DMT (Flat Dilatometer Test, 딜라토미터 시험) 기본 이론 및 시험법

이번에는 지반현장시험의 종류 중 하나인 DMT, Flat Dilatometer Test의 기본 이론 및 실험법 대해 다루어보겠습니다. 

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DMT(Flat Dilatometer Test, 딜라토미터 시험) 기본 이론 및 시험법

DMT(Flat Dilatometer Test)는 평평한 판이 장착된 특수 장비를 사용하여 지반에 삽입한 후, 압력을 가해 지반의 변형을 측정하는 시험입니다. 시험을 통해 지반의 탄성 계수, 전단 강도, 지지력 등의 중요한 특성을 파악할 수 있습니다.

Flat Dilatometer Test(Source: Insitu Geotech Services)

관련 영상도 있으니 한번 보세요!

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2. DMT 장비 및 시험 방법 

DMT 장비는 평평한 판(디스크)이 장착된 소형 금속 판과, 판에 공기를 주입하여 확장하는 압력 측정 시스템으로 구성됩니다. 시험 절차는 다음과 같이 진행됩니다:

1. 장비 삽입

• 얇은 평평한 금속 판을 지반에 수직으로 삽입합니다. 판의 크기는 약 95mm x 150mm입니다.
• 판을 유압식 장비를 이용해 지반 속으로 밀어 넣습니다. 일반적으로 10cm 간격으로 측정합니다.

2. 압력 측정

• 장비가 목표 깊이에 도달하면, 판의 한쪽에 위치한 팽창식 막에 공기를 주입합니다.
• 막이 팽창하면서 지반을 밀어내며, 지반이 이 팽창에 저항하는 압력을 측정합니다. 이를 통해 변형 저항과 압축성을 평가할 수 있습니다. 
• 이렇게 팽창하면서 그 지반이 저항하는 압력을 측정하기 때문에, Dilatancy(팽창)의 이름을 따온 Dilatometer Test라고 부르는 겁니다. 이러면 지반의 교란을 최소화시킬 수 있어 온전한 현장의 자료를 얻을 가능성이 더 높다는 장점도 있겠죠!

3. 두 가지 주요 압력 측정

• P0 (접촉 압력): 팽창 막이 지반과 처음 접촉할 때의 압력.
• P1 (팽창 압력): 막이 충분히 팽창하여 1.1mm 정도의 변형이 발생할 때의 압력.

4. 시험 결과 기록

• P0와 P1을 기록하여 지반의 탄성 계수, 변형 특성을 분석합니다.
• 데이터는 지반의 강도와 변형도, 침하량 예측 등 기초 설계에 필요한 다양한 정보를 제공합니다.

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DMT 시험 결과로 할 수 있는 것들 

이제 접촉 압력 P0이랑 팽창 압력 P1을 이용해서 어떻게 지반물성을 얻는지 알아보겠습니다.

1. Material Index \(I_d)\

• 물질 지수 Id를 얻을 수 있습니다.
• 이는 다음과 같이 측정합니다.
• $${p_1-p_0} \over {p_o-u_o)$$
• uo는 간극 정수압입니다.
• 물질지수라는 이름답게, \(I_d)\ <0.6이면 이 지반을 점토라고 분류하고, Id >0.8이면 이 지반을 사질토라고 분류하게 됩니다. 

 

2. Dilatometer Modulus \(E_d)\

• 변형계수입니다. 지반의 변형 가능성을 나타내며, 지반의 강성, 압축성 및 변형 특성을 평가하는데 사용된다고 해요.
• 변형계수는 다음과 같이 구합니다.
• $$E_D = {E \over {1-\mu^2}}$$
• E는 탄성계수입니다. 

3. Horizontal Stress Index \(K_D)\

• 수평토압계수 \(K_d)\입니다. 수직유효압력을 지반에 가했을 때, 수평으로 얼마나 유효압력이 전달되는지를 알려주는 이 지표 역시 중요한 지반물성이라고 할 수 있습니다.
• $$K_D = {{p_o-u_o} \over \sigma'_{vo}}$$
• \(σ'_{vo})\는 지반에 가해지는 수직 유효 압력입니다. \u_o\는 간극수의 정수압이에요.
• 또, 변형계수와 물질 지수 등을 이용해서 이 지반의 단위중량이 얼마인지도 파악하는 것이 가능합니다.

여기는 간단하게 개념을 짚고 넘어가는 것이므로 생략할게요!

 

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DMT의 장점과 단점

<장점>

• 간단하고 튼튼한 장비를 이용할 수 있어요.
• 반복해서 시험하는 것이 가능해서 같은 지반에 여러 데이터를 얻을 수 있어요.
• 간단하니 빠르고 경제적입니다. 대부분 초기 지반조사기법의 장점이기도 해요.
• 이론적으로 탄성계수, 응력경로, 강성 등등을 파악하는 것이 가능합니다.

<단점>

• 밀도가 높거나 하드한 물질에 대해서는 테스트하는 게 힘들어요. 왜냐하면, 내부에서 압력을 줘서 팽창하는 방식인데, 그 지반의 물질이 하드하게 되면 팽창을 주려고 하다 반발력이 너무 심하게 기기에 가해져서 깨지거나 측정이 힘들게 됩니다. 
• 우선적으로 상관관계가 있는 관계에서만 성립. 즉, 어떤 개념이나 이론이 직접적인 인과관계보다는 두 변수 간의 상관관계에 기반하여 주로 성립되었다는 의미로, 이론적 뒷받침이 부족하다는 뜻이에요. 
• 특정 지역의 지질조건에 대한 교정이 계속 필요합니다. 공부해보면 알겠지만, 어떤 지반에 대해서는 이러이러한 교정식을 써야 하고, 다른 지반에서는 저러저러한 교정식을 써야 하고 그런 구조에요. 

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오늘은 DMT(Flat Dilatometer Test)에 대해 알아보았습니다. DMT는 다양한 지반에서 지반의 변형 특성과 강도를 평가하는 데 유용한 시험입니다. 주로 사질토와 점토에서 효과적으로 사용되며, 기초 설계에 필요한 지지력, 압축성, 침하 예측 등을 위한 데이터를 제공하고, 시험 과정이 간편하고 비용 효율적인 점에서 널리 활용되지만, 암반 지반이나 깊은 지반에서는 한계가 있을 수 있다고 정리할 수 있겠어요. 

 

다음번에는  PMT(Pressuremeter Test)에 대해 다루어보겠습니다.

 

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