[토질 및 기초] 제 1장.흙의 기본적 성질과 분류(흙의 입도분석)#3

 6. 흙의 입도분석

  (1)흙의 입도: 흙의 입도란 크고 작은 흙입자의 분포상태를 나타낸 것으로 입도분포를 결정하는 방법에는 체분석법(Sieve analysis)과 비중계 분석법(Hydrometer analysis)이 있으며 흙의 입도분석에 의한 결과를 이용하여 입경가적곡선을 작도한다.

   ※표준체의 눈금 크기

체 번호	체 눈금크기(mm)
No. 4	4.750
No. 10	2.000
No. 20	0.850
No. 40	0.425
No. 60	0.250
No. 100	0.150
No. 140	0.106
No. 200	0.075
Pan	x

 

 

  (2)세립분 체가름 분석(Sieve analysis)

   1)개요: 비중계 시험이 끝난 시료는 No.200체(0.075mm) 위에서 물로 세척한 다음 잔류 시료를 노건조하여 No.20, No.40, No.60, No.140(100), No.200체를 사용하여 체가름 시험을 한다.

 

 7. 입도분포곡선

  (1)입경가적곡선-반대수용지

   1)입도분석 결과를 이용하여 입경가적곡선을 작도한다.

   2)가로축에는 입자지름을 대수(log)눈금으로 표시한다.

   3)세로축은 통과중량백분율을 산술눈금으로 표시한다.

   4)입경가적곡선의 중간에서 요철부분이 있을 수 없다.

  ※요철: 오목함과 볼록함

   5)입경가적곡선의 작도에는 곡선자가 필요하다.

  (2)대표적인 성질

   1)유효입경(Effective diameter, D10)

    : 통과중량 백분율 10%에 해당되는 입자의 지름으로 투수계수의 추정 등 공학적인 목적으로 이용한다.

   2)균등계수(Coefficient of uniformity, Cu)

    (여기서, D_60: 통과중량백분율 60%에 해당되는 입자의 지름 or 전체 시료 중 무게로 따져서 60%가 1.6mm보다 가늘다.)

    ① 균등계수(Cu)가 크면, 입경가적곡선의 기울기가 완만하다. 즉, 입도분포가 양호하다.

 

    ②균등계수(Cu)가 작으면, 입경가적곡선의 기울기가 급하다. 즉, 입도분포가 불량하다.

 

  (3)입도분포의 판정

   1)양입도(Well graded)한 경우

    ※양입도: 흙의 입자의 크기가 다양하여 간극이 작은, 좋은 입도

 

 8. 흙의 공학적 분류방법

  (1)통일분류법(Unified Soil Classification System, USCS)

   1)흙을 분류하는데 필요한 요소

    ·No.200체 통과율, No.4체 통과율, 액성한계, 소성한계, 소성지수

   2)분류방법

    : 조립토의 경우는 입도분포에 의해 분류하고, 세립토인 경우에는 아터버그한계(Atterberg limit)를 이용하여 분류한다.

※조립토: 입경이 75마이크로미터(㎛) 이상의 비교적 거친 흙.

※세립토: 입경이 2mm 이하인 흙. 실트와 점토가 포함된다.

    ①조립토의 분류

     ※입경이 큰 흙으로서 자갈(礫, gravel)과 모래(砂, sand) 등이 포함된다.시료의 50% 이상이 75μm 체에 남는 흙을 말한다.

     ◎제 1 문자

      ·G(자갈): No.4체 통과량이 50% 이하

      ·S(모래): No.4체 통과량이 50% 이상

     ◎제 2문자

      ·W: No. 200체 통과율 5% 이하, 세립분이 거의 없고, 입도분포가 좋은 흙

      ·P: No. 200체 통과율 5% 이하, 세립분이 거의 없고, 입도분포가 나쁜 흙

      ·M: 실트질을 함유하고 있는 흙(No. 200체 통과율 12% 이상, A선 아래)

      ·C: 점토질을 함유하고 있는 흙(No. 200체 통과율 12% 이상, A선 위)

    ②세립토의 분류: No.200체 통과량이 50% 이상(M,C,O)

    ※ 입경이 가는 흙이며 실트와 점토가 포함된다. 시료의 50% 이상이 75μm체를 통과하는 흙을 말한다. 점착력이 있으면 점성토라고 한다.

     ◎제 1문자

      ·M: 실트질 흙      ·C: 점토질 흙      ·O: 유기질 흙

    ◎제 2문자

      ·L: 저압축성, 액성한계가 50% 이하인 소성이 작은 흙

      ·H: 고압축성, 액성한계가 50% 이상인 소성이 큰 흙

    ③유기질토

      ·Pt: 이탄 및 그 외의 유기질이 극히 많은 흙

흙의 종류		제1문자	흙의 특성	제2문자
조립토 (P_200≤50%)	자갈 (P_4≤50%)	G	·입도분포 양호 ·세립분 5%이하	W	조립토
	모래 (P_4≥50%)	S	·입도분포 불량 ·세립분 5%이하	P
세립토 (P_200≥50%)	실트 (Silt)	M	·세립분 12% 이상 ·A선 아래에 위치 ·소성지수 4이하	M
	점토 (Clay)	C	·세립분 12% 이상 ·A선 위에 위치 ·소성지수 7이하	C
	유기질의 실트 및 점토	O	·압축성 낮음 ·w_l≤50%	L	세립토
유기질토	이탄 (Pt)	Pt	·압축성 높음 ·w_l≥50%	H

 

  3)소성도표(Plasticity chart)

    ①Casagrande가 액성한계와 소성지수를 사용하여 소성도표를 만들었다.

    ②세립토를 분류하는데 이용한다.

    ③A선은 I_p=0.73(wl-20)으로서 A선 위는 점토를 아래는 실트 및 유기질토를 나타낸다.

    ④B선은 w_l=50%으로서 B선 왼쪽은 저압축성을 오른쪽은 고압축성을 나타낸다.

    ⑤U선은 액성한계와 소성지수의 상한성을 나타낸다.

 

  (2)AASHTO 분류법(American Association of state Highway and Transportation officials, 개정 PR법)

   1)목적: 도로 노반재료의 적부 판단에 이용한다.

   ※노반: 도로를 포장하거나 철도의 궤도를 놓기 위하여 땅을 파고 잘 다져 놓은 지반

   2)분류방법

    : 흙의 입도분석, 액성한계, 소성한계, 소성지수, 군지수를 사용한다.

     ·조립토의 분류: No.200체 통과량이 35% 이하(G,S)

     ·세립토의 분류: No.200cp 통과량이 35% 이상(M,C,O)

   3)군지수(GI, Group index)

    ①공식

    (여기서, a: No.200체 통과율-35(a: 0~40의 상수, b: No.200체 통과율-15(b: 0~40의 상수, c=액성한계-40(c: 0~20의 상수), d=소성지수-10(d: 0~20의 상수))

    ②GI 값이 음(-)의 값을 가지면 0으로 한다.

    ③GI 값은 가장 가까운 정수로 반올림한다.

    ④군지수 상한선은 없다. 그러나 a, b, c, d의 상한 값을 사용하면 20이 되므로 0~20까지의 정수를 가진다.⑤군지수가 클수록 공학적 성질이 불량하며 도로노반재료로서 불량하다.