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土の含水比とは?含水比の基礎知識と、含水率との違い

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土は水、空気、土粒子の3つから構成されます。土は自然の材料なので、その性質を把握することが大切です。今回は、土の性質の1つである含水比と、含水率について説明します。

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含水比とは?

土の含水比とは、土に含まれる水の重量を、乾燥土の重量で除した値です。次式で表します。


w=Ww/Ws×100(100をかけるのは百分率で表すため)


wは含水比、Wwは土に含まれる水の重量、Wsは炉で乾燥させた土(土粒子)の重量です。何てことのない式ですが、案外覚えづらくて苦戦する人も多いでしょう。その理由は「含水率」という似た用語があるからです。


含水比と含水率、暗記してもすぐに忘れそうな用語ですが、1発で覚えるポイントがあります。


それは、「比」と「率」の違いを理解することです。これは下記の記事でも同様に説明しました。

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法


「比」は、2つ部分の比率を表す言葉です。例えばAB比という言葉があるとして、これは


AB比=A/B


を意味します。例えばある学校の「男女比」というと、それは


男女比=男/女


です。同様に含水比も「水」という言葉が先にあることを手がかりに


含水比=水の重量/乾燥土の重量


となります。

含水率とは?

では、含水率は含水比と何が違うのでしょうか。


「率」とは、全体に対する特定部分の比率を意味します。つまり含水率は、全体の重量に対する「水の重量」の割合を示し、下式で計算します。


w'=Ww/W×100


w'は含水率、Wwは水の重量、Wは土と水を足した重量です。簡単ですね。含水比よりイメージしやすいと思います。

含水比を調べる試験の流れ

私は学生の頃、土質系の研究室にいたのですが(後に研究室を移りました)、そこでは土の採取から含水比の計測が日常茶飯事でした。


含水比を調べる試験の、ざっくりとした流れを紹介します。まず土を採取して、乾燥炉に対応した容器に移します(このとき、容器の重量はあらかじめ計測しておくか、容器を置いた時点でゼロセット)。


重量をメモしたあと、容器ごと乾燥炉へ入れます。水が完全に蒸発したら炉から取り出して、再び重量を計測します。


元の重量から、炉で乾燥後の重量を差し引くと、水の重量がわかります。さらに乾燥後の重量から土粒子の重量もわかります。


あとは前述したように、2つの値の比を算出するだけです。

含水比と含水率の計算方法

含水比と含水率は相互に関係する値です。そのため、w'からwを計算することや、逆もあります。下式をみてください。


w'=w/(w+100)×100

w=w'/(100-w')×100


少し理解し難い計算式になったかもしれません。しかし考えてみれば、含水比や含水率も「用語」や小難しい記号を使っているだけで、計算の本質は中学生でも計算できます。


含水比が分かれば、それは水の重量と土粒子の重量が判明しているので、含水率を求めるのは容易いことだとわかります。数式に当てはめて考えずに、本質を見極めましょう。

まとめ

今回は、含水比について説明しました。含水率との違いも理解しましょう。似た用語なので、テストにも出題されやすいです。比と率の意味を覚えれば簡単です。下記の記事も併せて参考にしてください。

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法

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