개념 한 쪽
흙은 입도와 물리적 특성에 따라 통일분류법(USCS)으로 구분하고, 함수비·간극비·비중·단위중량 관계식을 통해 현장과 실험 계산을 수행한다. 이 개념은 분류 기호의 의미와 삼상관계식 활용, 표준사 치환법을 통한 단위중량 산출을 중심으로 정리한다.
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출제기준 단원 「흙의 분류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 토립자 비중 역산 | 1 | 포화단위중량과 공극비로 토립자비중을 역산하는 능력 |
| 기호로 유기질 판단 | 1 | USCS 기호를 보고 유기질 함유량이 가장 많은 종류를 고르는 능력 |
| 표준사 치환법 계산 | 1 | 표준사 치환으로 구멍 부피를 구해 습윤단위중량을 산출하는 능력 |
통일분류법(USCS)은 흙을 조립토와 세립토로 나누고, 세립토는 액성한계(LL)와 소성지수(IP) 등을 이용해 추가 분류를 수행한다. #200체 통과율이 50%를 기준으로 조립토·세립토를 판단한다. 세립토의 고·저압축성 판단 기준으로 액성한계 50%를 사용한다.
유기질 토는 기호 O로 표시한다. OL과 OH는 유기질 실트와 유기질 점토를 각각 의미한다. Peat(이탄)은 Pt로 표기하며 식물성 유기물이 주성분이므로 유기질 함유량이 가장 많은 흙으로 본다. 따라서 유기질 함량 비교 문제에서는 Pt가 최상위에 위치한다.
흙의 삼상관계식을 이용하면 함수비(w), 간극비(e), 토립자비중(Gs), 포화단위중량(γ_sat), 습윤단위중량(γt) 등 서로 연관된 값을 계산할 수 있다. 예컨대 함수비는 w = Se/Gs로 표현한다. 포화단위중량은 γ_sat = (Gs + e)/(1 + e)·γw의 형태로 정리한다. 습윤단위중량은 γt = Gs(1+w)γw/(1+e) 공식으로 구한다.
현장 측정에서 표준사 치환법을 이용하면 굴착된 흙의 무게와 채운 표준사의 무게·단위중량으로 구멍 부피를 산출하고, 이를 통해 현장 흙의 습윤단위중량을 계산한다. 함수비 변화 문제는 건조 흙 입자 무게(Ws)가 불변임을 전제로 먼저 Ws를 구한 뒤 목적 함수비에 따른 총중량 변화를 계산하는 절차를 따른다.
이 개념의 핵심은 분류 기호의 의미(예: Pt는 Peat), 주요 수치 기준(예: LL 50%), 그리고 삼상관계식과 표준사 치환법을 통해 역산·계산하는 순서를 숙지하는 것이다.
1) 함수비 변경 계산 예: 함수비 20%인 흙 2,400g의 건조 중량은 2,400 ÷ 1.20 = 2,000g이다 → 이 건조 중량을 기준으로 함수비 25%가 되도록 하면 총중량은 2,000 × 1.25 = 2,500g이므로 추가 물은 2,500 − 2,400 = 100g이다.
2) 표준사 치환법 예: 굴착 흙 무게 1,230g, 표준사 채움에 필요한 무게 1,037g, 표준사 단위중량 1.45g/cm³일 때 구멍 부피는 1,037 ÷ 1.45 ≈ 715.17cm³이고, 습윤단위중량은 1,230 ÷ 715.17 ≈ 1.72g/cm³이다.
3) 포화단위중량으로 비중 역산 예: 포화단위중량 γ_sat = 1.94g/cm³, 공극비 e = 0.84일 때 γ_sat = (Gs + e)/(1 + e)γw 식을 정리하면 Gs ≈ 1.94×1.84 − 0.84 ≈ 2.73이다.
어느 흙의 지하수면 아래의 흙의 단위중량이 1.94g/cm3이었다. 이 흙의 공극비가 0.84 일 때 이 흙의 비중을 구하면?
정답 ③ · 지하수면 아래 흙의 포화 단위중량과 공극비로 흙 입자의 비중을 구하는 문제이다. 지하수면 아래의 흙은 포화 상태이므로 포화 단위중량 gamma_sat = (Gs + e) × gamma_w / (1 + e)의 관계식을 이용한다.
포화 흙의 단위중량 공식 γ_sat = (Gs+e)/(1+e)γ_w에 값을 대입하여 토립자 비중 Gs를 역산하면 약 2.73이 된다.
흙의 분류 중에서 유기질이 가장 많은 흙은?
정답 ③ · USCS(통일 분류법)에서 흙은 굵은 흙과 세립흙으로 나뉘며, 세립흙은 다시 실트(M), 점토(C), 유기질 토(O)로 분류됩니다. 이 중 'Pt'는 Peat의 약자로 이탄(泥炭)을 의미하며, 식물의 유기물이 분해되어 형성된 토질로 유기질 함유량이 가장 많습니다.
USCS 분류에서 Pt는 Peat(이탄)을 의미하며 유기질 함유량이 가장 많습니다.
현장에서 습윤단위중량을 측정하기 위해 표면을 평활하게 한 후 시료를 굴착하여 무게를 측정하니 1230g이었다. 이 구멍의 부피를 측정하기 위해 표준사로 채우는데 1037g이 필요하였다. 표준사의 단위중량이 1.45g/cm3이면 이 현장 흙의 습윤단위중량은?
정답 ① · 현장 밀도 시험인 모래 치환법에서 습윤단위중량은 굴착한 흙의 무게를 구멍의 부피로 나누어 구합니다. 흙 무게는 1230g이며, 구멍의 부피는 표준사 무게를 표준사의 단위중량으로 나누어 1037g ÷ 1.45g/cm³ ≈ 715.17cm³입니다.
구멍 부피=사중량/단위중량으로 계산 후 흙중량/부피로 습윤단위중량을 구한다.
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