압축재하시험
재하하중 말뚝의압축재하시험에는설계하중의 2 3 배에달하는재하하중이필요하다. 하중재하방법에는사하중 (kentledge) 을말뚝머리에직접재하하는방법도있지만대부분유압잭을통하여원하는하중만을말뚝에전달시키는방법이채택된다. 하중수단으로는콘크리트블럭또는철근등사하중을재하구조물위에설치하는방법과반력말뚝또는반력앙카의인발저항력을이용하는방법이있다.([ 그림 1]) [ 그림 1] 압축재하시험장치
말뚝에실제하중이재하되는조건은사하중재하조건과가장유사하며따라서사하중재하방법에의한지지력시험이가장바람직하다고판단된다. 사하중재하조건과반력말뚝에의한재하시험결과는차이가있다는연구결과도있지만, 사하중재하에소요되는과대한시간과경비등으로인하여반력재하시험이더욱보편화되어있다. 반력말뚝또는앙카인발력에의한재하시험은말뚝의설계지지력이증대됨에따라그효용성이더욱커지게된다. 재하시험방법 말뚝의압축재하시험방법에는다음의여러가지가있으며이들을개략적으로살펴보면다음과같다. (A) 완속재하시험방법 (Slow Maintained-load Test) ASTM 표준재하방법 (Standard Loading Procedure) 으로널리알려진 (ASTM D 1143-81) 이방법에의한재하시험과정은아래와같다. 가. 총시험하중을 8 단계즉, 설계하중의 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% 및 200% 로나누어재하한다. 나. 각하중단계에서말뚝머리의침하율 (rate of settlement) 이시간당 0.01inch (=0.25mm) 이하가될때까지, 단최대 2 시간을넘지않도록하여재하하중을유지한다. 다. 설계하중의 200% 즉총시험하중재하단계에서하중을유지하되시간당침하량이 0.01inch(=0.25mm) 이하일경우 12 시간, 그렇지않을경우 24 시간동안유지시킨다. 라. 하중제하는총시험하중의 25% 씩각단계별로 1 시간씩간격을두어제하한다. 마. 만약시험도중말뚝의파괴가발생할경우, 총침하량이말뚝머리의직경또는대각선길이의 15% 에달할때까지재하를계속한다. (B) 급속재하시험방법 (Quick Maintained-load Test) 표준재하방법은매우긴시간이소요된다는것이 ( 보통 30 내지 70 시간 ) 가장큰 결점이며또한안전침하율 (Zero settlement) 기준인 0.01 inch(=0.25 mm)/hr 도 환산하여보면 2.19 metre/year 가되어대단히잘못인식되어있는것을알수있다. 따라서안전침하율기준에따라각하중재하단계에서경과시간을조절하는것은별의미가없으며실제로각하중단계마다 동일한 시간을유지토록하는것이더중요하다고할수있다.
이러한인식하에서제안된방법이 급속재하방법 으로서 New York State Department of Transportation, The Federal Highway Administration 및 ASTM 1143-81(Optional) 에의해권장되고있으며그시험방법은아래와같다. 가. 재하하중단계를설계하중의 10 내지 15% 로정하고각하중단계의재하간격을 2.5 내지 15 분으로하여재하한다. 註 ) ASTM 에서는재하간격을 2.5 분으로규정하고있으나그시간동안 2 4 차례에걸쳐 gauge 혹은 scale 등을읽고기록하기에는충분치못한것으로판단되며대체로 5 분 간격으로하는것이보다실제적인것으로보인다. 나. 각하중단계마다 2 4 차례 ( 예 : 재하간격 5 분일경우 0, 2.5, 4.0 및 5 분 경과시 ) 침하량을읽어기록한다. 다. 시험은재하하중을계속증가시켜말뚝의극한하중에이를때까지또는재하장치의 재하용량이허용하는범위까지재하한후, 최종하중단계에서 2.5 내지 15 분간 하중을유지시킨후제하한다. 註 ) 일반적으로는총시험하중을표준재하방법에서와마찬가지로설계하중의 200% 혹은 300% 까지로제한하는것이권장되고있다.(Fellenius, Prakash) 이방법을사용하면대략 2 5 시간이내에전시험과정을마칠수있다. (C) 하중증가평형시험방법 (Incremental Equilibrium Test) 이방법은 Mohan et al 에의해제안된, 표준재하방법을개선한방법으로서 표준재하방법에비해총소요시간을 1/3 가량단축시킬수있으며그시험결과는 표준재하방법에의한것과잘부합되는것으로알려져있다. 가. 재하하중단계를설계하중의 15% 내지 25% 로정한다. 나. 각재하하중단계에서재하하중을일정시간 (5 15 분 ) 동안유지시킨후, 하중- 침하량이평형상태에도달할때까지재하하중이감소하도록방치한다. 다. 나 항에서의평형상태에도달하면다음단계의하중을재하하는식으로같은방식을되풀이하여재하하중이총시험하중에이를때까지시험을계속한다. (D) 일정침하율시험방법 (Constant Rate of Penetration Test) 이방법은흔히 CRP Test 라고불리우며말뚝의극한하중을신속히결정하기위한목적으로 Whitaker 에의해개발된것으로서 Swedish Pile Commission, New Yark State Department of Transportation 및 ASTM D 1143-81(Optional) 에의해권장되고있는바그시험방법은다음과같다. 가. 말뚝의침하율이통상 0.01 inch/min(=0.5 mm/min) 내지 0.10 inch/min(=2.50
mm/min) 가되도록재하하중을조절하면서매 2 분마다하중과침하량을기록한다. 註 ) 침하율을정하는데있어 Whitaker 는마찰말뚝에대해서는 0.75mm/min, 선단지지말뚝에대해서는 1.5mm/min 를채택할것을권유하고있으며, ASTM 에서는점성토인경우 0.25 1.25mm/min, 사질토인경우 0.75 2.50mm/min 를제시하고있다. 나. 가 의방법에의해재하하중을증가시켜말뚝의총침하량이 2 3inch(=50 75mm) 에달할때까지또는총시험하중에도달할때까지시험을계속한후제하한다. 註 ) ASTM 에서는총침하량이말뚝머리의직경또는대각선길이의 15% 에달할때까지시험을계속할것을규정하고있다. 이 CRP 시험방법은급속재하방법 (Quick Maintained-load Test) 에서보다더나은하중-침하량곡선을얻을수있다는데그장점이있으며특히점성토의마찰말뚝에대해보다잘적용된다. 이방법을수행하기위해서는일정침하율을유지하기위해지속적으로유압을가할수 있는특수전동펌프의구비가필수적이며또한하중과침하량 gauge 들을동시에 읽어내야하므로시험요원의적절한훈련을필요로한다. (E) 일정침하량시험방법 (Constant Settlement Increment Test) 이방법역시 CRP 시험방법과마찬가지로말뚝의침하량이일정한값만큼증가하도록단계별재하하중을조절하는방법으로서그과정은아래와같다. 가. 단계별재하하중을말뚝의침하량이대략말뚝머리의직경또는대각선길이의 1% 에해당하는값과같아지도록조절하고나. 가 항의소정침하량을유지하기위한재하하중변화율이시간당각단계에서의재하하중의 1% 미만에이르게되면다음하중단계로옮겨간다. 다. 이러한과정을계속하여말뚝의총침하량이말뚝머리의직경또는대각선길이의 10% 에달할때까지 ( 또는재하장치의용량한도까지 ) 시험을계속한다. 라. 재하하중이총시험하중에도달하면소정침하량을유지하기위한하중의변화율이시간당총시험하중의 1% 미만이될때까지재하하중을유지시킨후총 재하하중을네단계로등분하여제하하되, 제하단계별로말뚝의 Rebound 율이 시간당말뚝머리의직경이나대각선길이의 0.3% 이내에들어올때까지기다린후다음단계의제하를행하도록한다. (F) 반복하중재하방법 (Cyclic Loading Test) - ASTM D 1143-81(Optional) ASTM D 1143-81(Optional) 에의한이시험방법은아래와같다.
가. 재하하중의하중단계는표준재하방법에서와같이정한다. 나. 재하하중단계가설계하중의 50%, 100% 및 150% 에도달하였을때재하하중을 각각 1 시간동안유지시킨후표준재하방법의제하시와같은단계를거쳐 단계별로 20 분간격을두면서제하한다. 다. 하중을완전히제하한후설계하중의 50% 씩단계적으로다시재하하고표준시험방법에따라다음단계로재하한다. 라. 재하하중이총시험하중에도달하게되면 12 시간또는 24 시간동안하중을유지시킨후제하하되그절차는표준재하방법과같다. (G) 스웨덴반복하중재하방법 (Swedish Cyclic Test) 이방법은 Swedish Pile Commission 에의해권장된방법으로서다음의과정을통해행하여진다. 가. 초기재하하중을말뚝설계하중의 3 분의 1 까지로하여재하한다음, 나. 설계하중의 6 분의 1 까지제하하여같은과정을 20 차례반복한다. 다. 다음, 재하하중을 가 항에서보다 50% 증가시켜재하하고 나 에서의같은과정을되풀이한다. 라. 상기 가, 나, 다 의과정을말뚝이파괴에이를때까지계속한다. 이방법은상당히오랜시간이소요되고하중의재하-제하가번번히반복됨에따라말뚝자체도최초의말뚝 ( 상태 ) 와는다른것이되고만다. 따라서이시험방법은특별한경우에한하여사용할것을권유하고있다. (H) 재하시험방법의선택이상의여러가지시험방법들중어떤방법을선택할것인지는전적으로말뚝재하시험실시목적에따라결정되어야한다. 말뚝재하시험의목적은말뚝설계를위하여설계지지력결정또는기시공된말뚝의허용안전하중을확인하는것이다. 이러한목적을달성하기위해서는말뚝설계개념이분명히규명되어야한다. 말뚝기초의설계개념은상부구조물이파괴에대하여안전하여야한다는극한또는항복하중대비일정안전율감안의개념과, 허용된침하량이상의침하가발생하지말아야한다는개념으로나누어볼수있다. 그러나대부분의구조물설계에서는이두가지설계개념을모두만족시켜야하는것이현실이다. 말뚝재하시험결과의해석에대한각국의설계기준들도외견상극한또는항복하중을기준으로하는개념과침하량기준개념으로대별할수있지만, 말뚝기초의허용침하량은지반의지지능력이외에말뚝의재질, 길이등에따라큰차이가있을수있어순수한
침하량기준으로는볼수없다. 오히려침하량기준, 예를들면 BS 의 0.1D 전침하량기준또는 DIN 의 2.5%D 잔류침하량기준, New York 시의 0.01 inch/ton 잔류침하량기준들은재하시험결과인하중-시간-침하량관계의불분명한해석을인위적인침하량기준으로단순화시켰지만결국그기준침하량에해당되는하중을극한또는항복하중으로간주하여안전율을적용하는해석법의한편법으로보는것이타당할것이다. 이런의미에서국내의기준, 건설부제정 구조물기초설계기준 에서채택하고있는극한또는항복하중결정과여기에일정한안전율을적용하는해석법은설계개념에있어분명하다는장점을갖고있다. 다만극한또는항복하중결정방법에있어다양한전침하량또는잔류침하량기준들이포함되지않아상대적으로보수적인해석으로치우칠수있는가능성이있다는문제점이보완될필요가있을것으로사료된다. 이상의설명을종합해보면말뚝의압축재하시험실시목적은말뚝기초의극한또는항복하중을결정하는데있다고할수있다. 말뚝기초의극한또는항복하중결정에는여러가지해석법들이있으며다양한해석법들을적용하기위해서는 1 하중-전침하량관계 2 하중-잔류침하량관계 3 하중-시간-침하량관계등을측정하여종합적으로판정할필요가있다. 이러한목적을달성하기위해서는하중-시간-전침하량-잔류침하량관계를해석할수있는데충분한재하시험절차가요구되며, 그간실시한재하시험경험으로부터아래와같은수정된재하시험방법이적합한것으로제안할수있다. 최대재하하중 : 말뚝의파괴가발생하지않는조건에서최대재하하중은설계하중의최소 250% 정도가될필요가있다. 재하하중단계 : 재하하중은설계하중의 25% 를단위로하여재하한다. 재하과정 : 잔류침하량기준적용을위하여설계하중의 50% 단위마다제하하여잔류침하량을측정하며, 분명한항복이나타났을경우에는추가로제하하여확인한다. 하중유지시간 : 각종기준에서적용하는 0.01 inch/hr 미만이되면안전되는것으로판단하고다음단계하중으로시험을계속한다. 설계하중단계또는설계하중의 150% 또는 200% 에서 6 시간또는 12 시간하중유지는실제로각종해석상고려되지않는바, 이를유지할필요는없는것으로판단된다. 기타 : 재하시험실시중전침하량기준, 잔류침하량기준, 하중-시간-침하량기준등을종합적으로판단하여분명한항복하중이규명된경우에는그러한규정에충분한단계까지만재하시험을계속하여, 무의미한하중유지시간에집착하지않고시험을
중단하도록한다. 이때각종해석법들중일부기준만으로판단하여시험을중단하는것은 종합적해석이불가능하므로다음단계하중재하등으로극한또는항복하중판단의 객관성을확보하는과정을필요로한다. 재하시험결과의해석 말뚝재하시험결과로부터말뚝의허용하중 (working load) 을결정하는데에는두가지기본조건을만족시켜야한다. 첫째조건은어떠한경우에도상부구조물의파괴 (failure) 가발생하지말아야하며이를위해서는파괴를유발하는하중 ( 극한하중, ultimate load) 과비교하여충분한안전성이확보되어야한다. 둘째, 말뚝기초에상부구조물의사하중과활하중이재하되었을때의침하량이설계조건에서가정한허용범위이내가되어야하는조건이만족되어야한다. 말뚝기초의극한하중에일정한값의안전율 (factor of safety) 을감안하여허용하중을결정하기위해서는극한하중을알아야한다. 극한하중은말뚝에어떤하중이재하되었을때, 하중의증가가없는상태에서침하량은무한대로증가하는상태에도달하는때의하중을의미한다. 이러한상태는 [ 그림 2] 와같은하중-침하량관계에서, 세로축과평행한직선상태로정의된다. 그러나실제로말뚝재하시험을실시하였을경우, [ 그림 2] 와같이극한하중이분명하게규명되는경우는그리많지못하다. [ 그림 2] 대표적인하중 - 침하량곡선
극한상태가분명하게나타나지못하는이유는사질토지반에서지반의조밀한정도및지지층내의근입장에따라파괴양상이상이하게 (general shear failure, local shear failure, punching shear failure) 나타난다는 Vesic 의연구결과 [ 그림 3] 으로설명이가능하다. [ 그림 3] 3 가지형태의선단지지력하중-침하량관계 Tomlinson 은말뚝주면부의지반조건, 선단부하부지반조건등에따라여러가지형태 [ 그림 4] 의하중-침하량관계가나타나는것으로분석하였다. 이처럼말뚝의하중-침하량관계가다양하게나타나는원인은말뚝지지력을구성하는두가지성분 -선단지지력과주면마찰력- 의거동특성을이해함으로써설명이가능하다.
[ 그림 4] 여러가지형태의하중-침하량곡선 [ 그림 5] 은선단지지력과주면마찰력을분리하여측정한말뚝재하시험결과이다. 말뚝의선단지지력에대한하중-침하량관계는지반조건, 말뚝설치공법에따라상이하나 [ 그림 5] 에나타난것과같이, 하중이증가함에따라초기에는침하량이직선적으로증가하는구간을가지며, 점차침하량이증대되고어떤하중수준을초과하면급격한침하가발생하는경우가가장대표적이다. Vesic 의주장과같이선단부하부의지반조건, 지지층내의근입장등에따라급격한침하가발생하는하중구간이 ( 실무에서시행되는하중수준에서 ) 나타나지않는경우도많이있으며, 암반까지관입된말뚝의경우 Tomlinson 의설명 [ 그림 4(c),(d)] 와같은형태의하중-침하량곡선이측정되기도한다.
[ 그림 5] 선단지지력과주면마찰분리측정결과 선단지지력에대한하중-침하량관계는이처럼다양한형태로나타나며따라서말뚝재하시험결과로부터항복하중 (yield load) 또는파괴하중 (failure load) 을판정하는데에는일찍부터여러가지방법이제안되어왔다. 하중-침하량곡선을해석하는데에는곡선의특성을기하학적으로분석하거나수학적변형을통하여극한또는항복하중을도출하는방법, 하중-침하량외에침하량발생의시간경과에따른특성을추가하여해석하는방법, 하중재하에따른말뚝재료의탄성변위를감안하는방법등다양한해석기법이제안되어왔지만, 지반조건, 말뚝조건, 시공조건의다양함을모두만족시키는범용성있는해석법은아직까지개발되지못한실정이다. 이와같이하중-침하량곡선의해석문제는말뚝재하시험결과로부터결정되는설계하중에각해석법간상당한차이를발생시키며, 따라서상당히큰값의안전율
적용이불가피한실정이다. 이러한해석기준상불가피한차이를해소하는방안으로하중재하시발생하는침하량만을기준으로하여극한하중또는설계하중을결정하는방법이폭넓게사용되기도한다. 침하량기준판정법에는전침하량 (total settlement) 기준과전침하량에서탄성침하량 (elastic settlement) 을공제한순침하량 (net settlement) 기준이있다. 그러나침하량기준판정법은말뚝의길이, 지반조건등이감안되지않아해석대상구조물의성격에따라설계개념에적합하도록조정하는것이필요하다. 특히말뚝의관입깊이가큰변화를보이는지반조건에서는부등침하에대한별도의고려가되어야한다. 반면말뚝의주면마찰력에대한하중-침하량특성은 [ 그림 3(a), (b)] 및 [ 그림 5] 에나타난것과같이분명한극한하중이규명되는경우가대부분이다. 말뚝에하중이재하되면거의직선적인침하량증가가발생하며거의대부분의경우에분명한극한하중이판명된다. 극한하중도달에필요한말뚝변위는말뚝직경에큰영향을받지 않으며대부분의경우 4 6 mm 의침하량에서주면마찰파괴가발생한다. 따라서 극한하중개념은해석방법, 해석자등에영향을받지않아객관성이있다. 또한거의모든경우에 ( 단, 말뚝의관입깊이가길어말뚝재료의탄성압축변형량이클경우에는극한주면마찰력도달시까지의전침하량이클수도있음 ) 극한주면마찰력발생은상부구조물의허용침하량범위이내가되어설계에사용할수있는가용지지력은선단지지력에비하여높게된다. 선단지지력과주면마찰력을분리측정한말뚝재하시험결과에의하면하중재하후상당한침하량이발생할때까지 ( 소성침하가발생하기이전 ), 재하하중의거의전량은주면마찰력에의하여저항된다. 주면마찰력의극한상태도달이후선단부에하중이전달되기시작하여선단지지력이발휘되는것으로실험결과가보고되고있다. 전침하량기준 구조물의기초를설계하는데에는파괴에대하여안전할것과허용된침하범위이상의침하가발생하지말아야할것등두가지기준에의한다. 파괴에대하여안전하도록하는지지력 (bearing capacity) 개념의설계에서는파괴를유발하는극한지지력 (ultimate bearing capacity) 을구하고비교적높은 2.0 3.0 의안전율을적용한다. 지지력개념의설계는따라서극한지지력의확인에의하는것이가장바람직하며, 이개념은우리나라건설부제정 구조물기초설계기준 에도명시되어있다. 또한각종문헌에서도극한지지력을기준으로할것을제안하고있다.
극한상태의정의는하중의증가없이침하량이무한대로증가하는상태이지만대부분의말뚝재하시험에서는이와같은이론적인극한지지력은확인이되지않는다. 따라서인위적인침하량에도달하면그때의하중을극한하중으로인정하는방법이보다폭넓게적용되고있다. 전침하량기준으로는 Singapore 지하철설계기준에서규정한설계하중에서 6 9 mm, 설계하중의 1.5 배하중에서 9 20 mm 와같은엄격한기준에서부터, 일본토질공학회의 25 mm, 러시아에서적용되는 40 80 mm 등광범위한기준들이있다. BS 규정에서는말뚝직경의 10% 침하량을기준으로하며 Terzaghi and Peck 이제안한 25 mm 의기준도많이채택되고있다. 인위적인기준값은말뚝의설치방법과도 밀접한관계에있어 De Beer 는항타말뚝의경우에는말뚝직경의 10%, 현장타설 콘크리트말뚝에서는말뚝직경의 30% 침하를기준값으로할것을제안하고있다. 그러나전침하량의절대값만으로말뚝의설계하중을결정하는것은말뚝의길이와재료특성으로부터결정되는탄성압축량값의영향을고려할수없기때문에장대말뚝의경우적용이곤란한문제가있다. 또말뚝의지지력이지반조건, 말뚝설치방법에따라선단지지력또는주면마찰력의비율이상이하게되고, 이에따라말뚝의하중-침하량거동이결정되는점을감안할수없다는단점이있다. 따라서전침하량기준에의한말뚝의설계하중결정은극히제한적인경우에국한하여적용할수있으며, 반드시다른해석결과와비교하는과정이필요하다. 항복하중판정법 지지력기준과침하량기준외에말뚝에하중이재하되었을때의하중 (P)-시간(t)- 침하량 (S) 거동특성에의하여소위항복 (yield) 하중을구하여판정하는방법이있다. 여기에는 P-S 곡선분석, log P-log S 곡선분석, S-log t 분석, S-log P 분석, P-log S 분석, ds/d(log t)-p 분석등다양한방법이있다. 건설부제정 구조물기초설계기준 해설편에서는 극한하중이확인되면문제없으나 그렇지못할경우항복하중에의하도록하고 1 S-log t 분석 2 ds/d(log t)-p 분석 3 log P-log S 분석과 4 잔류침하량측정에의한 log P-log S 방법을권장하고있다. 아울러항복하중의 1.5 배를극한하중으로가정하지만이방법에의한극한하중이실제극한하중보다크지않도록주석을두고있어항복하중에의한분석을안전하게하는장치를하고있다.
S-log t 분석법각재하단계에대해경과시간을대수눈금에, 말뚝머리의침하량을산수눈금에표시하였을때각하중단계의관계선이직선적으로되지않는점의하중을항복하중으로한다.([ 그림 6] 참조 ) [ 그림 6] S-log t 곡선 ( 예 )
log P-log S 분석법 하중 P 와말뚝머리의침하량 S 를양대수눈금으로표시하고, 각점을연결하여 얻어지는선이꺾어지는점의하중을항복하중으로한다.([ 그림 7] 참조 ) [ 그림 7] log P-log S 곡선 ( 예 )
ds/d(log t)-p 분석법 [ 그림 7] 에서각하중단계에서일정시간 (10 분이상 ) 후의대수침하속도 ds/d(log t) 즉, S-log t 곡선의경사를구하고, 이것을하중에표시하여연결한다. 이와같이하여구한선이급격히구부러지는점의하중을항복하중으로한다.([ 그림 8] 참조 ) [ 그림 8] ds/d(log t)-p 곡선 ( 예 ) 항복하중분석에의한해석은, 그러나극한하중을낮게평가한다는지적도있다. Canada 의설계기준에서도도해법에의한항복하중의판정은 semi-elastic 영역과 semi-plastic 영역의중간에서결정되는경우가많으며극한지지력을과소평가할수 있음을지적하고있다. 항복하중판정은전술한바와같이하중 (P)- 시간 (t)- 침하량 (S) 거동특성으로부터
이루어진다. 따라서보다신뢰도높은항복하중판정을위해서는재하에의한말뚝의거동을합리적으로분석할필요가있다. 말뚝에하중이재하되면하중재하초기에는대부분의하중은주면마찰로저항되며선단부에는하중이거의전달되지않거나극히일부의하중만이전달된다. 재하하중이증가하여극한주면마찰력이상의재하상태가되면말뚝주면부는극한상태에도달하게되어 재하하중 - 극한주면마찰력 이선단부에전달되게된다. [ 그림 9] 에는주면마찰력, 선단지지력및전체침하량에대한하중-침하량을나타내었다. 주면마찰력이작은경우에는전체지지력의하중-침하량관계는선단지지력에대한관계와크게상이하지않으나, 주면마찰력성분이큰경우에는하중- 침하량관계곡선을아래 3 가지구간으로나누어고려하여야한다. 제 1 구간 : 하중재하초기의단계로주면마찰특성이위주가된다. 제 2 구간 : 주면마찰의극한을초과하여증가된하중이선단지지력으로저항된다. 그러나선단지지력의항복상태까지는도달하지않은하중구간까지이므로급격한침하는발생하지않는다. 제 3 구간 : 선단지지력의항복하중을초과하여전체하중-침하량곡선은전형적인극한상태와유사한관계를나타내어준다. [ 그림 9] 하중 - 침하량관계
말뚝의하중 (P)-시간(t)-침하량(S) 관계는주면마찰성분과선단지지성분에있어그특성이상이하다. 선단지지력과주면마찰력을분리하여측정하는재하시험결과에의하면주면마찰력은하중증가에거의정비례하는침하량을보여주며, 말뚝직경과관계없이대부분 4 6mm 의침하량에도달하면극한상태가된다. 반면선단지지력은 Vesic 의구분과같이 general shear failure, local shear failure, punching shear failure 의조건에따라하중-침하량관계가다양하게나타난다. 일정한하중재하상태에서시간경과에따른침하량-시간관계에있어서도, 주면마찰의경우재하후비교적짧은시간에안정되는특성과극한상태에서는비교적급격한침하량증가를나타내어극한하중판단에어려움이없다. 반면선단지지력은재하하중의크기가증대할수록침하속도가안정되는데많은시간을요하는특성이있으며, 항복하중에서는시간경과에따라침하속도 (semi-log 관계 ) 가증가하는관계를나타내준다. 실제로말뚝에제 1 구간에해당되는하중이재하되면침하량-시간관계도주면마찰의 특성이위주가된다. 극한주면마찰력을초과하는하중상태인제 2 구간에서는 선단저항의침하량 - 시간관계가위주가되어 S-log t 관계가변화하게된다. 제 3 구간에서는선단저항의침하량 - 시간관계만이나타나게되며, S-log t 관계가변하게 된다. S-log t 분석으로항복하중을판정할때, 주면마찰력의비율이높은경우에는제 1 구간과제 2 구간의경계부와항복하중의 2 가지하중에서요 ( 凹 ) 형상태가판정되기도하여항복하중판정이애매해질수도있다. 같은이유에서, 제 3 구간까지재하를하지않고말뚝재하시험을중단하면 S-log t 분석은물론 S-P 분석, log P-log S 분석은진짜항복하중이아닌주면마찰특성과선단지지특성의교차점인가 ( 假 ) 항복하중만을분석할가능성도있다.
Davisson 의판정법 Davisson 의판정법은말뚝의전침하량과말뚝직경, 단면적, 탄성계수및말뚝길이 등을고려한순침하량판정을복합적으로적용한것으로최근서구에서는가장합리적인 말뚝허용하중판정법으로인정받고있다.([ 그림 10] 참조 ) 국내에서도 Davisson 판정법에의한말뚝지지력해석을실시해본결과국내의 항복하중기준설계법과비교적잘일치하고있는것으로나타나고있다. 그러나 Davisson 의판정법은말뚝길이가지나치게짧거나주면마찰력이낮은말뚝의경우에는다른판정기준보다도낮은허용하중을나타내준다. 이와같은경우다른판정기준들과의비교를통한기술자의판단이요구된다. [ 그림 10] Davisson 의판정법 ( 예 )
B.Hansen 의판정법 (90% criterion) 말뚝에극한하중이재하되었을때의침하량은극한하중의 90% 하중재하시침하량의 2 배가된다는가정에입각한판정법이다. 이방법은임의의극한하중을가정하고 90% 에서의침하량을비교하는반복작업을통하여극한하중을결정한다.([ 그림 11] 참조 ) [ 그림 11] B.Hansen 의판정법 ( 예 )