지반변형계수(E0)

★ 지반변형계수(E0)가 말뚝설계에 미치는 영향

* 성토부 교대 수평변위 최소화 방안(설계처-2315) 2014/09

o 지반변형계수(E0)와 휨모멘트, 수평변위량과의 관계

지반변형계수(E0)	수평지반반력계수 (kh)	말뚝특성치 ( )	말뚝특성장* (1/ )	휨모멘트 (말뚝 수)	수평 변위량
700N~ 1,200N			특성치의 역수
小	小	小	大	大	大
大	大	大	小	小	小

* 말뚝 특성장(m) 수평지지력에 관여하는 지반의 깊이로써 특성장이 커지면 휨모멘트 및 수평변위량이 크게 산출되며, 작아지면 휨모멘트 및 수평변위량이 과소하게 산출됨

 

o 지반변형계수(E0) 변화에 따른 말뚝 수 및 변위량 산정

구 분	700×N값	1,000×N값	1,200×N값
말 뚝 배 열	1열 8본 2열 7본 3열 7본	1열 7본 2열 7본 3열 7본	1열 7본 2열 7본 3열 6본
	총 22 본	총 21 본	총 20 본
지반변형계수(E0)	10,500kN/m2	15,000kN/m2	18,000kN/m2
수평 변위량(mm)	12.911	10.069	9.091

※ 검토조건 : 교대 H=8.0m, 기초 B=12.14m, L=4.9m, 말뚝:Φ=508,12T, L=12.1m

 

□ 검토결과

o 지반변형계수의 증감에 따라 말뚝에 작용하는 휨모멘트 및 수평변위량에 큰 영향을 미침

󰊳 지반변형계수(E0) 적용 개선

□ 지반변형계수(E0) 700×N값 잠정 적용

o 지반변형계수를 과대(1,200×N값)하게 적용 시 말뚝본수는 감소하나 수평변위량 과소 평가

o 따라서, 국내 성토체 특성에 맞는 지반변형계수 산정방법 개발 시까지 미 해군시설 설계 매뉴얼의 700×N값 잠정 적용

 

□ 국내 고속도로 교대 성토체 특성에 맞는 지반변형계수(E0) 산정방법 연구 추진 (도로교통연구원 협조) o 지반변형계수를 700×N값 적용 시 말뚝개소 수 및 수평변위량이 증가하고, 1,200×N값 적용 시는 모두 감소함

 

 

★ 설계기준의 N치를 통한 지반변형계수 추정

  1. 국도건설 실무요령-2021 (4. 구조물공 설계요령, 13 하부구조 설계기준 라. 설계일반)

5) 지반변형계수(Eo)

지반변형계수는 기초의 즉시 침하량 및 말뚝의 수평변위량 산정등에 사용되며 적용 값은 현장 재하시험 결과의 적용을 원칙으로하나 N치를 토대로 지반변형계수를 추정 할 경우는 다음과 같이 적용한다.

지층상태	Eo(MPa)
	NAVFAC DM 6.1-220
실트, 모래질 실트	0.4N
가는내지 중간모래	0.6N
좋은 모래(자갈이 약간 함유된 모래)	1.0N
모래질 자갈, 자갈	1.2N

 

2. 도로교 설계기준 해설 (2008)

4) 지반탄성계수(변형계수)

지반을 탄성적으로 취급하고 기초의 탄성변위량을 산정하거나 수치해석을 위해 지반탄성계수 E를 알아야 하는 경우가 많다. 지반탄성계수를 산정하는 방법은 여러 가지가 있으며, 시험방법에 따라 차이가 있으므로 실내시험과 현장시험을 종합적으로 검토하여 결졍해야 한다. 지반탄성계수를 구하는 방법은 다음과 같다.

④ 표준관입시험 또는 콘관입시험

표준관입시험 결과로부터 지반탄성계수를 구하는 식은 해설 식(5.5.15)와 같다

E=28N (kN/cm) (해설 5.5.15)

콘관입시험 결과로부터 지반탄성계수를 추정하는 식은 흙의 종류에 따라 다음과 같다. 단, E의 단위는 qc의 단위에 따른다.

E = 3qc (모래) (해설 5.5.16)

E = 7qc (점토) (해설 5.5.17)

 

 

3. 도로교 설계기준 한계상태 설계법 해설

7.6.2.2 변위

Eo=실내시허결과 대신 표7.6.1에 제시된 탄성계수(MPa)

Eo가 깊이에 따라 크게 변하지 않는 한, Eo는 기초아래에서 기초폭의 1/2나 2/3정도의 깊이에서 결정되어야 한다. 만일 지반 탄성계수가 깊이에 따라 크게 변한다면 Eo의 가중 평균을 사용할 수도 있다. 표7.6.1에 사용된 기호의 설명은 다음과 같다.

N=표준관입시험(SPT)값

N1=깊이에 따른 SPT 수정값

Su=비배수 전단강도(MPa)

qc=콘 관입저항력(MPa)

 

표7.6.1 미 해군성(1982)과 Bowles(1988) 이후에 수정된 다양한 흙에 대한 탄성계수

흙의 종류	값의 전형적인 범위	포아송비	N값을 이용한 E의 산정
	탄성계수, E(MPa)		흙의 종류	탄성계수, E(MPa)
점성토		0.4~0.5 (비배수)	실트, 사질토질 실트 약간의 점착력 혼합토	0.4N1
부드럽고 민감	2.4~15		매우가늘거나 중간정도의 사질토와 약간의 실트질 사질토	0.7N1
중간정도 굳거나 굳음	15~50		굵은 사질토와 약간의 자갈이 섞인 사질토	1.0N1
			사질토질 자갈과 자갈	1.1N1
매우 굳음	50~100
황토	15~60	0.1~0.3	사질토질 자갈과 자갈	1.1N1
실트	2~20	0.3~0.35
가는 사질토 :		0.25	Su을 이용한 E의 산정
느슨	7.5~10
			부드럽고 민감한 점성토	400Su~1000Su
중간	10~20
조밀	20~25
			중간정도 굳거나 굳은 점성토	1500Su~2400Su
사질토 :
느슨	10~25	0.20~0.35
			매우굳은 점성토	3000Su~4000Su
중간	25~50
조밀	50~75	0.30~0.4
자갈 :			qc을 이용한 E의 산정
느슨	25~75	0.2~0.35	사질토질의 흙	4qc
중간	75~100
조밀	100~200	0.3~0.4