개념 한 쪽
침하는 기초나 말뚝이 지반에 가라앉는 현상을 말하며, 지지력 산정과 설계 안전성 판단에서 핵심적 역할을 한다. 동적 경험식과 재하시험 결과를 적절히 해석하여 허용지지력 또는 총허용하중을 산정한다.
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출제기준 단원 「침하」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| Engineering News식 안전율 판단 | 1 | Engineering News식에 적용하는 안전율을 고르기 |
| 평판재하시험 허용지지력 계산 | 1 | 항복하중과 극한하중으로 허용지지력 구하는 절차 |
| 말뚝 경험식 계산 | 1 | 해머 중량·낙하높이·침하량으로 지지력 산정 절차 |
말뚝 지지력 산정에는 경험식인 Sander(또는 Snader/Snader 유사 표기)식과 고전적 동적 경험식인 Engineering News식 같은 동적 공식이 사용한다. Sander 공식은 해머의 충격에너지(해머 중량×낙하 높이)를 침하량과 대응시켜 지지력을 추정하는 식이며, Snader 계열 공식은 극한 지지력 Ru를 해머의 에너지와 침하량 및 상수의 함수로 계산한다. 이들 공식은 현장에서 빠르게 지지력을 추정할 수 있으나 단순화로 인한 불확실성이 존재한다.
동적 경험식으로 얻은 극한지지력은 그대로 설계 허용값으로 쓰지 않고 안전율을 적용하여 허용지지력으로 전환한다. Engineering News식에는 일반적으로 안전율 6을 적용하여 허용지지력을 정하고, Snader 계열 문제에서는 주어진 안전율(예: FB=8)을 나누어 허용값을 구하는 절차를 따른다.
평판재하시험은 지표에서 소형 평판으로 하중을 가해 항복하중과 극한하중을 얻는 시험한다. 점토 지반에서는 평판시험으로 얻은 단위지지력(예: 극한지지력)은 기초 크기와 무관하게 적용할 수 있는 특성이 있고, 허용지지력은 극한하중을 안전율로 나눈 값과 항복하중의 절반 중 작은 값을 택하여 재하판 면적으로 나눠 구한다.
기초 형상이나 근입심도는 침하와 지지력에 영향을 미친다. 점토의 경우에는 침하량이 기초 폭에 비례하는 경향이 있어 실물 기초가 실험 평판보다 폭이 클 경우 침하량이 비례하여 커질 수 있다. 또한 얕은기초의 근입심도를 깊게 하면 기초 저면의 상재하중과 주변 흙의 구속력이 증가하여 일반적으로 지지력이 증가한다.
- Sander 공식 적용 예: 해머 중량 4t, 낙하높이 2m, 최종 침하량 2cm 조건으로 Sander 공식 R = (W × H) / (6 × S)를 사용한다는 제시가 있다. 문제 출제 의도에 따라 단위 환산이나 특정 상수 적용으로 정답이 도출되는 경우가 있으므로 공식 구조(분자는 에너지, 분모는 침하량으로 저항을 정리함)를 확인하여 풀이한다.
- Snader 계열 공식과 안전율 적용 예: 해머 100kg, 낙하 2m, 침하 2cm, 안전율 FB=8이 주어지면 극한지지력 Ru는 Ru = (W × H) / (S + C) 형태로 계산하고, 허용지지력은 Ru를 안전율로 나누어 구하는 절차를 따른다. 상수 C의 값 설정에 따라 Ru와 최종 허용값이 달라지므로 문제 지문에서의 상수 가정에 유의한다.
- 평판재하시험 예: 30cm×30cm 재하판에서 항복하중 7t, 극한하중 15t를 얻었을 때 허용 하중은 극한하중/3과 항복하중/2 중 작은 값을 취한다. 즉 15/3=5t와 7/2=3.5t 중 작은 값 3.5t를 재하판 면적 0.09m²로 나누어 약 38.9t/m²의 허용지지력을 구하는 절차를 따른다.
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.
어느 지반에 30㎝ × 30㎝ 재하판을 이용하여 평판 재하시험을 한 결과 항복하중이 7t, 극한 하중이 15t이었다. 이 지반의 허용 지지력은 다음 중 어느 것인가?
정답 ② · 평판 재하시험 결과로부터 허용 지지력을 산정할 때는 극한 하중을 안전율로 나눈 값과 항복 하중의 절반 값 중 작은 값을 취합니다. 보통 안전율을 3으로 적용하므로, 극한 하중 15t을 3으로 나눈 5t과 항복 하중 7t의 절반인 3.5t 중 작은 값인 3.5t을 허용 지지력으로 봅니다.
평판 재하시험의 허용 지지력은 극한하중/안전율(보통 3)과 항복하중/2 중 작은 값을 취합니다.
해머의 낙하고 2m, 해머의 중량 4t, 말뚝의 최종 침하량이 2cm일 때 Sander공식을 이용하여 말뚝의 허용지지력을 구하면?
정답 ① · Sander 공식은 연성 말뚝의 지지력을 산정하는 경험식으로, 로 계산합니다. 여기서 W는 해머 중량(4t), H는 낙하 높이(2m), S는 최종 침하량(2cm=0.02m)입니다.
Sander 공식 R=WH/6S에 해머중량과 낙하높이, 침하량을 대입하여 말뚝의 허용지지력을 계산한다.
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