기술사가 분석하는 분당 정자교 붕괴 원인! (가드레일 추가? 상수도관 파열? 교각의 강도저하?)
1. 가드레일의 추가 하중
사고 사진에서 보다시피, 사고 발생 부위는 교각의 지지를 받지 못하는 '캔틸레버(외팔보) 구조'입니다.
이러한 캔틸레버 구조에서 외팔보에 하중이 추가되면, 보와 기둥의 연결부에서 휨 모멘트(또는 굽힘 모멘트)가 증가하게 되며, 이로 인해 보의 굽힘 응력이 증가합니다.
하지만, 외팔보에 하중이 지나치게 크게 가해지면, 보와 기둥의 연결부는 이를 견딜 수 없게 되어 파손될 수 있습니다. 아마 이번 사고에서도 이런 문제가 있었던 것으로 아래 사진을 통해 추측해 볼 수 있습니다.
구조검토 시 하중을 계산할 때, 해당 구조물이 받을 것으로 예상되는 하중들을 고려하여 설계되고 검토됩니다. 하지만 구조물이 사용되는 도중 예상치 못한 하중이 추가될 경우, 구조물이 안전하게 운영될 수 있는지 다시 한 번 검토해야 합니다.
이번 경우와 같이 교량에 가드레일이 갑자기 추가 설치되었다거나, 아침부터 내린 비로 인한 습윤상태로 인한 하중이 예상보다 강하게 작용하는 경우 등이 있습니다. 다만, 이러한 구조 검토가 충분히 이뤄졌을 것으로 생각되지는 않습니다. 조사 결과가 나와 봐야 겠지만, 대부분의 시설물 안전점검은 콘크리트 강도나 균열 여부에 대한 판단만 하지, 하중 추가에 대한 구조검토를 재실시 하는 경우를 들어본 적은 거의 드뭅니다.
정자교에서도 예상치 못한 하중이 추가되었기 때문에 해당 하중이 어떤 방향으로 작용하는지, 그리고 추가된 하중이 구조물의 어느 부분에 집중되는지 등을 파악하여 그에 따른 대응방안을 마련했어야 합니다. 이를 위해 시공사, 설계사 등의 전문가들과의 협업이 필요했을 것이라 생각됩니다.
2. 상수도관 파열
분당 탄천의 정자교에서 발생한 보행로 붕괴 사고 이후, 상수도관 파열과 사고의 연관성에 대한 원인 조사가 진행 중입니다. 상수도관과 같은 부속시설은 교량 본체와 달리 관리주체가 불명확하여 소홀한 관리가 이루어졌을 가능성이 크다는 추측이 있었습니다.
수분의 침투는 콘크리트 내부의 강도를 저하시키는 주요한 요인 중 하나입니다. 콘크리트는 수분에 대한 내성이 낮기 때문에, 수분이 콘크리트 내부로 침투하면 시간이 지남에 따라 콘크리트 구조물 내부의 강도를 감소시킵니다. 이는 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키고, 구조물의 수명을 단축시킬 수 있습니다.
특히, 수분이 콘크리트 구조물 내부로 침투하면 콘크리트 내부의 철근 부식을 초래할 수 있습니다. 철근 부식은 철근의 단면적을 감소시키고, 구조물의 강도를 약화시키는 문제를 일으킵니다. 이는 구조물의 결함과 균열, 부식 등을 초래하여 구조물의 안전성과 내구성을 심각하게 저하시키는 결과를 낳을 수 있습니다.
3. 교각의 콘크리트 강도 저하
인터넷에서 찾아 본 결과 2021년 2월에 '국은교 등 5개소 교량 정밀점검 용역' 보고서에 보면, 정자교가 포함되어 있습니다. 이 중에서도 사고가 난 교각 (P4) 부위의 강도 측정값을 위에서 표와 같이 확인해 볼 수 있습니다.
설계 기준 강도인 24 Mpa보다 살짝 높은 24.1 Mpa 로 측정되었으며, 이 값 또한 반발경도법 3회 측정치의 평균 값일 뿐 B회차의 반발경도법 시행시에는 이보다 10~30% 이상 낮은 21.1 Mpa 로 측정 되었던 것을 알 수 있습니다.
이는 다른 부위의 교각인 P1~P4 보다 낮은 수치 입니다. 평균치로도 최저치로도 낮은 수준이었는데 기준치보다 겨우 0.1 Mpa 높았던겁니다. 왜 다른 교각보다 10% 이상 낮았으며, 또한 설계기준치보다 겨우 0.1Mpa 높았었는지, 숫자를 끼워맞춘건 아닌지 확인했으면 좋았을겁니다. (지나가던 익명의 댓글러가 추정강도가 높았으면 됬지 뭐가 문제냐고 리플을 달았길래 문장을 좀 더 구체적으로 써봅니다.)
또한, 반발경도법 자체가 측정자의 측정 방법에 대한 신뢰도가 매우 중요한 항목입니다. 측정자의 슈미트 해머를 쥔 자세라던지 표면의 습윤상태, 측정 부위의 선정이라던지 여러 항목에 영향을 많이 받습니다.
0.1 Mpa 더 높았던 수치는.. 솔직히 개인적으로는 설계기준강도보다 어떻게든 높게 측정하려고 재측정과 재측정을 반복하지 않았을까 하고 추측합니다. (물론 증거는 없습니다. 재측정 하는 것이 규정 위반도 아니고요...)
-written by 강프로-
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