콘크리트 측압

왜 배우는가: 콘크리트 측압은 거푸집과 동바리 설계의 기본 하중이며, 거푸집 붕괴사고의 주요 원인으로 반복 출제되는 개념이다. 타설 속도·온도·배합 등 요소가 측압을 어떻게 바꾸는지 알아야 설계와 시공 관리를 연결해 답할 수 있다.

출제 이력: 제138회 3교시 4번, 제130회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

콘크리트 측압은 타설 중 아직 굳지 않은 콘크리트가 거푸집에 수평으로 작용하는 유체압이며, 타설 속도·온도·배합 등에 따라 크기가 변한다.

• 콘크리트 측압(Lateral Pressure of Concrete)
• 유체압(Fluid Pressure)
• 타설 속도
• 컨시스턴시(Consistency)
• 최대 측압 위치
• 거푸집 붕괴

2. 개념 풀이

쉽게 말하면, 젖은 콘크리트가 옆으로 밀어내는 힘이다. 물처럼 액체 상태에 가까운 콘크리트는 높이만큼 쌓이면서 깊이에 비례하는 압력을 거푸집 벽에 준다. 그래서 거푸집 측면에 가해지는 힘이 위쪽보다 아래쪽에서 크다.

정식으로는 아직 응결이 끝나지 않은 콘크리트가 거푸집 벽면에 작용하는 수평 방향의 압력을 말한다. 응결이 시작되어 콘크리트가 자립하면 측압은 급격히 줄어든다. 따라서 측압은 타설 직후부터 응결 시작 전까지의 상태에 의해 결정된다.

유체적 거동은 측압 해석의 출발점이다. 콘크리트를 유체로 보고 높이에 비례하는 압력을 가정하면, 최대 측압은 타설 높이 전체 깊이에서 나타난다. 실제로는 골재 마찰과 응결이 진행되어 상부 일부 구간에서 측압이 감소하는데, 이 감소 효과를 반영하여 설계 측압을 정한다.

측압계수는 콘크리트의 단위중량과 함께 측압을 계산하는 기본 계수다. 콘크리트 측압은 p = C_w \cdot h 형태로 근사하며, 여기서 p는 측압(kN/m²), C_w는 콘크리트 단위중량(kN/m³), h는 타설 높이(m)이다. 계산식의 세부 계수는 설계기준에 따른다.

타설 속도는 측압을 가장 크게 바꾸는 요소다. 속도가 빨라지면 콘크리트가 아직 굳지 않은 상태에서 높이가 빠르게 올라가므로 측압이 커진다. 반대로 충분히 굳은 하층 콘크리트는 상부 측압을 받지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

고층 건물과 대형 구조물이 늘면서 거푸집이 받는 측압이 커졌다. 거푸집은 콘크리트를 형상대로 잡아 두는 임시 구조이므로, 측압을 과소평가하면 바로 붕괴로 이어진다. 특히 기둥과 벽체는 타설 높이가 높고 단면이 좁아 측압이 집중된다.

과거에는 경험에 의존해 거푸집 간격과 긴결재 배치를 정했으나, 대형 사고가 반복되면서 측압 산정을 설계 단계에서 명시하는 것이 필요해졌다. 현재는 타설 속도와 온도 조건을 반영한 측압 검토가 가설구조물 안전성 검토의 기본 항목이다.

측압의 필요성은 다음 세 가지로 요약된다.

• 거푸집 재료와 긴결재의 강도 및 간격을 정하는 기준이 된다.
• 타설 속도와 높이 제한을 정하는 시공 관리 근거가 된다.
• 동바리와 거푸집 붕괴사고 예방 대책의 출발점이 된다.

4. 구성요소·원리·절차

콘크리트 측압은 타설된 콘크리트가 거푸집 면에 작용하는 수평 방향 압력이다. 굳기 전 콘크리트는 유체처럼 거동하므로 깊이에 따라 정수압과 비슷하게 분포한다. 측압의 구성요소는 거푸집 벽면에 작용하는 측압(Lateral Pressure), 이를 지지하는 거푸집 긴결재(Form Tie), 하부를 받치는 동바리(Shoring)와 지지 부재로 나눈다.

측압 발생 원리는 다음과 같다. 타설 초기에는 콘크리트가 액체 상태이므로 깊이가 깊을수록 압력이 커진다. 시간이 지나 응결이 진행되면 상부 측압이 먼저 감소하고, 하부 측압은 상대적으로 오래 남는다. 따라서 최대 측압은 거푸집 하부 쪽에 나타나며, 기둥에서는 상단으로부터 약 1.0m 아래에서 최대가 된다는 자료가 있다. 측압이 집중되는 위치에 긴결재 간격을 좁혀 배치하는 것이 일반적인 설계 방법이다.

측압의 기본 식은 다음과 같다. 최대 측압은 콘크리트 단위중량과 타설 높이, 측압계수의 곱으로 나타낸다.

$P_{max} = C \cdot \gamma_c \cdot h$

• P_{max}: 최대 측압(kN/m² 또는 kPa)
• C: 측압계수(무차원, 타설 조건에 따라 달라짐)
• \gamma_c: 콘크리트 단위중량(kN/m³, 일반 콘크리트 약 24kN/m³)
• h: 유효 측압 높이(m)

예를 들어 \gamma_c = 24\,kN/m^3, h = 3.0m, C = 1.0이면 P_{max} = 1.0 \times 24 \times 3.0 = 72\,kN/m^2이다. 값이 수 십 kN/m² 수준이므로 거푸집 판과 긴결재 간격을 이 크기에 맞추어 설계해야 한다.

시공 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 측압 산정: 타설 속도, 높이, 온도, 배합 조건을 입력해 최대 측압과 분포를 구한다.
• 거푸집 설계: 판 두께, 장선·멍에 간격, 긴결재 배치를 측압 분포에 맞춘다.
• 동바리 설계: 하부 지지 간격과 수평 지지 방식을 정한다.
• 설치 검사: 긴결재 조임 상태와 동바리 수직도를 확인한다.
• 타설 관리: 타설 속도와 층별 높이를 설계 값 이내로 유지하고 변위를 계측한다.
• 해체: 강도 발현을 확인한 뒤 측압이 소멸된 것을 확인하고 해체한다.

측압 산정은 타설 속도·온도·배합·컨시스턴시 등 요소를 반영해 최대 측압과 분포를 정하는 것이 핵심이다.

다음은 측압에 영향을 주는 요소와 방향이다.

• 타설 속도: 빠를수록 측압이 커진다.
• 컨시스턴시(슬럼프): 묽을수록 측압이 커진다.
• 단위중량: 클수록 측압이 커진다.
• 배합: 부배합이 빈배합보다 측압이 크다.
• 온도: 낮을수록 응결이 늦어 측압이 커진다.

5. 관련 법령·기준·표준

콘크리트 측압은 건설공사 안전 관련 법령과 구조 설계 기준에서 함께 다룬다. 가설 거푸집과 동바리 안전은 산업안전보건기준에 관한 규칙이 직접 규정하며, 측압 산정은 콘크리트 구조 설계기준과 거푸집 설계 지침을 따른다. 안전 관리 측면에서는 건설기술 진흥법과 중대재해처벌법이 사고 책임 체계를 정한다.

설계상 측압 산정에서 쓰는 대표 조건은 다음과 같다. 타설 속도가 빠르거나 콘크리트 온도가 낮을 때는 측압계수를 크게 보고, 부배합이거나 슬럼프가 큰 경우도 같은 방향으로 보정한다.

개정 흐름으로는 산업안전보건 기준이 강화되면서 거푸집·동바리 안전 조치가 세분화되었다. 중대재해처벌법 시행 이후 원청과 발주자의 안전 책임이 명확해졌다.

측압계수는 타설 조건을 반영해 정한다

측압계수, 긴결재, 타설 속도 세 용어를 답안에 명시한다.

6. 유형과 비교

콘크리트 측압은 거푸집의 종류, 부재 형상, 타설 조건에 따라 달라진다. 먼저 부재 형상 기준으로 기둥, 벽, 보·슬래브 측압을 비교하면 시공 관리 포인트가 분명해진다. 기둥과 벽은 수직 방향으로 콘크리트 기둥 높이가 누적되어 측압이 크게 작용하고, 보·슬래브 측면은 높이가 상대적으로 낮아 측압이 작다.