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
지내력은지반이 건축물의 하중을 받고 견디는 힘이다. 지내력은 모든 물체가 아닌 지반만의 받치는 힘을 나타내는데
힘의 범위는 지반 지지력에 안전율을 적용한 허용 지지력을 의미한다
1) 일반적으로 지지력이나 지내력의 의미는 동의어로 사용된다.
2) 그러나 지반공학이나 구조물 측면에서는 엄연하게 구분하여 사용하여야 한다.
3) 지지력은 의미상 지내력보다 포괄적이어서 모든 물체(땅과 말뚝)의 받치는 힘을 의미하며, 힘의 범위는 지지력의 극한값이 된다. 반면, 지내력은 모든 물체가 아닌 지반만의 받치는 힘을 나타내는데 힘의 범위는 지반 지지력에 안전율을 적용한 허용 지지력을 의미한다.
4) 용어가 사용되는 차이를 엄밀하게 살펴보면, 말뚝의 지지력을 말뚝의 지내력이라고는 하지 않는다. 왜냐하면 말뚝의 지지력은 땅이 압력에 견디는 정도 뿐만 아니라 말뚝 주면(周面)마찰력을 포함하기 때문이다. 정리하면 말뚝의 지지력 = 말뚝선단의 극한지지력 + 말뚝주면의 마찰지지력인 반면, '모든 기초는 침하한다'는 전제하에 기초 지반의 지지력은 극한값이 아닌 안전율을 적용한 허용치를 적용하여 허용지지력으로서의 지내력이라는 용어를 사용한다. 물론 말뚝의 지지력에도 안전율을 적용하여 허용지지력을 설계에 적용하지만 말뚝의 지지력을 지내력이라고는 하지 않는다.
5) 부언하면, 깊은 기초인 말뚝기초는 압력이 작용하는 선단지지력과 마찰력이 작용하는 주면마찰력의 합인 반면 얕은 기초는 하부의 선단지지력만으로 기초의 지지력을 고려하는데서 오는 용어의 차이라고 본다. 때문에 깊은 기초(말뚝)에서의 재하시험은 정재하시험과 동재하시험이 있으며 그 결과를 지지력이라 하며, 얕은 기초에서의 재하시험에는 평판재하시험이 있는데 그 결과를 지내력이라고 한다.
| 구분
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지지력
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지내력
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| 영어
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"Bearing Capacity", 또는 "Bearing Power"
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Bearing Capacity of Soil"
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| 한자
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支持力
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地耐力
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| 정의
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- 지반 또는 말뚝 등이 지지할 수 있는 최대하중, 또는 하중강도로서 극한지지력이라고도 한다.
- 한마디로 모든 물체의 극한지지력
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- 지반이 구조물에 피해를 주지 않는 정도의 침하량에서 버틸 수 있는 지지력, 즉 허용지지력을 말한다.
- 한마디로 땅의 허용지지력
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| 용어사례
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말뚝(깊은 기초)의 지지력(0)
말뚝의 지내력(x)
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얕은 기초의 지내력(o)
얕은 기초의 지지력(o)
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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/㎡)
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| 지반
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장기응력에 대한 허용지내력
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단기응력에 대한 허용지내력
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| 경암반
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화강암, 석록암, 편마암, 안산암 등의 화성암 및 굳은 역암 등의 암반
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4000
|
각각 장기응력에 대한 허용지내력 값의 1.5배로 한다.
|
| 연암반
|
판암, 편암 등의 수성암의 암반
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2000
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| 혈암, 토단반 등의 암반
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1000
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| 자갈
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300
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| 자갈과 모래와의 혼합물
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200
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| 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.
동영상
참고자료
같이 보기
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