건설재료실험 직접전단(전단강도) 시험

소개글

건설재료실험 직접전단(전단강도) 시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험 목적

3. 실험 이론

4. 시험기구

5. 실험방법

6. 실험 데이터 정리 및 결과

7. 토의
오차의 원인

본문내용

전단시험에서 간극수압을 측정하여 유효응력을 구하거나 압밀배수전단시험에서 유효응력을 구하여 결정하며, 압밀완료 후의 장기 안정문제를 계산할 때에 적용한다. 초기 안정 상태는 전응력에서 간극수압을 뺀 유효응력으로 계산한다.
(2) 비배수강도정수
비배수 비압밀시험에서 결정하며 재하중의 안정문제나 구조물건설 직후의 초기안정 계산에 적용한다.
(3) 보정강도정수
실험실에서 구한 강도정수는 크기가 작은 시료로 어느 정도의 교란이 불가피한 상태에서 시험한 결과이므로 현장의 다양한 지반상태를 고려할 때에 실험실에서 구한 강도정수를 그대로 현장에 적용하기가 불안하다. 따라서 실험실에 구한 강도정수를 보정해서(보정강도정수) 적용하는 것이 안전하다. 참고로 DIN 1055에서는 다음과 같이 보정하고 있다.
- 마찰저항
지반의 내부 마찰각은 지하수에 무관하고 대체로 지반의 안식각과 거의 일치하며 현장에서 건조한 상태로 안식각을 측정하여 대신할 수도 있다. 그러나 정확한 값은 전단시험을 실시하여 결정해야 한다. 흙 지반은 흙 입자와 물 및 공기로 구성되어 있어서 전단에 대해 민감하다. 일반적으로 소성파괴를 일으키지 않고 지지할 수 있는 최대 전단 또는 인장응력을 전단강도 또는 인장강도라고 하며 그밖에도 입자가 파쇄 되거나 입자간 결합이 떨어지는 한계응력을 강도라고도 한다. 그러나 흙 지반에서 흙 입자의 결합이 떨어져서 입자 배열이 흐트러지는 상태를 파괴되었다고 말한다. 균질한 흙에서는 등방압력이 크면 입자가 압력을 받아 상대변위가 억제되기 때문에 전단강도가 증가한다. 축차응력이 클수록 흙 입자 사이의 마찰력의 크기는 흙 입자의 배열에 의한 영향을 크게 받는다. 흙 입자 간의 마찰저항은 주로 다음의 원인에 의하여 발생된다.
3) 전단강도시험
전단강도시험은 흙의 전단강도특성을 파악하기 위하여 실시하는데 일반적으로 강도정수의 결정을 목적으로 한다. 전단강도시험은 크게 현장시험과 실내시험으로 구분하는데, 현장시험은 흙의 교란이 시험결과에 미치는 오차의 가능성을 줄일 수 있고, 또한 길이에 따른 강도특성의 변화를 확인할 수 있는 잇점이 있는 반면, 실내시험의 경우 시험결과로부터 직접 강도정수를 얻을 수 있고 또한, 시험종류에 따라 예상되는 응력조건 및 배수조건의 조절이 가능한 잇점을 들 수 있다. 지반의 전단강도는 지반의 구조골격에 따라 큰 영향을 받으므로 가능한 한 교란되지 않은 원래의 지반으로 전단강도시험을 수행해야 한다.
(1) 실내시험 : -삼축압축시험
-직접전단시험
-일축압축시험
-실내베인시험
-단순전단시험
(2) 현장시험 : -표준관입시험
-콘관입시험
-현장베인시험
4) 직접전단시험(Direct Shear Test)
직접전단시험은 전단강도정수(내부 마찰각과 점착력)들을 결정하는데 가장 널리 사용되지만, 몇 가지 고유한 단점을 가지고 있다.
(1) 흙 시료는 가장 약한 평면이 아닌 미리 정해진 평면(수평면)을 따라 전단되도록 하중을 받는다.
(2) 전단면에서는 응력이 불균등하게 분포한다. 즉, 전단면의 중심에서보다 가장자리에서 응력이 더 크게 나타난다. 이러한 형태의 응력 분포는 점진적인 파괴를 초래한다.
위의 결과 그래프에서 보다시피, 수평변위-전단응력 곡선에서 최대값을 가지게 되는지 판별하기가 쉽지 않았다. 실험실에 준비되어 있던 주문진 표준사를 바로 실험에 이용 하였기에 그래프 역시 느슨한 상태로 판별된다. 수평-수직변위 그래프에서도 흙의 느슨한 정도를 쉽게 구분 할 수 있었다. 이론과 비교해 보면 3번째 실험의 시료가 좀 더 느슨한 상태로 보이고 간극비(e) 또한 작을 것으로 보인다.
그리고 하중의 크기에 따라 전단응력의 값이 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, 하중이 무겁게 재하 되는 동안 전단응력의 값은 큰 차이를 보이면서 상승하는 것을 알 수 있는데, 그 이유는 재하 된 하중의 크기만큼 전단을 받는 면을 위에서 눌러주는 것과 같은 역할을 하기 때문에 수평변위의 이동에 제약이 되는 역할을 했고, 그에 따라 보다 더 큰 강도를 가지고 전단이 되었기 때문으로 해석을 할 수 있다.
이번 실험은 처음으로 굉장히 고가의 장비를 사용한 시험이었다. 그러나 압밀 실험과 동시에 실험을 하다 보니 우리가 그냥 넘어간 부분이 많이 있었다. 시료의 습윤단위중량, 함수비 건조단위중량, 전단박스의 높이와 넓이를 측정하지 못했다. 실험 결과 데이터만으로 이 흙의 특성과 동질 흙 사이에서의 하중의 차이에 대한 차이값, 간극비, 포화도 등을 측정하지 못한 점이 매우 아쉽다.
오차의 원인
위의 그래프를 보면 전단응력의 변화가 매우 컸다. 짧은 시간 동안 큰 오차가 있었다. 몇 가지 원인을 생각해 보았는데, 하중을 재하 하는 과정에서 하중이 계속 흔들리는 경우가 발생하여서 그래프 또한 한정되지 못하고 계속 흔들리는 일이 발생한 것 같다. 또한 시료를 넣을 때 시료 틀 사이에 흙이 들어갔지만 대충 털어내고 틀을 고정시킨 다음 핀을 빼고 실험에 임하였는데 그 시료 틀 사이에 끼인 흙이 하중을 받아 전단응력이 발생할 때 오차의 한 부분으로 나타났으리라 충분히 예상 할 수 있다. 그리고 시료를 골고루 충분히 다진 후에 세 번의 실험 다 비슷한 정도의 다짐을 해야 하는데 점착력이 작은 흙이다 보니 툭툭 털어 넣는 식으로 대충 다짐을 했으므로 이 역시 전단응력의 그래프에서 오차로 발생했을 것이다.
결과 그래프 파괴 포락선을 그리는 과정에서 처음 그래프는 Y축의 절편을 0으로 두지 않고 점착력이 있는 흙으로 고려해 추세선을 그리니 내부마찰각 =33.1, 점착력 c=6.30 kPa이 나왔다. 그러나 여기에서 우리는 주문진 표준사를 이용하였고 그 흙은 점착력이 없는 사질토로 고려된다. 그래서 처음 파괴포락선 그래프와 값들은 결과 도출과정에서 나온 오류로 구분되고, 두 번째 파괴포락선 그래프와 값들은 사질토의 파괴포락선을 따랐으므로 조금 더 이론값에 가까운 근사값으로 보여진다. 내부마찰각 =34.8라고 나왔는데 이 값은 최대강도선으로 극한강도선의 내부 마찰각보다는 조금 더 큰 값으로 생각된다.
이렇게 약간의 오차로 여겨지는 값들이 있었지만, 결과값을 이론값과 비교하여 볼때 실험전 기대한 값에 근사로 나온 것으로 보여진다.

키워드

건설재료,   직접전단,   강도정수,   전단응력,   전단파괴,   내부마찰각,   점착력,   전단강도