개념 한 쪽
지반이 구조물을 지지하는 능력을 지지력이라 부른다. 말뚝 지지력은 동적 경험식과 정적 이론식으로 산정하며, 동적 공식은 단순하지만 불확실성이 커 큰 안전율을 적용한다. 얕은기초의 지지력은 테르자기식으로 항별 계산 후 안전율을 적용해 허용지지력을 구한다.
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출제기준 단원 「지지력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 동적 말뚝 공식 안전율 선택 | 1 | 동적 말뚝 공식의 표준 안전율을 고르기 |
| 동적 경험식 표준안전율 확인 | 1 | 동적 경험식의 표준 안전율을 확인하기 |
| 테르자기 계산과 안전율 적용 | 1 | 항별 대입으로 극한지지력과 허용지지력 구하기 |
말뚝의 지지력을 추정하는 동적 경험식 가운데 하나는 해머의 전달 에너지와 말뚝의 관입량을 이용하는 간단한 경험식으로 설명한다. 공식 자체는 계산이 빠르고 현장 적용이 용이하나 지반의 복잡한 상태를 충분히 반영하지 못할 위험이 있다. 따라서 이 공식을 통해 얻은 값에는 높은 안전율을 적용하여 허용지지력을 산정한다는 특징이 있다.
동적 경험식에 권장되는 표준 안전율을 6으로 정한다. 이 수치는 동적 시험의 오차, 충격에너지의 손실, 지반 불균일성 등 불확실성을 보정하기 위한 것으로, 공식의 단순성에 따른 안전 여유를 크게 잡는 의미가 있다. 정적 해석에서 흔히 쓰이는 2~3의 안전율과 구별하여 기억해야 한다.
얕은기초의 지지력 산정에는 테르자기(Terzaghi)의 극한지지력 공식이 널리 사용된다. 이 공식은 점착력 항(cNc), 상재하중 항(γDNq), 기초 너비에 따른 지반무게 항(0.5γBNr)의 세 항을 합하여 극한지지력(qu)을 구한다. 내부마찰각이나 기초 형상에 따라 지지력 계수 Nc, Nq, Nr가 주어지며 이들을 항별로 대입해 합산한다.
극한지지력(qu)을 허용지지력(qa)로 바꿀 때는 별도의 안전율을 적용한다. 문제 예시는 안전율 4.0을 적용하는데, 현장 또는 설계 기준에 따라 안전율 값은 달라질 수 있으므로 문제에서 주어진 안전율을 기준으로 계산 순서를 지켜 적용해야 한다. 계산은 항별 계산 순서와 단위 일관성에 주의하여 수행한다.
문제 예시: 정방형 기초 1.5m × 1.5m, 근입깊이 D = 1.0m, c = 1.5t/m², γ = 1.8t/m³, 계수는 각각 약 17.7, 7.44, 3.64로 주어졌고, 안전율 4.0이 주어졌을 때 허용지지력 계산 흐름은 다음과 같다.
1) 점착력 항: cNc = 1.5 × 17.69 = 26.535 (t/m²) 2) 덮개압 항: γDNq = 1.8 × 1.0 × 7.44 = 13.392 (t/m²) 3) 기초너비 항: 0.5γBNr = 0.5 × 1.8 × 1.5 × 3.64 ≈ 4.9068 (t/m²) 4) 극한지지력: qu = 26.535 + 13.392 + 4.9068 ≈ 44.83 (t/m²) 5) 허용지지력: qa = qu / 안전율 = 44.83 / 4.0 ≈ 11.2 (t/m²)
계산 시 항별 단위를 일치시키고, 정방형 기초의 너비 B를 그대로 사용하며 0.5 계수를 잊지 않는 것이 중요하다. 최종적으로 안전율로 나누어 허용지지력을 구하는 순서를 지켜야 오답을 피한다.
말뚝의 지지력을 결정하기 위해 엔지니어링 뉴스(Engineering-News)공식을 사용할 때 안전율을 얼마 정도 적용하는가?
정답 ④ · 말뚝의 지지력을 결정하는 대표적인 동역학적 공식 중 하나인 엔지니어링 뉴스(Engineering-News) 공식은 낙하 해머의 타격 에너지와 말뚝의 침하량을 이용하여 극한 지지력을 산정합니다. 이 공식은 비교적 단순하지만 실제 현상을 과도하게 단순화하여 안전성이 떨어질 수 있으므로, 일반적으로 설계용 허용 지지력을 구할 때 매우 큰 안전율인 6을 적용합니다.
엔지니어링 뉴스 공식은 단순화로 인해 안전율을 6으로 크게 적용하여 허용 지지력을 구한다.
말뚝의 지지력을 결정하기 위한 Engineering News 공식을 사용할 때 안전율은 얼마인가?
정답 ② · 말뚝의 지지력을 동적인 방법(항타 분석)으로 추정하는 대표적인 공식인 Engineering News 공식은 낙하해머의 에너지와 말뚝의 관입 저항을 기초로 합니다. 이 공식을 적용하여 허용 지지력(설계 지지력)을 구할 때는 안전율(Safety Factor)을 고려해야 하며, 동적 시험 공식 중에서도 Engineering News 공식에서 사용하는 표준적인 안전율은 일반적으로 6으로 규정되어 있습니다.
Engineering News 공식은 동적 말뚝 시험 시 안전율 6을 적용하여 허용 지지력을 산정한다.
크기가 1.5m × 1.5m 인 정방형 직접기초가 있다. 근입깊이 가 1.0m 일 때, 기초저면의 허용지지력을 테르자기(Terzaghi)방법에 의하여 구하면? (단, 기초지반의 점착력은 1.5t/m², 단위중량은 1.8 t/m³, 마찰각은 20° 이고 이 때의 지지력 계수는 Nc=17.69, Nq=7.44, Nr=3.64 이며, 허용지지력에 대한 안전율은 4.0으로 한다.)
정답 ① · 테르자기의 지지력 공식을 사용하여 허용지지력을 계산합니다. 극한 지지력 qu = 1.5*17.69 + 1.8*1.0*7.44 + 0.5*1.8*1.5*3.64 = 26.535 + 13.392 + 4.9068 = 44.83t/m²입니다.
테르자기 극한지지력 공식에 계수를 대입해 44.83t/m²를 구하고 안전율 4로 나누면 약 11.2t/m²가 된다.
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