土木工学の基礎

土木工学ではさまざまな材料や、相対する自然があります。

それらは、昔から研究され、実用化され、土木工学として体系的な学問になっています。

そんな、土木工学で対象となる物質や、物理現象について一緒に学んでいきましょう。

土木工学には様々な学問が内包されている

ひとえに土木工学といっても、そこには「土」や「水」や「鉄」、「コンクリート」などに関する事象についての学問がつなぎ合わさっています。

土は「土質力学」、水は「水理学」や、鉄やコンクリートは「構造力学」や「材料力学」、「コンクリート工学」によって半独立的に体系化されています。

これらの基本となるのは、数学や物理学、化学といった、いわゆる理系科目の知識です。

理系科目が得意！好き！といった方は理解のスピードが速まりますよ！

それでは、土木工学を構成する各学問についてざっくりと紹介していきます。

3力（さんりき）

土木工学を構成する大きな要素として、「土」・「水」・「構造」という3つのものがあります。

これらはそれぞれ、「土質力学」・「水理学」・「構造力学」という学問によって体系化されます。

これらは、土木を生業にする上では必ず理解しておかなければならない学問です。

ですから、いずれも土木系の工業高校や大学に入学すると必ず勉強する内容になっています。

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土質力学

まずは、土木の土である、土質に関する学問「土質力学」の概要からお話します。

土質力学は、文字通り「土」に関する力学（物理学の一種）です。

土質力学で扱う土は、「土粒子+水+空気」で構成されるもののことを指しています。

また、土粒子には、径（大きさ）によって分類があり、粒径が小さい物は粘土かられき（石）の間で数種類の分類があります。

土は、この粒子違いや水の量、空気の量によって異なる性状を示します。

例えば、粘土と砂では全然違う性質を持ちますし、泥と乾いた土ではまた違う性質ですよね。

土質力学とは、土の構成材料による物理性状の違いや、土の塊が持つ力学的なパワーなんかに対する学問です。

そんな土質力学は、道路脇にある斜面や、地面・道路、河川など土木と名の付く工事ほぼすべてで役に立っています。

土質力学は、突き詰めれば分かっていないことが結構あったりする学問ですので、将来は研究者になりたい！って方も興味を持ってくれると、実務側として助かりますね！

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水理学

水理学って聞き覚えがない教科だなって思った方は多いんじゃないかなって思います。

水理学は「水の物理学」です。

水理学では、水の流れや水が持つパワーについて学びます。

例えば、ボコボコしている水路とつるつるしている水路ではどちらが水は良く流れそうですか？

また、高いところから落とした水と低いところから落とした水ではどちらの方が発電できそうですか？

そんな疑問を解決するのが水理学という学問です。

高校生であれば知っているかもしれないんですが「運動方程式」ってありますよね。

これも水に関するものになると、相当複雑で、手計算で解くことはほとんどありません。

そんな水理学は、ダムや排水溝、河川、管水路などの形状や構造を設計するときによく使われます。

水があるところには、必ず水理学が役立っています。

水理学は水に関する学問ですので、派生して海洋物理学や土質力学なんかにも役立っています。

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構造力学

次は、「構造力学」です。

構造力学では、材料そのものや材料同士をくっつけて作った物にかかる力について学びます。

材料そのものについて言えば、鉄の棒をイメージしてみましょう。

鉄の棒は太さや長さによって曲がりやすさ、壊れやすさが異なるのは分かりますか？

また、橋や柱などの構造物をイメージしてみましょう。

両端に柱で支えてある橋と片方しか支えがない橋があれば、どちらを渡りたいでしょうか？

このように、作る物の壊れやすさや安定性に直結するのが「構造」です。

構造力学では、そんな「構造」について詳しく学ぶことができます。

構造力学も橋や道路、コンクリートでできた物など、土木構造物すべてにおいて役に立っています。

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まとめ

今回は、土木工学の基礎として、主に「三力」である「土質力学」・「水理学」・「構造力学」について紹介しました。

土木工学ではこれらの他にも、コンクリートに関する学問やコンクリート構造に限定した構造力学、工事において配慮しなければならない「環境」に関する学問などさまざまな学問が1つになっています。

これらに関しても今後紹介していきますし、今回紹介した「三力」についても細かく解説していこうと思っています。

土木に興味があるという方々皆さんに役立つ知識を広く、深く記事にしていきますね！

それでは、今回は以上です。

最後まで読んでいただきありがとうございます。

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