締固め度の計算｜締固め試験の締固め曲線と砂置換法の現場密度試験から、締固め度・空気間隙率・飽和度をブラウザで判定する

このツールで計算できること

盛土や路床の締固めの品質を管理するために、室内の締固め試験から最大乾燥密度と最適含水比を求め、現場密度試験で測った乾燥密度との比である締固め度を求めます。締固め度で管理しにくい土に使う空気間隙率と飽和度も求め、規定値と比べて判定します。

計算方法・使用式

• 締固め試験（突固めによる土の締固め試験）では、含水比を変えた試料をモールドに入れてランマーで突き固め、それぞれの乾燥密度を求めます。乾燥密度を縦軸、含水比を横軸に取って点を結んだ曲線が締固め曲線で、頂点の乾燥密度が最大乾燥密度 ρdmax、そのときの含水比が最適含水比 wopt です。
• 突固めの方法は、ランマーの質量・落下高・モールドの大きさ・層数・回数の組み合わせで A〜E の5つがあり、試料の準備方法 a〜c と組み合わせて「A-a法」のように呼びます。突固めのエネルギーの大きい C・D・E法は、A・B法より最大乾燥密度が大きく、最適含水比が小さくなります。
• ゼロ空気間隙曲線とは、土の間隙が水だけで満たされた（飽和度が 100％ の）ときの、乾燥密度と含水比の関係のことです。締固め試験の点は、この曲線より下にあります。曲線より上の点は飽和度が 100％ を超えることになるので、含水比・乾燥密度・土粒子の密度を確かめ直します。
• 現場密度試験の砂置換法では、掘った試験孔に密度の分かった砂を入れ、入れた砂の質量を砂の密度で割って試験孔の体積を求めます。掘り取った土の質量を体積で割ったものが湿潤密度で、含水比で割り戻して乾燥密度を求めます。突砂法も、砂を突き固めながら入れるほかは同じ式で求めます。
• 締固め度 Dc とは、現場の乾燥密度の、最大乾燥密度に対する百分率のことです。空気間隙率 va は土の体積に占める空気の割合、飽和度 Sr は間隙に占める水の割合で、どちらも乾燥密度・含水比・土粒子の密度から求めます。高含水比の粘性土のように締固め度で管理しにくい土は、空気間隙率か飽和度で管理します。
• 盛土工指針の日常管理の基準値の目安は、締固め度では突固め方法とあわせて決められていて、どれも1回に3点以上の試験をしたときの最低値に対する値です。そのため、締固め度と飽和度は最も小さい測点の値、空気間隙率は最も大きい測点の値を規定値と比べます。測点の平均は参考として示します。
• 締固め度の規定値を満たす含水比の範囲は、締固め曲線と、最大乾燥密度に規定の締固め度を掛けた乾燥密度の水平線との、2つの交点の間です（盛土工指針 解図5-4-1 の考え方）。現場の含水比がこの範囲の外にあると、締め固めても規定の締固め度に届きません。

入力と出力

入力: 締固め試験の使い方（試験の記録から締固め曲線を描く・最大乾燥密度と最適含水比を入れる・使わない）と、突固め方法・試料の準備方法・土粒子の密度、試験の記録（含水比と乾燥密度、または試料とモールドと底板の質量とモールドの容積）、現場の乾燥密度の求め方（砂置換法・突砂法の記録・乾燥密度を入れる）と、砂の密度・漏斗の分の砂の質量・測点ごとの砂と土の質量、含水比か容器の質量、判定の基準。

出力: 締固め曲線の頂点の最大乾燥密度と最適含水比、測点ごとの乾燥密度・締固め度・空気間隙率・飽和度、最も不利な測点の値と規定値の判定、締固め度の規定値を満たす施工含水比の範囲、締固め曲線とゼロ空気間隙曲線の図。計算過程つきの帳票（計算書）も出力できます。

適用範囲・計算上の仮定

• 締固め曲線は、試験の点をすべて通る自然3次スプライン（両端の曲がりを 0 とする曲線）で引き、曲線全体で最も大きい点を頂点とします。手で描いた曲線とは同じでないので、頂点の読みは少し異なることがあります。最も大きい点が試験の範囲の端にあるときは、頂点の両側に点がそろっていないので求めません。
• 密度は小数3桁、含水比・締固め度・空気間隙率・飽和度・試験孔の体積は小数1桁に丸め、丸めた値で次の式へ進みます。規定値とは、小数1桁に丸めた値で比べます。水の密度は 1.000 g/cm³ とします。
• 施工含水比の範囲は、試験の点の含水比の範囲の中だけで求め、締固め曲線を試験の範囲の外へ延ばしません。範囲の端までに曲線が規定値まで下がらない側は、試験の範囲の外として示します。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 土質試験 基本と手引き（地盤工学会、第一回改訂版）: 第9章 突固めによる土の締固め試験（表-9.1 突固め方法と種類、式(9.1)〜(9.6)、図-9.7・9.8 の記入例）。
• 道路土工－土質調査指針（日本道路協会、昭和61年11月 改訂版）: 9-2 現場密度の測定（式(9-1)〜(9-5)、突き砂法による現場密度の測定）、11-3 締固め試験（式(11-11) ゼロ空気間げき曲線）。
• 道路土工－盛土工指針（日本道路協会、平成22年度版）: 5-4 盛土の締固め（解図5-4-1 締固め度の管理基準値と施工含水比の範囲、解表5-4-3 突固め方法、解表5-4-4 日常管理の基準値の目安、式(解5-1)〜(解5-3)）。