再チャ〈技術士 1次試験〉H30年度・1問目 土の基本的性質

今日は技術士の勉強。

平成30年の過去問。1次試験の建設部門。1問目の土の基本的性質について。

問題文は「公益社団法人 日本技術士会」のHPで閲覧ができるようです。

「公益社団法人 日本技術士会」過去問(平成30年度 第1次試験)

 

 

これで、一応、平成30年の建設部門1次試験の過去問は終了。

1問目を最後に勉強するということになった。

それだけ、土質力学を避けてきたということ。

 

平成30年分はこれで終了するけど、ブログに載せていない問題としては、8問目の梁のモーメント図の問題。

これは、テキストの限界。図がないと書いても意味不明なので、省いた。

後、20問目の水理学。これは正答集に、難問なので選択しなくて良いとあったので、あっさりと諦めた。

後、24問目の海岸工学。これは、ぼく自身が経験したことがないので、選択しないことにした。

後、3問目の土質力学。これは苦手で勉強する気がしない。

なので、この問題で最後。

 

 

次は、令和元年度の過去問をやっていこうと思っている。

まだ、問題集を買ってないので、メルカリで安くなったら買おうかな。

では、H30過去問の最後、土質力学をやります。

 

 

 

選択肢➀ 間隙比eと間隙率nの関係

 

間隙比とは

間隙比  e = Vv/Vs

 

間隙というのは、土の中の空気と水のこと。

Vs : 土粒子の堆積

Vw : 水の堆積

Va : 空気の堆積

Vv : 間隙(水と空気なので、Vv=Vw+Va)

だから、間隙比というのは、体積(ボリューム)の比較。

 

少し一般的な話。

水セメント比 → 水/セメント

男女比 → 男/女

のように、水と先にきたら分子、セメントと後にきたら分母になる。

水セメント比の場合、主体は水で、セメントに対して、どのくらいの割合かを示す値。

 

しかし、間隙比の場合、分母が書いていない。

間隙、つまり水と空気の体積が、何と比べた値なのか書いていない。

そこを怒っても仕方がない。

だから、無理やり覚えるしかない。

きっと、本当は間隙(土)比としたかったんだろうと、思いこむ。

そうすれば、間隙と土を比べるんだなと思い出せる。

間隙(水と空気)が、土粒子に比べて、どの程度の割合になるのか。この値が間隙比

 

次に間隙率。

間隙比が比、なので、比べる指標。

何かと何かを比べる場合は、間隙比。この場合は、間隙と土の割合を比べていた。

今度は間隙率。

率なので、何かを比べるのではなく、全体の中にどれくらい含まれているのか、という全体に対しての割合を示している。

間隙率 n = Vv/V × 100 (%)

 

単位も違う。

間隙比は体積を体積で割るので単位はない。

間隙率は体積を体積で割った後に、100を乗じてパーセントが出るようにする。

 

選択肢の問いを解くには、いきなり答えに代入して合っているか間違っているかを見るだけ。

n = e /(1+e)×100

の式に代入しみれば終了。

 

 

 

選択肢② 飽和度Sr

 

また語句がたくさん出てきた。

含水比 w = Mw/Ms × 100 (%)

含水比とは、さっきも水セメント比とか男女比とか間隙比とか。

それぞれ、水が主体となってセメントと比べた割合

男の数が主体となって女の数と比べた割合

間隙比は、間隙を比べるんだけど、何と比べるかが書いていない。

だから、間隙(土)比と覚える、と書いた。

同様に、含水比も

含水(土)比としたかったんだ、と覚える。

きっと、間隙比も含水比も、土質力学の用語なので、土と比べるのが当たり前なので省略したんではないか、と思って。

後、間隙比と違うのは、単位を百分率つまり%で表す、という決まりらしく、100を乗じること

水が土粒子と比べたとき、どのくらい含まれているのかを比で表したものを含水比という。

 

 

次に

土粒子の密度 ρs

これは、一般的には2.5(g/cm3)前後。

なので、水よりも大きい。水は約1.0(g/cm3)

 

飽和度とは何か?

どのくらい飽和しているかを知る値。体積。

間隙が全て水。つまり空気がゼロの状態なら飽和度100%

なので、間隙にどれくらい水があるのかを知る値。

さっきの水セメント比とかのの言い方をすれば、水間隙比ともいえるかも。

または、間隙全体に対する水の割合と考えれば、間隙水率などなど。

あまり書くと、間違ってインプットしてしまうので、この辺でやめておく。

 

飽和度 Sr = Vw / Vv × 100 (%)

 

Vw × ρw = Ww

Vs × ρs = Ws

含水比は、w = Ww/Ws × 100

Vv = V-Vs

 

これらの式を飽和度の公式に代入すれば完了。

ちなみに、実際に代入すると答えは不正解となる。

 

 

 

選択肢③ 粗粒土と細粒土

 

粗粒土というのは、礫質土と砂質土をいう。

細粒土というのは、粘性土と有機質土と火山灰質粘性土をいう。

 

もう一つ、重要な表を作成しておく。

5μm 75μm 2mm 75mm
粘土 シルト
細粒分 粗粒分

 

μm(マイクロメートル)は1/1000mm(ミリメートル)

つまり1mmの1/1000

粘土は5μmなので、めちゃくちゃ小さい。

PM2.5という空気中を漂う浮遊物質が2.5μmだから、その2倍程度の大きさが最大の粒子が粘土ということにとなる。

もう少し感覚的に書いておく。

2mmを超えるものが礫。

礫というともっと大きいイメージがあるけど、2mm位の大きさがあるなら礫となる。

では、砂。

これは1mmでも砂。

0.1mmは100μmなので砂となる。

髪の毛の太さが0.08mm。

砂は75μmより大きい、つまり0.075mmより大きいのが砂なので、髪の毛の太さ位の土粒子は砂となる。

それより小さくなるとシルトとなり、さらにPM2.5くらいになると粘土となる。

粘土は想像している以上に小さく、その粒子は顕微鏡でないと肉眼では見られない。

 

 

この表で重要なのは

細粒分と粗粒分を分けるところ。つまり75μmが境目となっている。

 

そして、粗粒分を50%以上含む土のことを粗粒土という。

逆に言えば、粗粒土は細粒分が半分に満たない ( 細粒分 < 50% )

 

そして、細粒土とは、同様にして、細粒分を半分以上含むもの ( 細粒分 ≧ 50% )

 

となる。

選択肢の問いは、粗粒土の場合、粒度分布の影響が大きい、といっている。

また、細粒土の場合、粒度分布よりも含水比の影響が大きい、といっている。

これらは、感覚的に分かると思う。

 

もう少し書いておく。

粗粒土の場合、密度や透水性や強度は、粒度分布によって大きく変わる。

細粒土の場合、含水比や土粒子の表面の化学的性質が大きく影響して、粒度分布はあまり影響しない。

 

 

 

選択肢④ 土粒子の密度

 

土粒子の密度 ρs

これは、一般的には2.5(g/cm3)前後。

有機質が混ざっていると小さい値を示す。

どうやって測定するか?

なぜなら、土には土粒子以外にも空気や水が含まれているから、調べるのも大変。

これまで簡単に、VvとかVsと言ったけど、この値をどうやって把握するのか。

 

まず、土を乾燥させてMs(土粒子の重量)を求める。

だが、土粒子の体積が難しい。

間隙がどのくらいあるのか分からないから。

 

 

ここは、容器に土粒子を入れ、上から水を満杯まで入れる。

その重量をMbとする。

水だけが容器に満杯のときの重量をMwとする。

すると、Mb-Mwで求められるものは、水の体積分の重量。

水の密度は分かっているから、水の体積が分かる。

容器の体積から水の体積を抜けば、土粒子の体積が分かる、という方法らしい。

 

選択肢の問いは、単位体積あたりの平均質量となんか難しく書いてあるけど、単位体積というのは、kg/mという単位。

平均というのは、粗粒土や細粒土が混ざっているので、その平均という意味。

答えは正解。

 

ちなみに、他の物質の平均的な単位体積重量を書いておく。単位体積重量で。

水:1000

土粒子:2500

コンクリート:2300

鋼材:7800

つまり、土って軽そうなイメージがあるけど、それは空気を含んでいるからで、土粒子はコンクリートよりも重いってこと。

では、一般的な土の場合は、砂質土なら1900くらい。これは自然な状態の土、という意味。

 

 

 

選択肢⑤ 間隙比と土粒子密度と乾燥密度

 

土粒子密度はすでに書いた。

乾燥密度というのは、土の乾燥密度。

密度というのは、重量を体積で割る。

その体積に間隙が含まれているかどうか。

土粒子の密度 ρs= Ms/Vs

土の乾燥密度 ρd= Ms/V

 

これを選択肢の問いの式に代入して成り立つかどうかを調べれば終了。

 

 

終了~。

H30年の1次試験の過去問が終わったー。

 

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