콘관입시험(CPT ; Cone Penetration Test)의 모든것

1.

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개요

1) 콘관입시험은 원추모양의 Cone probe을 지반에 일정한 속도(2±0.5cm/sec)로 관입시킬 때 발생하는 저항력을 측정하여 지반의 공학적 성질을 추정하는 원위치시험이다.

​2) 적용토질 : 연약한 점성토나 실트층，세립자의 사질토 지반에 주로 사용

​■ 피조콘시험(Piezocone Test)는 정적콘시험장비(CPT)에다 간극수압을 측정할 수 있도록 변환기를 부착한 장비를 피조콘(CPTu)이라 부른다.

피조콘 시험장비는 연결 로드에 전기식 콘을 장착하여 일정한 관입속도로(2±0.5cm/sec)로 지중에 관입하여 소정의 심도(l0tf 규모의 장비는 최대 N<40)까지 연속적으로 관입저항(qc)，주면마찰력(fs), 과잉간극수압(ub)을 측정하는 조사장비이다.

<출처 : https://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/Mayne/Research/devices/cpt.htm>

아래 그림의 시험결과에 나타난 바와 같이, 지층이 모래인 경우, 콘 관입저항과 마찰력은 크지만，간극수압은 점토에서는 상승하다가 모래에서는 소산됨을 알 수 있다. 따라서 피조콘 관입시험장비는얇은 모래층(sand seam) 파악을 할 수 있는 장점이 있으며 연약한 점성토나 실트층，세립자의 사질토 지반에 주로 사용된다.

<피조콘시험(CPTu)_지반공학 이해, 안세천>

(참고) 원위치 시험​

· 실무에서 많이 사용되고 있는 현장조사시험은 표준관입시험(SPT)，콘관입시험(CPT)，딜라토미터(DMT)，프레셔미터(PMT) 그리고 베인전단시험(VST) 등이 있다.

​· 사운딩(Sounding)은 로드(Rod) 하단에 장착된 일정규격의 저항체를 지반내로 관입，회전 또는 인발 하면서 저항치를 측정하여 지반의 견고성，상대밀도，상대강도 등의 특성을 간편 신속하게 현장 측정할 수 있는 방법으로 특히 연약지반에서 널리 적용되는 조사방법이다.

· 대표적인 사운딩(Sounding)방식에 의한 조사개념도는 아래와 같다.

<원위치시험의 분류_지반공학 이해, 안세천>

<Common in-situ tests for geotechnical site characterization of soils (FHWA, 2002b)>

<장비별 조사 및 특성_토질 및 기초공학 이론 및 실무, 최인걸>

■ 본조사는 설계를 위한 지반공학적 정보제공，시공계획 수립에 필요한 정보제공，시공중 나타날 수 있는 문제점 확인 등을 위하여 실시하며, 본조사 단계에서는 구조물 시공으로 영향을 받을 수 있는 관련된 모든 지반물성(파라미터)을 신뢰할 수 있는 방법으로 파악한다.

① 지반상태를 정의하는 지반물성 — 지층모델링에 이용

② 지반거동의 수학적 모델링이 요구하는 지반파라미터 ᅳ 지반거동 모델링에 이용

<본조사의 내용_지반공학 이해, 안세천>

2.

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콘관입시험의 목적

① 지층의 연속적인 조사를 통하여 지층분류 및 지층변화 분석

② 연속적인 원지반 전단강도 추이 분석

③ 중간 점토내 분포한 sand seam 유무 및 발달정도 확인

④ 소산시험을 통한 수평압밀계수(ch) 산정

3.

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콘관입시험의 종류

표. 콘관입시험기 특징

화란식 이중관시험기 (기계식)	피조콘 관입시험기 (전기식)
• 원추와 마찰슬리브가 이중관으로 분리	• 연속적 측정이 가능
• CPTu에 비해 경제적임	• 측정오차를 최소화 할 수 있음
• 단속적으로만 측정 가능	• 관입저항치(qc)+주면마찰력(fs)+간극수압(Ubt)
• 내부 관의 마찰 등 시험시 오차 유발요인이 많음
• 관입저항치+주면마찰력

※ 탄성파탐사 콘관입시험기 : 콘 관입저항치+주면마찰력+(간극수압)+탄성파속도

4.

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콘관입시험의 시험장치

표. 콘관입시험기 시험장치

구성요소	표준 피조콘의 구조
1) 피조콘	1) 선단각 : 60°
2) 롯드	2) 원추저면적 : 10cm2
3) 관입시스템	3) 주면의 주면적 : 150cm2
4) 데이터 측정시스템	4) 필터 위치 : 선단，선단면，선단위，마찰주면위

<콘관입시험기 (Robertson et al, 1989)_토질 및 기초공학 이론 및 실무, 최인걸>

CPT Geo-Tech Classic cable system(left) and CPT probe used in this classic systems(right) (Cui Bo et al.)

CPTu equipment and (b) piezocone device (From Mayne, 2009)

 

Schematic view of CPTu piezocone probe (Joanna Pieczy ´ nska-Kozłowska et al.)

The dimensions and main components of the CPT probe (Y Lu et al.)

CPTu tip: a) details and measured parameters; b) tip resistance correction for the device with the filter element above the cone

 

 

1) 간극수압을 측정하는 센서 및 이를 둘러싼 다공질 필터를 완전히 포화

​ 2) 피조콘을 롯드에 연결

​ 3) 유압식 관입시스템에 의해서 2〜3cm/sec의 속도로 관입

- 데이터시스템에 콘 관입저항력，주면마찰력，간극수압 등이 연속적으로 기록

<피조콘에 의한 측정 예_토질 및 기초공학 이론 및 실무, 최인걸>

4) 필요시 소산시험 실시 :

압밀계수，투수계수를 구하기 위해 원하는 깊이에서 과잉간극수압이 1/2 이상 감소될 때까지 수행

​5) 유의사항

① 간극수압 측정센서 및 필터를 시험 전에 반드시 포화

② 실험중 읽혀진 전기 시그널을 힘, 압력 등으로 변환하는 상관관계를 확인하고

수시 점검

③ 전기식 계측시스템 세부항목에 대한 보정에 항상 유념

- 필요시 실험전 전체시스템의 예열

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