통일분류법(USCS)으로 흙을 분류하는 방법과 GW·GP·GM·GC 기호의 의미

건설 현장에서 흙을 조사하면 GW, GP, GM, GC와 같은 영문 기호를 접하게 된다. 이 기호는 흙의 종류를 임의로 표시한 것이 아니라, 입도분포와 세립분의 소성 특성을 기준으로 분류한 결과다.

이처럼 흙을 공학적인 특성에 따라 구분하는 대표적인 체계가 통일분류법(Unified Soil Classification System, USCS)이다.

USCS는 흙의 입자 크기와 분포, 액성한계(LL), 소성지수(PI) 등을 이용해 흙을 분류한다. 특히 자갈질 흙에서는 입도분포가 양호한 GW, 불량한 GP, 실트질 세립분이 포함된 GM, 점토질 세립분이 포함된 GC를 구분하는 것이 중요하다.

그러나 GW라는 이유만으로 지지력이 충분하다거나, GC라는 이유만으로 차수 성능이 우수하다고 판단할 수는 없다. USCS는 흙의 기본적인 성질을 체계적으로 설명하는 분류법이며, 강도와 투수성 등의 실제 성능은 별도의 시험으로 확인해야 한다.

이번 글에서는 통일분류법의 기본 원리부터 GW·GP·GM·GC의 의미, 균등계수와 곡률계수 계산법, 세립분 함량에 따른 분류 과정까지 살펴본다.

1. 통일분류법(USCS)이란?

통일분류법은 흙의 입도분포와 소성 특성을 이용해 공학적 분류 기호를 부여하는 체계다.

대표적인 관련 표준은 ASTM D2487이며, 실내 시험 결과를 이용한 흙의 분류 방법을 규정한다.

USCS는 크게 조립토(Coarse-Grained Soil), 세립토(Fine-Grained Soil), 고유기질토(Highly Organic Soil)로 구분한다.

조립토는 자갈과 모래가 주를 이루는 흙이고, 세립토는 실트와 점토 성분이 주를 이루는 흙이다.

여기서 중요한 것은 단순히 흙의 색깔이나 손으로 만졌을 때의 느낌이 아니라 입도시험과 소성시험 결과를 기준으로 분류한다는 점이다.

현장 육안·수작업 분류에는 ASTM D2488과 같은 별도의 방법이 활용될 수 있지만, 이는 실내 시험에 의한 ASTM D2487 분류와 구분해야 한다.

2. USCS에서 가장 먼저 확인할 것은?

흙을 분류할 때에는 먼저 입도분포를 확인한다.

대표적으로 다음 두 가지 체 크기가 중요하다.

체 번호	체 눈 크기	주요 역할
No.4	4.75mm	자갈과 모래 구분
No.200	0.075mm	조립토와 세립토 구분

USCS에서는 No.200 체에 남는 입자와 통과하는 입자의 질량비를 기준으로 조립토와 세립토를 구분한다.

• No.200 체에 50%를 초과하는 양이 남으면 조립토
• No.200 체를 50% 이상 통과하면 세립토

조립토로 분류되었다면 다음 단계에서는 조립분 중 자갈과 모래의 비율을 확인한다.

이때 전체 시료에 대한 자갈 함량과 조립분에 대한 자갈 비율을 혼동하지 않는 것이 중요하다.

3. 자갈(G)과 모래(S)는 어떻게 구분할까?

조립토로 판정된 흙은 No.4 체를 기준으로 자갈과 모래를 구분한다.

조립분은 No.200 체에 남는 부분을 의미한다.

이 조립분 중 No.4 체에 남는 자갈의 비율이 50%를 초과하면 자갈(G)로 분류한다.

반대로 조립분 중 No.4 체를 통과하는 모래의 비율이 50% 이상이면 모래(S)로 분류한다.

자갈과 모래 구분 계산 예제

전체 시료 질량을 1,000g으로 가정하자.

구분	질량
No.4 체 잔류분(자갈)	550g
No.4 체 통과·No.200 체 잔류분(모래)	350g
No.200 체 통과분(세립분)	100g
전체 질량	1,000g

먼저 No.200 체에 남는 조립분의 질량을 계산한다.

조립분 = 550 + 350

조립분 = 900g

전체 시료 중 조립분은 90%이므로 조립토다.

다음으로 조립분 중 자갈 비율을 계산한다.

자갈 비율 = (550 / 900) × 100

자갈 비율 ≈ 61.1%

조립분 중 자갈이 50%를 초과하므로 이 흙은 자갈(G) 계열로 분류한다.

다만 여기서 최종 기호가 GW, GP, GM, GC 중 무엇인지는 아직 결정되지 않았다.

세립분 함량과 입도분포 또는 소성 특성을 추가로 검토해야 한다.

4. GW·GP·GM·GC 기호의 의미

자갈질 흙의 대표적인 USCS 분류 기호는 다음과 같다.

기호	영문 명칭	의미
GW	Well-Graded Gravel	입도분포가 양호한 자갈
GP	Poorly Graded Gravel	입도분포가 불량한 자갈
GM	Silty Gravel	실트질 세립분을 포함한 자갈
GC	Clayey Gravel	점토질 세립분을 포함한 자갈

여기서 첫 번째 문자 G는 Gravel, 즉 자갈을 의미한다.

두 번째 문자는 다음과 같은 의미를 가진다.

• W: Well-graded, 입도분포 양호
• P: Poorly graded, 입도분포 불량
• M: Silt, 실트질 특성
• C: Clay, 점토질 특성

W와 P는 입도분포 특성을 나타내고, M과 C는 세립분의 소성 특성과 관련된다.

따라서 GW·GP와 GM·GC는 동일한 기준으로 구분되는 것이 아니다.

5. 세립분 함량에 따라 분류 방법이 달라진다

자갈질 흙을 분류할 때에는 전체 시료 중 No.200 체를 통과하는 세립분의 비율이 중요하다.

ASTM D2487의 대표적인 구분 기준은 다음과 같다.

세립분 함량	분류 방향
5% 미만	GW 또는 GP
5~12%	이중 기호 사용
12% 초과	GM 또는 GC 등

세립분이 5% 미만이면 입도분포를 중심으로 GW 또는 GP를 판정한다.

세립분이 12%를 초과하면 세립분의 소성 특성을 중심으로 GM 또는 GC를 판정한다.

세립분이 5~12%이면 입도분포와 세립분의 특성을 함께 표시하는 이중 기호를 사용한다.

예를 들어 GW-GM, GP-GC와 같은 기호가 나타날 수 있다.

단, 세립분이 실트와 점토의 경계 영역에 해당하는 경우에는 GM-GC와 같은 이중 기호가 적용될 수 있으므로 실제 분류는 해당 표준의 세부 기준을 따라야 한다.

6. GW: 입도분포가 양호한 자갈

GW는 Well-Graded Gravel의 약자로, 입도분포가 양호한 자갈을 의미한다.

입도분포가 양호하다는 것은 단순히 입자의 크기가 다양하다는 설명을 넘어, USCS에서 정한 균등계수와 곡률계수 기준을 충족한다는 뜻이다.

세립분이 5% 미만인 자갈질 흙에서 GW로 분류하려면 다음 조건을 만족해야 한다.

Cu ≥ 4

1 ≤ Cc ≤ 3

두 조건을 모두 충족해야 GW로 분류할 수 있다.

입도분포가 양호한 자갈은 적절한 다짐 조건에서 조밀한 구조를 형성하는 데 유리할 수 있다.

그러나 실제 건조밀도와 전단강도, 투수계수는 입자 형상과 다짐 에너지, 응력 상태 등에도 영향을 받는다.

따라서 GW라는 기호만으로 모든 공학적 성능이 우수하다고 판단해서는 안 된다.

7. GP: 입도분포가 불량한 자갈

GP는 Poorly Graded Gravel의 약자다.

입도분포가 불량하다는 것은 입도분포가 특정 크기에 집중되어 있거나 일부 입경 구간이 부족해 GW의 분류 기준을 충족하지 못한다는 의미다.

세립분이 5% 미만인 자갈질 흙에서 다음 중 하나라도 해당하면 GP로 분류할 수 있다.

• Cu가 4 미만
• Cc가 1 미만
• Cc가 3 초과

다만 이러한 기준은 세립분 함량이 적은 자갈질 흙의 입도분포 판정에 적용된다.

GP는 입도분포가 불량하다는 뜻이지, 반드시 강도가 낮거나 건설재료로 사용할 수 없다는 뜻은 아니다.

예를 들어 균일한 자갈은 특정 배수 목적에 유리할 수 있다.

따라서 재료의 적합성은 용도별 입도 기준과 다짐성, 강도, 투수성 등을 검토해 판단해야 한다.

8. 균등계수(Cu)와 곡률계수(Cc) 계산법

GW와 GP를 구분할 때 사용하는 주요 지표는 균등계수와 곡률계수다.

균등계수(Coefficient of Uniformity)

Cu = D60 / D10

곡률계수(Coefficient of Curvature)

Cc = (D30)² / (D10 × D60)

여기서 D10, D30, D60은 입도분포곡선에서 각각 누적 통과율 10%, 30%, 60%에 해당하는 입경이다.

이 값들은 모두 동일한 길이 단위로 사용해야 한다.

Cu와 Cc는 무차원 값이다.

9. GW 판정 계산 예제

세립분 함량이 3%인 자갈질 흙을 가정하자.

입도분포곡선에서 다음 값을 얻었다.

항목	입경
D10	0.5mm
D30	2.0mm
D60	5.0mm

① 균등계수 계산

Cu = D60 / D10

= 5.0 / 0.5

Cu = 10

② 곡률계수 계산

Cc = (D30)² / (D10 × D60)

= 2.0² / (0.5 × 5.0)

= 4.0 / 2.5

Cc = 1.6

③ 분류 기준 확인

자갈의 GW 기준은 다음과 같다.

Cu ≥ 4

1 ≤ Cc ≤ 3

계산 결과 Cu=10, Cc=1.6이므로 두 조건을 모두 충족한다.

또한 세립분 함량이 5% 미만이라는 조건도 충족한다.

따라서 이 가상 시료는 GW로 분류할 수 있다.

10. GP 판정 계산 예제

이번에는 세립분 함량이 2%인 다른 자갈질 흙을 가정하자.

항목	입경
D10	2.0mm
D30	3.0mm
D60	6.0mm

① 균등계수 계산

Cu = 6.0 / 2.0

Cu = 3.0

② 곡률계수 계산

Cc = 3.0² / (2.0 × 6.0)

= 9.0 / 12.0

Cc = 0.75

③ 분류 기준 확인

Cu는 4 미만이고 Cc는 1 미만이다.

따라서 GW의 입도분포 기준을 충족하지 못한다.

이 가상 시료는 GP로 분류할 수 있다.

11. GM: 실트질 세립분을 포함한 자갈

GM은 Silty Gravel의 약자로, 실트질 특성을 가진 세립분이 포함된 자갈을 의미한다.

일반적으로 세립분 함량이 12%를 초과하고, 세립분의 액성한계와 소성지수가 소성도표의 실트 영역에 해당하면 GM으로 분류한다.

여기서 중요한 점은 GM의 M이 단순히 특정 입경의 실트 입자만을 뜻하지는 않는다는 것이다.

USCS에서는 세립분의 소성 특성을 함께 고려한다.

GM으로 분류된 흙의 투수성과 다짐성은 세립분 함량과 입도분포, 다짐 상태 등에 따라 달라질 수 있다.

따라서 GM이라는 기호만으로 투수계수나 최적함수비를 확정할 수 없다.

12. GC: 점토질 세립분을 포함한 자갈

GC는 Clayey Gravel의 약자로, 점토질 특성을 가진 세립분이 포함된 자갈을 의미한다.

일반적으로 세립분 함량이 12%를 초과하고, 세립분의 액성한계와 소성지수가 점토 영역에 해당하면 GC로 분류한다.

점토질 세립분은 수분 변화에 민감한 거동을 나타낼 수 있으므로 다짐과 배수 조건을 검토할 필요가 있다.

하지만 GC로 분류되었다는 사실만으로 다음을 단정해서는 안 된다.

• 투수계수가 반드시 매우 낮다.
• 팽창성이 반드시 크다.
• 강도가 반드시 작다.
• 차수재료로 반드시 적합하다.

차수 성능이 중요한 경우에는 실제 투수시험과 다짐 특성, 균열 발생 가능성 등을 확인해야 한다.

13. GM과 GC를 구분하는 소성도표

GM과 GC를 구분할 때에는 세립분의 액성한계(LL)와 소성지수(PI)를 이용한다.

소성지수는 다음과 같다.

PI = LL − PL

• LL: 액성한계
• PL: 소성한계
• PI: 소성지수

Casagrande 소성도표에서 사용되는 A선은 다음 식으로 나타낸다.

PI = 0.73 × (LL − 20)

일반적으로 세립분의 소성 특성이 A선 아래에 있거나 PI가 4 미만인 경우에는 실트질 특성으로 판단할 수 있다.

반면 A선 위쪽에 있고 PI가 7을 초과하는 경우에는 점토질 특성으로 판단할 수 있다.

PI가 4~7인 경계 영역에서는 별도의 이중 분류 규칙을 확인해야 한다.

따라서 GM과 GC를 구분할 때에는 단순히 흙을 손으로 만져보는 것보다 시험 결과와 소성도표를 이용하는 것이 적절하다.

14. GM과 GC 분류 계산 예제

세립분 함량이 20%인 자갈질 흙을 가정하자.

세립분의 시험 결과는 다음과 같다.

항목	측정값
액성한계 LL	40%
소성한계 PL	20%
세립분 함량	20%

① 소성지수 계산

PI = 40 − 20

PI = 20

② A선 계산

PI(A선) = 0.73 × (40 − 20)

= 0.73 × 20

PI(A선) = 14.6

③ 소성 특성 판정

실제 PI는 20이고 A선의 PI는 14.6이다.

따라서 실제 시험점은 A선 위쪽에 위치하며 PI도 7을 초과한다.

세립분은 점토질 특성을 나타낸다.

④ 최종 분류

시료가 자갈질 조립토이고 세립분 함량이 12%를 초과하므로, 주어진 조건에서는 GC로 분류한다.

만약 동일한 자갈질 시료에서 세립분이 실트질 특성을 나타낸다면 GM으로 분류할 수 있다.

15. 세립분이 5~12%이면 어떻게 분류할까?

세립분 함량이 5~12%인 조립토에서는 이중 기호를 사용한다.

예를 들어 다음과 같은 분류가 가능하다.

이중 기호	의미
GW-GM	입도분포가 양호하고 실트질 세립분을 포함한 자갈
GW-GC	입도분포가 양호하고 점토질 세립분을 포함한 자갈
GP-GM	입도분포가 불량하고 실트질 세립분을 포함한 자갈
GP-GC	입도분포가 불량하고 점토질 세립분을 포함한 자갈

예를 들어 세립분 함량이 8%인 자갈질 흙에서 Cu와 Cc가 GW 기준을 충족하고, 세립분이 실트질 특성을 나타낸다면 GW-GM으로 분류할 수 있다.

이중 기호는 단순히 두 종류의 흙을 혼합했다는 의미가 아니라, 입도분포와 세립분의 특성을 함께 나타낸 것이다.

16. GW·GP·GM·GC의 차이 한눈에 비교

구분	GW	GP	GM	GC
기본 분류	자갈	자갈	자갈	자갈
핵심 기준	양호한 입도분포	GW 기준 미충족	실트질 세립분	점토질 세립분
대표 세립분 조건	5% 미만	5% 미만	12% 초과	12% 초과
주요 판정 자료	Cu, Cc	Cu, Cc	LL, PI	LL, PI
유의사항	강도 보장 아님	불량 재료라는 뜻 아님	투수성 별도 확인	팽창·차수성 별도 확인

이 표는 단일 기호를 사용하는 대표적인 경우를 비교한 것이다.

세립분이 5~12%이거나 실트·점토 경계 영역에 있는 경우에는 이중 기호 등 추가 분류 규칙이 적용될 수 있다.

17. USCS 분류가 실제 설계에서 중요한 이유

USCS는 흙의 특성을 일관된 방식으로 전달하는 데 도움이 된다.

예를 들어 지반조사보고서에서 GW와 GC가 구분되어 있다면 입도분포와 세립분의 특성이 서로 다르다는 사실을 알 수 있다.

이를 바탕으로 추가로 필요한 시험을 계획할 수 있다.

기초지반 검토

분류 결과를 바탕으로 강도시험과 변형시험의 필요성을 검토할 수 있다.

그러나 허용지지력이나 침하량은 USCS 기호만으로 결정하지 않는다.

성토 및 다짐 관리

흙의 입도분포와 세립분 특성을 파악하면 다짐시험 및 현장 품질관리 계획을 수립하는 데 도움이 된다.

배수 및 차수 검토

세립분의 종류와 함량은 투수성에 영향을 줄 수 있다.

그러나 실제 배수성이나 차수 성능은 투수시험 결과를 통해 확인해야 한다.

지반조사 결과 비교

서로 다른 시추공에서 채취한 시료를 같은 기준으로 분류하면 지층의 분포와 변화 양상을 이해하는 데 도움이 된다.

18. 통일분류법 적용 시 자주 발생하는 오류

오류 1. No.4 체 통과율만으로 자갈과 모래를 구분한다.

자갈과 모래의 구분은 전체 시료가 아니라 조립분 중 자갈과 모래의 비율을 기준으로 판단해야 한다.

오류 2. GW와 GP를 육안으로만 결정한다.

입도분포곡선에서 D10, D30, D60을 구하고 Cu와 Cc를 계산해야 한다.

오류 3. GM과 GC를 세립분의 양만으로 구분한다.

GM과 GC는 세립분의 소성 특성을 함께 검토해야 한다.

오류 4. 세립분이 8%인데 단일 기호만 사용한다.

세립분 함량이 5~12%인 경우에는 일반적으로 이중 기호 규칙을 검토해야 한다.

오류 5. GW는 무조건 좋은 흙이라고 판단한다.

입도분포가 양호하다는 사실과 실제 강도·지지력·다짐 품질은 구분해야 한다.

오류 6. GC는 무조건 차수재료로 적합하다고 판단한다.

차수 성능은 실제 투수계수와 다짐 상태, 균열 및 시공 조건 등에 따라 달라진다.

19. 자주 묻는 질문

Q1. GW와 GP의 가장 큰 차이는 무엇인가요?

두 기호 모두 자갈질 흙을 나타낸다. GW는 균등계수와 곡률계수의 기준을 충족하는 입도분포가 양호한 자갈이고, GP는 그 기준을 충족하지 못하는 자갈이다.

Q2. GM과 GC는 어떻게 구분하나요?

세립분의 액성한계와 소성지수를 이용해 소성도표에서 실트질 또는 점토질 특성을 판정한다.

Q3. GW는 GP보다 항상 강도가 높은가요?

아니다. 실제 강도는 밀도와 입자 형상, 응력 상태 및 시험 조건 등에 영향을 받는다.

Q4. 세립분 함량이 10%이면 GW 또는 GP로 분류할 수 있나요?

일반적으로 단일 기호만 사용하는 것이 아니라 입도분포와 세립분의 특성을 함께 표시하는 이중 기호를 검토해야 한다.

Q5. 자갈과 모래가 섞여 있으면 무조건 자갈로 분류하나요?

아니다. 조립분 중 자갈이 차지하는 비율을 기준으로 자갈 또는 모래 계열을 결정한다.

Q6. USCS 분류만으로 투수계수를 알 수 있나요?

정확한 투수계수를 결정할 수 없다. USCS는 기본적인 분류자료이며 투수계수는 적절한 시험으로 측정해야 한다.

20. 결론: USCS는 분류 기호보다 판정 과정이 중요하다

통일분류법(USCS)은 흙의 입도분포와 소성 특성을 이용해 공학적 분류 기호를 부여하는 체계다.

자갈질 흙의 대표적인 기호인 GW, GP, GM, GC는 다음과 같은 의미를 가진다.

• GW: 입도분포가 양호한 자갈
• GP: 입도분포가 불량한 자갈
• GM: 실트질 세립분을 포함한 자갈
• GC: 점토질 세립분을 포함한 자갈

정확한 분류를 위해서는 먼저 No.200 체 통과율로 조립토와 세립토를 구분하고, 조립분 중 자갈 비율을 확인해야 한다.

그다음 세립분 함량에 따라 Cu·Cc 또는 LL·PI를 이용해 최종 분류 기호를 결정한다.

특히 세립분이 5~12%인 경우에는 이중 기호를 검토해야 한다는 점이 중요하다.

USCS는 흙의 기본 특성을 체계적으로 설명하는 유용한 도구지만, 지반의 실제 강도와 침하량, 투수계수 및 시공 적합성은 추가적인 시험과 설계 검토를 통해 판단해야 한다.

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참고자료 및 출처

1. ASTM International — ASTM D2487

Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System).

실내 시험 결과를 이용한 통일분류법의 주요 기준.

https://www.astm.org

2. ASTM International — ASTM D2488

Standard Practice for Description and Identification of Soils (Visual-Manual Procedures).

현장에서 흙을 육안 및 수작업으로 식별하고 기술하는 방법.

https://www.astm.org

3. ASTM International — ASTM D4318

Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils.

액성한계·소성한계·소성지수 측정에 관한 시험 표준.

https://www.astm.org

4. Das, B. M. & Sobhan, K.

Principles of Geotechnical Engineering.

입도분포와 흙의 분류, 기본 지반공학적 성질에 관한 참고문헌.

※ 본문의 계산 예제는 이해를 돕기 위한 가상 자료입니다. 실제 시험과 설계에는 적용 시험표준의 판본과 현장 조건을 우선해야 합니다.