흙의 분류법

Ⅰ. 개 요

흙을 분류하는 목적은 성질이 다른 여러 가지 흙을 간단한 실험을 통하여 몇가지 무리로 나누고 그 흙의 공학적 성질을 알기 위한 것이다.

분류법은 흙의 일반적인 성질을 간단하게 표현하는 공통언어이고 그 방법은 다양하다. 공학적 목적을 위해 발전된 대부분의 흙 분류법은 입자의 크기, 분포 소성과 같은 간단한 指數的 특성에 근거를 두고 있다.

분류하는 방법은 수많은 방법이 있으나 크게 구성상의 분류와 용도상의 분류로 나눌 수 있고, 구성상 분류의 대표적인 것으로 미국농무성(USDA)의 분류법인 삼각분류법이 있다. 용도상의 분류방법은 흙의 공학적 성질에 의한 분류로 AASHTO분류법과 통일분류법, CAA등이 있다. 여기서는 도로설계에 가장 많이 사용되는 AASHTO법과 통일분류법에 대하여 논하고자 한다.

노상지지력계수(SSV)는 ‘72 AASHTO 잠정지침에서 포장설계 기본식의 입력변수로서 포장층이 설치되는 노상의 지지강도 또는 지지용량을 표시하는 가상적 척도이며 AASHO 도로시험을 통해서 개발된 지표이다.

 

Ⅱ. AASHTO 분류법

입자의 크기와 Atterberg한계를 고려한 분류법으로 미국내의 각주나 연방정부의 도로건설부분에 많이 사용된다. 이 흙의 분류법은 1929년 공도로국에 의해 개발되고, 1945년 고속도로 연구위에 의해 보완된 것으로 개정 PR법이라고도 한다.

 

 

1. 분류방법

이 분류법은 일곱 개의 주요그룹으로 분류된다. 즉 A-1에서 A-7의 범위이다.

1) A-1, A-2, A-3에 속한 그룹의 흙은 No.200체 통과량이 35%이거나 그 이하인 입상토이다.

2) A-4, A-5, A-6, A-7그룹은 No.200체 통과량이 35% 이상인 흙으로 대개 실트와 점토의 형태들이다.

2. 분류기준

1) 입경

ㆍ자갈 - 2～75mm의 입자

ㆍ모래 - 0.075(No.200체) ～ 2mm(No.10체)의 입자

ㆍ실트와 점토 - 0.075mm(No.200체)를 통과하는 입자

2) 소성

실트질 - 세립토가 소성지수 10이하를 가질 때 적용

점토질 - 세립토가 소성지수 11이상일 때 적용

3) 크기가 75mm이상의 표석이 있다면 그것은 분류시 제외시키거나 그 재료의 백분율은 기록

4) 도로노상재료의 분류

일반분류	입상토(No.200체 통과율 35%이하)							실트질 점토(No.200체 통과율 35% 이상)
그룹분류	A-1		A-3	A-2				A-4	A-5	A-6	A-7 A-7-5 A-7-6
	A-1-a	A-1-b		A-2-4	A-2-5	A-2-6	A-2-7
No.200체 통과백분율	15이하	25이하	10이하	35이하	35이하	35이하	35이하	36이상	36이상	36이상	36이상
(No.400체 통과) 액성한계	6이하		-	40이하	41이상	40이하	41이상	40이하	41이상	40이하	41이상
소성지수			NP	10이하	10이하	11이상	11이상	10이하	10이하	11이상	11이상
군지수	0		0	0	0	4이하	4이하	8이하	12이하	16이하	20이하
주요구성 재료	석편자갈, 모래		가는 모래	실트질 또는 점토질자갈, 모래				실트질 흙		점토질 흙
노상토로서 등급	우수 또는 양호							불가

5) 도로 노상재료로서의 흙의 특성을 수치화하기 위해서 군지수(GI)라하는 수가 주그룹 및 보조그룹과 결합된다. 이것은 주그룹이나 보조그룹 뒤에 오는 괄호속에 쓴다.

군지수는 다음과 같은 식으로 나타낸다.

GI = (F-35)[0.2+0.005(LL-40)] + 0.01(F-15)(PI-10)

F = No.체 통과백분율

LL = 액성한계, PI = 소성지수

① GI가 음의 값을 가지면 0로 한다.

② 계산된 군지수는 가장 가까운 정수로 반올림한다.

③ 군지수의 상한한계는 없다.

④ A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-3의 군지수는 항상 0이다.

⑤ A-2-6, A-2-7에 속하는 구룹의 흙에서 군지수를 계산할 때 PI가 있는 군지수 부분식을 사용한다.

 

 

Ⅲ. 통일분류법(USCS)

이 분류법은 2차 대전중 미공병대의 비행장 건설에 사용된 것으로 1942년 Casagrande에 의해 제안되었다. 1952년 미국개척국에 의해 수정되었고 현재 기술자들 사이에 널리 사용되고 있다.

이 분류의 기초는 입도와 Consistency에 두고 있다.

1. 분류방법

모든 흙을 조립토 8, 세립토 6, 유기질 1 종류의 15종으로 분류하고 각각 종류에 그 내용을 암시하기 쉽도록 알파벳 2문자로 된 명칭을 붙였다.

1) 제1문자 - 흙의 형태

G : 자갈(Gravel) S : 모래(Sand)

M : 대단히 가는 모래 및 소성이 없는 무기질 실트

C : 무기질의 점토(Clay)

O : 유기질의 점토 및 실트(Orgnic)

Pt : Peat, 진흙, 고유기질토

2) 제2문자

① 입도(G 및 S와 같은 조립토에 사용)

W : 입도양호(Well graded)

P : 입도불량(Poorly graded)

M : 비소성 또는 소성이 적은 세립문을 포함한 조립토

C : 소성의 세립분을 포함하고 있는 조립토

② 압축성(조립토에 사용)

L : 액성한계가 50% 이하로서 압축성이 낮은 흙

H : 액성한계가 50% 이상으로서 압축성이 높은 흙

2. 분류기준

1) 조립토는 GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, SC로 나타내고 적절한 분류를 위해 다음 같은 요소들이 고려되어야 한다.

① No.200체 통과 백분율(세립)

② No.4체 통과 조립토 백분율

③ 균등계수, 곡률계수(No.200체 통과율 0～12%를 가진 흙)

④ No.40체 통과 흙의 액성한계, 소성지수(No.200체 통과율 5% 이상 흙)

2) No.200체 통과 백분율이 5%와 12% 사이에 있을 때 GW-GM, GP-GM, GW-GC, GP-GC, SW-SM, SW-SC, SP-SM, SP-SC와 같은 2중 기호가 필요

3) ML, CL, OL, MH, CH, OH를 가진 세립토의 분류는 소성도상의 액성한계와 소성지수의 도표에 의해 얻을 수 있다.

소성도의 대각선은 ATJS이라 하는데, 다음식으로 나타낸다.

PI = 0.73(LL-20)

4) 피트(Peat)는 관찰에 의한 검증이 필요

 

 

Ⅳ. AASHTO분류법과 통일분류법의 비교

AASHTO 분류법과 통일분류법 둘다 흙의 구성과 소성에 근거를 두고 있다.

1. No.200체에 잔류 또는 통과분포도에 의한 조립, 세립의 구분

1) AASHTO - No.200체 통과율 35% 이상일 때 세립

2) USCS - No.200체 통과율 50% 이상일 때 세립

약 35%의 세립토를 가진 조립의 흙은 세립질과 같이 거동할 것이고 이것은 조립토 사이의 간극을 채울만큼 충분히 세립이고 따로따로 그것들을 감싸고 있기 때문이다. 따라서 AASHTO분류법이 보다 적절하다.

2. 자갈, 모래의 구분

1) AASHTO - No.10체

2) USCS - No.4체

3) 흙을 분리하는 크기의 한계라는 관점으로부터 No.10체체는 모래에 대한 상한한계를 잘 나타내고 고속도로공사의 기초 기술에 구체적으로 사용된다.

4) USCS에서는 자갈질, 모래질 흙이 확실히 분리되지만 AASHTO 분류에서는 그렇지 못하다.

3. GW, SM, CH등과 같은 USCS에서 사용되는 기호들이 AASHTO분류법에서 사용되는 기호들보다 흙의 특성을 더 잘 설명해 준다.

4. OL, OH, PT와 같은 유기질토의 분류는 USCS에서 나누어지고 AASHTO분류법에서는 유기질토에 대한 분류는 없다.