현장베인전단시험 보정

정의

현장 베인전단시험은 시료를 뽑지 않고 연약 점토의 비배수 전단강도를 구하는 시험이다.

측정한 값을 그대로 쓰지 않고 보정해 설계 강도로 바꾸는 것이 핵심이다.

보정이 필요한 이유와 방법을 차례로 살펴본다.

토크로 Su 구하기

베인은 십자형 날개가 달린 봉으로, 지중에서 돌려 흙이 깨지는 최대 토크를 잰다.

측정한 토크 T와 날개 치수로 비배수 전단강도 Su를 계산한다.

그 다음 보정계수 μ를 곱해 설계에 쓸 Su를 얻는다.

보정계수는 소성지수 PI에 따라 달라지며, Bjerrum 식이 널리 쓰인다.

PI는 액성한계와 소성한계의 차이이며, 보정에는 이 시험 결과가 함께 필요하다.

보정이 필요한 이유

현장 베인 값이 실제와 달라지는 원인은 크게 세 가지다.

첫째는 변형률 속도다. 시험이 실제 파괴보다 빨라 강도가 크게 나온다.

둘째는 날개를 밀어 넣을 때 생기는 교란이다. 교란되면 측정값이 작아질 수 있다.

셋째는 이방성이다. 방향에 따라 강도가 달라 설계와 차이가 난다.

그래서 현장값은 소성지수 등에 따라 보정하는 절차가 필요하다.

소성지수에 따른 보정

Bjerrum은 소성지수가 클수록 현장 베인 강도를 더 낮게 보정하도록 제안했다.

소성이 큰 점토는 시간 효과와 구조 변화가 커서 현장값의 과대 평가 정도가 크다.

보정계수 식에서 PI는 %단위로 넣는다.

소성지수는 액성한계와 소성한계의 차이이며, 액·소성한계 시험에서 구한다.

계산 예제

직경 0.075 m, 높이 0.15 m인 날개에서 파괴 토크 25 N·m를 얻었다고 하자.

분모를 먼저 구하면 0.001546 m³다. 그러면 현장 Su는 약 16.2 kPa가 된다.

이것이 보정 전 값이다. 아직 설계 강도가 아니므로 보정이 필요하다.

소성지수 PI가 30%이면 μ를 0.8로 가정한다. 이때 설계 강도를 직접 구해 보자.

보정 결과와 헷갈리는 점

앞 문제의 답은 12.9 kPa다. 측정 Su 16.2 kPa에 보정계수 0.8을 곱한 값이다.

보정은 측정 Su 자체에 적용한다. 시료 시험 결과를 현장 베인에 거꾸로 적용하지 않는다.

보정계수가 1보다 작아지는 이유는 속도와 교란 효과로 설명해야 한다.

실내 시험과는 시료 대표성과 파괴면 형태가 다르다.

핵심 정리

정리하면 현장 베인 값은 측정 후 보정을 거쳐야 설계 강도가 된다.

보정은 PI에 따른 경험식으로 하고, 보정 대상은 측정된 Su다.

베인 값은 보정 후에 설계 강도로 사용해야 한다.