토목기사 요약/토질 및 기초/흙의 물리적 성질과 분류

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출제기준[편집]

2019-2021

  • 흙의 기본성질
  • 구성
  • 입도분포
  • 소성특성
  • 분류

흙의 기본 성질[편집]

흙의 구조[편집]

  • 자연 점토 시료를 함수비가 변하지 않게 하여 되비빔(remolding)하면 분산 구조(이산 구조)가 됨.(93)
  • 점토 광물이 가질 수 없는 특성: 단립(團粒) 구조[1]. 격자 구조(sheet), 결정 구조, kaolinite는 가질 수 있음(91)
  • 점토에 포틀랜드 시멘트 혼합 시: 흡착(absorption) - 수화(hydration) - pozzolan 반응(99)

점성토 구조[편집]

  • 면모구조(flocculent structure) : 큰 공극비, 큰 압축성. 기초지반으로 적합하지 않다.
  • 분산(이산) 구조(dispersed structure)

비점성토 구조[편집]

  • 단립구조(single grained structure) : 입자 사이 점착력없이 맞물려서 안정성을 가짐.
  • 봉소 구조(honey comb structure) : 벌집모양. 공극비가 커서 진동, 충격에 약함.


활성도[편집]

♣♣♣

점성 입자 성분 함유량(2μm이하 입자; 점토)과 소성 지수 사이 직선 관계가 성립, Skempton이 제시.

  • Ip = 소성지수 = 액성한계 - 소성한계 = wL - wp
98, 15-2, 16-4
점토 광물 점토 활성도(A) 공학적 안정성 팽창, 수축성
Kaolinite 비활성 점토 < 0.75 안정 작다
Illite 보통 점토 보통 보통
Montmorillonite 활성 점토 > 1.25 불안정 크다

흙의 구성[편집]

추가할 물의 양[편집]

♣♣♣ 이해하면 함수비 등의 정의만 외워도 풀 수 있음.

추가할 물의 양

토립자의 비중

삼상관계[편집]

공극비

공극비-공극률 관계

공극률

공극률-공극비 관계

포화도

함수비

  • 석고, 유기질을 포함한 흙은 함수비 측정 시 60-80도 이하 온도에서 장기건조시킨다.(96)
삼상관계.jpg

상호관계식

♣♣♣ 걍 중요

82, 83, 97, 99, 03 기출[편집]

S = 1, V = 20.5cm3, W = 34.2g, Ws = 22.6g일 때 e?


W = Ws + Ww

Ww = W - Ws = 11.6g


2. 95, 08
Soilcomposition.png

Gs = 2.65, w = 0.25, V = 5m3, W = 9t일 때 Vs?


풀이

Vs = 2.72m3

흙의 단위중량(밀도)[편집]

건조 단위중량과 습윤 단위중량 사이의 관계식[편집]

♣♣♣


1. 95

점토 시료 함수비가 22.5%였다. 이 시료 224g을 500cm3 용기에 넣고 382cm3 물을 넣어 용기를 가득 채웠다. 처음 이 시료의 습윤 단위중량은?


풀이

W = 224g. 시료를 통에 넣고 382cm3 물을 넣어 용기를 가득 채웠으므로 시료 부피 V = 500 - 382 = 118cm3


건조 단위중량 공식[편집]

♣♣♣ 18-2, 18-3

1. 91, 97, 00, 05, 08

들밀도 시험 결과 2000cm3, 3240g의 흙을 얻었다. 함수비는 8%, 비중은 2.70이었다. 간극비는?

풀이

V = 2000cm3, W = 3240g, w = 0.08, Gs = 2.70

e = ?

2. 82, 94

S = 1, γt = 1.89t/m3, w = 0.31일 때 e, Gs?

풀이

Gs = 2.601, e = 0.806

포화단위중량[편집]

♣♣♣

수중 단위중량[편집]

♣♣♣

  • 밀도 순서: 흙 골격만의 밀도 > sat > t > d > sub (95)

비중[편집]

실험실 비중

(83)

  • Wa: 15도 물을 채운 비중병 중량
  • Wb: 15도 물과 흙을 채운 비중병 중량

  • 비중계 분석시험은 흙의 비중을 알려고 하는 게 아니라 입도 알려고 하는 거임(16-1)

상대 밀도[편집]

♣♣♣

상대 밀도는 조립토의 조밀한 정도 나타냄.

  • 같은 공간 안에 조립토가 많으면 밀도가 높아서 공학적 특성이 좋아짐
  • 밀도가 낮으면 토립자가 같은 공간 안에 적으니까 빈 공간이 많아서 하중을 가했을 때 압축성, 침하량이 크고 물도 많이 통과.

♣♣♣ 15-2, 15-3

체적 변화와 공극비의 관계(02, 08)

흙의 소성 특성(연경도)[편집]

  • 소성 한계가 큰 것은 점토분이 많다는 것을 의미(94, 98)
  • 액, 소성 한계가 크면 연약지반이다.(94, 98)
  • 자연함수비와 액성한계가 같으면 연약 지반(94, 98)
  • 액성한계 시험은 1cm 높이에서 25회 낙하(85, 98)

아터버그 한계와 관련된 지수들[편집]

Atterberg.jpg

  • 소성지수 (PI, plasticity index) = LL - PL
액성한계와 소성한계의 차이를 소성지수라 한다. 소성지수는 흙이 소성 상태로 존재할 수 있는 함수비 구간의 크기를 의미하며, 소성지수가 클수록 세립분을 포함하는 소성이 풍부한 흙이라는 것을 의미한다.
  • 수축지수, 압축지수 (SI, shrinkage index) = PL - SL
소성한계와 수축한계의 차이를 수축지수라 한다. 수축지수가 큰 흙일수록 흙의 팽창성이 크다. 수축지수가 작으면 안정한 흙이다.
  • 액성지수 (LI, liquidity index) = , ( 는 자연 상태의 함수비 )
    • 액성지수는 흙의 유동가능성을 나타낸 것.
    • 0에 가까운 값일수록 흙은 안정. 과압밀점토
    • 자연 상태의 함수비가 액성한계에 가까울수록, 즉 액성지수가 1에 가까울수록 공학적으로 불안정. 정규압밀점토

  • 소성지수는 점성이 클수록 큼(97, 07)
  • 터프니스 지수는 콜로이드가 많을수록 크다.(07, 16-4)
  • 액성한계시험에서 얻어지는 유동곡선의 기울기를 유동지수라 한다.(07, 16-4)
  • 액성지수, 컨시스턴시 지수는 흙 지반의 단단한 정도를 판단하는 데 사용(07)
  • 흐트러지지 않은 자연상태 지반인 경우 수축한계가 소성한계보다 큰 지반이 존재하며 특히 민감한 흙의 경우에 흙의 구조때문에 나타난다.(04, 07)
  • 수축한계 이용 예: 비중 근사치 계산, 동상성 판정, 용적 변화 계산(89)
  • 수축한계시험에서 수은을 쓰는 이유는 노건조 시료의 체적 V0을 구하기 위해서이다.(93, 98)
  • 수축비 , 수축한계 (93, 99, 03)

소성도[편집]

Graficauscs.png
  • A선 방정식은 (99)
  • 액성한계가 가로축, 소성지수가 세로축(99)
  • 흙의 분류에 사용(99)

흙의 분류[편집]

세립분 체가름 시험[편집]

  • 체 번호: 4, 10, 20, 40, 60, 140, 200(총 7개) (87, 92)

입도 분포 곡선[편집]

Grain-size-distribution.svg
  • 조립분 체가름 시험, 비중계 시험 및 세립분 체가름 시험에서 구한 입경별 가적 통과율을 반대수 방안지의 산술 눈금에 표시하고 대수 눈금에 입경을 잡아 입경 가적 곡선(grain size accumulation curve)을 작성한다.
  • 균등계수는 급경사일수록 작고 완경사일수록 크다. 모르겠거나 확실히 하고 싶다면 직접 값 가정해서 계산해봐라.(93, 97, 15-1, 15-2)

통일분류법[편집]

기호 의미 00, 01, 02, 08

첫 번째 문자

두 번째 문자

  • W: 입도분포가 양호함 (well-graded)
  • P: 입도분포가 불량함 (poorly-graded)
  • M: 소성성이 없음(non-plastic). 실트질.
  • C: 소성성이 있음(plastic). 점토질(clay-binder).
  • H: 소성성이 높음 (high plasticity). 압축성이 높음(high compressibility)
  • L: 소성성이 낮음 (low plasticity). 압축성이 낮음(low compressibility)

단독 분류

  • Pt: 이탄(peat)

02, 05, 10, 15-1, 18-1, 18-3 / 실기 ♣♣

 : 액성 한계,  : 소성 지수,  : 균등 계수,  : 곡률 계수라 하고, 200번 체의 크기를 0.075mm, 4번 체의 크기를 4.75mm라 하면

분류 기준 토군 기호 분류
조립토
200번 체를 통과하는 입자의 비율이 50 % 이하
자갈(Gravel; G)
조립토 중에서 4번 체를 통과하는 입자의 비율이 50 % 이하
200번 체를 통과하는 미세 입자의 비율이 5 % 미만 이고

GW 입도 분포가 좋은 자갈(Well graded)
위의 기준을 만족하지 않음 GP 입도 분포가 나쁜 자갈(Poor graded)
200번 체를 통과하는 미세 입자의 비율이 12 % 초과 소성도표의 A선 아래 또는

GM 실트질이 섞인 자갈
소성도표의 A선 위 또는

GC 점토질이 섞인 자갈
모래(Sand; S)
조립토 중에서 4번 체를 통과하는 입자의 비율이 50 % 이상
200번 체를 통과하는 미세 입자의 비율이 5 % 미만 이고 SW 입도 분포가 좋은 모래
위의 기준을 만족하지 않음 SP 입도 분포가 나쁜 모래
200번 체를 통과하는 미세 입자의 비율이 12 % 초과 소성도표의 A선 아래 또는 SM 실트질이 섞인 모래
소성도표의 A선 위 또는 SC 점토질이 섞인 모래
세립토
200번 를 통과하는 입자의 비율이 50 % 이상
실트(Silt; M) 또는 점토(Clay; C)
소성도표의 A선 아래 또는 색, 냄새에 의해 구분 ML 압축성이 낮은 실트, 무기질 실트
OL 유기질 실트 또는 유기질 점토
소성도표의 A선 위 또는 CL 압축성 낮은 점토, 무기질 점토
실트(Silt; M) 또는 점토(Clay; C)
소성도표 A선 아래 색, 냄새에 의해 구분 MH 소성성이 큰 무기질 실트
OH 소성성이 큰 유기질 점토, 유기질 실트
소성도표 A선 위 CH 소성성이 큰 무기질 점토
유기질 성분이 매우 많은 흙 Pt 이탄(Peat)

단, 조립토의 미세 입자(200번 체를 통과하는 입자) 비율이 5% 이상, 12 % 이하에 속하거나, 소성도표의 A선 위에 위치하며 인 경우에는 분류 기호를 이중으로 표기하여 분류한다.

  • 입도분포곡선에서 균등, 곡률계수 계산 03

유효입경(effective size, D10)은 통과중량백분율 10%에 해당되는 흙 입자의 입경

균등계수(coefficient of uniformity, Cu)

곡률계수(coefficient of curvature, Cg)

99

, Cu > 10이면 입도 분포가 양호하다고 봄.

입도 분포 양입도 빈입도
간극비 작다 크다
균등계수 크다 작다
투수계수 작다 크다
다짐효과 크다 작다

AASHTO 분류법[편집]

02, 05
  • AASHTO 분류법, 통일분류법은 입자 크기, 애터버그 한계 고려.
  • AASHTO 분류법은 노상 재료로 흙을 평가하려고 군지수(GI) 사용.
  • 양입도일수록 입경 가적곡선 기울기 완만. 균등계수 큼

기타[편집]

  • 원심 함수당량은 12%이상이면 불투수성 흙으로 본다.(91, 95)
  • slaking: 점토가 물을 흡수하여 고체, 반고체, 소성, 액성의 단계를 거치지 않고 갑자기 붕괴하는 현상(97)
  • leaching: 해성 점토가 민물에 씻겨 염분을 잃는 현상(97)
  • thixotropy: 교란된 흙이 시간이 지나면서 강도를 조금 회복하는 것(97)
  • dilatancy: 흙 시료 전단 시 체적이 커지는 현상(97)

각주[편집]

  1. 자갈, 모래, 실트에서 볼 수 있음.

참고문헌[편집]

  • 이인모. 《토질역학의 원리》 2판. 씨아이알.