평판재하시험

왜 배우는가: 평판재하시험은 지반의 지지력과 침하를 현장에서 직접 확인하는 시험이라 기초 설계의 근거가 된다. 1교시 용어 문제와 4교시 계획·크기효과 논술에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제134회 1교시 6번, 제132회 4교시 4번, 제129회 2교시 4번, 제116회 2교시 2번, 제115회 1교시 8번, 제110회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 평판재하시험은 지반에 원형 재하판을 놓고 하중을 단계적으로 가해 하중-침하 관계로부터 지반의 지지력과 변형 특성을 직접 구하는 현장 시험이다.

핵심 키워드

• 평판재하시험(Plate Bearing Test, PBT)
• 재하판
• 하중-침하곡선
• 항복하중
• 극한지지력
• 허용지지력
• 지반반력계수
• 크기효과(Scale Effect)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 땅 위에 큰 판을 올려놓고 눌러서, 땅이 얼마나 버티는지와 얼마나 내려앉는지를 실제로 재 보는 시험이다. 기초를 만들기 전에 실제 지반에서 확인하는 방법이다.

정식 정의는 재하판을 기초 저면 높이에 설치하고 단계별 하중을 가하여 각 단계의 침하를 측정하는 시험이다. 시험 방법은 한국산업표준 KS F 2444(평판재하시험방법)를 따른다. 재하판은 보통 직경 30cm 원형판을 쓰며, 실제 기초에 가깝게 직경 75cm까지 쓰기도 한다. 재하판 크기는 직경 30~75cm 범위에서 정한다.

하중-침하곡선은 단계별 하중과 안정된 침하량의 관계를 그린 곡선이다. 곡선의 기울기가 급격히 변하는 점이 항복 상태의 기준이 된다.

항복하중은 침하가 급격히 늘기 시작하는 하중이다. 지반이 탄성 거동에서 소성 거동으로 넘어가는 경계로 본다.

극한지지력은 지반이 전단 파괴되어 더 버티지 못하는 하중 강도다. 파괴하중에 도달하거나, 하중 증분에 대한 침하 증가가 최소이며 일정해지는 시점을 기준으로 정한다.

허용지지력은 극한지지력이나 항복하중에 안전율을 적용하여 구한 설계용 값이다. 침하 허용치를 함께 만족해야 한다.

지반반력계수(k)는 침하 단위량당 작용 압력이다. 식은 k=q/S로 쓰며, q는 재하 압력(kPa), S는 침하량(mm 또는 m)이다. 기초 설계와 슬래브 해석에 쓴다.

하중 단계는 예상 지지력의 일정 비율로 나누고, 각 단계의 하중 지속시간은 침하가 안정될 때까지 유지한다. 시험 종료 조건은 침하량이 재하판 직경의 10%에 도달할 때, 침하량이 25mm 이상일 때 등으로 정한다.

3. 등장 배경과 필요성

기초 설계에는 지지력과 침하량이 필요하다. 실내시험은 시료를 채취하는 과정에서 교란이 생기고, 사운딩은 상관식으로 간접 추정하는 값이라 실제 지반의 응력 범위를 그대로 반영하기 어렵다. 그래서 현장에서 실물에 가까운 재하판으로 직접 재하하는 시험이 필요해졌다.

평판재하시험은 현장 원위치 시험으로서 지반을 흐트러뜨리지 않은 상태에서 하중과 변형을 측정한다. 얕은기초의 지지력, 침하, 지반반력계수를 한 번에 얻을 수 있어 시공 전 확인에 널리 쓰인다.

다만 재하판은 실제 기초보다 작아서 응력이 미치는 깊이가 짧다. 그 결과 크기효과(Scale Effect)가 생긴다. 모래지반에서는 재하판이 작을수록 극한지지력은 작게, 침하량은 작게 나오는 경향이 있고, 점토지반에서는 침하량이 재하판 폭에 비례해 커지는 경향이 있다. 이 차이를 보정하지 않고 실제 기초에 그대로 적용하면 설계가 불안정해진다.