지반지질공학및실습강의노트 2.5 아터버그한계 (Atterberg limits) 개요 그림 2-10 흡착수와자유수 그림 2-11 점토입자와모래입자의접촉 그림 2-12 상태변화와아터버그한계 (1) 함수비를기준으로네가지흙거동상태 : 고체, 반고체, 소성, 액성상태

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서원 노
5 years ago
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1 2.5 아터버그한계 (Atterberg limits) 개요 그림 2-10 흡착수와자유수 그림 2-11 점토입자와모래입자의접촉 그림 2-12 상태변화와아터버그한계 (1) 함수비를기준으로네가지흙거동상태 : 고체, 반고체, 소성, 액성상태 (2) 아터버그한계 : 세립토의연경도 (consistency) 를표시하는방법, 세립분에포함된 점토광물의종류와양을암시해주는기능 ( 점토의활성도 )

2 가. 수축한계 (shrinkage limit, SL, ws): 고체상태로부터반고체상태로변할때의함수비나. 소성한계 (plastic limit, PL, wp): 반고체상태로부터소성상태로변할때의함수비다. 액성한계 (liquid limit, LL, wl): 소성상태로부터액체상태로변할때의함수비 액성한계 (1) Casagrande 기구를이용하는시험방법 가. 40번체통과한흙이용 --> 10mm 높이에서낙하 --> 홈밑부분이 12.7mm 정도맞닿을때의낙하회수와함수비나. 유동곡선 : 함수비와낙하회수와의관계곡선다. 액성한계 : 낙하회수가 25일때의함수비라. 흙속의점토광물의종류와양에영향 : 점토함유량이많을수록유기질함유량이증가할수록커짐 그림 2-13 액성한계시험

마. 일점법에의한액성한계계산 (N : 20 ~ 30) tan N: 홈이 12.7mm 맞닿을때의낙하회수 wn: 낙하회수 N 에해당하는함수비 tanβ: 0.

3 마. 일점법에의한액성한계계산 (N : 20 ~ 30) tan N: 홈이 12.7mm 맞닿을때의낙하회수 wn: 낙하회수 N 에해당하는함수비 tanβ: (2) 콘관입기 (cone penetrometer or fall-cone) 를이용하는시험방법 그림 2-14 콘관입기 가. 직경 55mm, 높이 40mm의캔속에시료를넣고그위에선단각 30 o, 무게 80g인콘관입기를올려놓은후 5초동안의관입량을측정하는시험나. 액성한계 : 몇경우의시료의함수비에대한결과를반대수용지에그려관입량이 20mm가될때의함수비 소성한계 그림 2-15 소성한계시험

4 (1) 직경 40 번체통과한흙 15g 이용하여지름 3mm 막대모양둥근봉을손바닥으로 굴러막대가끊어진상태의함수비 (2) 소성지수 (plastic index, PL): 액성한계와소성한계의차 (3) 비소성 (non plastic, NP): 소성한계가액성한계보다큰경우 (4) 액성지수 (liguidity index, LI) : 자연상태점토의상대적인연경도 w: 자연상태흙의함수비 (5) 연경지수 (consistency index, CI): 수축한계 (1) 부피변화가일어나지않을때의함수비 (2) 흙이포화상태에서불포화상태로이동하는점 (3) 수축한계 w: 젖은흙의함수비 V 1 : 젖은흙의부피 V 2 : 마른흙의부피 W 2 : 마른흙의무게 (4) 수축지수 (shirinkage index, SI): 소성한계와수축한계의차 소성도 (plasticity chart) (1) 액성한계와소성지수의관계를이용하여점성토의분류, 강도, 압축성등의공학적 성질추정 (Casagrande, 1932 제안 ) (2) A 선 : PI = 0.73(LL - 20), 무기질실트 (inorganic silt, A 선아래 ) 와무기질점 토 (inorganic clay, A 선위 ) 를구분하는선

5 (3) U 선 : PI = 0.9(LL - 8), 액성한계와소성지수관계의상한선 그림 2-16 소성도 2.6 흙의구조 개요 (1) 흙의구조 (Soil structure): 흙을구성하는흙입자들의배열상태 (2) 흙의구조에영향을미치는요소 : 흙입자들의모양, 크기, 광물학적성분, 흙속의 물의특성과성분 점토광물의기본구조 (1) 점토광물의 3가지주요형태 - 카오리나이트 (kaolinite): 규소판 (silica sheet) 과알루미늄판 (gibbsite) 으로이루어진 2층구조, 점토광물의풍화로형성, 매우안정된구조, 물의침투억제하고물로포화되더라도팽창하지않음 ( 결속력 : 카오리나이트 > 일라이트 > 몬트모릴로나이트 ) - 일라이트 (illite): 두개의규소판사이에알루미늄판이결합된 3층구조로그사이에칼륨이온이결속역할, 물을가하면약간팽창 - 몬트모릴로나이트 (montmorillonite): 일라이트와같은 3층구조로그사이에물이나양이온이결속역할, 결합력이매우약함, 매우불안정한구조, 물을흡수하면크게팽창하고건조하면수축과균열발생, 몬트모릴로나이트의일종인벤토나이트 (bentonite) 는물흡수시팽창하는성질을이용하여그라우팅 (grouting) 재료로활용 (2) 점토광물의기본구조 : 규소사면체 (silica tetrahedron), 알루미늄팔면체 (aluminium octahedraon)

6 그림 2-17 점토광물의기본구조 점토광물 그림 2-18 주요점토광물의구조 점성토의구조 (1) 점토입자에작용하는힘 : 반발력과인력이있음가. 이산구조 (dispersed structure, 배향구조, oriented structure): 모든입자가떨어져있는구조 반발력때문나. 면모구조 (flocculent structure): 입자가붙어서생성된구조 인력때문다. 염분의영향 : 염분은이중층수의두께를감소시킴 강한면모화구조가됨, 왜냐하면반발력감소로면과모서리접합 + 면대면의인력도강해짐라. 클러스터 (cluster): 점토입자들이모여서생긴작은군마. 점토입자사이에인력이우세하면면모구조가되고, 반발력이우세하면이산구조가됨, 면모구조를갖는점토는이산구조에비해간극비가크고가벼움, 바다에서형성된침전물은면모구조가우세하고담수에서형성된침전물은이산구조와면모구조의중간

7 그림 2-19 점성토의구조 비점성토의구조 (1) 단립구조 ( 낱알구조, single-grained structure) 가. 흙입자들이안정된상태에있음나. 흙입자의모양, 분포, 입자의상대적인위치등이밀도에영향을주므로간극비에영향을미침 (2) 봉소구조 ( 벌집구조, honey-combined structure) 가. 비교적가는모래와실트의연쇄적인배열로작은고리형태를이룸나. 흙의간극비가크며, 작은정적하중에는견디지만큰하중이나충격하중에의한구조의파괴로커다란침하발생 2.7 비표면적과활성도 비표면적 (specific surface) (1) 물질의표면적을질량으로나눈값 (2) 비표면적은입자크기에반비례 표면적 (3) 비표면적 질량입자크기 (4) 비표면적의크기 kaolinite(15m 2 /g) < illite(80m 2 /g) < montmorillonite(800m 2 /g)

8 주요점토광물의두께, 직경, 비표면적 점토광물 두께범위 ( 10-6 mm) 직경범위 ( 10-6 mm) 비표면적 (m 2 /g) montmorillonite 3 100~1, illite 30 10, chlorite 30 10, kaolinite 50~2, ~4, 활성도 (activity) (1) 활성도 - 다른물질을흡착하거나물리적, 화학적으로결합하려는성질의크기 - 흙입자의크기가작을수록비표면적이커져물을많이흡수하므로흙의활성은점토에서뚜렷하게나타남 (2) Skempton (1953) : 소성지수 PI 와점토비율사이관계의직선의기울기 A 보다작은입자 점토입자 의중량백분율 (3) 점토의팽창가능성지표 (4) 활성도크기 kaolinite (0.5, 비활성점토 ) < illite (0.5-1, 보통점토 ) < Ca-montmorillonite (1.5, 활성점토 ) < Na-montmorillonite (4-7, 활성점토 ) 점토광물의활성도 점토광물 활성도 (A) kaolinite 0.5 halloysite(2h 2 O) 0.5 halloysite(4h 2 O) 0.1 illite 0.5~1.0 Ca-montmorillonite 1.5 Na-montmorillonite 4.0~ 비화작용 (slaking)

9 - 건조한고체상태의점토에물을가하면점토입자사이의결합력이약해져점토가붕 괴되는현상 팽창작용 (bulking) - 건조한사질토에물을가하면흙의부피가팽창하는현상 - 흙입자간극사이에물이들어가표면장력이발생해서흙입자사이를벌려부피가 일시적으로늘어남

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