構造循環工学（基礎）と（応用）ICE-4による「土の基本的性質」構造循環工学（基礎）と（応用）ICE-4による「土の基本的性質」― 土の生成から締固めまでを、構造（かたち）と理論（わけ）で読み解く180分 ―
構造循環工学（基礎）と（応用）ICE-4による「土の基本的性質」
― 土の生成から締固めまでを、構造（かたち）と理論（わけ）で読み解く180分 ―
要旨
本稿では、土の生成、基本的物理量、三相構造、粒径・粒度分布、コンシステンシー、地盤材料の工学的分類、締固め特性を対象として、構造循環工学（基礎）と構造循環工学（応用）ICE-4を用いた180分授業シラバスを提案する。構造循環工学（基礎）では、土質に関する各項目を個別に暗記するのではなく、**「見る → 比べる → つなげる」**という流れによって、土を一つの構造として理解する。
具体的には、土の生成 → 土の構造 → 基本的物理量 → 粒径・粒度分布 → コンシステンシー → 地盤材料の工学的分類 → 締固め特性の7段階として整理した。
さらに構造循環工学（応用）ICE-4では、基礎で得られた情報について、情報は合っているか、情報はつながっているか、この土だけの特徴は何か、一番大事な点は何かを順に検査する。これにより、土質力学を公式や分類名称の暗記として学ぶのではなく、構造（かたち）と理論（わけ）を結び付け、土の性質を理解し、工学的判断へつなげる授業を目指す
。本稿では、土の生成、基本的物理量、三相構造、粒径・粒度分布、コンシステンシー、地盤材料の工学的分類、締固め特性を対象として、構造循環工学（基礎）と構造循環工学（応用）ICE-4を用いた180分授業シラバスを提案する。
土の基本的性質
土の生成、基本的物理量、構造などについて／土の粒径・粒度分布やコンシステンシー／地盤材料の工学的分類／土の締固め特性
構造循環工学（基礎）では、土質に関する各項目を個別に暗記するのではなく、**「見る → 比べる → つなげる」**という流れによって、土を一つの構造として理解する。具体的には、土の生成 → 土の構造 → 基本的物理量 → 粒径・粒度分布 → コンシステンシー → 地盤材料の工学的分類 → 締固め特性の7段階として整理した。さらに構造循環工学（応用）ICE-4では、基礎で得られた情報について、情報は合っているか、情報はつながっているか、この土だけの特徴は何か、一番大事な点は何かを順に検査する。これにより、土質力学を公式や分類名称の暗記として学ぶのではなく、構造（かたち）と理論（わけ）を結び付け、土の性質を理解し、工学的判断へつなげる授業を目指す。
1．授業テーマ
土の基本的性質
土の生成、基本的物理量、構造などについて／土の粒径・粒度分布やコンシステンシー／地盤材料の工学的分類／土の締固め特性
本授業では、これらを個別の知識として順番に暗記するのではなく、
土の生成 → 粒子 → 構造 → 水 → 状態変化 → 分類 → 締固め → 工学的利用
という一つの循環構造として学ぶ。
そのために、
**構造循環工学（基礎）**では、土を「見る・比べる・変化を捉える・関係を結ぶ」ことで、何を調べるべきかを発見する。
続いて、
構造循環工学（応用）ICE-4では、得られた情報を、
Information Consistency
Structural Circulation
Only-one
Number-one
の4つの視点から検査し、「どの情報が重要なのか」「何を優先して判断すべきか」を考える。
2．授業の到達目標
授業終了時に、学生が次のことをできることを目標とする。
土がどのように生成されるかを説明できる。
土を土粒子・水・空気からなる構造として理解できる。
含水比、密度、間隙比、間隙率、飽和度などの基本的物理量を説明できる。
粒径・粒度分布から土の構成を読み取ることができる。
コンシステンシーから細粒土と水との関係を説明できる。
粒度とコンシステンシーから地盤材料を工学的に分類できる。
締固め曲線から最適含水比と最大乾燥密度を読み取ることができる。
土質試験を単独で見るのではなく、複数の情報を構造的につなげて考えることができる。
ICE-4を用いて、土を評価するときに重要となる情報を選別・順位づけできる。
3．180分授業の全体構造
授業全体を次の流れで進める。
見る
↓
触れる・比べる
↓
構造を見つける
↓
数字で表す
↓
関係を結ぶ
↓
分類する
↓
変化を確かめる
↓
ICE-4で検査する
↓
工学的判断へつなげる
4．第1段階 構造循環工学（基礎）で土を見る【0～80分】
4.1 導入―「土とは何か」【0～10分】
最初に学生へ問いかける。
砂、粘土、畑の土、道路盛土は、なぜ全部「土」と呼ばれるのか。
ここでは、最初から分類表や公式を示さない。
砂、礫、粘土などの写真や実物を見せ、
見た目
粒の大きさ
触った感じ
水を加えたときの変化
など、まず観察できる違いを挙げさせる。
構造循環工学（基礎）の出発点を、
「いきなり答えを教えない。まず構造を見る」
とする。
4.2 土の生成―土には履歴がある【10～25分】
岩石から土が生じる基本的な流れを示す。
岩石
↓
風化
↓
運搬
↓
堆積
↓
現在の土
物理的風化、化学的風化、残積土、運積土を説明する。
ここでは、
土の現在の性質には、生成過程という「過去」が残っている
ことに着目する。
構造循環工学（基礎）として、
起源 → 生成 → 現在の構造 → 現在の性質
という関係を捉える。
4.3 土の基本構造―土粒子・水・空気【25～40分】
土を三相構造として考える。
土粒子
＋
水
＋
空気
三相模式図を用い、
「土粒子だけが同じなら、土の性質も同じになるのか」
と問いかける。
ここから、
粒子の量
水の量
空気の量
粒子の並び方
が変化すると、同じ土でも状態が変わることを理解する。
4.4 基本的物理量―構造を数字に変える【40～60分】
三相構造を数字で表現する方法として、
含水比
湿潤密度
乾燥密度
土粒子密度
間隙比
間隙率
飽和度
を扱う。
重要なのは公式暗記ではなく、
含水比＝水をどれだけ含むか
乾燥密度＝土粒子がどれだけ詰まっているか
間隙比・間隙率＝すき間がどれだけあるか
飽和度＝すき間のどれだけを水が満たしているか
という「数字の意味」を理解することである。
4.5 ミニ演習―数字から構造を逆に読む【60～70分】
簡単な土質データを示し、
含水比、乾燥密度などを求める。
その後、
「この土は、水が多いのか」
「粒子が密に詰まっているのか」
「間隙が多いのか」
を説明させる。
計算を、
構造 → 数字
だけでなく、
数字 → 構造
へ戻す。
これが構造循環の最初の循環となる。
4.6 構造循環工学（基礎）の中間整理【70～80分】
ここまでを一度つなぐ。
土の生成
↓
土粒子
↓
水・空気
↓
土の構造
↓
基本的物理量
学生に、
「土を見るためには、何を調べればよいか」
を考えさせる。
ここで初めて、
粒径、粒度分布、コンシステンシー、締固めという次の解析項目へ進む。
休憩【80～90分】
5．第2段階 粒・水・状態変化を構造として読む【90～145分】
5.1 粒径と粒度分布【90～110分】
礫、砂、シルト、粘土の粒径区分を説明する。
粒度試験として、
ふるい分析
＋
沈降分析
の基本を示す。
粒径加積曲線を用いて、
粗い粒子が多い土
細かい粒子が多い土
粒径がそろった土
幅広い粒径を含む土
を比較する。
ここでは粒度曲線を、
単なる試験結果ではなく「土を構成する粒子の構造図」
として読む。
5.2 コンシステンシー【110～125分】
細粒土に水を加えたときの状態変化を考える。
固体状
↓
半固体状
↓
塑性状
↓
液状
この変化の境界として、
収縮限界
塑性限界
液性限界
を説明する。
塑性指数、
PI＝液性限界－塑性限界
についても扱う。
ここでは、
粒径＝粒そのものを見る情報
に対して、
コンシステンシー＝粒子と水との関係を見る情報
であることを明確にする。
5.3 地盤材料の工学的分類【125～145分】
ここまでに得た情報を統合する。
粒径
＋
粒度分布
＋
細粒分
＋
コンシステンシー
↓
地盤材料の工学的分類
砂質土、礫質土、細粒土などの基本的分類を扱う。
ただし、
分類＝名前を付けて終了
とはしない。
分類は、
「この土がどのような工学的性質を示しそうかを考えるための入口」
と位置づける。
6．第3段階 締固めによって構造を変える【145～165分】
6.1 締固めとは何か【145～155分】
締固めを、
土に機械的エネルギーを与え、主として空気を追い出し、土粒子をより密に配置する操作
として説明する。
ここで、
自然に存在する土
から、
人間が目的に応じて構造を変えた地盤材料
へ視点を移す。
6.2 締固め曲線【155～165分】
含水比と乾燥密度の関係から締固め曲線を説明する。
水が少なすぎる
→ 粒子が動きにくい
適度な水
→ 粒子が動きやすく密になる
水が多すぎる
→ 水が占める割合が増え、乾燥密度は低下する
この中から、
最適含水比
最大乾燥密度
を読み取る。
7．第4段階 構造循環工学（応用）ICE-4による検査【165～175分】
ここまで学んだ土質情報をICE-4に通す。
I：Information Consistency ― 情報整合
確認する。
粒度試験の結果と分類は整合しているか。
含水比や密度などの基本的物理量に矛盾はないか。
コンシステンシーと細粒土の状態は整合しているか。
まず、情報同士が食い違っていないかを検査する。
C：Structural Circulation ― 構造循環
次に、
生成
→ 粒径
→ 粒度分布
→ 水との関係
→ 構造
→ 分類
→ 締固め
がつながっているかを見る。
一つの試験結果だけで判断するのではなく、
別の試験結果へ戻って検査する。
O：Only-one ― この土だけの特徴
同じ「砂質土」「粘性土」という分類でも、それぞれの土には異なる特徴がある。
そこで、
この試料だけに見られる特徴は何か
を探す。
例：
特に細粒分が多い
液性限界が高い
粒度分布が特殊
締固め曲線が特徴的
などを確認する。
N：Number-one ― 最も重要な情報
最後に、
この土を工学的に判断するとき、最も重要な情報は何か
を考える。
用途によって答えは変わる。
道路盛土なら締固め特性が重要になることがある。
遮水材料なら細粒分や水との関係が重要になることがある。
排水材料なら粒度が重要になることがある。
つまり、
すべてのデータを同じ重さで見るのではなく、目的に応じて重要度を順位づけする。
8．最終まとめ【175～180分】
黒板またはスクリーンに、次の一枚を示す。
岩石・母材
↓
土の生成
↓
粒径・粒度分布
↓
土粒子＋水＋空気
↓
基本的物理量
↓
コンシステンシー
↓
工学的分類
↓
締固め
↓
地盤材料として利用
そして、この全体を、
構造循環工学（基礎）
＝何を見るべきかを発見する
↓
構造循環工学（応用）ICE-4
＝見つけた情報を検査・選別・順位づけする
という二段階で整理する。
最後の問いを、
「この土は何という土ですか？」
ではなく、
「この土は、なぜこのような性質を示し、工学的に何を最も注意して使うべきでしょうか？」
とする。
9．授業時間配分
内容時間導入・土の生成25分土の構造・基本的物理量35分演習・基礎の中間整理20分休憩10分粒径・粒度分布20分コンシステンシー15分地盤材料の工学的分類20分締固め特性20分ICE-4による検査10分最終まとめ5分合計180分
10．この授業の特徴
従来型の授業では、
土の生成を学ぶ
→ 物理量を覚える
→ 粒度を学ぶ
→ コンシステンシーを学ぶ
→ 分類を覚える
→ 締固めを学ぶ
というように、各項目が独立しやすい。
本授業では、それを、
生成 → 構造 → 粒 → 水 → 状態 → 分類 → 締固め
として一つにつなぐ。
さらに、
構造循環工学（基礎）で解析メニューを発見し、
構造循環工学（応用）ICE-4で解析メニューを検査・選別・順位づけする。
したがって学生は、単に土質試験の名前や公式を覚えるのではなく、
「何を見るのか」
「なぜ見るのか」
「何と何を結びつけるのか」
「最後に何を最も重要と判断するのか」
までを学ぶ。
これを、後に学ぶ、
透水 → 圧密 → せん断 → 支持力 → 地盤改良
へつながる、構造循環型の土質力学入門とする。
キーワード30個＋水野克己
水野克己、構造循環工学、構造循環工学基礎、構造循環工学応用、ICE-4、土の基本的性質、土質力学、地盤工学、環境地盤工学、土の生成、土の構造、三相構造、土粒子、水、空気、基本的物理量、含水比、湿潤密度、乾燥密度、土粒子密度、間隙比、間隙率、飽和度、粒径、粒度分布、粒径加積曲線、コンシステンシー、液性限界、塑性限界、地盤材料の工学的分類、土の締固め特性
ハッシュタグ30個＋#水野克己
#水野克己 #構造循環工学 #構造循環工学基礎 #構造循環工学応用 #ICE4 #土の基本的性質 #土質力学 #地盤工学 #環境地盤工学 #土の生成 #土の構造 #三相構造 #土粒子 #土と水 #基本的物理量 #含水比 #湿潤密度 #乾燥密度 #土粒子密度 #間隙比 #間隙率 #飽和度 #粒径 #粒度分布 #粒径加積曲線 #コンシステンシー #液性限界 #塑性限界 #地盤材料 #締固め #工学教育
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