통일분류법

왜 배우는가: 통일분류법은 흙의 입도와 소성 특성으로 지반을 공학적으로 구분하는 기본 체계이며, 기초·사면·토공·다짐 설계의 출발점이다. 실무에서 시료 분류 결과가 설계 정수 선택을 좌우하고, 기술사 시험에서도 분류 절차와 조립토·세립토 판별을 묻는 문제로 반복 출제된다.

출제 이력: 제125회 2교시 1번, 제116회 1교시 5번, 제115회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

통일분류법은 흙의 입도분포와 액성한계·소성지수를 기준으로 흙을 G·S·M·C·O 문자 조합의 기호로 분류하는 공학적 분류체계이다.

• 통일분류법(USCS)
• 조립토·세립토 구분(No.200체 통과율)
• 균등계수(Cu)·곡률계수(Cg)
• 액성한계·소성지수(LL·PI)
• 소성도(Casagrande 소성도)
• 이중 기호(dual symbol)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 흙의 입자가 굵은지 가는지, 입자가 고르게 섞였는지, 물을 머금었을 때 점성이 있는지를 차례로 따져 흙의 이름을 붙이는 방법이다. 같은 이름을 쓰는 흙은 대체로 비슷한 공학적 거동을 보이므로, 설계자와 시공자가 같은 언어로 지반을 설명할 수 있게 해 준다.

정식으로는 흙을 입도분포와 소성 특성에 따라 조립토와 세립토로 나누고, 각 군을 두 문자의 조합으로 기호화하는 체계이다. 1942년 Casagrande가 제안한 것을 개정하여 1969년 ASTM 표준 분류법으로 채택되었다. 현재는 ASTM D2487이 기준 시험법을 규정한다.

조립토(coarse-grained soil)는 No.200체(0.075mm) 통과율이 50% 이하인 흙이다. 자갈(G)과 모래(S)로 나뉘며, 첫 문자는 체분석의 No.4체(4.75mm) 통과율로 정한다. No.4체 통과율이 50% 이상이면 모래(S), 이하이면 자갈(G)이다.

세립토(fine-grained soil)는 No.200체 통과율이 50% 초과인 흙이다. 실트(M), 점토(C), 유기질토(O)로 나뉜다. 액성한계 50% 기준으로 압축성 H와 L을 붙인다.

입도 양호·불량은 조립토에서 쓰는 두 번째 문자 판정이다. 균등계수(Cu)는 유효경 D10에 대한 D60의 비이고, 곡률계수(Cg)는 D10과 D60 사이에 놓인 D30을 써서 구한다.

$C_u = \frac{D_{60}}{D_{10}}, \quad C_g = \frac{D_{30}^2}{D_{10} \times D_{60}}$

여기서 D_{10}·D_{30}·D_{60}은 통과 중량백분율 10%·30%·60%에 대응하는 입경(mm)이다. 조립토 중 자갈은 Cu가 4 초과이고 Cg가 1~3이면 입도 양호(W)이다. 모래는 Cu가 6 초과이고 Cg가 1~3이면 양호이다. 이 조건을 못 맞추면 불량(P)이다.

소성도(plasticity chart)는 액성한계를 가로축, 소성지수를 세로축으로 한 그래프이다. A선은 관련 기준이 정한 경험식으로 그려지며, A선 위는 점토, 아래는 실트·유기질 흙 영역이다. 세립토 기호는 소성도 위치와 LL 값으로 결정한다.

이중 기호(dual symbol)는 조립토의 세립분이 5~12%일 때, 또는 세립토가 A선 근처에서 4 \le PI \le 7인 경우에 두 기호를 함께 쓰는 방식이다. 예를 들어 SW-SM, CL-ML처럼 표기한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 토질공학에서는 흙을 현장 색조, 촉감, 육안으로 구분하는 방식이 많았다. 이 방식은 사람마다 판정이 달라 설계 입력값이 일정하지 않았다. 흙의 공학적 거동은 입도와 소성에 크게 좌우되므로, 재현 가능한 실내시험 결과를 기준으로 삼는 체계가 필요해졌다.