토목기사 흙의 다짐시험 — 다짐에너지와 영공기간극곡선

다짐에너지는 단위 부피에 가한 일로 계산한다. E = (W×h×N×n)/V이며, W는 추의 무게, h는 낙하높이, N은 층수, n은 층당 타격수, V는 몰드의 부피다. 같은 흙이라도 에너지를 크게 하면 최대건조단위중량이 커지고 최적함수비가 작아진다. 표준다짐보다 에너지가 큰 수정다짐에서 최대건조단위중량이 더 크게 나오는 이유다.

영공기간극곡선은 다짐 결과를 해석하는 기준선이다. 흙 속 공극이 물로만 채워져 공기가 전혀 없는 상태를 이론적 포화 상태라 하고, 각 함수비에서 그 상태의 건조단위중량을 이은 선이 영공기간극곡선이다. 공기가 남아 있는 실제 다짐곡선은 항상 이 선 아래에 있다. 따라서 최대건조단위중량 점을 이으면 영공기간극곡선이 된다는 설명은 틀리다.

시험은 여러 함수비에서 반복한다. 흙에 물을 조금씩 더해 가며 같은 방법으로 다지고, 각 경우의 습윤단위중량과 함수비를 재어 건조단위중량으로 바꾼다. 이렇게 얻은 점들을 이어 곡선의 꼭대기에서 최대건조단위중량과 최적함수비를 읽는다. 다짐에너지가 달라지면 곡선 자체가 이동하므로 시험 조건을 함께 적어 두어야 한다.

현장 값과 견주는 계산도 시험의 몫이다. 모래치환법으로 잰 파낸 흙의 무게 W와 구멍 체적 V, 함수비 w로 현장 건조단위중량 γd = W/[V(1+w)]을 구하고, 실내에서 얻은 최대건조단위중량 γd,max로 나누어 다짐도를 낸다. 체적 365cm³, 무게 745g, 함수비 12.5%라면 γd = 745/(365×1.125) ≈ 1.814t/m³이고, 최대건조단위중량 1.90t/m³에 대한 다짐도는 약 95.5%다. 함수비 보정을 빠뜨리거나 나누는 방향을 뒤집은 값이 오답이다.

점토의 건조측과 습윤측은 구조가 다르다. 최적함수비보다 건조한 쪽에서 다지면 입자가 맞물린 면모구조, 습윤한 쪽에서 다지면 입자가 흩어진 이산구조가 된다. 습윤측 다짐은 간극이 줄어 투수계수가 감소하므로, 습윤측에서 투수계수가 커진다고 적은 선지가 오답이다. 같은 다짐에너지에서는 입자 간 마찰이 작고 잘 채워지는 조립토의 건조밀도가 크고 점토가 작다.