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変形係数とは?1分でわかる意味、求め方、N値による推定、弾性係数との関係

変形係数は、地盤の弾性係数と考えてください。変形係数は地盤の力学性状の1つで、杭の設計に使います。また、変形係数は孔内水平載荷試験の測定結果より算定が可能です。今回は変形係数の意味、求め方、N値による推定、弾性係数との関係について説明します。


※孔内水平載荷試験については下記の記事が参考になります。

孔内水平載荷試験の目的と試験方法

変形係数とは?

変形係数とは、地盤の弾性係数です。鋼や鉄筋コンクリートと同様に、地盤にも固さがあります。その固さを表す値の1つが変形係数で、地域、土の種類などにより異なります。


変形係数は、主に杭の設計で使います。下図をみてください。杭は地中に埋設されており、地震のとき杭にも力が作用します。一方で、土がクッションの役割をして、力を伝達してくれます。これを「地盤のバネ」ともいいます。地盤のバネは、前述した「変形係数」と同義です。

杭と変形係数

変形係数を考慮すると、杭の応力や変形は小さくなります。ですから、杭の経済的な設計をするには、変形係数が必要です。

変形係数の読み方

変形係数は「へんけいけいすう」と読みます。読み方は簡単ですが、弾性係数と間違えないよう注意しましょう。

変形係数の単位

変形係数の単位は下記です。

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変形係数の求め方

変形係数の求め方は下記の2つです。


変形係数は、N値が分かれば簡単な計算で求められます。ただ、この値は近似式(推定式)なので、孔内水平載荷試験による結果があれば後者が優先されます。


孔内水平載荷試験とは、地盤の水平方向の変形性能を確認するための試験です。変形係数を求める試験、とも言えます。


変形係数の各求め方について説明しましょう。

N値による推定値

変形係数は、下記より算定できます。


Eは変形係数、NはN値です。例えばN値が10のとき、変形係数は下記です。

建築物をつくる前、ほとんどの場合地盤調査を行いますが、孔内水平載荷試験は予算の都合上、試験しないことがあります。


N値による推定値は、孔内水平載荷試験による結果が無い場合に使います。

孔内水平載荷試験による測定値

孔内水平載荷試験の測定値を元に、下式から変形係数を算定します。


Eは変形係数、νはポアソン比、rは半径の平均値、Kは地盤係数です。なお、地盤係数は下式で算定します。※ポアソン比は0.3を使うことが多いです。


ΔPは載荷圧力、Δrは半径の差分です。


孔内水平載荷試験では、主に下記の値を測定します。


横軸を半径、縦軸に圧力をとり測定値をプロットします。荷重を増分させると、下図のように弾性領域と塑性領域が表れます。

地盤の弾性係数と孔内水平載荷試験

この弾性領域の勾配が「地盤係数」です(計算式は前述した通りです)。測定結果によっては、変形係数の値がN値の測定値より小さくなることもあります。


なお、変形係数は軟弱地盤であるほど小さな値です。特にN値が0の層(自沈する層)では変形係数は期待できません。


また液状化する層では、適切な低減係数を乗じて変形係数を設定します。

まとめ

今回は変形係数について説明しました。変形係数の意味、求め方、N値との関係が理解頂けたと思います。N値による推定は良く使います。暗記しても良いですね。孔内水平載荷試験についても、併せて参考にしてくださいね。

孔内水平載荷試験の目的と試験方法

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