토질및기초기술사 서브노트 200제 3번 | 통일분류법과 흙의 공학적 분류 (USCS·소성도표·균등계수·군지수)

서브노트 200제 · 3번 · 중요도 ★★★★
주제: 통일분류법과 흙의 공학적 분류 — 통일분류법(USCS)과 조립토·세립토 분류, 소성도표와 소성지수, 입도분석·체분석(균등계수·곡률계수), 군지수(GI) 산정방법

1. 서론

1) 의의

• 흙의 공학적 분류는 입도분포와 아터버그한계 등 기본 물성시험 결과를 바탕으로 흙을 일정한 체계에 따라 기호화하는 작업으로, 설계·시공 전반의 공통 의사소통 수단이 됨
• 통일분류법(USCS, Unified Soil Classification System)은 국내외에서 가장 널리 쓰이는 분류체계로, 200번체 통과율과 소성도표를 기준으로 흙을 15개 그룹으로 구분함
• 입도분석(균등계수·곡률계수)과 군지수(GI)는 각각 조립토의 입도 양부 판정, 도로 노상토의 지지력 등급 판정에 활용되는 보조 지표임

2) 구성

• 통일분류법(USCS)의 체계와 조립토·세립토 분류기준 (2장)
• 소성도표(Casagrande A-line)와 소성지수를 통한 세립토 분류 (3장)
• 입도분석·체분석과 균등계수(Cu)·곡률계수(Cc) 산정 (4장)
• 군지수(GI) 산정방법과 활용 (5장)
• 실무 적용시 유의사항 및 결론 (6장)

2. 통일분류법(USCS)과 조립토·세립토 분류

1) 통일분류법(USCS)의 분류체계와 기호

• 흙은 200번체(0.075mm) 통과율을 기준으로 통과율 50% 미만이면 조립토, 50% 이상이면 세립토로 1차 구분함
• 조립토는 다시 4번체(4.75mm) 잔류율을 기준으로 자갈(G)과 모래(S)로, 세립토는 실트(M)·점토(C)·유기질토(O)·이탄(Pt)의 6개 그룹으로 구분함 → 두문자 「자모실점유이」 (자갈·모래·실트·점토·유기질토·이탄)
• 각 그룹기호에는 입도·소성 특성을 나타내는 두 번째 기호가 붙는데, 조립토는 양호입도(W)·불량입도(P)·실트혼입(M)·점토혼입(C)으로, 세립토는 저압축성(L, LL<50)·고압축성(H, LL≥50)으로 구분함 → 두문자 「양불실점」 (양호입도·불량입도·실트혼입·점토혼입)

기호	의미	예시
G, S	자갈(Gravel), 모래(Sand) — 조립토	GW, SP 등
M, C, O, Pt	실트, 점토, 유기질토, 이탄 — 세립토	ML, CH 등
W, P	입도양호(Well), 입도불량(Poorly) — 조립토 2차기호	GW, SP 등
L, H	저압축성(Low), 고압축성(High) — 세립토 2차기호	CL, MH 등

2) 조립토·세립토의 공학적 특성 비교

• 조립토는 입자 간 맞물림(interlocking)에 의한 전단저항이 지배적이며, 투수성이 크고 압밀침하가 거의 없어 즉시침하 위주로 거동함
• 세립토는 점착력과 흡착수의 영향을 받아 장기 압밀침하가 지배적이며, 함수비·연경도 상태에 따라 강도 편차가 크게 나타남
• 실무에서는 200번체 통과율 하나만으로 조립토·세립토를 1차 구분한 뒤, 세립토는 반드시 소성도표를 통해 2차 분류함

구분	조립토(G, S)	세립토(M, C)
주된 강도원	내부마찰각(입자 맞물림)	점착력(입자간 흡착력)
투수성·침하	투수성 큼, 즉시침하 위주	투수성 작음, 압밀침하 지배적
분류기준	균등계수·곡률계수(입도분포)	소성도표(LL, PI)

3. 소성도표와 소성지수

1) 소성도표(Casagrande A-line)의 구성

• 소성도표는 가로축을 액성한계(LL), 세로축을 소성지수(PI)로 하여 세립토를 도해적으로 분류하는 도표임
• A선(A-line)을 기준으로 상부에 위치하면 점토(CL, CH), 하부에 위치하면 실트·유기질토(ML, MH)로 판정함
• 비소성(Non-Plastic, NP)은 소성한계를 구할 수 없을 만큼 소성이 거의 없는 흙으로, 소성도표 적용 대상에서 제외하고 별도로 실트 계열(ML 등)로 분류함

2) 소성지수(PI)와 점토의 압축성

• 소성지수 PI = LL − PL은 흙이 소성상태를 유지하는 함수비 범위이며, 값이 클수록 점토광물 함유량이 많고 압축성이 큰 흙임을 의미함
• 액성한계 50%를 기준으로 L(저압축성)과 H(고압축성)로 구분하며, CH·MH와 같은 고압축성 흙은 압밀침하량이 크므로 설계시 정밀 압밀시험이 필요함
• 소성도표상 위치는 흙의 공학적 거동을 예측하는 1차 지표로 활용되며, 실제 설계정수는 별도의 역학시험을 통해 확정함

4. 입도분석·체분석과 균등계수·곡률계수

1) 체분석 절차와 입도분포곡선

• 체분석은 표준체(4.75mm~0.075mm)를 이용해 각 체에 잔류하는 시료 중량을 측정하고, 이를 가적통과율(%)로 환산해 입도분포곡선을 작성하는 시험임
• 0.075mm(200번체) 통과분이 많은 세립토는 체분석만으로는 세부 입경을 구분할 수 없어, 비중계(Hydrometer) 시험을 병행함
• 입도분포곡선에서 통과율 10%, 30%, 60%에 대응하는 입경을 각각 D10, D30, D60이라 하며, 조립토의 입도 양부 판정에 사용함

2) 균등계수(Cu)·곡률계수(Cc) 산정과 판정기준

• 균등계수 Cu = D60 / D10은 입경 분포의 폭(균등한 정도)을 나타내며, 값이 클수록 다양한 입경이 고르게 섞인 입도분포임
• 곡률계수 Cc = D30² / (D10 × D60)은 입도분포곡선의 형상(완만함)을 나타내는 보조지표임
• 자갈은 Cu≥4이고 Cc가 1~3 범위, 모래는 Cu≥6이고 Cc가 1~3 범위일 때 입도양호(W)로 판정하며, 이 조건을 만족하지 못하면 입도불량(P)으로 분류함

구분	정의식	공학적 의미
균등계수 Cu	Cu = D60/D10	입경 분포 폭, 클수록 입도가 다양함
곡률계수 Cc	Cc = D30² / (D10·D60)	입도분포곡선의 형상(완만함) 판정
입도양호(W) 조건	자갈 Cu≥4, 모래 Cu≥6, 공통 Cc 1~3	다짐효과 우수, 투수·지지력 확보 유리

5. 군지수(GI) 산정방법

1) 군지수의 개념과 산정식

• 군지수(Group Index, GI)는 AASHTO 분류법에서 노상토(路床土)의 지지력을 등급화하기 위해 도입한 경험적 지수로, 0~20 범위의 정수로 표현함
• 산정식은 GI = (F−35)[0.2+0.005(LL−40)] + 0.01(F−15)(PI−10)이며, F는 200번체(0.075mm) 통과율(%)임
• GI 값이 0에 가까울수록 양호한 노상토이며, 값이 클수록 세립분·소성이 많아 노상 지지력이 저하되는 흙임을 의미함

2) 군지수의 활용

• 군지수는 도로·공항 포장설계에서 노상토의 지지력 등급을 판정하는 보조지표로 활용되며, USCS·AASHTO 분류기호 뒤에 괄호로 병기함(예: A-6(9))
• GI가 클수록 CBR(노상토지지력비)이 낮아지는 경향이 있어, 포장두께 결정시 GI가 큰 구간은 별도의 치환·안정처리 공법을 검토함
• 계산값이 음수(-)로 나오는 경우에는 0으로 처리하며, 소수점은 반올림하여 정수로 표기함

6. 결론

• 통일분류법(자모실점유이)은 200번체 통과율과 소성도표를 두 축으로 흙을 체계화하며, 균등계수·곡률계수와 군지수는 각각 조립토·노상토 판정을 보완하는 지표임
• 답안 작성의 성패는 분류기호별 기준값(통과율 50%, Cu·Cc 판정조건, GI 산정식)을 정확히 서술하고 예시 기호로 마무리하는 데 달려 있음
• 실무에서는 분류기호만으로 설계정수를 대체하지 말고, 반드시 역학시험을 병행하여 설계에 반영해야 함

참고 및 출처

• 위키백과 — AASHTO 분류법과 군지수(GI)
• 국가표준인증 e나라 표준인증 — KS F 2302 흙의 입도 시험방법

※ 법령·기준은 개정될 수 있으므로 최신 규정을 확인할 것.