技術士一次 力学ノート

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平成27年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-4 を解説、水面より下は水中単位体積重量

平成27年度 技術士第一次試験 建設部門 Ⅲ-4は、地表面から深さ3.0mの点にはたらく鉛直有効応力を求める問題です。地下水面は地表面から1.0mの位置にあります。

この問題のポイント

この問題は、有効応力と全応力の違いが分かっているかを問うものです。引っかけの核心は水面より下で水の分を引くかどうかで、引き忘れた値も選択肢に置いてあります。

平成29年度Ⅲ-4が同じ型で、数値が違います。正答もどちらも2番目です。

※ 問題文と選択肢そのものは、公益社団法人 日本技術士会が公開している公式PDFで確認できます。

正答:選択肢2(最も適切なもの)

> この論点をやさしく解説:有効応力|全応力から間隙水圧を引いた値

各選択肢の正誤

地表面から1.0mまでと、そこから2.0mまでを分けて足します。下の層で水の分を引くのが要点です。

選択肢正誤解説
1 26.6 kN/m²×(誤り)上の層の重量を取り違えた形
2 36.4 kN/m²○(正しい)16.0×1.0+(20.0−9.8)×2.0=16.0+20.4=36.4
3 48.0 kN/m²×(誤り)水を引かず湿潤重量だけで3.0m分を掛けた形
4 56.0 kN/m²×(誤り)水を引き忘れた全応力。16.0×1.0+20.0×2.0
5 60.0 kN/m²×(誤り)全層に飽和重量を掛けた形。20.0×3.0

選択肢4は水を引き忘れたときにちょうど出る値です。手が止まらないので気づきにくい形です。

選択肢2のポイント(ここが誤り)

有効応力は土粒子どうしが実際に押し合っている力で、全応力から間隙水圧を引いた残りです。水が受け持っている分は数えません。

水面より下では飽和単位体積重量から水の単位体積重量を引きます。20.0から9.8を引くと10.2kN/m³です。

平成29年度Ⅲ-4は同じ形で、地下水面が2.0m・湿潤18.0・飽和19.8という数値でした。答えは66.0kN/m²で、正答の番号も同じ2番目です。

覚え方

  • 水面より下は飽和から水を引く
  • 20.0−9.8=10.2kN/m³
  • 引き忘れると56.0が出る

理解度チェック

Q.

水面より下で使う単位体積重量は何か。

飽和単位体積重量から水の単位体積重量を引いた値です。この設問では10.2kN/m³です。

Q.

全応力と有効応力の差は何か。

間隙水圧です。全応力から間隙水圧を引いた残りが有効応力です。

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出典

  • 公益社団法人 日本技術士会「平成27年度 技術士第一次試験問題〔専門科目 建設部門〕」3ページ Ⅲ-4
  • 公益社団法人 日本技術士会「平成27年度 技術士第一次試験 試験問題の正答」

※ 問題文と選択肢は掲載していません。上の表は各選択肢で問われている論点で、実際の設問は公式PDFで確認できます。

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構造設計の実務を続けながら、試験に出る力学の解き方を書き残しています。

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