토압계수 (Lateral Earth Pressure Coefficient)
한 줄 정의: 연직 유효응력에 대한 수평 유효응력의 비로, 벽체가 받는 횡방향 토압의 크기를 정합니다.
쉽게 풀면
흙은 위에서 누르는 힘의 일부를 옆으로도 밀어냅니다. 그 옆으로 미는 정도를 연직응력에 대한 비율로 나타낸 것이 토압계수입니다. 벽이 전혀 움직이지 않으면 정지토압계수를, 벽이 흙에서 멀어지는 쪽으로 조금 움직이면 값이 작아진 주동토압계수를, 반대로 벽이 흙을 밀어붙이면 값이 훨씬 커진 수동토압계수를 씁니다.
왜 중요한가
옹벽, 흙막이, 지하 외벽 같은 벽체 구조물의 설계하중이 곧 토압이므로, 어떤 토압계수를 쓰느냐가 단면과 공사비를 좌우합니다. 특히 주동과 수동의 차이는 수 배에 이르기 때문에, 연구에서도 벽체 변위 조건과 함께 어떤 상태를 가정했는지를 명시하는 것이 필수입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"벽체 변위가 충분히 발생하지 않는 지하 외벽 조건을 고려하여 주동토압이 아닌 정지토압계수를 적용하였다."
토압계수 선택이 벽체가 얼마나 움직일 수 있느냐에 달려 있음을 보여 주는 설계 판단입니다. 강성이 큰 지하벽에서는 주동 상태에 도달하지 않습니다.
조금 더 깊게 보면
랭킨 이론은 벽면 마찰을 무시하고 흙 내부의 응력 상태로부터 계수를 유도하며, 쿨롱 이론은 벽면 마찰과 경사진 벽면·지표면을 반영한 흙쐐기의 힘 평형으로 구합니다. 정지토압계수는 정규압밀 지반에서 흔히 1에서 내부마찰각의 사인값을 뺀 값으로 근사하지만, 과압밀 지반에서는 과거의 하중 이력 때문에 1을 넘기도 합니다. 지진 시에는 관성력을 반영한 동적 토압 이론이 별도로 적용됩니다.
주의할 점
주동토압과 수동토압은 벽체가 각각 충분히 변위해야 발현되는 값이므로, 변위가 제한된 구조에 주동토압을 쓰면 하중을 과소평가하게 됩니다. 수동토압은 특히 큰 변위를 전제로 하므로 실무에서는 안전 여유를 두고 저감해 사용하는 것이 보통입니다.