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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

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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。

※孔内水平載荷試験は下記が参考になります。

孔内水平載荷試験ってなに？孔内水平載荷試験の目的と試験方法

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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。

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。

kN/㎡またはMN/㎡

変形係数の求め方

変形係数の求め方は下記の2つです。

• ・Ｎ値による推定
• ・孔内水平載荷試験による算定

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。※孔内水平載荷試験、N値は下記が参考になります。

孔内水平載荷試験ってなに？孔内水平載荷試験の目的と試験方法

n値とは？1分でわかる意味、目安、求め方、地盤、n値40や50の地耐力

Ｎ値による推定値

変形係数は、下記より算定できます。

Ｅ＝700Ｎ（kN/㎡）

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。

Ｅ＝700×10＝7000（kN/㎡）

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。※N値の意味は下記をご覧ください。

n値とは？1分でわかる意味、目安、求め方、地盤、n値40や50の地耐力

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＝（1+ν）×r×K

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。

K＝ΔＰ／Δr

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。

• ・圧力
• ・半径
• ・変形速度

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。

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。※軟弱地盤については下記が参考になります。

軟弱地盤とは？1分でわかる意味、定義、盛り土、n値、地盤改良との関係

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。下記も併せて参考にしてくださいね。

孔内水平載荷試験ってなに？孔内水平載荷試験の目的と試験方法

n値とは？1分でわかる意味、目安、求め方、地盤、n値40や50の地耐力

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