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기초공학
제 1장 서론
1.1 개 설
▶ 기 초 (foundation)
⇒ 상부하중을 지반에 전달하는 구조부분의
총칭
1) 얕은기초 (직접기초)
2) 깊은기초 (말뚝기초, 피어기초, 케이슨기
초)
▶ 얕은기초
⇒ 근입비 (Df / B) 가 1 이하인 기초
(현재는 불분명한 정의)
1) 가장 보편적인 기초
2) 지반 조건이 양호한 경우 선택
1.1 개 설
▶ 얕은기초 설계시 고려사항
⇒ 안전성, 신뢰성, 기능의 효율성 고려
1) 기초 위치의 결정
통상적으로 시방서 규정 만족
기초의 최소폭 이내 깊이로 제한 (계절적
영향의 고려)
2) 파괴에 대한 안정
기초구조체 자체의 파괴
기초지반의 전단파괴
3) 침하에 대한 안정
▶ 얕은 기초에 관련된 전문용어 ◀
1) 기초 (foundation)：구조물이 지반과 닿는
제일 낮은 부분이며 이곳에서 하중이 지반에
전달된다.
2) 기초지반 (foundation soil or bed)：하중이
구조물 저면으로 전달되는 지반이나 기층
3) 후팅 (footing)
: 구조물 기초의 부분으로
하중을 기초지반에 직접 전달할 수 있는 강
성이 큰 하부구조
4) 지지력 (bearing capacity)：기초지반이나
암반의 하중전달능력, 구조물 하중을 지지하
거나 전달할 수 있는 능력
▶ 얕은 기초에 관련된 전문용어 ◀
5) 극한지지력 (ultimate bearing capacity) : 기
초지반의 전단파괴가 발생됨이 없이 지탱할
수 있는 기초의 최대압력
6) 전지지력 (gross bearing capacity)：기초위
의 지반자중(상재하중)을 포함한 지지력
7) 순지지력 (net bearing capacity)：전지지력
에서 기초위치에 원래 존재하는 상재압을 뺀
지지력
8) 안전지지력 (safe bearing capacity): 극한지
지력을 안전율(2∼5)로 나눈 지지력
9) 허용지지력 (allowable bearing capacity)：
전단파괴나 과잉침하 및 부등침하가 발생되
지 않는 허용 최대지지력.
1.2 얕은기초의 종류
독립후팅(isolated footing)
후팅기초
복합후팅(combined footing)
연속후팅(continuous footing)
얕은기초
매트기초(mat foundation)
전면기초
보상기초(compensated foundation)
부력기초(raft foundation)
1)후팅기초
▶ 기초면적이 비교적 작은 강성구조체로 되
어 있어 기초구조체의변형이 발생되지 않
고 일체로 움직이는 강성기초 (剛性基礎,
rigid foundation)
▶ 가장 널리 사용됨
▶ 후팅을 독립적으로 시공할 경우
⇒ 부등침하의 발생 가능성이 큼
2) 전면기초
▶ 기초면적에 비하여 기초의 두께가 얇으
므로 기초 슬래브의 변형이 발생될 수
있는 탄성체기초 (彈性體基礎, elastic
foundation)
▶ 후팅의 접지면적을 크게하기 위해 사용
▶ 후팅기초에 비해서 지반파괴에 안전
▶ 지반이 국부적 불균일 할 경우에도 유
리
▶ 지하수위가 높을때 유리
1.3 후팅 기초의 종류
45
45
(a)돌쌓기
(b)무근콘크리트
(c)철근콘크리트
1) 독립후팅 (isolated footing)
▶ 확대기초, 확대후팅 (spread footing)
▶ 집중하중을 하나의 기둥으로 전달
▶ 가장 보편적인 형태
▶ 구조의 단순
▶ 거푸집 작업용이, 경제적
▶ L/B ≤ 5
독립후팅
B
Df
B
L
2) 복합후팅 (combined footing)
▶ 두개이상의 기둥하중을 하나의 후팅으로 전
달
▶ 지반내 하중분포를 균일하게 함
▶ 부등침하의 가능성 줄임
2) 복합후팅 (combined footing)
3) 연속후팅 (continuous footing)
▶ L/B > 5인 경우
▶ 여러개의 기둥하중이 인접시 사용
▶ 지지벽의 선하중을 지지할 때 사용
▶ 비교적 균일한 하중을 지반에 전달
Df
B
B
L
1.4 전면 기초의 종류
1) 매트기초 (mat foundation) = mass footing
▶각각의 기초가 연결되어 일체된 것
▶강도가 좋지않은 지반에 시공시 효과적 (부
등침하 방지효과)
2) 보상기초 (compensated foundation)⇒ 지반을
굴착하여 통상적 깊이보다 깊은 위치에 건물
을 설치시 구조물하중의 일부 혹은 전부를 원
래 있던 흙의 자중과 상쇄시키도록 한 기초
형태
3) 부력기초 (raft foundation)⇒ 구조체를 지하수
위 아래에 위치시켜 구조물하중을 부력으로
상쇄시키도록 한 기초 형태
1.4 전면 기초의 종류
(a) 보통구조
(b) 기둥하부보강구조
(c)보와 주행구조
(d) 받침구조
(e) 상자구조
지반의
전단강도 측정법
시험법
▶ 지반의 전단강도측정시험법 : 실내시험,
현장시험
1)실내시험 : 직접전단시험, 일축압축시험,
삼축압축시험, 단순전단시험, 평면변형
시험, 비틀림전단시험
⇒이들 시험은 지반속 흙요소가 받는 응력
의 상태를 실내시험기 내에서 재현시켜
역학적 거동을 조사하는 시험
시험법
2)현장시험 : 지수시험(indication test), 재하시
험
⇒현장에서 직접 전단강도를 측정 혹은 전단강
도를 판단할 수 있는경험적 수치를 측정
①지수시험 : 표준관입시험(SPT), 콘관입시험
(CPT), 베인시험
⇒그 값 자체는 전단강도값이라 할 수 없으나
전단강도와 연계활용할 수 있는 지표값을 구
하는 시험
②재하시험 : 평판재하시험, 말뚝재하시험
시험법
실내시험
현장시험
지수시험
직접전단시험
단순전단시험
삼축압축시험
평면변형시험
실내베인시험
비틀림전단시험
링전단시험
재하시험
표준관입시험(SPT)
평판재하시험
콘관입시험(CPT)
후팅시험
베인시험
말뚝재하시험
pressurmeter
screw plate
geophysical tests
pocket penetrometer
실내시험의 발달 및 분류
▶ 실내시험의 목적 : 현장에서의 하중조건을 실
내시험기내에서 재현시킴
⇒실내시험 조건
① 실제 현장하중조건(배수조건 포함)이 알려져
야함
② 실내시험장치는 현장상태를 소요정확도로 재
현시켜야 함
③ 현장재하조건과 실내시험조건 사이의 차이가
합리적으로 고려되어야 함
실내시험의 발달 및 분류
▶ 흙의 전단강도 측정 실내시험방법
⇒응력과 변형률의 주면(principal planes)
이 고정되어 있는가 여부에 따라 크게
두 가지로 분류(Atkinson & Bransby,
1978)
①주응력회전이 불가능한 시험
②주응력회전 가능한 전단시험
→응력과 변형의 주면 일정하게 하고 초기 작용 수직응
력이 작용하는 주면이 시험종료시까지 동일하게 주면이
되므로 주응력회전이 불가능한 시험
a
b
r
c
a = b = c
r
b = c = r
c
b = 0
c
b = 0
a
a
 b=0 
a
b=0 
a
 b=0 
a
b=0


c=0  b =  c =  r = 0
c=0 b = c =  r = 0

a = b = c = 
→주응력의 방향이 수직응력과 전단응력의 크기에 따라
변할 수 있게 개발된 시험방법
실내시험의 발달 및 분류
▶ 실내시험의 변천과정
①초기의 전단강도측정시험기 : 직접전단시험(direct
shear test)
-Coulomb의 파괴이론으로 흙의 전단강도를 결정하기
편리하도록 개발시험법
-시료내의 파괴가 상하전단상자 사이에서 발생되도록
유도 실시하는 시
-전단파괴면이 미리 결정
⇒지중 흙요소의 파괴면이 어느 방향인지 모르는 점과
비교하면 현장조건의 올바른 실내재현이라 할 수 없
음
⇒지반속 한 요소가 받는 응력은 3차원 응력상태인 점
도 반드시 재현되어야 함
실내시험의 발달 및 분류
②삼축압축시험(triaxial compression test)
-지반내 한 요소는 축대칭상태에 있어 수평방향
응력이 연직축 중심으로어느 방향으로나 동
일한 점을 감안 실내에서 재현시킨 시험
-삼축상태의 응력을 고려하되 중간주응력( 2 ),
최소주응력( 3 )이 동일한 특수한 경우를 대
상으로 한 시험
③일축압축시험(uniaxial compression test)
-삼축압축시험의 특수한 경우로 수평방향응력
이 대기압 즉 0인 시험
실내시험의 발달 및 분류
④입방체 공시체를 사용한 삼축시험(cubical
triaxial test 혹은 true triaxialtest)
-일반적인 삼축시험은 지중의 삼차원 응력상태
즉,  1   2   3 인 응력상태를 나타낼 수 없
음
-세 개의 주응력을 원하는 크기로 제어가능
-중간주응력이 전단강도 특성에 미치는 영향을
측정
-3차원축중 한 개의 축의 변형이 발생되지 않도
록 시험기를 제작
실내시험의 발달 및 분류
▶ 주응력 회전현상
-지중요소의 초기응력은 연직응력, 수평응력이 주응력
-지중 혹은 지상에 하중재하
⇒지중의 흙요소에는 초기의 주응력 응력상태에서 수직
응력이 변화및 전단응력 작용
-수직응력과 전단응력으로부터 새로운 주응력 및 작용
면이 결정
⇒지중에서는 하중이 가하여짐에 따라 주응력의 방향이
변함
-주응력회전효과를 고려한 전단강도시험법: 비틀림전
단시험, 단순전단시험
직접전단시험
▶ Coulomb의 파괴이론으로 흙의 전단강도를
▶
▶
▶
▶
결정하기에 편리하도록 개발된 시험법
시료내의 파괴가 상하전단상자 사이에서 발
생되도록 유도
가장 오래된 시험이며 현재까지도 가장 많이
활용되고 있는 전단시험
통상 60mm정방형 혹은 원형 면적과 25mm
두께의 공시체를 사용
지반의 변형을 측정하기에는 부적합한 시험
2.3 직접전단시험
연직하중
다공필터
분리상자
전단력
공시체
롤러
직접전단상자
작용력 측정장치
2.3 직접전단시험
▶ 원리 및 시험방법
-연직하중은 강체 재하캡을 통해 전단상자내 공시체에
작용
-시험중 전단하중, 수평변형량 및 연직변형량이 측정
-전단력과 연직력을 공시체 단면적으로 나누어 파괴면
에서의 전단응력과 수직응력을 구함
-동일한 시료에 대하여 수직응력의 크기를 변화시키면
서 세번의 시험을 실시하여 각 경우에 대한 파괴시
파괴면에서의 전단응력을 측정
-시험결과를 수직응력축과 전단응력축의 관계도에 도
시하여 구한 파괴포락선으로부터 전단강도정수 c ,
를 구함
직접전단시험
▶
①
②
③
④
직접전단시험의 장점
전단강도개념을 표시하기가 용이
전단응력(전단강도)의 직접측정이 가능
시험장치를 만들기 쉽고 사용하기 용이
조립토의 배수시험에 용이하고 체적변형측정이 가능
(높이h의 변화로)
⑤ 평면변형 및 K0등의 비등방 하중조건이 가능
▶ 직접전단시험의 단점
① 수평파괴면에 전단응력분포가 불균일(단부에 응력집
중현상이 있음)
② 파괴가 정해진 면(연직하중에 수직)으로 발생되도록
함
③ 변형계수를 구하기 위한 변형률측정이 불가능
(변형에 포함된 흙시료의 분량(두께)을 알 수 없기 때문).
일반삼축시험(원통형공시체)
▶ 통상 직경이
35mm∼100
mm인 원통형
공시체를 사
용
(a) 삼축시험기
의 개략도
(b) 공시체 작용
응력
일반삼축시험(원통형공시체)
▶ 삼축시험의 순서
①상판과 하판사이에 공시체를 놓고 고무멤브레인으로
싼후 상하판에 O-링을 씌워 공시체를 피복
②공시체를 삼축셀에 넣고 셀에 유체(deaired water)를
채워 구속압을 가함
③재하 피스톤을 통하여 축차응력을 공시체에 가함
④상하판 배수선이 뷰렛이나 간극수압측정기에 연결되므
로 체적변형량(배수시험시)혹은 간극수압(비배수시험
시)을 측정
일반삼축시험(원통형공시체)
▶ 삼축시험중 측정항목
① 구속압 (confined pressure)
② 축차하중 (deviator load)
③ 연직변위
④ 체적변형량 혹은 간극수압
▶ 삼축시험의 장점
①배수조절이 가능하고 간극수압 측정이 가능
②변형률 측정이 가능하여 변형계수 구하기가 용이
③여러 가지 재하조건을 마련가능
→K0 응력상태의 이방압밀, 신장(extension)시험, 응력
경로 등을 자유로이 제어할 수 있음
일반삼축시험(원통형공시체)
▶ 삼축시험의 단점
① 상하판과 공시체 사이의 단부마찰로 응력집
중이 발생
:시험중 공시체가 항아리모양으로 변형하는
현상(bulging)이 나타남
② 축대칭 하중조건만 재현가능
:실제현장은 3차원 응력상태의 하중조건도
존재함
③ 등방압밀만 용이
:실제는 흙이 이방압밀 상태
일반삼축시험(원통형공시체)
▶ 배수조건에 따른 삼축시험의 구분
⇒첫번째자 : 전단과정 이전의 압밀과정을 표시
두 번째자 : 전단시 배수조건을 표시
-UU시험(unconsolidated undrained test) : 재
하속도 0.5-1%/분급속시공의 경우(과잉간
극수 소산 불가, 단기안정)
-CU시험(consolidated undrained test) :재하
속도 0.05-0.1%/분안정된 지반상에 급속재
하한 경우(중·장기안정)
-CD시험(consolidated drained test) : 재하속
도 0.005%/분과잉간극수가 충분히 소산될
수 있도록 천천히 시공(장기안정)
입방체형삼축시험
▶ 개발배경⇒ 최근의 연구(홍원표(1988c), 남
정만 홍원표(1993))에 의하면중간주응력은
흙의 응력-변형률 및 전단강도에 영향을 미
치므로 요소에서로 다른 세 주응력을 재하시
킬 수 있는 다축시험장치가 필요
수평재하판
작동구조
로드셀
수평재하장치
입방체형삼축시험
▶ 실험준비 및 방법
로드셀
O- 링
윤활처리
고무막
필터지
공시체
76× 76× 76 mm
10× 10 cm
측면배수구
체적변형 및
간극수압장치 연결구
-76mm×76mm×76mm 정
육면체 공시체 사용
(Lade, 1978)
-상·하판측면 필터스톤과
배수구를 설치. 배수선
을 통해 공시체의 체적
변화량, 간극수압 측정
-공시체와 상·하판 발생하
는 마찰력을 피하도록
표면윤할처(lubrication)
실시
입방체형삼축시험
▶ 실험준비 및 방법
-상·하판을 둘러싸는 고무멤브레인은 방수, 공기 차단
을 위해 O-링으로 밀봉
-최소주응력  3 는 수평방향으로 작용하도록 셀압으로
가함
-변형제어방식으로 연직하중을 재하. 1 은 연직방향 축
차응력(vertical deviator stress) ( 1   3)을 측정하여
구함
-  2 는 3 와 직교하는 또 하나의 수평방향으로 작용하도
록 특수 수평재하장치를 사용하여 응력제어방식으
로 재하, 수평방향 축차응력(horizontal deviator
stress) (  2   3 )를 측정하여 구함
입방체형삼축시험
▶ 실험준비 및 방법
-연직방향 변형률은 삼축셀 밖의 재하피스톤에
부착시킨 다이얼게이지로 측정. 중간주응력
방향의 변형량은 clip gage로 측정
-최소주응력방향 변형량은 체적변형량·연직변
형량·중간변형량으로산정
▶ 입방체형 삼축시험의 단점
-지중주응력방향의 회전현상을 실내 재현시킬
수 없음
비틀림전단시험
▶ 개발배경
-주응력방향 회전현상을 실내 재현을 위해서 연
직하중, 전단응력을 공시체표면에 동시에 작
용시킬 수 있는 시험장치가 필요
▶ 비틀림 전단시험기(Hong & Lade, 1989)
-중공원통형 공시체의 내·외측면에 구속압을 가
하고 공시체의 상·하단에 연직하중, 전단력
을 가하며 각각 다른 세 주응력을 산정할 수
있도록 고안한 시험기
비틀림전단시험
σcell (내 측)
σ axial = σz
σ tortion = σθ
σcell = σ r
주 응 력 σ 1, σ 2 , σ 3 는
계산에 의거 산출된다.
(위) 중공체원통형 공
시체
(옆)비틀림 전단시험
기
비틀림전단시험
공시체 작용응력
기타 전단시험
▶ 평면변형시험(plane strain test)
-중간주응력  2 축방향의 변형률  2 가 0이 되는 상태
-중간주변형률  가 0일지라도 중간주응력  는 0이
2
2
아님
기타 전단시험
▶ 링전단시험(ring shear test)
-대변형을 공시체에 부여하면서 전단시험을 할 수 있는
장점
즉, 공시체에 대변형을 가함으로서 전단강도중 잔류강
도 혹은 극한강도를구할 수 있음
기타 전단시험
▶ 단순전단시험
-공시체내 변형이 균일하게 발생되도록 하고 전단상자
가 서로 마주보는 판이 회전이 가능하도록 고안한
것
-종류 : NGI형, Cambridge대학형
-전단상자 단부의 구속력이
전단강도에 영향을 미쳐
공시체 내의 변형이
균일하게 발생되지 못함
기타 전단시험