지내력

지내력(地耐力, bearing capacity of soil)

지내력(地耐力, bearing capacity of soil)은 지반의 허용 내력을 말한다. 허용 내력은 지반의 허용 지지력과 구조물에 해를 주지 않을 정도의 침하량(허용 침하량)을 고려하여 정한다. 지반의 지지력은 점착력 · 내부 마찰각 · 단위 체적 중량 등 지반 자신의 성질이나 기초 저면의 형상, 기초가 설치되는 깊이 등에 따라 좌우된다.

지내력과 지지력

지지력은 지반이 건축물의 하중을 받고 견딜 수 있는 정도를 나타낸다. 구조물 기초의 경우 구조물에 의해 생기는 반력이 지반의 지지력보다 작아야 안전하다. 지내력은 지지력과 같은 의미로 '허용지지력이 지내력이다' 라는 주장은 일본 건축분야의 어떤 궤변이 돌고돌아 국내로 번역되어 들어온 것이다.

1) 일반적으로 지지력이나 지내력의 의미는 동의어로 사용되며, 지내력이란 단어는 일본 건축분야가 사용해오던 것이다.

2) 지반에 대해 가장 잘 알고 있는 분야인 '토질및기초(토질역학,기초공학)'분야에서는 '지내력'이란 단어를 사용하지 않는다.

3) 우리나라 관련기준을 찾아보면 '지내력'이란 단어가 나오는 경우는 건축기준에서도 드물고, KDS를 포함한 거의 대부분의 기준에서 '지지력'이란 단어를 쓰고 있다. (토질및기초, 상하수도, 하천, 도로, 기계, 등등)

4) 평판재하시험 결과에 '지내력'이라고 쓰는 이유는 건축분야에서 그 용어를 사용하고 있기 때문이지, 지내력과 지지력의 개념이 달라서 그런 것이 아니다.

기초설계 시 지반의 허용지내력

구조(설계)계산서에 가정치로 설계되는 허용지내력은 어떤 기준으로 정할까? 2009년 12월 31일자 개정된 「건축물의 구조기준 등에 관한 규칙」 [별표 8]의 내용을 참조.

[별표 8]<개정 2009-12.31> 지반의 허용지내력(제18조 관련)

(단위 : kN/㎡)
지반		장기응력에 대한 허용지내력	단기응력에 대한 허용지내력
경암반	화강암, 석록암, 편마암, 안산암 등의 화성암 및 굳은 역암 등의 암반	4000	각각 장기응력에 대한 허용지내력 값의 1.5배로 한다.
연암반	판암, 편암 등의 수성암의 암반	2000
	혈암, 토단반 등의 암반	1000
자갈		300
자갈과 모래와의 혼합물		200
모래섞인 점토 또는 롬토		150
모래 또는 점토		100

설계단계에서 지반조사보고서가 있는 경우에 기초저면이 위치하는 깊이의 토질로서 가정할 수 있다. 지반조사자료가 없는 경우에는 건축구조기술사의 경험적 판단에 따라 가정한다.

지반조사보고서의 BX 또는 NX의 시추주상도 N치에 따른 허용지내력 변환식 적용은 오히려 과소평가될 가능성이 있다. 이 유는 수세식회전보링으로 시추하는 경우 표층부에서의 시료는 물에 의해 교란될 가능성이 있기 때문이다. 물론 심층부에서는 신뢰도가 높다.

2019년 3월 14일자 KDS 41 17 00 제정에 따라 이제는 NX 시추에 의한 탄성파시험자료를 통해서만 내진설계시 적용되는 지반등급을 정할 수 있다. 이 자료가 없는 경우(허용되는 경우는 건축법 시행규칙 별표4의 2 참조) 최저지반등급으로 설계하도록 되어 있다. N치 분포가 기재된 SPT 시추주상도는 압밀침하될 수 있는 연약지반 유무를 판단하여 지내력기초로 설계할지, 말뚝기초로 설계할지 정하는 것에 사용된다.

지면 근처 깊이에서 N치가 상당히 낮게 측정되어도 터파기 후 기초시공 전 평판재하시험을 통해 지내력이 충분히 높게 계측되기도 한다. 따라서 구조(설계)계산서에는 허용지내력에 대하여 가정치임을 명기하고, 지내력기초 시공전에 평판재하시험을 실시하여 시험값이 가정치보다 낮은 경우에는 구조검토를 받아 재설계하도록 명기하는 것이 통례이다.

SPT 시추는 전체 깊이구간에서 심층부 구간에서 신뢰도가 높고, 평판재하시험은 표층부 지반강도에 대한 신뢰도가 높다. 설계단계에서는 구조(설계)계산 착수시 NX에 의한 탄성파시험결과가 포함된 지반조사보고서가 제공되어야 기초설계와 내진설계를 면밀하게 할 수 있다.

공사단계에서는 터파기 후 평판재하시험을 실시하여 가정치 이상의 지반강도를 갖추었는지를 확인하여야 전체 구조물의 안전을 확보할 수 있다. 따라서 감리자는 공사초기에 기초 시공전에 시공자로부터 평판재하시험보고서를 제출받아 안전여부를 확인하여야 한다.

지진발생시 이에 저항하는 상부구조의 수평변위에 의해서 일반적인 중력하중에 의한 반력보다 내진설계시의 반력이 상당히 크게 발생하는 경우가 종종 있다.

유한요소해석에 의한 기초는 면요소로서 SDS프로그램을 사용하여 기초판의 내력과 변위를 검토하는데, 이때 Soil Surpport값 설정에 대해 설명한다. 일상조건에서는 장기하중에 대한 허용지내력을 적용하여 발생한 기초판의 내력과 변위를 검토하고 기초판 두께와 배근을 설계한다. 장기허용지내력은 지반강도의 불확실성을 감안하여 극한지내력에 안전율 3을 나누어 사용한다. 극한지내력이 300kN/㎡이라면 장기허용지내력은 100kN/㎡가 된다.

지진은 단기하중이므로 기초의 내진설계시에는 단기허용지내력을 적용합니다. 단기허용지내력은 하중의 발생재현주기에 대해 경제성을 감안하여 극한지내력에 안전율 2를 나누어 사용한다. 극한지내력이 300kN/㎡이라면 단기허용지내력은 150kN/㎡가 된다. 즉 단기허용지내력은 장기허용지내력의 1.5배를 적용한 것으로서 Soil Surpport 속성값을 변환하여 지진에 대한 기초의 내진설계를 실시한다.

그리고 최종 기초판의 두께와 배근 결정은 일상조건시의 결과와 지진시의 결과 중 불리한 값으로 결정한다.

참고자료

• 〈지내력〉, 《토목용어사전》
• BMTARS, 〈기초설계시 지반의 허용지내력〉, 《티스토리》, 2019-05-16
• 스끼다시, 〈토목 지내력과 지지력〉, 《네이버 블로그》, 2012-12-04

같이 보기

• 하중
• 지반
• 지진

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