CBR (캘리포니아 지지력비 ; California Bearing ratio) ; 노상지지력비

[최현기]

CBR (캘리포니아 지지력비 ; California Bearing ratio)  ; 노상지지력비

1) 정의 ; 도로나 비행장의 가연성 포장을 설계하기 위해서는 포장을 지지하는 노상토의 강도, 압축성, 팽창, 수축 등을 알 필요가 있는데 이런 목적으로 캘리포니아 도로국에서 개발된 반 경험적인 지수이다. 2) CBR 시험법 ; CBR 시험은 실내에서 시행하는 경우와 직접 현장에서 시행하는 경우가 있는데, 전자는 노상이 조성되어 있지 않을 때 노상용 재료인 흙으로 현장에서의 최악의 조건과 일치하도록 공시체를 제작하여 시험하며, 후자(현장CBR)는 노상이 조성되었을 때 직접 실시한다. ① 실내 CBR 시험 ⅰ) 시료의 준비 및 최적 함수비(OMC)결정 -, 시료를 그늘에 말려 자연건조 시킨 후 질게 빻아서 19mm체에 남는 중량만큼 19mm체를 통과하고 #4체(4.76mm)에 남는 치수의 재료로 치환한다. -, 시료를 직경 15㎝의 Mold에 넣고 5층으로 나누어 각층마다 중량 4.5㎏의 Rammer로 낙하고 45㎝높이에서 55회씩 다져 공시체를 만들며, 이 시험 결과로 OMC를 구한다. -, 함수비가 최적 함수비와 1%내외의 차가 되도록 조절하여 공시체를 만든다. (이때 다짐회수는 각층마다 55회, 25회, 10회으 3가지 공시체를 만든다.) -, 필요하다고 판단될 때는 공시체를 4일간 수침시켜 흡수ㆍ팽창 시험을 한다. ⅱ) 관입시험 및 노상토의 지지력비 계산 -, 흡수ㆍ팽창이 끝난 공시체에 설계하중 ±2㎏(최소5㎏)에 해당하는 하중판을 올려놓는다. -, 직경 50mm의 Piston을 분당 1mm의 속도로 공시체에 관입시켜 관입량이 0.5~12.5mm 일 때의 하중을 읽어 하중-관입량 곡선을 그린다. 표준단위중량과 시험단위중량은 관입량 2.5mm일 때를 기준으로 한다. -, 만일 관입량 5mm일 때의 지지력비가 2.5mm일 때의 지지력비보다 클 경우에는 시험을 되풀이하여 시행하고 같은 결과를 얻었을 때는 5mm일 때의 지지력비를 사용한다. ⅲ) 수정 CBR의 산정 -, 함수비-건조밀도 곡선과 건조밀도-CBR곡선을 그린다. ② 현장 CBR 시험 ; 대표적인 장소를 선정하여 물을 붓고 충분히 침투시킨 후 표면의 느슨해진 흙을 제거하고 시험할 위치에  직경 30㎝의 수평면을 만들어 실내 CBR시험과 동일하게 관입시험과 노상토 지지력비를 계산한다. 3) CBR의 이용 ① 포장의 설계 : CBR 설계 곡선을 이용한 포장 두께의 설계. ② 노상, 철도노선, 성토 등의 다짐도 관리 ③ 성토 시공중의 중장비의 통과 가능성 판정 등 4) 실내 CBR과 현장 CBR ① 실내 CBR ~ 수정CBR이 현장에서 기대할 수 있는 노상의 강도를 근접 추정하는 것이지만 실제 현장에서 시행된 것보다는 실제와 맞지 않는다. ② 현장 CBR ~ 그 장소, 그 시점에서의 CBR은 비교적 정확하게 알 수 있으나 기상변화, 경년변화에 따른 상태의 변화는 측정할 수 없다. 그러나 교란되지 않은 공시체의 채취가 어려운 막자갈 등은 현장시험이 합리적이다.

CBR(노상지지력비)

1. 정의

   도로나 비행장의 포장두께를 결정하기 위하여 포장을 지지하는 노상토의 강도, 압축성, 팽창, 수축등의 특성을 알 필요가 있다.

   이같은 목적으로 캘리포니아 도로국에서 포장설계를 위해 개발한 반경험적 지수로서 어떤 관입깊이에서 표준단위하중에 대한

   시험단위하중의 비율을 백분율로 나타낸 것이다.

2. 종류

  1) 실내 CBR 시험

  2) 현장 CBR 시험

3. 실내 CBR 시험

  1) CBR 값

     다져진 흙 또는 불교란 시료에 대하여 직경 5cm 의 강봉을 관입하여

     침하량 - 하중 관계를 구하여 표준하중에 대한 비로 나타낸 것

     CBR (%) = 시험 단위하중 × 100 / 표준 단위하중

  2) CBR의 결정

    표준 단위하중 및 시험 단위하중은 보통 관입량 5.0mm 에 있어서의 값을 취한다.

관입량	표준단위하중(kg/cm²)	전하중(kg)
2.5mm 5.0mm	70 105	1370 2030

     ① CBR 2.5 > CBR 5.0  ⇒ CBR 2.5

     ② 관입량 5.0 mm 일때의 CBR이 2.5 mm 일때보다 클 경우

        CBR 2.5 < CBR 5.0   ⇒  재시험해서 같은 결과이면 CBR 5.0선택

  3) 시험용 기구

     ① Mold : 내경 150mm, 높이 175mm

     ② Rammer : 직경 50mm, 무게 4.5kg, 자유낙하고 45cm

     ③ 관입 피스톤 : 직경 50mm, 길이 200mm

     ④ 재하장치 : 용량 약 5 t , 관입속도 1 mm / min

     ⑤ 다이얼게이지

     ⑥ 축이 붙은 유공판 (흡수 팽창 측정용)

     ⑦ 하중판

     ⑧ 팽창 측정장치

     ⑨ 저울

     ⑩ 기타

  4) 시료준비

     ① 그날에서 자연건조 후 잘게 빻아서 19mm 체에 남은 것은 같은 중량만큼 19mm 체를

         통과하고 No.4번체 (4.76mm)에 남는 치수의 것과 치환한다.

     ② 약 50kg을 준비하여 밀폐된 시료상자에 넣어 함수비 변화를 방지한다.

  5) 공시체 제작

     ① 최적함수비 및 최대밀도의 결정

        - 공시체 제작에 앞서 시료의 최적함수비를 구하기 위해 다짐시험을 행한다.

          (내경150mm의 몰드에 5층으로 나누어 넣고 4.5kg 의 Rammer 로 45cm 높이에서

           55회 다진다.)

          예상되는 최적함수비의 전후에서 함수비를 2% 이내씩 변화시켜 다짐을 행한 4∼6개

           의 공시체로 부터 최적함수비를 구한다.

     ② 공시체의 다짐

        - 함수비차가 1% 이내가 되도록 각각 다짐회수를 55, 25, 10 회로 하여 공시체 3개를

          만든다.

  6) 흡수 팽창시험

     (기술자의 판단에 의해 생략할 수도 있다.)

     - 4일간 수침하여 시간과 다이얼게이지 값을 기록한다.

     - 팽창비 (%)

        = [다이얼게이지의 최종 읽음(mm) - 최초읽음(mm)] ×100   /   공시체의 최초높이 (mm)

  7) 관입시험

      - 흡수팽창이 공시체에 대해 1분에 1mm 속도로 피스톤이 관입하도록 하중을 가하고

        하중-관입량을 측정한다.

     - 하중 - 관입곡선을 그린다.

8) 해석

     - 수정CBR : 현장에서 기대할 수 있는 노반재료의 강도를 나타내는 CBR

     ① 함수비- 건조밀도 곡선을 그린다.

     ② 55, 25, 10회 다진 3개의 공시체(수침후)의 CBR로부터 건조밀도 - CBR 곡선을 그린다.

     ③ 소정의 밀도(예, 95%)의 수평선을 긋고 건조밀도- CBR 곡선의 교점에서 수직선을

         내린 CBR값이 수정 CBR이 된다.

  9) 결과의 이용

     ① 설계 CBR : 아스팔트 포장의 두께와 구성을 결정할 경우 사용하는 노상토의 CBR

     ② 수정 CBR : 현장에서 기대할 수 있는 노반재료의 강도를 나타내는 CBR

4. 현장 CBR 시험

현장에서 재하물을 이용하여 원지반토에 대해 관입시험을 행하는 것으로 피스톤에 의한 관입방법은 실내시험과 동일하다.

보통 관입량 2.5mm 에 있어서의 값을 취한다.

현장에서 노상 또는 지반의 현재지지력의 대소를 직접 추정하는 것이므로 그 장소, 그 시점에 있어서의 CBR은 직접 알수 있지만

기상변화나 경년변화에 따른 상태변화에 관해서는 측정할 수 없다.

그러나 예를 들면 교란되지 않은 공시체의 채취가 일반적으로 대단히 어려운 막자갈 재료와 같은 경우에는 실내시험보다도 현장시험

쪽이 더 합리적이며 유리한 점이 많다.

5. CBR의 이용

  ① 설계 CBR ⇒ 노상위의 전체 포장두께 결정

      수정 CBR ⇒ 기층, 보조기층의 두께 결정

                      - 기층   : CBR > 80%

                      - 보조기층 : CBR > 20 ∼ 30%

  ② AASHTO 설계법에 의한 포장두께

  ③ TA  설계법에 의한 포장두께

  ④ 노상, 성토, 철도노선 등의 다짐관리

  ⑤ 중장비의 Trafficability 결정

(캘리포니아 지지력비 ; CALIFORNIA BEARING RATIO)

(1) 정의 ; 도로나 비행장의 가연성 포장을 설계하기 위해서는 포장을 지지하는 노상토의 강도, 압축성, 팽창, 수축 등을 알 필요가 있는데 이런 목적으로 캘리포니아 도로국에서 개발된 반 경험적인 지수이다.

노상토나 노반재료의 지지력 특성을 나타내는 지수로 지름 5cm의 원주형 피스톤을 일정한 속도로 공시체 또는 지반면에 관입하여 관입량 2.5cm 또는 5.0cm에 대한 하중강도와 표준하중강도의 비를 백분율로 나타낸 것이다.

시험방법은 한국산업규격 KS F 2320에 규정되어 있으며, 그 결과는 아스팔트 및 콘크리트 포장두께의 설계, 노반재의 설계에 이용된다. 설계에는 노상토의 설계CBR, 노반재 설계에는 수정CBR이 이용된다.

(2) CBR 시험법

■ 실내시험의 경우 - 노상이 조성되어 있지 않을 때 노상용 재료인 흙으로 현장에서의 최악의 조건과 일치하도록 공시체를 제작하여 시험하며,

■ 현장시험의 경우 - 후자(현장CBR)는 노상이 조성되었을 때 직접 실시한다.

1) 실내 CBR 시험

시료의 준비 및 최적 함수비(OMC)결정

① 시료를 그늘에 말려 자연건조 시킨 후 잘게 빻아서 19mm체에 남는 중량만큼 19mm체를 통과하고 #4체(4.76mm)에 남는 치수의 재료로 치환한다.

② 시료를 직경 15㎝의 Mold에 넣고 5층으로 나누어 각층마다 중량 4.5㎏의 Rammer로 낙하고 45㎝높이에서 55회씩 다져 공시체를 만들며, 이 시험 결과로 OMC를 구한다.

③ 함수비가 최적 함수비와 1% 내외의 차가 되도록 조절하여 공시체를 만든다.

   (이때 다짐회수는 각층마다 55회, 25회, 10회의 3가지 공시체를 만든다.)

④ 공시체를 4일간 수침시켜 흡수?팽창 시험을 한다.

관입시험 및 노상토의 지지력비 계산

① 흡수?팽창이 끝난 공시체에 설계하중 ±2㎏(최소5㎏)에 해당하는 하중판을 올려놓는다.

② 직경 50mm의 Piston을 분당 1mm의 속도로 공시체에 관입시켜 관입량이 0.5~12.5mm일 때의 하중을 읽어 하중-관입량 곡선을 그린다.

③ 노상토 지지력비 

   표준단위중량과 시험단위중량은 관입량 2.5mm일 때를 기준으로 한다.

④ 만일 관입량 5mm일 때의 지지력비가 2.5mm일 때의 지지력비보다 클 경우에는 시험을 되풀이하여 시행하고, 같은 결과를 얻었을 때는 5mm일 때의 지지력비를 사용한다.

수정 CBR의 산정

① 함수비-건조밀도 곡선과 건조밀도-CBR곡선을 그린다.

② 소정의 밀도에 수평선을 긋고, γ_d - CBR 곡선과의 교점을 구해 수선을 내리면 가로축과의 교점이 수정 CBR이다.

2) 현장 CBR 시험

 대표적인 장소를 선정하여 물을 붓고 충분히 침투시킨 후 표면의 느슨해진 흙을 제거하고 시험할 위치에 직경 30㎝의 수평면을 만들어 실내 CBR시험과 동일하게 관입시험과 노상토 지지력비를 계산한다.

(3) CBR의 이용

1) 포장의 설계 : CBR 설계 곡선을 이용한 포장 두께의 설계.

2) 노상, 철도노선, 성토 등의 다짐도 관리

3) 성토 시공중의 중장비의 통과 가능성 판정 등

(4) 실내 CBR과 현장 CBR

1) 실내 CBR ~ 수정CBR이 현장에서 기대할 수 있는 노상의 강도를 근접 추정하는 것이지만 실제 현장에서 시행된 것보다는 실제와 맞지 않는다.

2) 현장 CBR ~ 그 장소, 그 시점에서의 CBR은 비교적 정확하게 알 수 있으나 기상변화, 경년변화에 따른 상태의 변화는 측정할 수 없다. 그러나 교란되지 않은 공시체의 채취가 어려운 막자갈 등은 현장시험이 합리적이다.