개념 한 쪽
흙의 분류는 현장과 실험실에서 흙의 공학적 성질을 판단하는 첫 단계이다. 대표적인 분류법으로는 통일분류법(USCS), AASHTO 분류법, Casagrande 소성도표가 있으며 각각 기준과 사용 목적이 다르다. 흙의 상태 판단과 삼상도 관련 계산은 분류와 함께 자주 출제되므로 기본 공식과 판별 기준을 정확히 숙지한다.
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출제기준 단원 「흙의 분류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| AASHTO 필수요소 판별 | 1 | AASHTO 분류에서 필요·불필요한 항목 구별하기 |
| 소성도표 방정식 응용 | 1 | A선 방정식의 상수항과 도표 해석 능력 검사하기 |
| 혼합 및 삼상도 계산 | 1 | 혼합 함수비 또는 건조단위중량·포화도 계산하기 |
AASHTO 분류법은 흙의 입도분포와 아터버그 한계(액성한계 및 소성지수)를 기준으로 흙을 그룹화하는 방법이다. AASHTO에서는 입도와 소성지수를 조합하여 토종별로 구분하므로 입도분석과 아터버그 한계가 핵심 요소이다. 균등계수는 AASHTO 분류의 직접적인 기준에 포함되지 않으므로 유의한다.
통일분류법(USCS)은 체눈 0.075mm 통과율을 기준으로 조립토와 세립토를 구분하는데, 통일분류법에서는 50%를 기준으로 삼는다. AASHTO는 이에 비해 35% 기준을 사용하므로 두 분류법의 세립토·조립토 경계가 다름을 기억한다.
소성도표(Plasticity Chart)와 Casagrande 소성도는 액성한계(LL)를 가로축, 소성지수(IP)를 세로축으로 하여 흙을 점토(C)와 실트(M)로 나누는 도구이다. A선은 점토와 실트를 구분하는 기준선으로 그 방정식은 IP = 0.73 × (LL - 20)이다. A선 위에 위치하면 점토, 아래이면 실트 또는 유기질토로 분류한다.
흙의 삼상관계 계산은 건조단위중량, 함수비, 간극비, 포화도 등 공식의 연쇄 적용으로 해결한다. 건조단위중량은 습윤단위중량과 함수비로부터 구하고, 간극비는 건조단위중량과 비중을 통해 구하며, 포화도는 함수비와 간극비 및 비중을 이용해 계산한다. 혼합된 흙의 함수비는 각 성분의 물질량 보존을 기반으로 총물질량을 총건조질량으로 나누어 구한다.
민감도(예빈비)는 불교란 상태의 강도와 교란 후 강도의 비로 정의한다. 예빈비가 크면 교란 시 강도가 크게 저하되는 '민감한 점토'를 의미하므로, 시료 취급과 시험 시 교란 효과를 고려한다.
1) 혼합 흙의 함수비 계산 대표 풀이 예시한다. 함수비 20%인 흙 1200g은 건조흙질량이 1200/1.2=1000g이고 물질량 200g이다. 함수비 30%인 흙 2600g은 건조흙질량이 2600/1.3=2000g이고 물질량 600g이다. 혼합하면 총건조질량은 3000g, 총물질량은 800g이므로 혼합 함수비는 800/3000≈0.2667 즉 약 26.7%가 된다.
2) 원기둥 시료의 건조단위중량 계산 대표 풀이 예시한다. 직경 5cm, 길이 10cm인 시료의 체적은 V=π×2.5²×10≈196.35cm³이다. 습윤중량 350g, 함수비 40%이므로 건조중량은 350/(1+0.4)=250g이다. 건조단위중량은 250g/196.35cm³≈1.27g/cm³가 된다.
3) 포화도 계산 흐름 예시한다. 습윤단위중량 γ=2.0t/m³, 함수비 w=0.20, 비중 Gs=2.7인 경우 건조단위중량 γd=γ/(1+w)=2.0/1.2≈1.667t/m³이다. 간극비 e는 e=(Gs·γw/γd)-1으로 계산하여 약 0.617이며, 포화도 S는 S=(w·Gs)/e로 대입하면 약 0.87 즉 약 87%가 된다.
흙의 분류에 있어 AASHTO 분류법을 사용한다면 다음 사항중 불필요한 것은?
정답 ③ · 문항은 AASHTO 흙분류법에서 불필요한 항목을 묻고 있다. AASHTO 분류는 입도분석과 아터버그 한계(액성한계·소성지수)를 기본으로 사용하므로 균등계수는 이 분류법에서 직접적으로 요구되지 않는다.
AASHTO 분류법은 입도분석 결과와 아터버그 한계(액성한계, 소성지수)를 사용하여 흙을 분류하므로 균등계수는 불필요하다.
소성도표에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ① · 소성도표(Plasticity Chart)에 대한 설명입니다. 소성도표는 액성한계(wL)를 가로축, 소성지수(IP)를 세로축으로 하여 흙의 소성 특성을 나타내며 흙의 분류에 매우 유용하게 사용됩니다.
소성도표의 A선 방정식은 IP=0.73(wL-20)이므로, -10으로 제시된 1번은 틀린 설명이다.
통일분류법에 의해 분류한 흙의 분류기호 중 도로 노반재료로서 가장 좋은 흙은?
정답 ④ · 문항은 통일분류법상 도로 노반재료로 가장 적합한 토질 기호를 묻고 있다. 도로 노반에는 배수성과 강도 및 치밀도가 우수한 잘 분급된 조립토가 바람직하므로 잘 분급된 자갈을 나타내는 GW가 가장 적합하다.
통일분류법에서 GW(조립토, 잘 분급된 자갈)가 노반재료로서 가장 우수한 성능을 가진다.
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