1. 개요
CBR(California Bearing Ratio, 加州承載比)은 토양의 지지력을 평가하기 위한 시험 방법으로, 미국 캘리포니아 교통국(California Division of Highways)에서 개발되었다. 도로 및 공항 포장 설계에서 토질 강도를 비교하는 기준으로 활용되며, 특정 하중 조건에서 토양의 지지력을 표준 재료(석회질 자갈 또는 쇄석)와 비교하여 상대적인 강도를 백분율(%)로 나타낸다.
CBR 값은 주로 **기층(base course), 보조기층(subbase course), 노상(subgrade)**의 평가에 사용되며, 도로 포장 두께 설계의 중요한 요소로 작용한다.
1.1 CBR 시험 개념
CBR 시험은 일정한 직경(50mm)의 강철 플런저(plunger)를 표본 토양에 관입시켜 하중을 측정하는 방식으로 진행된다.
CBR(%) = (시험 재료 하중 / 표준 재료 하중) × 100
- CBR 값이 높을수록 → 지지력이 우수한 토양
- CBR 값이 낮을수록 → 지지력이 약한 토양(포장 두께 증가 필요)
1.2 CBR의 활용
- 도로 및 공항 포장 설계
- 성토 및 기초 지반 안정성 평가
- 철도, 주차장, 산업시설 등의 포장 설계
2. 특징
2.1 CBR 시험의 주요 특징
CBR 시험은 간단한 방식으로 토양의 지지력을 평가할 수 있는 신뢰성 높은 방법이다. 주요 특징은 다음과 같다.
- 상대적 강도 평가 방식: 특정 토양의 지지력을 표준 재료(쇄석)와 비교하여 상대적인 강도를 백분율로 표현함.
- 도로 및 공항 포장 설계에 활용: CBR 값은 포장의 기층, 보조기층, 노상의 두께를 결정하는 데 중요한 요소가 됨.
- 습윤 및 건조 조건 시험 가능: 토양의 함수율 변화에 따른 강도 변화를 측정할 수 있음.
- 시험 방법이 간단하고 재현성이 높음: 실험실(Laboratory CBR)과 현장(In-situ CBR) 시험 방식이 있으며, 시공 전후 평가가 가능함.
2.2 CBR 값에 따른 토양 분류
CBR 값 (%)토양 유형특징 및 적용
| 0 ~ 3% | 연약한 점토 | 매우 약한 지지력, 기층 및 보조기층 보강 필요 |
| 3 ~ 7% | 일반 점토 | 다짐 및 배수 개선 필요, 보조기층 보강 고려 |
| 7 ~ 20% | 양호한 실트 또는 모래 | 비교적 양호한 지지력, 기층 설계 시 활용 가능 |
| 20% 이상 | 양질의 쇄석 또는 조립토 | 우수한 지지력, 기층 및 보조기층으로 적합 |
2.3 CBR 시험의 한계점
- 지반 조건에 따라 결과 편차 발생: 함수율, 다짐 정도, 입도 구성 등에 따라 동일한 토양에서도 결과 차이가 발생할 수 있음.
- 표준 하중 기준으로 상대 비교만 가능: 절대적인 토양 강도를 측정하는 시험은 아니며, 특정 조건에서의 상대적인 비교만 가능함.
- 실제 교통 하중 반영 한계: 실제 차량 하중과 차이가 있어 보완적인 평가 방법과 함께 적용하는 것이 바람직함.
3. 방법
3.1 CBR 시험 방법 개요
CBR 시험은 실내(Laboratory CBR)와 현장(In-situ CBR)에서 수행할 수 있으며, 주어진 하중 조건에서 토양의 지지력을 평가하는 방식이다.
3.2 실내 CBR 시험 (Laboratory CBR Test)
- 토양 시료를 채취하여 함수율을 측정하고, 표준 다짐 시험을 수행함.
- 다짐한 시료를 일정 시간 동안 물에 침수(포화)하여 실제 지반 조건을 모사함.
- 직경 50mm 플런저를 1.27mm/min 속도로 관입하며 하중을 측정하고 CBR 값을 계산함.
3.3 현장 CBR 시험 (In-situ CBR Test)
- 시험 지반을 평탄하게 정리한 후, 직경 50mm 플런저를 일정 속도로 관입하며 하중을 측정함.
- 현장에서 바로 CBR 값을 계산할 수 있어 시공 단계에서 지반 강도 검토가 가능함.
3.4 수정 CBR (Modified CBR) 개념 및 적용
수정 CBR(Modified CBR)은 실제 하중 조건을 반영하기 위해 보정 과정을 거친 CBR 값으로, 설계 단계에서 활용됨.
3.5 CBR 값 활용 및 설계 적용
- CBR 값이 낮을 경우: 포장 두께 증가 또는 지반 개량 필요
- CBR 값이 높을 경우: 최소한의 기층 두께로도 충분한 지지력 확보 가능
- 설계 기준 적용: 국가별 도로 설계 기준(AASHTO, KS, ICAO 등)에 따라 포장 두께 결정
4. 결론
CBR 시험은 도로 및 공항 포장 설계에서 필수적인 지반 평가 방법으로, 지지력을 정량적으로 분석할 수 있다. 그러나 시험의 한계를 보완하기 위해 신속 시험, 스마트 센서, AI 기반 지반 평가 기술 등의 발전이 필요하며, 향후 지속적인 연구가 이루어질 것으로 기대된다.