볼티모어 다리 붕괴: 엔지니어의 분석과 필요한 변화

왜 다리가 무너졌는가, 그리고 우리가 다른 다리들을 그러한 붕괴로부터 더 안전하게 만들기 위해 무엇을 할 수 있을까요?

길이 300미터, 무게 약 10만 톤의 컨테이너선 MV 달리호가 동력을 잃고 볼티모어의 프랜시스 스콧 키 브리지의 지지 교각 중 하나에 부딪히면서 다리는 순간적으로 무너졌습니다. 6명이 사망한 것으로 추정되고, 여러 명이 부상을 입었으며, 시와 지역은 중요한 운송 수단이 없는 상황에서 수개월 동안의 물류 악몽을 기대하고 있습니다.

그것은 대중뿐만 아니라 저와 같은 교량 기술자들에게도 충격적인 사건이었습니다. 우리는 교량이 안전하도록 매우 열심히 노력하고 있으며, 전반적으로 교량 붕괴로 부상을 입거나 더 심한 확률은 심지어 낙뢰에 맞을 확률보다 더 낮습니다.

하지만 볼티모어의 사진들은 안전을 당연하게 생각할 수 없다는 것을 상기시켜주는 것입니다. 우리는 경계를 게을리 하지 말아야 합니다.

그렇다면 이 다리는 왜 붕괴되었을까요? 그리고 그만큼 중요한 것은, 어떻게 하면 다른 다리들도 이러한 붕괴로부터 더 안전하게 만들 수 있을까요?


20세기 다리와 21세기 배의 만남

프랜시스 스콧 키 브리지는 1970년대 중반에 건설되어 1977년에 개통되었습니다. 항해 채널의 주요 구조물은 세 개의 섹션 또는 범위에 있는 “연속 트러스 브리지”입니다.

그 다리는 네 개의 지지대 위에 놓여 있고, 그 중 두 개는 항해 가능한 수로의 양쪽에 놓여 있습니다. 배의 충격으로부터 보호하기 위해 가장 중요한 것은 이 두 개의 교각입니다.

그리고 실제로 두 개의 보호 장치가 있었습니다: 콘크리트로 만들어진 소위 “돌고래” 구조물과 펜더. 돌고래들은 교각의 상류와 하류 약 100미터 지점에 있습니다. 그들은 표류하는 배의 경우 희생되기 위한 것으로, 그 과정에서 돌고래의 에너지를 흡수하고 변형되지만 배가 다리 자체에 부딪히는 것을 방지합니다.

펜더는 마지막 보호 층입니다. 그것은 주요 교각 주위에 놓여진 목재와 철근 콘크리트로 만들어진 구조물입니다. 다시 말하지만, 그것은 충격의 에너지를 흡수하기 위한 것입니다.

펜더는 아주 큰 선박의 충격을 흡수하기 위한 것이 아닙니다. 그래서 무게가 10만 톤이 넘는 MV 달리호가 돌고래 보호구역을 지나갔을 때, 펜더가 견디기에는 너무 무거웠습니다.

비디오 녹화에는 다리가 무너지기 직전 먼지 구름이 나타나고 있는데, 이 먼지는 배에 의해 찌그러지면서 펜더가 붕괴된 것일 수 있습니다.

그 거대한 배가 돌고래호와 펜더호를 모두 지나쳤기 때문에, 그 다리의 4개의 주요 지지부 중 하나인 부두는 충격을 견딜 수가 없었습니다. 그 배의 크기와 그것의 가능한 속도가 약 8노트 (시속 15킬로미터)인 것을 고려하면, 충격력은 약 20,000톤이 되었을 것입니다.


다리는 점점 더 안전해지고 있습니다

이것은 배가 프란시스 스콧 다리를 들이받은 최초가 아니었습니다. 1980년에 또 다른 충돌이 있었는데, 펜더를 교체해야 할 정도로 심하게 손상시켰습니다.

세계 수인성 교통 인프라 협회(World Association for Waterborne Transport Infrastructure)의 2018년 보고서에 따르면, 1960년과 2015년 사이에 충돌로 인해 사망자를 낸 35개의 주요 다리 붕괴가 발생했습니다. 1970년대와 1980년대 초에 선박과 다리 사이의 충돌은 충격으로부터 다리를 보호하기 위한 설계 규칙의 상당한 개선으로 이어졌습니다.

1970년대와 1980년대 초반에 추가적인 영향으로 인해 영향에 대한 설계 규칙이 크게 개선되었습니다.

1993년에 발간된 국제 교량 및 구조 공학의 선박 충돌 가이드와 미국 고속도로 및 교통 공무원 협회의 고속도로 교량의 선박 충돌 설계 가이드 사양 및 해설서(1991)는 교량 설계 방식을 변경했습니다.

호주에서는, 2017년 발간된 호주 교량 디자인 표준(Australian Standard for Bridge Design)은 디자이너들이 향후 100년 안에 나올 것으로 보이는 가장 큰 선박과 그것이 전속력으로 어떤 다리 교각으로 향한다면 어떤 일이 일어날지에 대해 생각하도록 요구합니다. 디자이너들은 정면 충돌과 측면으로, 힐끗 쳐다보는 바람의 결과를 모두 고려할 필요가 있습니다. 그 결과, 많은 새로운 다리들이 사람이 만든 섬 전체로 교각을 보호합니다.

물론, 이러한 개선은 프란시스 스콧 키 브리지 자체의 설계에 영향을 미치기에는 너무 늦었습니다.


재난의 교훈

그렇다면 이 초기 단계에서 명백한 교훈은 무엇입니까?

첫째, 이 다리에 대한 보호 조치가 이 선박 충돌을 처리하기에 충분하지 않았다는 것은 분명합니다. 오늘날의 화물선은 1970년대의 화물선보다 훨씬 더 크고, 프랜시스 스콧 키 브리지도 이와 같은 충돌을 염두에 두고 설계된 것은 아닌 것 같습니다.

그래서 한 가지 교훈은 우리가 우리의 다리 근처의 선박들이 어떻게 변화하고 있는지를 고려해야 한다는 것입니다. 이것은 우리가 구조물이 지어진 그대로의 것을 받아들일 수 없으며, 우리의 다리 주변의 선박들과 함께 우리의 다리 주변의 보호 조치들이 발전하고 있는지를 확실히 해야 한다는 것을 의미합니다.

둘째, 그리고 보다 일반적으로 우리는 다리를 관리할 때 경계를 늦추지 말아야 합니다. 저는 호주 다리의 현재 안전 수준뿐만 아니라 우리가 더 잘할 수 있는 방법에 대해서도 쓴 적이 있습니다.

이 비극적인 사건은 단지 우리의 노후화된 사회 기반 시설을 유지하는데 더 많은 돈을 써야 할 필요성을 강조할 뿐입니다. 이것이 우리가 오늘날 요구하는 것들에 대해 안전하고 제대로 작동하도록 보장하는 유일한 방법입니다.

이 편집된 기사는 크리에이티브 커먼즈 라이선스로 The Conversation에서 다시 출판됩니다. 원본 기사를 읽어보세요.

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