강성과 강도

강성과 강도의 정의

강성은 하중에 대한 변형 저항이고, 강도는 파괴 시 발휘되는 최대 저항이다.

같은 흙이라도 강성이 커도 강도가 작을 수 있고, 그 반대도 가능하다.

두 값을 혼동하면 침하 검토와 지지력 검토를 잘못 연결하게 된다.

강성: 탄성계수

강성은 응력과 변형률의 관계에서 얻는 계수다.

탄성 범위에서는 탄성계수 E로 나타내며, 응력 증분을 변형률 증분으로 나눈 값이다.

흙은 응력 수준에 따라 기울기가 변하므로 할선계수나 접선계수를 쓴다.

강도: 쿨롱 파괴기준

강도는 파괴 조건에서 발휘되는 전단저항이다.

유효응력 기준의 전단강도는 쿨롱 파괴기준으로 τf = c' + σ' tanφ' 로 쓴다.

c'와 φ'는 여러 구속압력의 강도를 직선으로 맞춰 구한다.

피크강도는 곡선의 최고점이고, 한계상태 강도는 전단저항이 일정해진 값이다.

배수 조건과 강도

배수 조건에 따라 같은 흙이라도 강도 정수가 달라진다.

배수 전단은 간극수압 발생이 작아 유효응력 강도를 얻는다.

비배수 전단은 전단 중 간극수압이 변해 비배수 강도 s_u를 쓴다.

비배수 강도는 응력경로와 재하속도에 따라 달라 조건을 함께 적는다.

예제: 침하와 강도

가상의 예로, 두께 6 m 점토층에 유효 응력 증분 50 kPa이 작용하고 E는 10 MPa이다.

변형률은 응력 증분을 탄성계수로 나눈 0.005이고, 침하는 두께를 곱한 30 mm다.

같은 지반의 강도는 c' 10 kPa, φ' 25°, σ' 100 kPa이면 약 56.6 kPa이다.

이 예에서 침하는 강성으로, 지지력 여유는 강도로 판단한다.

자주 틀리는 실수

시험에서 자주 틀리는 실수를 짚는다.

탄성계수가 크다고 지지력이 크다고 단정하면 감점이 된다.

강성은 변형·침하, 강도는 파괴·안전율과 연결해 써야 한다.

배수 조건을 밝히지 않고 전단강도 식을 쓰는 경우도 많다.

정리

정리하면 두 값은 역할이 다르다.

강성은 응력–변형률 곡선의 기울기로, 변형과 침하를 지배한다.

강도는 파괴 시 최대 저항으로, 안전율을 지배한다.