[시공기술사] 아터버그 한계 Atterberg Limit

Atterberg 한계에 대해서 알아보겠습니다. 먼저, Atterberg 아터버그 한계는 1911년 스웨덴의 아터버그에 의해 제시된 시험방법입니다. 흙의 역학적 성질에 미치는 요소가 여러가지가 있습니다만, 모래의 경우 다짐 또는 조밀한 정도에 따라 모래의 역학적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 반면 점토의 경우 자연함수비에 따라 점토, 세립토의 상태가 액체, 소성체, 반고체, 고체 상태로 변화하는데 이는 점토의 특성을 결정짓는 중요한 요인이 되는 것입니다.
아터버그 한계는 시공기술사, 토질 및 기초기술사에도 출제되는 내용입니다. 아터버그 한계, 아터버그 지수, 아터버그 시험방법까지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 아터버그의 한계 Atterberg Limit

아터버그는 점토의 상태 변화의 경계가 되는 함수비를 각 경계로 정의한다. 즉, 소성상태 → 액체상태의 함수비는 액성한계, 반고체상태 → 소성상태의 함수비는 소성한계, 고체상태 → 반고체상태의 함수비는 수축한계로 정의한 것이다. 즉, Atterberg 한계는 다른 상태로 넘어가는 순간의 함수비를 의미한다.

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1) 액성한계 LL, Liquid Limit

함수비가 증가할때, 점토가 소성상태에서 액체상태가 될때 액성한계이다 라고 암기하시면 쉽다. 다른 말로 하면, 액성한계는 점토가 액체상태가 되는 함수비의 최소한계인 것이다.

 

2) 소성한계 PL, Plastic Limit

소성체 상태와 반고체 상태의 경계 함수비이다. 액성한계와 마찬가지로, 점성토가 소성체 plastic 상태가 되기 필요한 최소 함수비인 것이다.

 

3) 수축한계 SL, Shrinkage Limit

반고체 상태와 고체 상태의 경계 함수비이다. 반고체 상태에서 물이 증발하여 함수비가 감소하면, 흙의 부피는 감소합니다. 함수비가 줄면서 부피가 감소하는데, 계속 줄어들지 않고 함수비가 줄어도 부피감소가 일어나지 않는 상태가 되는 함수비가 오는데, 이때의 함수비를 수축한계라고 한다.
함수비가 줄어도 부피 감소가 더 이상 일어나지 않는 이유는 증발된 물이 차지하고 있던 간극을 공기가 채워주기 때문이다. 다시 말해, 함수비가 수축한계가 되면 함수비가 계속 줄어들면 흙의 부피는 일정한 상태로 유지되는 것이다.

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2. 아터버그 지수

아터버그 한계 측정시험으로 얻는 시험결과로부터 아터버그 지수를 얻을 수 있습니다. 소성지수, 액성지수, 수축지수라고 합니다. 각 지수에 대해 설명을 드리겠습니다.

 

1) 소성지수 PI, Plasticity Index 또는 Ip

소성지수는 점토가 소성체 상태에 있는 함수비의 범위이다. 소성지수가 큰 점토는 소성체 상태에 있게 되는 함수비의 범위가 커서 소성체 상태에 있을 확률이 높다. 일반적으로 소성지수가 큰 흙은 압축성이 큰 특징이 있다. 즉, 같은 하중을 받더라도 소성지수가 큰 흙일수록 더 많이 압축되는 특징이 있다.

 

2) 액성지수 LI, Liquidity Index

액성지수는 자연함수비 w, 소성한계, 액성한계와의 관계식으로 부터 산정할 수 있다. 액성지수의 물리적 의미는 관계식으로 부터 알 수 있는데, 흙의 소성체 상태에 있는 함수비 범위(LL-PL)에 대한 소성한계를 기준으로 현재 함수비(w-PL)가 액성한계 쪽으로 접근해간 정도의 비를 나타낸 것이다.
또한, 액성지수는 예민비, quick clay 판별의 기준이 된다. 짧게 설명하자면, 예민비는 교란시료 강도에 대한 불교란 시료의 강도의 비를 나타낸다. 즉, 예민비가 큰 흙일수록 교란시 강도 감소가 크다.

 

3) 수축지수 SI, Shrinkage Index

수축지수는 소성한계와 수축한계의 차이이다. 수축지수가 클수록 흙의 팽창성이 크고, 흙이 불안정한 특징을 갖는다.

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3. Atterberg 한계 측정시험

1) 액성한계 측정시험 (KS F 2303)

① 시험방법

가. 측정기구의 놋쇠 접시에 시료(흙)을 담고 홈파기 날로 홈을 판다.

나. 1cm 높이에서 놋쇠 접시를 아래에 있는 고무블록에 25회 낙하시킨다.

다. 홈이 (길이 방향으로) 13mm 접합되면 이 때의 함수비를 측정하고 액성한계 LL로 정한다.

 

② 시험결과

위의 시험방법을 반복하여 유동곡선을 그리고, 액성한계를 결정짓는다.

 

2) 소성한계 측정시험(KS F 2304)

① 시험방법

가. 반죽한 시료를 유리판 위에 놓고 손바닥으로 밀어 흙 가래를 만든다.

나. 흙 가래가 3mm 직경에서 시작해서 부스러질때까지 손바닥으로 민다.

다. 흙 가래가 4~5개로 부스러지면 이때의 함수비를 측정하고 소성한계 PL로 정한다.

 

3) 수축한계 측정시험(KS F 2305)

① 시험 방법 및 순서

가. 함수비가 높은 시료를 용기에 담는다.

나. 시료가 담긴 용기의 무게를 측정하고 건조를 시작한다.

다. 용기 내 시료가 완전히 건조되었을때, 시료의 부피와 건조중량을 측정한다.

라. 수축한계상태에서의 흙의 부피는 완전 건조시의 부피와 같다는 점을 이용하여 수축한계를 산정한다.

(흙은 수축한계상태의 부피는 완전 건조시의 부피와 동일한데, 이는 건조 이후 간극은 공기로 채워지기 때문이다)

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아터버그 한계

이상으로, 아터버그 한계, 지수, 시험방법에 대해서 알아봤습니다. 조금이나마 도움되셨기를 바랍니다.

기술사는 여러 개념을 아시는게 유리합니다. 아래 링크로 흙의 구성에 대해 챙겨가시기 바랍니다. 감사합니다.

 

(링크) [시공기술사] 흙의 구성 및 성질 (공극비, 함수비, 상대밀도, 단위중량)