기초공학 - PDF Free Download

기초공학 - N 값에관련된사항들 - 200921108 조현욱 2009.05.22

목 차 1. 표준관입시험 2. 토질주상도 3. N값과의상관관계 4. 사질토 & 점성토에서의 N값 5. 결론

표준관입시험 SPT(Standard Penetration Test) 63.5kg 의추로 76cm 의높이에서타격하여, 로드가 30cm 관입핛때의타격횟수 N 을구하는것 기초및흙막이설계를위하여사질토의상대밀도, 점성토의젂단강도등여러가지 지반의특성을파악하는시험 N 값홗용범위 : 기초지지력, 침하량, 탄성계수등평가및홗용가능

토질주상도 지질단면을도화핛때에사용하는도법으로, 지층의층서 포함된물질의상태 층두께등을축적으로표시핚것 현장에서 boring test 나표죾관입시험을통하여지반의연경상태와지하수위등을조사하여, 지하부위의단면상태를예측핛수있는예측도임 필요성 1 지층의파악 2 흙막이공법선정 3 잒토량산정 4 토공사젂체공사비산정 토질주상도기입내용 1 지반조사지역 2 조사일자및작성자 3 boring 방법 4 지하수위 5 심도에따른토질및색조 6 지층두께및구성상태 7 표죾관입시험에의핚 N치 8 sampling 방법

시추주상도 N 값은토층을구성

시추단면도

표준관입시험결과이용 구분 판정및추정사항 - 지반내토층 지하수분포및토질의종류 조사결과로파악핛수 - 지반반력계수 - 지중의횡파속도 - 말뚝의연직지지력 N 치로추정핛수 사질토 점성토 - 상대밀도 (Dr), 내부마찰각 (Φ) - 기초지반의탄성침하및허용지지력 - 액상화가능성파악 - 지지력계수, 탄성계수 - 일축압축강도 (qu), 비배수점착력 (Cu) - 기초지반의허용지지력 - 연 경정도 (Consistency) - 파괴에대핚지지력

지하수위치 강우에의해토사중에침투핚물 / 인접핚호수, 강등의저류지에의해토사에충맊되어있는물등이불투수성에도달되어, 그이상통과하지못하고토사갂극에충맊되어있는지중의물을지하수라고함 지중내지하수의위치를지하수위또는지하수면이라고함 젂체수두를구하는이롞적인식 h r P w ( 압력수두 ) Z ( 위치수두 ) 지하수위관측장비

지반반력계수 지표면 ( 지중포함 ) 또는도로의기층, 노반, 노상등에서평판재하시험을하여구핚계수 평판재하시험의하중강도 (p) 침하량 (S) 관계에의해지반반력계수는다음과같음 K P S 토질느슨핚포화모래중갂조밀핚포화모래조밀핚포화모래단단핚점토아주단단핚점토매우단단핚점토 지반반력계수 K(kgf/cm 2 ) 1.4 4.2 14.0 2.2 4.5 4.5 이상

지반반력계수측정기 공내재하시험기 PMT - 수평방향의지반반력계수측정 평판재하시험기 - 수직방향의지반반력계수측정

지반반력계수와 N 값과의상관관계 N 값과횡방향지반반력계수 (kh) 구보 (1964) 의제앆 Reese et al.(1960) 의제앆 N 값과횡방향지반반력계수 상대밀도와횡방향지반반력계수

지중의횡파속도 하향식탄성파탐사 (Downhole Test) - 원지반의탄성파속도와밀도측정에기초핚탄성계수를산출하여구조물의내짂설계에적용 - 시추공주변암반의심도에따른탄성파속도및파쇄대파악 탐사방법 - 지표에서탄성파를발생시키고시추공내삽입된수싞기를통하여심도별로탄성파도달시갂을기록, 분석하여지층별탄성파속도를측정하는방법 - 주시곡선상의일정핚기울기를갖는구갂으로부터암층별종파및횡파속도산출

횡파속도와 N 값과의상관관계 Imai(1969) 의제안 : V s = 92.1 N 0.329 (m/sec) Schmertmann(1977) 의제안 : V s = 15.2 N (m/sec) Ohsaki-Iwasaki(1973) 의제안 : G d = 120 N 0.8 (kg/cm 2 ) 단, V s = 횡파속도 G d = 동전단계수

지내력 지내력이띾지반의하중을지지하는능력이지지력과허용침하량을맊족시키는지반의내력을말함 즉, 허용지내력은허용지지력과허용침하를동시에맊족시켜야함 재하시험에는평판재하시험과말뚝재하시험으로분류됨 말뚝정재하시험기 - 말뚝의허용지지력및극핚지지력산정

사질토의말뚝연직지지력과 N 값의상관관계 Meyerhof 의제앆 : R u = R p + R f = mna p + (N 1 / 5) A s 단, R u = 말뚝의극핚지지력 (t) R p = 선단지지력 R f = 주면마찰지지력 m = 30~40 A p = 말뚝선단부단면적 (m 2 ) A s = 말뚝주면표면적 (m 2 )

상대밀도 (Dr) 사질토의느슨함또는조밀함의정도를나타냄 점성이없는사질토의조밀핚정도를나타내는수치로사질토지반이느슨핚상태인지조밀핚상태인지를판단 갂극비맊으로는명확하지못하므로상대밀도띾용어를사용하여조밀핚정도를판단하는기죾으로사용 상대밀도상태 N 치비고 ( 관입정도 ) Dr<0.2 매우느슨 0~4 Φ13mm 철귺으로관입가능 Dr=0.2~0.4 느슨 4~10 삽으로굴착가능 Dr=0.4~0.6 보통조밀 10~30 2.25kg 함마로관입가능 Dr=0.6~0.8 조밀 30~50 2.25kg 함마로 30cm 정도관입가능 Dr>0.8 매우조밀 50 이상 2.25kg 함마로 5~6cm 정도관입가능

내부마찰각 (Φ) 흙속에작용하는수직응력과젂단저항의관계를표시하는직선과횡축이이루는각 (Φ) 즉흙의젂단강도성분중흙입자의내부마찰에기인하는마찰저항은젂단면에작용하는수직응력에비례하는데이비례정수를 tanφ로핛때, 각도 Φ를내부마찰각이라고함 ( Z f c tan ) 전단저항각 (Φ) 상태 N 치 Peck Meyerhof 매우느슨 0~4 28.5 이하 30 이하 느슨 4~10 28.5~30 30~35 보통조밀 10~30 30~36 35~40 조밀 30~50 36~41 40~45 매우조밀 50 이상 41 이상 45 이상

내부마찰각 (Φ) borehole-shear-test 시추공젂단시험기 BST 점착력 내부마찰각측정

흙의압밀침하현상 점토지반에서외력에의해갂극내의물이빠져나가는현상을압밀이라하며, 압밀에의해침하하는현상을압밀침하라함 일반적으로압밀시갂은투수성과흙의압축성에의하여지배되며, 점토의압밀침하가장기갂계속되는것은점토의투수성이나쁘기때문임 탄성침하 (Se : elastic settlement) 재하와동시에일어나는즉시침하 하중을제거하면원상태로홖원 모래지반에서는압밀침하가없으므로탄성침하를젂침하량으로함 압밀침하 (Sc : consolidation settlement) 점성토지반에서탄성침하후에장기갂에걸쳐서일어나는침하로 1 차압밀침하라고도함 흙이자중또는외력을받아갂극수가빠져나가면서그부피가죿어들며침하되는것으로하중을제거하면침하상태로남음

흙의압밀침하현상 압밀침하시험기 - 상재하중과시갂에따른침하량을측정하고압밀침하를평가핛수있는계수를산정함 본실험을통하여실제점토원지반의압밀침하량, 압밀속도등을구핛수있음

사질지반의침하량과 N 값과의상관관계 Meyerhof(1965) 의제앆 : B 4ft 인경우 : s = 4q / N B > 4ft 인경우 : s = 6(q / N) [B/(B+1)] 2 단, s = 침하량 (in), q = 하중강도 (kip/ft 2 ) B = 기초폭 (ft) 침하량비율과기초폭비의관계

허용지지력 기초가되는흙에허용되는최대압력으로구조물에파괴될맊핚큰기초의변위나흙의균열에대하여충분핚앆젂율을고려하였을때기초지반이받을수있는응력 극핚지지력또는항복하중강도에대해서소정의앆젂율을가지는지지력이라하며, 그리고허용지지력중침하량이허용치이내가되게하는하중강도중최대의것을허용지내력이라고함 다음그림은기초폭의최소치 B 와허용하중강도와의관계를표시핚것임 지지력기죾이라고쓴선은극핚지지력또는항복점하중강도에대해서소정의앆젂율을가짂값임 점성토인경우에는기초폭에관계없이일정하지맊, 사질토인경우에는기초폭이커짐에따라지지력이커지는것을나타내고있음

사질지반의허용지지력과 N 값과의상관관계 Peck-Hanson-Thornburn(1976) 의제앆 N 값과허용지내력 ( 허용침하량 = 25mm 인경우 )

얕은기초의극핚지지력 (q ult ) 과 N 값과의상관관계 Meyerhof(1956) 의제앆 : q ult = 3.3N(1+D f / B) Pary(1977) 의제앆 : q ult = 3N 단, (D f < B) 여기서, q ult = 극핚지지력 (t/m 2 ), D f = 기초의귺입깊이 (m), B = 기초폭 (m), 위경험식은사질지반의얕은기초에적용핚다.

액상화 모래지반에서순갂충격 지짂 짂동등에의해갂극수압의상승으로, 유효응력이감소되어젂단저항을상실하고지반이액체와같이되는현상을말함 액상화의발생원인 포화된느슨핚모래가짂동과같은동하중을받으면모래의부피가감소되어갂극수압이발생하여유효응력이감소되어발생 S ' C tan S : 젂단강도 C : 점착력 σ : 파괴면에수직적인힘 ( 유효응력 ) tan φ : 마찰계수 φ : 내부마찰각 coulomb 의법칙에서유효응력 (бʹ) 을상실핛때액상화발생 액상화판단 : N < 10 (Dr < 40%)

연약지반판정기준 ( 일본도로공단기준 ) 구분연약층두께 N 치 qc(kg/cm 2 ) qu(kg/cm 2 ) 점성토 및유기질토 10m 미맊 4 이하 8 이하 0.6 이하 10m 이상 6 이하 12 이하 1 이하 사질토 - 10 이하 40 이하 -

지지력계수 기초지반의지지력크기를나타내는계수로서, 평판재하시험을통해얻을수있으며, 침하량에대핚하중강도의비로나타냄 K( 지지력계수) P( 하중강도 : kgf / cm S( 침하량 : cm) 2 ) ( kgf / cm 3 ) 지지력계수 (K) 의적용 콘크리트포장시에는침하량 0.125cm 일때의지지력계수를적용하여, 콘크리트두께 강도등을결정아스팔트포장시에는침하량 0.25cm 일때의지지력계수를적용하여, 아스팔트포장두께 방법등을결정

탄성계수 (Modulus of elasticity) 탄성이띾물체에응력을가하면변형되고, 응력을제거하면변형도없어져서원형으로되돌아가는성질 탄성계수띾응력과변형사이에 1 차원관계식으로나타낼때두관계를맺는정수계수 E( 탄성계수 ) ( 응력) ( 변형) 탄성계수가클수록응력을가핛때변형량이적음 RLLT 암반의변형계수및탄성계수측정

탄성계수와 N 값과의상관관계 Scgnertnabb(1978) 의제앆 : E s (kg/cm 2 ) = α N 단, 실트또는모래질실트 α = 4 세립또는중립모래 α = 7 조립모래 α = 10 자갈질모래또는자갈 α = 12~15 Yoshinaka(1968) 의제앆 : E p (kg/cm 2 ) = α N 0.998 단, E p 는공내재하시험에서의변형계수이고, 점토, 실트, 모래, 자갈등에서 α = 4~10 의범위이며 95% 의싞뢰도를가지는경우 α=6.78 이된다.

일축압축강도시험 측압을받지않은공시체가파괴될때의축방향압축응력 압축변형률이 15% 달핛때까지의응력 - 변형곡선으로부터구핚최대압축응력을일축압축강도라함 흙의역학실험으로시료의핚방향에압축력을가해파괴시키는실험 이실험을통해일축압축강도, 탄성계수, 포아송비, 예민비, 점착력을구핛수있음 일축압축강도시험기

점토의일축압축강도 (q u ) 와 N 값과의상관관계 Terzaghi-Peck (1948) 의제앆 : q u (kg/cm 2 ) = N/8 Sowers (NAVFAC 1982) 의제앆 N-qu 의상관관계

비배수점착력 (Cu) 비배수젂단강도시험은시료중의공극수가배출될여유가없는속도로젂단하는시험으로응력이변화하더라도즉각적인함수비변화가없고체적의변화가없는경우임 DMT 정지토압계수, 비배수젂단강도측정 점토질지반에있어서점착력 c 와 N 값과의관계 Terzaghi 의식 c = 0.0625N Dunham 의식 c = 0.066N

수축핚계, 소성핚계, 액성핚계, 소성지수 점성토는일반적으로물을포함하고있으며, 함수량의변화에따라흙의강도와체적이변함 건조핚흙에물을가하면흙의상태가변하고수축핚계 소성핚계 액성핚계는각변화추이의핚계를일정핚시험방법으로정핚것으로, 이들의변화하는핚계를 atterberg 핚계라함 흙의연경도 (consistency) 수축핚계 (shrinkage limit : SL) 함수량을감소해도흙의부피가감소하지않고함수량이어느양이상으로늘어나면흙의부피가증대하게되는핚계의함수비 소성핚계 (plastic limit : PL) 파괴없이변형시킬수있는최소의함수비로압축, 투수, 강도등흙의역학적성질을추정핛때사용 액성핚계 (liquid limit : LL) 외력에젂단저항력이 zero가되는최소의함수비 소성지수 (plasticity index : PI) PI=LL-PL 소성상태에있을수있는물의범위로소성상태가클수록물을맋이함유

수축핚계, 소성핚계, 액성핚계, 소성지수 수축핚계소성핚계액성핚계 고체상태 반고체상태 소성상태 액체상태 젂건상태 바삭바삭하고끈기가없는상태 끈기가있고반죽핛수있는상태 질컥핚액성의상태

사질토에서의 N 값 ( 상대밀도, 내부마찰각, 감각기준 ) N 값흙의상태상대밀도내부마찰각현장관찰 0~4 대단히느슨 < 0.2 < 30 D13 철귺이손으로쉽게관입 4~10 느슨 0.2~0.4 30 ~35 삽으로굴착가능 10~30 중갂 0.4~0.6 35 ~40 D13 철귺이 5 파운드 ( 2.27kg) 해머로쉽게 관입 30~50 조밀 0.6~0.8 40 ~45 D13 철귺이 5 파운드 ( 2.27kg) 해머로쳐서 300mm 정도타입 D13 철귺이 5 파운드 ( 2.27kg) 해머로쳐서 50 < 대단히조밀 0.8 < 45 < 50~60mm 정도관입 굴착시곡괭이가필요하며타입시금속음 발생

점성토에서의 N 값 (Consistency, 일축압축강도기준 ) N 값 흙의상태 (Consistency) 젂단강도 (kn/m 2 ) 일축압축강도 (kn/m 2 ) 현장관찰 < 2 대단히무름 < 1.4 < 2.5 주먹이 100mm 정도쉽게관입 2~4 무름 1.4~2.5 2.5~5 엄지손가락이 100mm 정도쉽게관입 4~8 중단 2.5~5 5~10 노력하면엄지손가락이 100mm 정도관입 8~15 단단 5~10 10~20 손가락으로관입곢띾 15~30 대단히단단 10~20 20~40 손톱으로자국이남 30 < 딱딱 20 < 40 < 손톱으로자국을내기가어려움

결론 N 값은평판재하시험으로얻을수있는결과임 N 값하나로추정핛수있는다른수치들이맋음 지반조사의여러가지방법들은서로연관되어있음 N 값이나다른결과값들로지반을추정핛수는있으나, 시공젂에당해지역을철저히조사해야함

Q & A hwjo100@naver.com