점성토 다짐

왜 배우는가: 점성토 다짐은 록필댐 코어, 제방, 성토 등에서 차수성과 강도를 동시에 확보해야 하는 실무 핵심 주제다. 함수비와 다짐에너지에 따라 구조와 공학적 특성이 달라지므로 기술사 시험에서 1교시 용어와 2~4교시 논술로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제139회 4교시 5번, 제129회 1교시 2번, 제127회 3교시 1번, 제112회 1교시 6번, 제108회 4교시 4번, 제91회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

점성토 다짐은 함수비와 다짐에너지를 조절해 흙 입자를 재배열하고 공극을 줄여 건조밀도를 높이는 작업이다.

• 다짐, 최적함수비(OMC), 최대건조밀도
• 응집구조(면모구조), 분산구조
• 건조측·습윤측 다짐, 다짐에너지
• 투수계수, 압축성, 전단강도

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 흙을 물과 함께 적당히 눌러 빈틈을 줄이는 작업이다. 점성토는 입자가 가늘고 물을 많이 붙잡아 쉽게 뭉치므로, 함수비 조건에 따라 같은 흙이라도 전혀 다른 성질이 나온다.

정식 정의는 다음과 같다. 다짐(compaction)은 함수비를 크게 바꾸지 않고 외부 에너지를 가해 공극 내 공기를 배출시키고 토립자를 치밀하게 배열해 단위중량을 높이는 과정이다. 점성토에서는 이 과정이 입자 구조의 변화와 직결된다.

면모구조(flocculated structure)는 입자의 모서리(양전하)와 면(음전하)이 서로 끌어당겨 판 모양 입자가 엇갈려 쌓이는 구조다. 이 구조는 간극비와 함수비가 크고, 압축성은 작으며, 투수성은 큰 편이다.

분산구조(dispersed structure)는 입자끼리 반발력이 작용해 면과 면이 평행하게 배열되는 구조다. 재성형(remolding)된 점토에서 주로 나타나며, 전단강도는 작고 압축성과 압밀침하는 크며 투수성은 낮다.

다짐 시 함수비가 증가하면 입자 사이 물이 윤활 역할을 해 재배열이 쉬워진다. 그래서 건조밀도는 처음에 증가하다가 최적함수비에서 최댓값을 가지고, 이후 물이 공극을 차지하면서 감소한다. 이 곡선을 다짐곡선이라 한다.

다짐곡선의 모양은 흙의 광물 조성, 입도, 다짐에너지에 따라 달라진다. 다짐에너지가 커지면 최대건조밀도는 커지고 최적함수비는 작아지는 경향이 있다.

3. 등장 배경과 필요성

점성토는 세립분 비율이 높고 물과 상호작용이 커서 자연 상태에서는 연약하고 압축성이 크다. 성토나 댐 코어처럼 인위적으로 쌓는 흙 구조물에서는 이런 자연 상태를 그대로 쓸 수 없으므로 다짐으로 밀도와 강도를 확보해야 한다.

록필댐은 조립질 재료로 댐체를 쌓아 내진성과 경제성은 좋지만, 재료 자체는 수밀성이 낮다. 그래서 점성토를 중앙 또는 상류부에 코어(차수부)로 다져 넣는다. 이때 코어의 투수성이 충분히 낮아야 침투를 억제할 수 있으므로 점성토 다짐의 품질이 중요해진다.

또한 다짐 조건에 따라 투수성, 압축성, 전단강도가 서로 다르게 나타난다. 건조측과 습윤측 다짐은 투수성과 강도 측면에서 장단점이 엇갈리므로, 설계 목적에 맞는 함수비와 에너지를 선택하는 판단이 필요하다. 이 판단의 근거가 되는 것이 다짐시험과 시험성토다.