「粒度試験は何を調べる？」「設計CBRと修正CBRは何が違う？」
土質試験は名前が多く、試験方法だけを暗記すると、結果の使い道が分からなくなりがちです。
土質試験の学習では、「何を調べる試験か」「どんな値が得られるか」「設計や施工にどう使うか」を一組にして整理しましょう。
この記事では、土木施工管理技士の試験で押さえたい土質試験を紹介します。最後に、過去問3問の要点と解説で理解を確認できます。
この記事で整理すること
- 土を判別・分類するための試験
- 土の強さや変形を調べる試験
- 盛土や舗装に利用する試験
- 試験名・測定結果・用途の組合せ
土質試験とは？土の性質を数値で確かめる試験
土質試験は、採取した土などを調べ、土の種類、含まれる水の量、締まりやすさ、強さ、変形、水の通しやすさといった性質を数値で把握するために行います。
現場の地盤をその場所で調べる「原位置試験」に対し、土質試験の多くは採取した試料を試験室へ運んで行います。
試験によって対象となる土や試料の状態、試験条件は異なります。一つの試験結果だけで地盤のすべてを判断するわけではありません。
覚え方の基本
試験名 → 求める値 → 結果の使い道、という順番で覚えましょう。
主な土質試験の早見表｜求める値と使い道
最初に、この記事で扱う試験の全体像を確認します。表が画面に収まらない場合は、横にスクロールできます。
| 試験 | 主に求めるもの | 主な使い道 |
|---|---|---|
| 粒度試験 | 粒径ごとの質量割合 | 土の分類、粒度分布の確認 |
| コンシステンシー試験 | 液性限界・塑性限界など | 細粒土の性質や状態の判断 |
| 含水比試験 | 含水比 | 土の状態把握、締固め管理 |
| 土粒子の密度試験 | 土粒子そのものの密度 | 間隙比・飽和度などの計算 |
| 一軸圧縮試験 | 一軸圧縮強さ | 主に自立する粘性土の強度評価 |
| 三軸圧縮試験 | せん断強さ・強度定数 | 地盤、斜面、盛土などの安定検討 |
| 締固め試験 | 最大乾燥密度・最適含水比 | 盛土の施工条件、締固め管理 |
| CBR試験 | CBR | 舗装厚の設計、路床・路盤材料の評価 |
| 圧密試験 | 圧縮性・圧密特性 | 粘性土地盤の沈下量・沈下時間の推定 |
| 室内透水試験 | 透水係数 | 土中の水の流れやすさの評価 |
土を判別・分類するための試験
粒度試験｜土粒子の大きさの分布を調べる
粒度試験は、土に含まれる粒子を大きさごとに分け、それぞれの質量割合を求める試験です。
結果は、粒径と通過質量百分率の関係を示す粒径加積曲線で表します。
- 曲線が立っている：含まれる粒径の範囲が比較的狭い(①)
- 曲線が緩やか：幅広い粒径の土粒子を含む(③)
一般に、幅広い粒径を含む土は粒子同士の隙間を小さな粒子が埋めやすくなります。
ただし、実際の施工性は粒度だけでなく、細粒分や含水比なども含めて判断します。
覚える組合せ
粒度試験 → 粒径加積曲線 → 土の分類や粒度分布の確認
コンシステンシー試験｜細粒土の状態変化を調べる
細粒土は、水の量によって液状、塑性状、半固体状、固体状へと状態が変わります。
各状態の境界となる含水比を、液性限界、塑性限界、収縮限界といいます。これらをまとめてコンシステンシー限界と呼びます。
塑性指数の基本式
塑性指数 Ip ＝ 液性限界 wL − 塑性限界 wP
塑性指数は、土が塑性状を示す含水比の幅です。一般に塑性指数が大きい土ほど粘土分の影響が強く、吸水による強度低下が大きくなる傾向があります。
覚える組合せ
コンシステンシー試験 → 液性限界・塑性限界 → 細粒土の性質や状態の判断
含水比試験｜土に含まれる水の割合を調べる
含水比試験では、土粒子の質量に対する水の質量の割合を求めます。
含水比の基本式
含水比 w ＝ 水の質量 mw ÷ 土粒子の質量 ms × 100（％）
分母は湿った土全体の質量ではなく、土粒子の質量です。
土の状態は、土粒子、水、空気の質量と体積の関係で表します。
- 湿潤密度 ρt：湿潤状態の土の単位体積当たりの質量
- 乾燥密度 ρd：単位体積の土に含まれる土粒子の質量
- 間隙比 e：土粒子の体積に対する間隙の体積の比
- 間隙率 n：土全体の体積に対する間隙の体積の割合
- 飽和度 Sr：間隙の体積に対する水の体積の割合
覚える組合せ
含水比試験 → 水の質量と土粒子の質量の比 → 土の含水状態や施工条件の判断
土粒子の密度試験｜土粒子そのものの密度を調べる
土粒子の密度試験では、土の間隙にある水や空気を除き、土粒子そのものの平均的な密度を求めます。
結果は、間隙比、間隙率、飽和度などを計算するために利用します。また、土の鉱物組成や有機物の影響を考える際の参考になります。
間違えやすい点
土粒子の密度が高いから、地盤がよく締まっていて強いとは限りません。
土粒子そのものの密度と、土全体の締まり具合を表す乾燥密度や相対密度は別の値です。
土の強さを調べる試験
地盤や盛土の安定を検討するには、土がどのくらいの力に耐えられるかを調べる必要があります。
直接せん断試験｜決められた面のせん断強さを調べる
直接せん断試験は、供試体を決められた面でせん断し、せん断応力と変位の関係を調べる試験です。
比較的簡単に土のせん断強さを求められます。ただし、供試体が破壊する面があらかじめ決められている点に注意が必要です。
一軸圧縮試験｜主に粘性土の強さを調べる
一軸圧縮試験は、自立する円柱状の供試体を、側方から拘束せずに圧縮する試験です。
試験結果から一軸圧縮強さ quを求めます。主に飽和した粘性土の強度評価や、盛土・構造物の安定検討に利用します。
乱さない試料と練り返した試料の一軸圧縮強さの比から、粘性土の鋭敏比を求めることもできます。
覚える組合せ
一軸圧縮試験 → 一軸圧縮強さ → 主に粘性土の強度評価
三軸圧縮試験｜地中に近い条件でせん断強さを調べる
三軸圧縮試験は、供試体へ周囲から圧力を加え、地中の応力状態に近い条件で圧縮する試験です。
圧密条件や排水条件を変えることで、目的に応じたせん断強さや強度定数を求めます。
結果は、地盤、斜面、盛土、基礎などの安定検討に利用します。
覚える組合せ
三軸圧縮試験 → せん断強さ・強度定数 → 地盤や斜面などの安定検討
土の変形と水の通りやすさを調べる試験
圧密試験｜粘性土地盤の沈下を調べる
圧密試験は、主に粘性土の供試体へ段階的に荷重を加え、時間とともに生じる圧縮量を測る試験です。
圧密とは、荷重を受けた土から間隙水が排出され、時間の経過とともに土の体積が減少する現象です。
試験結果は、飽和した軟弱な粘性土地盤の圧密沈下量と、沈下に要する時間の推定に利用します。
間違えやすい点
圧密試験の主な目的は、土の強度を求めることではありません。荷重による圧縮性と時間的な変化を調べます。
覚える組合せ
圧密試験 → 圧縮性・圧密特性 → 粘性土地盤の沈下量と沈下時間の推定
室内透水試験｜土中の水の流れやすさを調べる
室内透水試験は、供試体に水を通し、土中での水の流れやすさを表す透水係数を求める試験です。
結果は、地下水、排水、堤防、遮水、掘削時の湧水などを検討する際の基礎資料になります。
含水比試験は土に含まれる水の割合を調べる試験です。透水試験は水の通りやすさを調べる試験なので、混同しないようにしましょう。
覚える組合せ
透水試験 → 透水係数 → 土中の水の流れやすさの評価
盛土の施工に使う締固め試験
締固め試験｜最大乾燥密度と最適含水比を求める
締固め試験は、一定の方法で土をモールドの中に突き固め、含水比と乾燥密度の関係を調べる試験です。
結果は締固め曲線で表し、次の二つを求めます。
- 最大乾燥密度 ρdmax：所定の方法で得られる乾燥密度の最大値
- 最適含水比 wopt：最大乾燥密度が得られる含水比
水が少なすぎると、土粒子が動きにくく十分に締まりません。一方、水が多すぎても水が土粒子の配置を妨げ、乾燥密度が低下します。
盛土の現場では、室内試験で得た最大乾燥密度などを基準として、現場で必要な締固め状態になっているか確認します。
締固め度の基本式
締固め度（％）＝ 現場の乾燥密度 ÷ 最大乾燥密度 × 100
湿潤密度を、そのまま最大乾燥密度と比較しないことがポイントです。具体的な試験方法や管理基準は、工事の仕様書に従います。
覚える組合せ
締固め試験 → 最大乾燥密度・最適含水比 → 盛土の施工条件と締固め管理
舗装に使うCBR試験
CBR試験｜路床や路盤材料の支持力を評価する
CBR試験は、土へピストンを貫入させたときの抵抗から、路床や路盤材料の支持力特性を評価する試験です。
試験対策では、設計CBR、修正CBR、現場CBRの使い道を区別しましょう。
| 種類 | 主な用途 |
|---|---|
| 設計CBR | 主にアスファルト舗装の必要厚を検討する |
| 修正CBR | 主に路盤材料などの品質を評価する |
| 現場CBR | 現地盤の支持力特性を現場で確認する |
覚える組合せ
- 舗装厚の設計 → 設計CBR
- 路盤材料などの品質評価 → 修正CBR
- 現場の地盤を直接確認 → 現場CBR
CBRと締固め度は別の指標です。「CBR＝乾燥密度の比」ではありません。
試験で間違えやすい組合せ
| 確認したいこと | 対応する試験・値 |
|---|---|
| 土粒子の大きさの分布 | 粒度試験・粒径加積曲線 |
| 細粒土の状態変化 | コンシステンシー試験・液性限界・塑性限界 |
| 土に含まれる水の割合 | 含水比試験 |
| 土粒子そのものの密度 | 土粒子の密度試験 |
| 粘性土の強さ | 一軸圧縮試験など |
| 地盤のせん断強さ | 三軸圧縮試験・直接せん断試験など |
| 盛土を締め固めやすい含水比 | 締固め試験・最適含水比 |
| 粘性土地盤の沈下 | 圧密試験 |
| 舗装厚の検討 | 設計CBR |
| 路盤材料などの品質評価 | 修正CBR |
過去問3問で確認｜どこを見れば判断できる？
以下は、1級土木施工管理技術検定の旧「学科試験」で出題された内容を、学習用に要約したものです。
最初に自分で答えを考え、その後に「解答と解説」を開いてください。
平成28年度｜土質試験結果の利用
次の組合せのうち、不適当なものはどれでしょうか。
- 含水比と乾燥密度の関係を、盛土の締固め管理に利用する。
- 粒径加積曲線が立っている土を、粒径の範囲が広く締固め特性がよい土と判断する。
- 一軸圧縮試験の結果を、飽和した粘性土地盤の強度評価に利用する。
- 圧密試験の結果を、粘性土地盤の沈下量と沈下時間の推定に利用する。
解答と解説を開く
正答は2です。
粒径加積曲線が立っている土は、粒径の範囲が比較的狭い土です。幅広い粒径を含む土の曲線は、一般に緩やかになります。
平成25年度｜コンシステンシー
次の説明のうち、不適当なものはどれでしょうか。
- 土のコンシステンシーは、含水比によって変化する。
- トラフィカビリティは、自然含水比と液性限界の関係から判断材料を得られる。
- 塑性指数が小さい土ほど、一般に吸水による強度低下が著しい。
- コンシステンシー指数は、粘性土の相対的な硬さや安定度を表す。
解答と解説を開く
正答は3です。
一般に、塑性指数が大きい土ほど粘土分の影響が強く、吸水による強度低下が大きくなる傾向があります。
平成27年度｜土の性質
次の説明のうち、不適当なものはどれでしょうか。
- 土粒子の密度は、土の構成物質や有機物などの影響を受ける。
- N値は、地盤の硬軟や締まり具合を考える際の指標になる。
- 自然含水比は、一般に粗粒土では小さく、粘土や有機質土では大きくなる場合がある。
- 粘性土の圧密沈下量は、圧縮指数と塑性指数だけで求める。
解答と解説を開く
正答は4です。
圧密沈下量の計算では、圧縮指数だけでなく、初期間隙比、圧密層厚、荷重による応力増加などが関係します。
まとめ｜試験名・求める値・用途を一組で覚える
土質試験は、試験名だけを暗記すると混乱しやすくなります。最後に、重要な組合せを確認しましょう。
- 粒度試験：粒径の分布を調べ、土の分類などに利用する。
- 含水比試験：土粒子に対する水の質量割合を調べる。
- 土粒子の密度試験：土粒子そのものの密度を調べる。
- 一軸圧縮試験：主に粘性土の一軸圧縮強さを求める。
- 締固め試験：最大乾燥密度と最適含水比を求める。
- CBR試験：舗装や路床・路盤材料の支持力評価に使う。
- 圧密試験：粘性土地盤の沈下量と沈下時間の推定に使う。
- 透水試験：水の流れやすさを表す透水係数を求める。
復習では、試験名を見て「求める値」と「利用目的」を自分の言葉で説明してみてください。迷った組合せだけ早見表へ戻ると、理解できていない部分を確認できます。
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