Coulomb 토압

Coulomb 토압이란

Coulomb 토압은 벽체 배면의 파괴쐐기 힘 평형으로 토압을 구하는 이론이다.

실제 옹벽과 흙막이 설계에 쓰이고, 2교시 합력 산정 문제에 반복해서 나온다.

핵심 키워드는 파괴쐐기, 벽면마찰각 δ, 한계평형이다.

파괴쐐기와 힘 평형

옹벽이 흙 쪽으로 움직이면 벽 뒤의 흙 덩어리가 쐐기처럼 미끄러진다.

쐐기의 자중 W, 벽체 반력 P, 파괴면 반력 R이 서로 평형을 이룬다.

그 힘 평형에서 벽이 받는 반력이 곧 토압 합력 Pa가 된다.

임계 파괴면 찾기

Coulomb 해는 활동면 경사각 θ를 여러 번 가정해 임계 파괴면을 찾는다.

주동 토압은 P(θ)의 최댓값, 수동 토압은 최솟값이 되는 면을 택한다.

임계 파괴면에서 구한 토압계수로 합력 Pa를 계산한다.

Rankine과 비교

Rankine 토압은 벽면마찰을 무시하는 Coulomb 토압의 특수한 경우로 볼 수 있다.

Coulomb 식은 벽면마찰, 벽체 경사, 지표면 경사를 한 식에 넣을 수 있다.

다만 평면 파괴면을 가정하므로 수동토압은 실제보다 크게 나온다. 그래서 안전율을 적용해 쓴다.

흔한 실수와 시험 포인트

시험에서 자주 틀리는 부분을 세 가지로 정리한다.

벽면마찰각 δ의 부호와 방향을 혼동하면 토압 경사각을 잘못 잡는다.

수동토압을 Coulomb 식으로 구하면 과대 예측되어 불안전측이 된다.

토압계수 식을 외우기보다 기호의 의미를 정확히 쓰는 것이 채점에 유리하다.

핵심 정리

정리하자. Coulomb 토압은 흙쐐기의 한계평형으로 토압 합력을 구하는 방법이다.

주동은 최댓값, 수동은 최솟값이 되는 임계 파괴면을 택한다.

합력은 벽면 법선에서 δ만큼 기울어져 작용하며, 옹벽 안정 검토에 쓰인다.

수동토압은 과대 예측되므로 안전율을 적용해 보수적으로 쓴다.