극한지지력과 허용지지력

핵심 정리

극한지지력과 허용지지력은 같은 지반의 지지 능력을 가리키지만 기준이 다른 개념이다. 지반의 허용지지력은 안전율 등을 고려해 구조물에 안전하게 허용되는 지지력이며 최대저항력인 극한지지력과 다르다. 극한지지력은 흙에서 전단파괴가 일어나는 기초의 단위면적당 하중이다. 흙 자체의 무게에 의한 압력까지 따로 떼어 보면 순극한지지력이 되는데, 순극한지지력은 극한지지력에서 흙의 무게에 의한 압력을 뺀 값이다. 토목 설계에서는 서비스 하중으로 인한 응력이 탄성 한계를 넘지 않도록 안전율을 사용해 그 한계를 정하는 것이 기본 방식이다.

허용지지력은 극한지지력을 안전율로 나눈 허용 하중이다. 같은 구조로 순허용지지력은 순극한지지력을 안전율로 나눈 값이다. 안전율이 커질수록 허용지지력은 작아지므로, 설계에서는 극한지지력을 그대로 쓰지 않고 안전율을 반영한 허용지지력을 기준으로 삼는다.

기초 설계의 기본 요건은 지지력과 침하 두 방향에서 정해진다. 기초는 접지압이 지반의 허용지지력을 넘지 않아야 하며 기초 침하는 허용침하량 이내이고 가능하면 균등해야 한다. 이 문장은 접지압 기준과 침하 기준이 함께 충족되어야 한다는 뜻이다. 기초는 상부구조를 안전하게 지지하고 유해한 침하 및 경사를 일으키지 않아야 한다. 먼저 접지압은 허용지지력 이하라는 원칙을 익혀 두면 선지를 가르는 데 도움이 된다.

현장에서 지지력을 확인하는 방법으로 평판재하시험이 쓰인다. 이때 재하판 지름 300mm 기준이 적용된다. 평판재하시험의 재하판은 지름 300mm를 표준으로 하고 최대 재하하중은 극한지지력 또는 예상 설계하중의 3배로 한다. 재하시험으로 얻은 값에서 허용압축지지력을 정하는 기준도 따로 있다. 재하시험에 의한 허용압축지지력은 항복하중의 1/2과 극한하중의 1/3 중 작은 값으로 한다.

정리하면 극한지지력은 파괴 한계를, 허용지지력은 안전율을 반영한 설계 기준을 뜻한다. 이 두 값을 구별하는 것이 이 단원 전체의 출발점이다.

자세히

허용지지력과 극한지지력의 구별

극한지지력과 허용지지력을 혼동하면 설계 하중이 지반의 파괴 한계에 바로 닿게 되어 여유가 사라진다. 따라서 두 값은 기준의 성격부터 구분해야 한다. 극한지지력은 지반이 파괴되기 직전의 최대저항력을 기준으로 하고, 허용지지력은 그 최대저항력을 안전율로 나누어 구조물이 안전하게 받을 수 있는 하중을 기준으로 한다. 아래 비교표는 두 값의 기준과 산정 관계를 정리한 것이다.

순허용지지력과 허용지지력을 구분하는 문제는 흙의 무게를 어떻게 다루느냐에서 생긴다. 흙의 무게에 의한 압력을 뺀 뒤의 값을 묻는지, 일반 허용지지력을 묻는지는 문장의 표현으로 구분해야 한다. 허용지지력을 극한지지력과 같은 값으로 두는 생각은 안전율의 역할을 빼먹은 것이다.