, 침강속도의 영향인자, 시험 시 조건 및 이론의 한계, 침강속도가 활용되는 공법들){kind=link}
안녕하십니까. Yun입니다. 오늘은 토질 및 기초 기술사 필기시험의 기출로 나왔던 "흙입자의 침강속도"라는 주제에 대해서 여러가지 생각해보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 이 글은 여러분이 작성하게 될 서브노트의 내용을 보다 더 짜임새 있게 만들어 줄 좋은 자료가 될 것입니다.
주제에 대해서 생각해 볼 내용은 다음과 같습니다.
1.개요
: 흙입자의 침강속도가 무엇이고, 어떤식의 특성을 갖는 개념인지를 쓰는 것이 목표입니다.
2.흙입자의 침강속도
: 정확한 개념을 설명하고 부연 설명을 합니다.
3.침강속도에 영향을 주는 인자
: 흙의 상태에 따라서, 혹은 물의 상태에 따라서 구분하여 설명합니다.
4.이론(시험)의 한계점 및 유의사항
: 이론 식에서 말하는 구와 실제 흙입자의 차이점, floc(응집) 현상 등 한계를 설명합니다.
5.침강속도의 활용
: 폐수처리과정 및 준설토 매립 등 침강속도의 개념이 사용되는 공법을 소개합니다.
1.개요
- 흙입자의 침강속도는 물 속에 있는 흙 입자가 중력에 의하여 하강하는 속도를 말합니다.
- 세립토의 입도 분석을 위한 비중병 시험에서 사용되는 개념이며, 침강속도는 흙입자의 입경의 제곱에 비례합니다.
주요 명기사항
(정의)물 속에 있는 흙입자가 하강하는 속도
(Stokes 공식 개연성)세립토의 입도 분석과 비중병 시험
(Stokes 공식 내용)입경 제곱에 비례
2.흙입자의 침강속도(Stokes 공식)
여기서,
v : 침강속도(cm/sec)
Υs : 흙의 단위중량(g/cm³)
Υw : 물의 단위중량(g/cm³)
μ : 물의 점성계수(g·sec/cm²)
D : 유효입경(cm)
3.침강속도에 영향을 주는 인자
- 흙 입자에 대해서
- 토립자의 입경이 2배가 되면 침강속도는 4배가 됩니다.
- 비중 및 단위중량이 크면 침강속도는 빨라집니다.
- 물에 대해서
- 물의 점성계수는 온도가 높아지면 감소하여 침강속도는 빨라집니다.
- 물에 용해된 이온에 따라 토립자를 응집시켜 침강속도가 빨라질 수 있습니다.
4.이론의 한계점 및 유의사항
- Stokes 식은 물의 흐름이 층류일 때를 가정하고, 입자의 형상 또한 가상의 등가 입경을 가진 구형을 가정합니다.
- 하지만 시험이나 실제 침강 상황에서는 0.2mm 이상의 큰 입경들의 빠른 침강으로 인하여 난류가 발생 할 수 있고, 비중병 시험에서도 실린더 벽의 인접한 위치에서는 마찰로 인하여 침강속도에 영향을 줄 수 있습니다.
- 또한, 흙입자는 구형이 아닌 길쭉한 판의 모양을 하며, 물 속에 용해된 이온에 따라 면모/이산구조를 가질 수 있고, 면모구조를 형성 할 때 입자끼리 응집(floc)하여 입경 증가 효과로 침강속도가 빨라질 수 있습니다.
- 너무 작은 입경(0.0002mm 미만)은 중력보다 물 분자와의 충돌(브라운 운동, Brownian motion)의 영향이 더 커져서 입자가 침강하지 않고 영구적으로 부유하게 됩니다.
5.침강속도의 활용
- 비중병 시험으로 세립토의 입도 분포를 분석하여 흙의 특성을 추정하는 기초자료
- 준설토 처리 시 침강지의 용량 및 효율 설계
- 하수 및 폐수처리 공정에서 현탁 물질은 제거하는 1차 침전지 설계
공부를 하면서
이론의 한계점 및 유의사항에 대한 내용에서 전문가적인 견해가 드러나기 때문에 가정사항과 한계점의 인과관계 등을 잘 숙지, 이해해야 합니다.
또한, 여러 방식으로 써보는 것이 도움이 되겠습니다. 예를 들면 공식을 설명하면서 이론의 가정사항을 미리 설명하고, 영향을 주는 인자와 한계점을 적절히 섞어서 쓰면 소주제를 하나 줄일 수도 있겠습니다.
연계하여, 비중병 시험이라던지, 준설토 매립에 대한 내용을 공부하면 이 두 가지 주제가 문제로 출제 되어도 침강속도에 대한 내용을 곁들일 수 있는 지식의 구조가 만들어 질 것입니다.