37. 상대밀도(relative density)

   가. 상대밀도

 모래나 자갈과 같은 점착성이 없는 흙의 밀도는 입자 형상이나 입도배합이 간극비에 큰 영향을 주므로 간단히 간극비만 알 수 있으면 흙이 느슨한 상태에 있는가 조밀한 상태에 있는가를 판단할 수 있다. 따라서 조립토가 어떠한 상태에 있는 가를 정량적으로 나타낼 필요가 있는데 Terzabhi(1925년)는 간극비 e를 사용하여 다음과 같이 상대밀도 Dr를 정의 했다.

또한 Peck 등은 상대밀도를 나타내는 수치를 밀도지수 Id라고 하였으며 Kolbuszewski(1948)는 상대밀도와 듀사한 상대간극을 nr을 도입했다.

모래나 자갈의 상대밀도는 다짐방법과 다짐에너지의 크기에 따라 다르며 정적인 하중이 이들의 흙 위에 작용하여도 Dr 값은 거의 변하지 않는 경우도 있다.

따라서 상대밀도는 조립토의 조밀한 정도를 나타내는데 적합하다고 할 수 있다.

한편 점성토의 밀도는 상재하중의 크기에 달려 있으며, 또한 emax, emin 라는 값도 결정하기 어렵다. 따라서 점성토의 경우는 상대밀도 대신에 흙의 조밀한 정도를 분류하기 위해 다음과 같은 액성지수 LI를 사용하는 경우가 있다.

상대밀도 Dr을 나타내는 위의 식을 간극비 이외의 변수로 표현하면 다음과 같은 변형식이 얻어진다.

위식에서 밀도도를 사용하여 구한식은 첫 번째식 즉 간극비로 구한식과 달리 흙입자의 비중 측정이 필요없다. 마지막 식은 용적 측정만으로 Dr 값이 구해지므로 현장에서 이용하기 가장 편리하다 할 수 있다.

   나. 상대밀도와 조밀한 정도의 분류

 Terzaghi는 최초로 모래의 밀도를 다음과 같이 3단계로 분류하였다.

그후 Terzaghi 와 Peck, Peck 및 Meyerhof 는 다음과 같이 세분하여 사용하고 있다.

   다. 흙의 다짐기준

점착성이 있는 흙은 잘 알려진 Proctor 의 다짐 원리가 적용되지만 모래나 자갈과 같은 조립토에서는 이를 적용할 수 없어 다짐 기준으로 상대밀도가 착안되었다.

한편 성토의 설계, 시공관리에서 점성토, 사질토를 구분하지 않고 가장 일반적으로 사용되는 다짐도 Cf는 다음 식으로 구할 수 있다.

Cf 값은 식(1)의 Dr과 식(2)의 nr을 사용하면 다음 식이 성립되며, 여기서 Cf는 Dr에 대한 nr의 비로 표시된다.

   라. 상대밀도 측정시 오차

 상대밀도를 구할 경우의 문제는 emax 가 측정방법에 따랄 크게 변화하며, 또한 emin도 모래나 자갈의 성질에 따라서는 측정방법이 다름에 따라 상당히 변동하는 수도 있다. Bowles는 입도배합이 양호한 거친 모래의 시험결과를 인용하여 다음과 같은 의견을 제시하고 있다. 밀도측정시 3%^ 정도의 오차에 대하여 상대밀도가 0.2 이상(20%) 변동한다. 따라서 상대밀도 시험보다도 밀도를 측정하는 시험쪽이 실제 다짐 정도를 규정하는데 좋다고 하였다.

   마. 상대밀도와 역학 특성

 상대밀도 Dr 은 표준관입시험의 N 치 , 모래지반의 하중, 침하곡선, 포화모래지반의 액상화 포텐셜, 모래, 자갈의 내부마찰각, 고체 표면과 모래 사이에 마찰저항, 진동 외력이 작용하는 모래의 압축성과 관계시켜 분석한 예가 있다.