}CB{R}_{5.0}& =\frac{5.0mm\text{관 입 시 켰 을 때 의 표 준 하 중 }(kg)}{2030kg}\times 100\\ & =\frac{5.0mm\text{관 입 시 켰 을 때 의 표 준 단 위 하 중 }(kg/c{m}^2)}{105kg/c{m}^2}\times 100\\ \end{array}$

• CBR_2.5 > CBR_5.0이면 CBR = CBR_2.5
• CBR_2.5 < CBR_5.0이면 재시험. 재시험 후에도 CBR_2.5 < CBR_5.0이면 CBR = CBR_5.0