토질 역학 흙의 분류

주요 내용 1 흙의 분류 2 조립분 체가름 시험 3 비중계 분석 시험 4 세립 체가름 시험 5 입도 분포 곡선 6 흙의 공학적 분류

1 흙의 분류 일반적 분류 (1) 조립토 : 사질토, 비점성토 (자갈, 모래) (2) 세립토 : 점성토 (실트, 점토) (3) 유기질토 : 압축성이 크고 비중이 작음 기초지반 재료로 부적합 성질 공극비 압축성 침하량 투수성 마찰력 전단 강도 지지력 짐착력 소성 압밀 속도 조립토 작다 크다 N.P 순간적 세립토 장기적

흙의 입경에 의한 분류 ○ 흙의 입경 : 토립자의 크기(자갈, 모래, 점토로 구분) 자갈 모래 실트 점토 체분석 시험 체분석 #4(2.0mm) #200(0.074mm) 0.005mm 0.001mm 자갈 모래 실트 점토 체분석 시험 체분석 비중계 분석 비중계 시험 (1) 조립분 체가름 시험 : #10(2.0mm) 이상에 잔류하는 흙에 대한 입도 분석을 위해 체가름 시험 실시 (2) 비중계 시험 : #200(0.074mm)이하의 부분에 대한 입도 분석을 위해 #10체 통과분 시료에 대하여 비중계 시험법(hydrometer method) 실시 (3) 세립분 체가름 시험 : #10에서 #200까지의 부분에 대한 입도 분석을 위하여 비중계 시험을 실시한 후 #200(0.074mm)에 잔류한 흙을 세립분 체가름 시험 실시

삼각 좌표 분류법 ○ 자갈을 제외한 점토분, 실트분 모래분의 3성분으로 나누고 각 성분의 ○ 자갈을 제외한 점토분, 실트분 모래분의 3성분으로 나누고 각 성분의 함유율로부터 삼각 좌표에 도시하여 흙을 분류 ○ 입자의 크기에 의해 구별되었을 뿐 점성토의 consistency (연경도)에 대한 고려는 전혀 없음 - 공학적 차원에서는 사용할 수 없음 - 농학적인 분류 방법으로 이용됨

2 조립분 체가름 시험 시험 방법 ○ 순서 - 시료를 채취  물로 씻어냄  #10(2.0mm)로 체질  잔류 흙에 대하여 노건조  체가름 시험 실시 (1) 표준체의 구성 : 75mm, 50mm, 40mm, 25mm, 19mm, 10mm, #4, #10 (2) 각 체에 남은 무게를 측정하여 가적 통과율(%)을 구함 (3) #10(2.0mm)의 가적 통과율 P2.0을 구함

(1) 잔유율 체가름 시험 결과 작성 (2) 가적 잔유율 (3) 가적 통과율 - WS : 시료의 노건조 중량 - Wsr : 각 체에 잔류한 시료의 노건조 중량

○ #200체보다 작은 세립토의 입경을 결정하기 위하여 #10(2.0mm) 이하를 비중계 시험 실시 3 비중계 분석 시험 시험 방법 ○ #200체보다 작은 세립토의 입경을 결정하기 위하여 #10(2.0mm) 이하를 비중계 시험 실시 (1) 표준체의 구성 : #4, #10, #20, #40, #60, #140, #200 7종류 (2) 조립분 체가름 시험을 하기 위해 분류하였던 #10(2.0mm)체에 통과된 시료와 증류수를 혼합한 현탄액을 메스실린더에 넣음 (3) 다음 비중계를 띄워 흙 입자가 물속을 침강할 때 그 속도에 따른 흙 입자의 지름과 보정 가적 통과율을 구함

비중계 분석 (1) Stokes 법칙 : 현탁 중인 흙 입자의 지름을 Stokes의 법칙을 응용하여 다음과 같이 계산 (2) 분산제 - 입도의 면모화를 방지 및 이산화를 촉진시키기 위해 분산제를 증류수 속에 첨가 (3) 현탁액의 비중값 : 비중계 구부 중심의 위치에 있는 값 (4) 비중계의 눈금 : 1.000~1.050 범위

비중계 분석 (5) 비중계의 유효 깊이(L) 결정 : 현탁액 속의 흙 입경을 구하기 위해 필요한 비중계의 유효 깊이는 다음 식으로 결정

비중계 유효길이

현탁 중인 흙의 백분율 계산 ○ 분산된 시료를 1, 2, 5, 15, 30 60, 240, 1440분 경과 시 마다 비중계를 넣어 값을 읽으며 그 경과 시간에 있어서 유효 깊이 L에서의 시료 1,000㎤ 중에 현탁하고 있는 흙의 백분율은 다음과 같다. ① 통과 백분율 : ② 보정 가적 통과율 :

4 세립 체가름 시험 시험 방법 ○ #10에서 #200까지의 부분을 체가름 시험 (1) 비중계 시험이 끝난 시료를 #200(0.074mm) 위에서 물로 세척 (2) 잔류 시료를 노건조한 후 표준체를 조립하여 체가름 시험 실시 (3) 가적 통과율을 구함 (4) 조립분 체가름 시험에서 구한 P2.0을 곱하여 보정 가적 통과율을 계산

체가름 시험 결과 작성 (1) 가적률 : (2) 가적 잔유율 : (3) 보정 가적 잔유율 : (4) 보정 가적 통과율 :

5 입도 분포 곡선 ○ 조립분 체가름 시험, 비중계 시험 및 세립분 체가름 시험에서 구한 입경별 가적 통과율을 반대수 방안지의 산술 눈금에 표시하고 대수 눈금에 입경을 잡아 입경가적 곡선을 작성 ○ 입경 가적 곡선

입경 분포의 판정 (1) 유효 입경(effective size ; D10) - 가적 통과율 10%에 해당하는 입경으로 흙의 투수성의 영향을 미침 (2) 균등 계수(coefficient of uniformity ; Cu ) - 입도 분포의 양부를 수량으로 나타내기 위한 것 - D60 : 통과 백분율 60%에 대응하는 입경 D10 : 통과 백분율 10%에 대응하는 입경 (3) 곡률 계수(coefficient of curvature ; Cg) - D10과 D60의 중앙점과 D30과의 사이가 넓은지 또는 곡선이 굽어있는 정도나 평평한 정도를 나타내는 계수 - D30 : 통과 백분율30%에 대응하는 입경

입도 분포가 좋은 양입도 (well grading) (2) 조세립토가 적당히 혼합되어 있어 입도 분포가 양호함을 표시 (3) 균등 계수가 큼(자갈 : Cu > 4, 모래 : Cu>6) (4) 투수 계수가 작음 (5) 공극비가 적어짐 (6) 다짐에 적합 입도 분포가 나쁜 빈입도 (poor grading) (1) 입경 가적 곡선의 기울기가 급한 구배 (2) 균등한 입경이 혼합되어 있어서 입도 분포가 불량함을 나타냄 (3) 균등 계수가 작음 (5) 공극비가 큼 (6) 다짐에 부적합

6 흙의 공학적 분류 흙의 공학적 분류 ○ 흙을 분류하는 가장 간단한은 방법 입자의 크기에 따른 분류 ○ 조립토에서는 입도 특성만으로 공학적 성질 판정 가능 ○ 점토와 같은 세립토에서는 입도 이외에 컨시스턴시를 고려하여 분류 1) 통일분류법 2) AASHTO 분류법

통일 분류법 ○ 흙 No.200체 통과율 50%이하  조립토(gravel) ○ 흙 No.200체 통과율 50%이상  세립토(sand) (1) 조립토(造粒土) ① 자갈(G) : No.4체 통과율이 50% 이하자갈, 자갈질 흙 ② 모래(S) : No.4체 통과율이 50% 이상모래, 모래질 흙 (2) 세립토(細粒土) ① 세립토는 실트 (M),점토(C), 유기질토(O)로 분류함 ② M, C, O 기호 다음에는 액성 한계의 값에 따라 L(low), H(high) 기호를 붙임

통일 분류법 (3) 통일 분류법에 사용되는 문자 조립토는 입도(#4, #200) 및 Atterberg 한계(소성도 작성 : 액성 한계와 소성 지수) 시험 결과를 기본으로 하여 로마자 2개씩을 조합하여 나타냄 세립토는 소성도를 이용하고 유기질 함유(Pt)에 의해 분류함

통일 분류법 (4) 세립분의 함유율에 의한 분류 ① #200체 통과율 5% 이하 : GW, GP, SW, SP ② #200체 통과율 12% 이상 : GM, GC, SM, SC ③ #200체 통과율 5~12%인 경우 : 2중 문자로 표시 GW-SM,SW-SM 등

통일 분류법에 사용되는 문자 분류 주요 구분 제1문자 토질의 속성 제2문자 조립토 자갈(gravel) G 세립이 거의 없고 입도 분포가 좋은 깨끗한 흙 W 모래(sand) S 세립이 거의 없고 분포가 불량한 깨끗한 흙 P 세립토 실트(mo) M 세립이 12% 이상 함유한 실트질의 혼합토(MO) 점토(clay) C 세립이 12%이상 함유한 점토질의 혼합토 유기질 흙 (organic clay) O 액성 한계가 50% 이하인 흙으로 압축성이 낮음 L 유기질토 이탄(peat) Pt 액성 한계가 50% 이상인 흙으로 압축성이 높음 H 토질 토질의 속성 제3문자 조립토 (drained) 액성한계 WL ≤ 28, 소성지수 IP ≤ 6 D (undrained) 액성한계 WL > 28 U

통일 분류법에 의한 분류 방법 분류 토질 토질 속성 기호 흙의 명칭 조립토 P#200 ≤ 50% 자갈(G) #4체 통과량이 50% 이하 (#4 ≤ 50%) GW 입도 분포가 양호한 자갈 GP 입도 분포가 불량한 자갈 GM 실트질 자갈 GC 점토질 자갈 모래(S) #4체 통과량이 50% 이상 (#4 ≥ 50%) SW 입도 분포가 양호한 모래 SP 입도 분포가 불량한 모래 SM 실트질 모래, 모래 실트 혼합토 SC 점토질 모래, 모래 점토 혼합토 세립토 P#200 ≥ 50% 실트(M) 및 점토(C) WL ≤ 50 ML 압축성이 낮은 실트, 무기질 실트 CL 압축성이 낮은 점토 OL 압축성이 낮은 유기질 점토 WL ≥ 50 MH 압축성이 높은 무기질 실트 CH 압축성이 높은 무기질 점토 압축성이 높은 유기질 점토 유기질토 이탄 Pt 이탄, 심한 유기질토

AASHTO 분류법 (개정 PR법) ○ 미국 공로국에서 1929년에 C.A Hogentogler에 의해 발표 ○ AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials) ○ AASHTO 분류법 입도 분석, Atterberg 한계 및 군지수 (Group Index : GI)에 의하여 흙을 A-1에서 A-7의 7종류로 구분하고 또 7군은 몇 가지로 세분하여 총 12군으로 분류

AASHTO 소성도

군지수 군지수의 값이 작을수록 노상토의 성질은 양호 A-1, A-2, A-3 : 조립토 A-4, A-5 : 실트질 흙 (2) 군지수 : 노상토의 강도를 판정하기 위하여 고안된 것으로 군지수의 값이 작을수록 노상토의 성질은 양호 A-1, A-2, A-3 : 조립토 A-4, A-5 : 실트질 흙 A-6, A-7 : 점토질 흙

군지수 군지수 GI=0.2a + 0.005ac +0.01bd a : 0.074mm(No.200)체 통과율에서 35를 뺀 값(0~40의 정수) 단, 0.074mm(No.200)체 통과율에서 75%를 넘으면 75로 봄 b : 0.074mm(No.200)체 통과율에서 15를 뺀 값(0~40의 정수) 단, 0.074mm(No.200)체 통과율에서 55%를 넘으면 55로 봄 c : 액성 한계(WL)에서 40을 뺀 값(0~20의 정수) 단, WL > 60% 이면 WL = 60%로 봄 d : 소성지수 (IP)에서 10을 뺀 값(0~20의 정수) 단, IP > 30%이면 IP = 30%로 봄