본문내용
1. 전면 기초의 지지력 및 침하량 산정
1.1. 전면 기초의 순 극한지지력 계산
전면 기초의 순 극한지지력 계산이란 전면 기초 하부의 지반이 지탱할 수 있는 최대 하중을 산정하는 것이다. 이를 위해서는 지반의 물성치와 기초 형상 등 다양한 요인을 고려해야 한다.
전면 기초의 순 극한지지력은 일반적으로 다음과 같은 방법으로 계산할 수 있다. 먼저 기초의 폭(), 기초하부 지반의 점착력()과 내부마찰각(), 기초 근입깊이(), 지반의 단위중량() 등의 요소를 파악한다. 그리고 Terzaghi의 극한지지력 이론식을 이용하여 극한지지력()을 계산한다. 이때 계산식은 로 나타내며, 이 때 , , 는 각각 지지력계수, 형상계수, 근입깊이계수이다.
점착력과 내부마찰각이 있는 경우 극한지지력 계산 시 Vesic의 이론식을 사용할 수 있다. Vesic의 이론식은 로 표현되며, 이 때 , , 는 각각 지지력계수, 형상계수, 근입깊이계수이다. 이러한 방식으로 전면 기초의 순 극한지지력을 산정할 수 있다.
전면 기초의 순 극한지지력 계산 시에는 지반의 물성뿐만 아니라 기초의 형상, 근입깊이 등 다양한 요인을 종합적으로 고려해야 한다. 특히 지반의 불균질성과 현장 여건에 따른 불확실성이 크므로 안전율을 적절히 반영해야 한다.
또한 최신 연구 동향을 파악하여 보다 정확한 지지력 산정이 가능하도록 할 필요가 있다. 예를 들어 기존 이론식의 한계를 보완하거나 현장 계측 결과를 활용한 경험적 모델 개발 등이 이루어지고 있다.
1.2. 사질토 지반에 대한 표준관입시험 분석
사질토 지반에 대한 표준관입시험 분석은 건설 분야에서 매우 중요한 역할을 한다. 표준관입시험은 지반의 강도 및 상대밀도를 평가하는데 널리 사용되는 방법이기 때문이다.
표준관입시험에서 깊이별 표준관입시험 N값은 지반의 특성을 파악하는데 중요한 지표가 된다. 깊이에 따른 N값의 변화 양상은 지층의 특성을 반영한다.
일반적으로 N값이 높을수록 지반의 강도가 높고 상대밀도가 크다고 볼 수 있다. 깊이가 증가함에 따라 N값이 증가하는 경우 지반이 조밀해지고 있음을 의미한다. 반면 N값이 일정하거나 감소하는 경우 지반의 상대밀도가 낮다고 판단할 수 있다.
이러한 깊이별 N값 변화 분석을 통해 지반의 균질성을 파악할 수 있다. 균질하지 않은 지반의 경우 층별로 상이한 N값 분포를 보이므로 이를 고려한 설계가 필요하다.
또한 표준관입시험 결과를 활용하여 간접적으로 사질토의 물성치를 추정할 수 있다. Liao and Whitman의 관계식을 이용하면 N값으로부터 수정 표준관입치를 산정할 수 있고, 이를 통해 최대마찰각, 상대밀도 등의 물성치를 추정할 수 있다.
이와 같이 사질토 지반에 대한 표준관입시험 분석은 지반 특성 평가와 물성치 추정에 활용되어 기초 및 구조물 설계의 기초 자료로 활용된다. 따라서 정확한 시험 수행과 분석이 매우 중요하다고 할 수 있다.
1.3. 전면 기초의 순 허용지지력 계산
전면 기초의 순 허용지지력 계산은 전면 기초의 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 순 허용지지력은 기초지반의 지지력과 허용침하량을 고려하여 결정되며, 이를 통해 기초의 크기와 근입깊이를 결정할 수 있다.
사질토 지반의 경우, 표준관입시험 결과를 이용하여 수정 표준관입치를 산정하고 이를 활용하여 순 허용지지력을 계산할 수 있다. 표준관입시험 결과에는 깊이에 따른 N값의 변화가 나타나므로, 이를 분석하여 평균 N값을 구한 후 식 (2.14)를 이용해 수정 표준관입치를 산정할 수 있다.
이렇게 구한 수정 표준관입치를 식 (6.1)에 대입하여 순 극한지지력을 계산한 뒤, 허용침하량과 안전율을 고려하여 순 허용지지력을 산정할 수 있다.
예를 들어, 문서 1의 6.2절에서는 사질토 지반에 대한 표준관입시험 결과를 제시하고 있다. 이 데이터를 식 (2.14)에 대입하여 수정 표준관입치를 구한 뒤, 식 (6.1)을 이용하여 순 극한지지력을 계산하였다. 그리고 허용침하량 50mm, 안전율 3을 적용하여 최종적으로 5 m × 5 m 크기의 전면 기초에 대한 순 허용지지력을 산정하였다.
이와 같은 방법으로 다양한 조건의 전면 기초에 대한 순 허용지지력을 계산할 수 있으며, 이를 통해 기초의 크기와 근입깊이 등을 합리적으로 설계할 수 있다.""
1.4. 완전 보상 기초의 근입깊이 산정
완전 보상 기초의 근입깊이는 기초저면이 지반의 최소 허용지지력을 발휘할 수 있도록 결정되어야 한다. 지반 및 기초의 특성에 따라 다음과 같은 방법으로 근입깊이를 산정할 수 있다.
먼저, 포화점토 지반에 놓이는 전면 기초의 경우를 살펴보자. 전면 기초에 작용하는 하중을 완전히 보상하기 위해서는 기초저면이 점토지반의 초기유효응력과 동일한 응력을 발휘할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 기초저면이 충분히 깊게 근입되어 있어야 한다. 완전 보상 기초의 근입깊이 는 식 (6.34)와 같이 계산할 수 있다.
= (q + q') /
여기서 q는 기초하중, q'은 기초하중에 의해 상승된 유효응력, 는 점토지반의 단위체적중량이다. 이 식을 이용하면 전면 기초의 근입깊이를 쉽게 구할 수 있다.
한편, 사질토 지반에 놓이는 전면 기초의 경우에는 기초저면이 연직응력과 같은 응력을 발휘할 수 있도록 충분한 근입깊이를 확보...
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