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土質工学において、土壌の圧縮とは、土壌にかかる応力によって、土壌粒子間の空隙から空気が排除され、密度が高まるプロセスです。応力が加わると、土壌粒子間から水 (またはその他の液体) が排除されて密度が高まるため、圧縮ではなく、圧密が起こります。通常、圧縮は重機が土壌を圧縮することによって起こりますが、たとえば動物の足などが通ることでも起こることがあります。
土壌科学および農学では、土壌の圧縮は通常、工学的圧縮と圧密の組み合わせであるため、土壌の水分不足、水の蒸発による内部吸引[1]、および動物の足の通過によって発生する可能性があります。影響を受けた土壌は降雨を吸収できなくなり、流出と浸食が増加します。植物は、鉱物粒子が押しつぶされて、根の成長に不可欠な空気と水のためのスペースがほとんど残らないため、圧縮された土壌では困難を伴います。穴を掘る動物にとっても、密度の高い土壌は侵入しにくいため、過酷な環境です。土壌がこの種の圧縮から回復する能力は、気候、鉱物学、動物相によって異なります。バーティソルなどの収縮-膨張容量の高い土壌は、水分条件が変動する場所では圧縮から素早く回復します（乾期は土壌を収縮させ、ひび割れを引き起こします）。しかし、乾燥しても割れないカオリナイトなどの粘土は、ミミズなどの地上性動物が生息しない限り、自力で圧縮から回復することはできません。セシル土壌シリーズがその一例です。
土壌を現場で圧縮する前に、その工学的特性を決定するためにいくつかの実験室試験が必要です。さまざまな特性の中でも、最大乾燥密度と最適水分含有量は重要であり、現場で圧縮するために必要な密度を指定します。[2]
建設中
土壌の圧縮は建設プロセスの重要な部分です。これは、建物の基礎、道路、歩道、土留め構造物などの構造物を支えるために使用されます。特定の土壌タイプでは、特定の状況で適切に機能することが多かれ少なかれ望ましいと見なされる場合があります。一般的に、事前に選択された土壌は、十分な強度を持ち、将来の沈下が著しくないように比較的圧縮されず、水分含有量やその他の要因が変化しても体積変化に対して安定しており、劣化に対して耐久性があり安全で、適切な透水性を備えている必要があります。[3]
あるエリアを埋め立てたり埋め戻したりするとき、土壌は層状に敷き詰められます。最初の埋め戻し層が適切に圧縮されるかどうかは、覆われる自然素材の状態によって異なります。不適切な素材をそのままにして埋め戻すと、長期間にわたって土の重みで圧縮され、埋め戻し層または埋め戻し層で支えられている構造物に沈下亀裂が生じる可能性があります。[4] 自然土壌が最初の埋め戻し層を支えるかどうかを判断するために、エリアをプルーフローリングすることができます。プルーフローリングは、建設用重機を使用して埋め戻し場所を転がし、たわみが現れるかどうかを観察します。これらのエリアは、わだち掘れ、ポンピング、または地面の波打ちの発生によって示されます。[5]
適切な土壌圧縮を確実に達成するために、プロジェクト仕様には、達成しなければならない必要な土壌密度または圧縮度が示されます。これらの仕様は通常、地質工学エンジニアによって地質工学レポートで推奨されます。
土壌の種類、すなわち粒度分布、土壌粒子の形状、土壌固形物の比重、および存在する粘土鉱物の量と種類は、最大乾燥単位重量と最適水分含有量に大きな影響を与えます。[6] また、特定の状況で材料をどのように締め固めるかにも大きな影響を与えます。締め固めは重機を使用して行われます。砂や砂利の場合、通常、重機は振動して、土壌粒子の配向を変えて密度の高い構成にします。シルトや粘土の場合、シープスフットローラーが頻繁に使用され、小さな強力なせん断領域を作り出して土壌から空気を追い出します。
適切な圧縮の判定は、土壌の現場密度を測定し、それを実験室試験で測定した最大密度と比較することによって行われます。最も一般的に使用される実験室試験はプロクター圧縮試験と呼ばれ、最大密度を得るには2つの異なる方法があります。それらは標準プロクター試験と修正プロクター試験であり、修正プロクター試験の方が一般的に使用されています。小規模ダムの場合、標準プロクター試験が依然として基準となる場合があります。[5]
構造物や舗装の下の土壌は圧縮する必要がありますが、建設後は植生が育つ ように造園するエリアの圧縮を緩めることが重要です。
圧縮方法
材料を圧縮する方法はいくつかあります。土壌の圧縮に適した方法もあれば、特定の土壌や特定の条件の土壌にのみ適した方法もあります。アスファルトなどの非土壌材料の圧縮に適した方法もあります。一般的に、かなりのせん断応力と圧縮応力を適用できる方法が最も効果的です。
利用可能な技術は次のように分類できます。
- 静的 – 土壌に大きな応力がゆっくりと加えられ、その後解放されます。
- 衝撃 - 大きな質量を土壌の表面に落とすことで応力がかかります。
- 振動 – 機械的に駆動されるプレートまたはハンマーによって、繰り返して急速に応力が加えられます。多くの場合、転圧圧縮と組み合わせられます (下記参照)。
- 回転運動 - 土壌が静的荷重の軸を中心に回転運動を受ける間、静的応力が一方向に適用され、維持されます。実験室での用途に限定されます。
- ローリング – 重いシリンダーを土の表面で転がします。スポーツ競技場でよく使用されます。 ローラー コンパクターに は、効果を高めるために振動装置が取り付けられていることがよくあります。
- 混練 – 隣接する位置で交互に動作させることによりせん断が適用されます。転圧圧縮と組み合わせた例としては、埋立地での廃棄物圧縮に使用される「シープフット」ローラーがあります。
圧縮を実現するために利用できる建設プラントは非常に多様であり、他の場所で説明されています。
実験室での試験方法
土壌圧縮機は、土壌の成形水分含量と乾燥単位重量との関係を決定するために使用される実験室圧縮法を含む試験方法を実行するために使用されます。工学的充填物として配置された土壌は、せん断強度、圧縮性、または透水性などの満足のいく工学的特性を得るために、高密度状態まで圧縮されます。さらに、基礎土壌は、その工学的特性を改善するために圧縮されることがよくあります。実験室圧縮試験は、必要な工学的特性を達成するために必要な圧縮率と成形水分含量を決定し、必要な圧縮と水分含量が達成されるように建設を管理するための基礎を提供します。EN 13286-2、EN 13286-47、ASTM D698、ASTM D1557、AASHTO T99、AASHTO T180、AASHTO T193、BS 1377:4 などの試験方法は、土壌圧縮試験手順を提供します。[7]
参照
参考文献
- ^ 土壌中の水分不足による土壌の圧縮
- ^ Jia, Xiaoyang; Hu, Wei; Polaczyk, Pawel; Gong, Hongren; Huang, Baoshan (2019). 「実験室圧縮法を用いたベース材料の圧縮プロセスの比較評価」。交通研究記録：交通研究委員会ジャーナル。2673 (4): 558–567。doi : 10.1177 /0361198119837953。ISSN 0361-1981 。
- ^ McCarthy, David F. (2007).土質力学と基礎の基礎. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. p. 595. ISBN 978-0-13-114560-3。
- ^ McCarthy, David F. (2007).土質力学と基礎の基礎. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pp. 601–602. ISBN 978-0-13-114560-3。
- ^ ab McCarthy, David F. (2007).土質力学と基礎の基礎. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. p. 602. ISBN 978-0-13-114560-3。
- ^ Das, Braja M. (2002).土質工学の原理. パシフィックグローブ、カリフォルニア州: Brooks/Cole. p. 105. ISBN 0-534-38742-X。
- ^ 「自動土壌圧縮機」。cooper.co.uk。Cooper Research Technology。2014年8月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年9月8日閲覧。