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土の湿潤密度の基礎知識と、乾燥密度との違い

畑の土を触ると湿っています。これは、土に水分が含まれているからです。この土を乾燥させると水分が飛び、元の土よりも軽くなるでしょう。このように、土は状況の変化に応じた性質を把握します。今回は、そんな土の湿潤密度と乾燥密度について説明します。

湿潤密度とは?

湿潤密度は、湿潤状態の土の重量を、土の体積で除した値です。下式で求めます。


γtは湿潤密度、Wは土の重量(湿潤状態)、Vは土の体積です。土は、空気、水、土粒子の3つから成ります。これらの体積と重量を下記の記号で示します。

重量の記号

空気  Wa=0

水   Ww

土粒子 Ws

3つを合計した重量 W=W a+Ww+ Ws

体積の記号

空気  Va

水   Vw

土粒子 Vs

3つを合計した体積 V=V a+ V w+ V s

つまり前述した湿潤密度は、3つの物体の重量または体積を合計した値同士の比率です。例えば畑の土を持ってきて、そのまま重量を体積を計測します。これが湿潤密度です。また空気は重さがほとんど0です。

乾燥密度と湿潤密度との違い

一方、乾燥密度は土粒子だけの重量に対する、全体積の比率です。下式で計算します。

γd=Ws/V(g/cm3)


γdは乾燥密度、Wsは乾燥状態の土粒子の重量、Vは体積です。ではどうやって、乾燥状態の重量を計測するのか。土質試験を行う機関では、専用の乾燥炉があります(要は熱を加えて、内容物の水分を飛ばす機器です)。


また、乾燥した土粒子の重量が分かれば、元の土の重量と差し引くことで「水の重量」がわかります。水の重量がわかると、土の含水比や含水率が計算できます。含水比については下記の記事が参考になります。

土の含水比とは?含水比の基礎知識と、含水率との違い


また、乾燥土の体積が計測できれば、間隙比や間隙率も計算可能です。間隙比や間隙率については下記の記事が参考になります。

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法

乾燥密度の色々な計算方法

乾燥密度は前述した計算式だけでなく、他にも2通りの求め方があります。下式をみてください。

γd=γt/(1+w/100)

γd=γw/(1/Gs+w/Sr)


です。γtは湿潤密度、wは含水比です。また、γwは水の単位体積重量、Gsは土粒子の比重、wは含水比、Srは飽和度です。


Gs、Srは下記の式で求めます。

Gs=γs/γw

Sr=Vw/Vv×100


γsは土粒子の単位体積重量、γwは水の単位体積重量です。難しい式ではないので、併せて覚えておきたいですね。

まとめ

今回は乾燥密度と湿潤密度について説明しました。土質力学は、土の様々な状態における性質を計算します。計算自体は簡単なのですが、用語の意味や計算式が似ています。覚え間違いしないよう注意したいですね。

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