1970년대에 설계된 프랜시스 스콧 키 다리는 대형 컨테이너선의 충격으로부터 다리를 보호하기에 충분히 튼튼하지 않았을 수 있습니다.
교량 붕괴와 컨테이너선 침몰 사고. 영상 : AFP
3월 26일, 메릴랜드주 볼티모어의 프랜시스 스콧 키 다리에 대형 화물선이 충돌하여 여러 명이 실종되고 심각한 경제적, 사회적 혼란이 발생했습니다. 인디펜던트 지에 따르면, 이 충돌 사고에는 왜 화물선이 다리에 직접 충돌했는지, 그리고 사고 후 다리가 왜 그렇게 빨리 붕괴되었는지 등 여러 의문점이 제기되고 있습니다. 전문가들은 충돌과 그에 따른 붕괴 과정에서 정확히 어떤 일이 일어났는지 말하기는 아직 이르다고 말합니다. 그러나 전문가들은 이러한 유형의 다리는 충돌에 대한 보호 장치가 특히 잘 갖춰져 있으며, 다리 붕괴에 필요한 힘이 엄청나다는 점을 강조합니다.
과거에도 선박 충돌로 교량이 붕괴된 사례가 있습니다. 워릭 대학교 연구원인 토비 모트람에 따르면, 1960년부터 2015년까지 선박 충돌로 인한 주요 교량 붕괴 사고는 35건 발생했습니다. 이러한 실질적인 위험 때문에 충돌 방지 기능을 갖춘 현대식 교량이 건설되었습니다. 엔지니어들은 충돌 시 교량의 안정성을 보장하기 위해 일련의 요건과 안전 조치를 개발해 왔습니다.
수로를 가로지르는 대형 교량은 교각과 지지대를 보호해야 합니다. 왕립 공학 아카데미(Royal Academy of Engineering)의 교량 설계자이자 연구원인 로버트 베나임(Robert Benaim)은 이러한 보호가 다양한 형태로 이루어질 수 있다고 말합니다. "해저에 철 구조물을 설치하여 선박을 정지시키거나 방향을 바꾸는 것과 같은 구조적 보호가 될 수도 있고, 대형 선박이 교각에 접근하지 못하도록 인공 섬을 만드는 것도 가능합니다."라고 베나임은 말합니다.
프랜시스 스콧 키 다리는 비교적 현대적이어서, 전문가들은 교각이 충돌할 가능성을 예상하고 건설되었다고 생각합니다. 교각은 특히 중앙 부분의 구조적 결함이 발생할 경우 다리 전체가 붕괴될 수 있기 때문에 매우 중요합니다. 맨체스터 대학교 구조공학과 부교수인 리 커닝햄에 따르면, 열차의 질량과 속도가 충격의 크기를 결정하는 주요 요인입니다. 마찬가지로, 차선의 위치를 기반으로 계산되는 충격 방향 또한 중요한 요소입니다.
프랜시스 스콧 키 다리의 경우, 1970년대 다리 설계는 오늘날 선박의 엄청난 크기와 힘을 고려하지 않았을 가능성이 있습니다. 다리에 충돌한 화물선 '달리호'는 길이 300미터, 너비 50미터에 달하는 거대한 화물을 싣고 알 수 없는 속도로 항해했습니다. 모트람은 당시 달리호와 같은 선박이 볼티모어 항구를 통과하지 않았기 때문에 다리의 교각이 현대 선박과의 충돌 규모를 견딜 수 있도록 설계되지 않았을 가능성이 있다고 말합니다. 볼티모어 키 다리는 1970년대에 안전 기준과 설계 규정을 충족했지만, 오늘날 선박의 움직임을 감당할 수 있는 보호 장치는 없었을 가능성이 있습니다.
그러나 모트람 교수는 충돌을 막지 못한 것이 다리의 기술 때문만은 아니라고 강조했습니다. 그는 "항법 기술이 열차가 다리에 충돌하는 것을 막았어야 했습니다."라고 말했습니다. 모트람 교수에 따르면, 조사의 최우선 과제는 해당 기술이 열차에서 작동하지 않은 이유를 규명하는 것이어야 합니다.
충돌 영상에서 놀라운 점은 다리가 얼마나 빨리 무너졌는가입니다. 다리가 휘어지기 시작하자마자 완전히 무너졌습니다. 이는 부분적으로 이 구조물이 다리 아랫부분에 여러 개의 연결 구간을 두는 것이 아니라, 세 개의 주요 경간을 가로지르는 긴 강철 트러스로 구성된 연속 트러스 교량으로 건설되었기 때문입니다.
달리호와 같은 대형 선박과의 충돌은 트러스 구조를 지지하는 길고 가늘어지는 콘크리트 교각에 가해지는 설계 하중을 훨씬 초과합니다. 셰필드 대학교 토목구조공학과 박사과정생인 앤드류 바는 교각이 파괴되면 트러스 구조 전체가 매우 빠르게 붕괴된다고 설명합니다.
"이것은 엔지니어들이 연쇄 붕괴라고 부르는 현상의 한 예입니다. 한 구조 요소의 파손이 인접한 요소의 파손으로 이어지고, 이 요소는 위의 새로운 하중을 지탱할 수 없게 됩니다. 이 경우 교각의 붕괴로 지지되지 않은 트러스 부분이 좌굴되어 무너졌습니다. 연속적인 트러스이기 때문에 하중이 재분배됩니다. 트러스는 나머지 교각 주위를 시소처럼 회전하면서 북쪽 경간을 일시적으로 들어올리다가 장력으로 인해 북쪽 경간도 붕괴됩니다. 결과적으로 트러스 전체가 물속으로 무너집니다."라고 Barr는 말했습니다.
안캉 ( 인디펜던트 에 따르면)
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