매설관 토압

매설관 토압의 정의

매설관 토압은 지중에 묻힌 관의 외면에 작용하는 연직 방향 토압이다.

관 위 흙의 중량이 관을 아래로 누르는 힘이며, 설계의 중심이 된다.

관 상부 흙의 중량과 주변 지반과의 마찰, 상대 침하에 따라 결정된다.

굴착식과 돌출식

매설관 토압은 매설 방식에 따라 굴착식과 돌출식으로 나뉜다.

굴착식은 원지반을 파고 관을 매설한 뒤 흙을 되메운다.

돌출식은 원지반 위에 관을 부설하고 그 위를 성토한다.

두 방식은 연직토압의 크기가 달라서 답안에서 반드시 구분해 써야 한다.

굴착식의 응력전이

굴착식에서는 되메움 흙이 침하하면서 트렌치 벽면과 마찰이 생긴다.

이 마찰이 흙 무게의 일부를 벽체가 떠받치게 하며, 이를 응력전이라 한다.

흙이 양쪽 벽에 걸친 아치처럼 작용하므로 관의 연직토압은 흙 무게보다 작아진다.

계산 예제

가정값은 깊이 3 m, 트렌치 폭 1.2 m, 주동토압계수 0.33, 마찰계수 0.5이다.

지수항 2Kμ'H/B는 0.825이고, e^(-0.825)는 약 0.438이다.

이를 넣으면 응력전이 계수 C_d는 약 1.70이다.

관 상단 연직토압은 약 36.7 kN/m²로, 흙 무게 54 kN/m²보다 약 32% 작다.

이 값은 가정에 따른 예시이므로 실제 설계에는 기준과 입력 조건을 다시 확인해야 한다.

헷갈리기 쉬운 점

시험에서 자주 틀리는 것은 강성관과 연성관의 하중 분담 원리다.

강성관은 상재하중을 거의 전부 받고, 연성관은 주변 흙과 하중을 나눠 받는다.

굴착식 토압은 깊이에 비례해 무한히 커지지 않으므로 이 점도 명시해야 한다.

정리

정리하면 매설관 토압은 설치 방식과 관의 강성에 따라 달라진다.

굴착식은 응력전이로 연직토압이 줄고, 돌출식은 성토 하중이 관에 그대로 걸린다.

강성관은 상재하중을 떠받치고, 연성관은 주변 흙과 함께 하중을 분담한다.