이탈리아 모란디 교량의 붕괴와 재건

모란디 대교의 붕괴

2018년 8월 14일 오전 11시 36분 이탈리아의 북서부 제노바에 있는 A10 고속도로 상에 있는 모란디 다리가 무너졌다. 한쪽 케이블이 무너지면서 기둥이 다리를 지탱하지 못하게 됐고 결국 다리가 무너져 내렸다. 모란디 다리에서 무너진 부분의 길이는 200m 정도였는데 이 위에 있던 차량 35대가 한꺼번에 추락하였다. 이 사고로 43명이 사망했고, 이것은 이탈리아 사상 최악의 도로 교량 참사로 기록되었다.

모란디 다리는 이탈리아 서부 리구리아주와 프랑스 남부 해안을 오가는 화물 수송 통로로 이용돼 왔고, 이 사고로 인해 이탈리아 물류 시스템에 중대한 영향을 미치게 되었다.

모란디 대교

이 다리는 크리스토퍼 콜럼버스의 출생지로 알려져 있는 이탈리아 북서부의 항구 도시들 중의 하나인 제노바 지역의 A10번 고속도로를 연결한다. A10 고속도로의 일부인 Morandi Bridge는 Polcevera Valley를 가로 지르는 지역을 연결하고 이탈리아와 프랑스 사이를 여행하기위한 유럽 Route E80의 간선 도로 역할을 하는 새로운 고속도로 네트워크에 필요한 구조였다. 설계의 독특한 도전 과제는 다리가 기존 도시 위에 건설되어야 한다는 것이었다.

이 다리의 공식 이름은 Viadotto Polcevera이지만, 이 다리를 설계한 리카르도 모란디(Riccardo Morandi)의 이름을 따서 모란디 다리(Morandi Bridge)라고 알려져 있다.

다리 건설은 1963년에 시작되었고, 설계자인 Morandi는 본인이 설계하여 시공한 베네수엘라의 제너럴 라파엘 우다네타 브릿지(General Rafael Urdaneta Bridge)의 디자인을 기반으로 했다. 1967년에 완공된 완성된 이 다리는 높이 45m에 총 길이 1.18km에 이르는 당시로서는 신기술이 집약된 구조물이었다.

이러한 다리는 보통 기둥에 케이블이 여러 개 달려서 케이블 여러 개가 다리를 잡아주는 구조다. 일례로 금문교에 쓰인 케이블 길이는 지구를 3바퀴 돌고도 남는 양이다. 하지만 모란디는 기둥 하나당 4개씩, 굵은 줄 안에 케이블 여러 개만 달아 놓는 식으로 디자인했는데 이러면 깔끔해 보이지만, 케이블 하나만 끊어져도 다른 케이블이 버티지 못해 무너진다는 단점이 있다. 리카르도 모란디가 베네수엘라에 만들었던 제너럴 라파엘 우다네타 브릿지도 다리 하나당 4개의 대형 케이블만 달았다가 1964년 4월에 다리가 무너지면서 7명이 사망한 사례가 있었다. 그럼에도 리카르도 모란디는 자신의 다리 디자인에 결함이 없다고 생각해 디자인을 밀어붙였으며 당시로선 신기술이었던 프리스트레스 콘크리트를 사용해 다리를 지탱하는 케이블을 세웠다. 다만 프리스트레스 콘크리트는 아직까지 다리에 쓰인 적은 없는 공법이었다.

노호화와 사고의 징후

모란디교는 사고 시점에는 완공된 지 50년이나 지나 매우 노후화되었으며, 근처에 바다가 있어서 소금기가 가득한 공기가 계속해서 불어와 다리가 조금씩 부식됐고, 다리 바로 밑의 공장에서 나오는 매연 속 화학물질도 조금씩 다리를 부식시키고 있었다. 이미 1979년부터 금이 조금씩 가기 시작했고, 금이 간 다리에 녹을 제거하고 소금기를 막는 에폭시를 칠한 후 콘크리트를 다시 발랐지만 더 큰 문제는 콘크리트가 아닌 내부 케이블이었다. 케이블은 이미 70%가 녹이 슬어 있었기에 단순히 콘크리트를 덧 바르는 것 만으로는 해결되지 않았고 다리를 아예 철거했다가 다시 지어야 하는 상황이었지만 1989년 리카르도 모란디가 사망한 후 한동안 콘크리트를 덧대는 일이 없었다.

그러다가 1992년에 11번 기둥 콘크리트가 아예 다 떨어져나가 내부 케이블이 보이는 지경에 이르면서 아예 케이블을 덧대고 다시 콘크리트를 덧발라 보수공사를 했다. 이 때문에 다리 사진을 자세히 보면 11번 기둥은 케이블들로 아예 둘러 쌓인 걸 볼 수 있다. 하지만 문제는 11번 기둥 외에 다른 기둥에도 있었는데 이를 무시하고 다른 다리는 사고 당일인 2018년 8월 14일까지도 단 한번의 보수공사도 없었다.

2019년 8월 2일 이탈리아·스위스 합동 조사단이 '교량이 (붕괴 전) 수분과 황화·염화물 같은 성분 탓에 장기간 전반적인 부식 상태에 있었지만 사고 전까지 무려 25년간이나 이를 시정하기 위한 의미 있는 유지 보수 작업은 이뤄지지 않았다.'는 내용으로 보고서를 내놓았다

새로운 다리의 건설

다리가 무너진 직후, 오래된 다리를 철거하고 새 다리를 지을 것이라고 발표되었고, 원래 다리가 철거된 지 불과 18개월 만에 새로운 다리가 개통되었다.

다리가 붕괴된 지 4개월 후, 제노바 출신인 건축가 렌조 피아노(Renzo Piano)가 새 다리를 설계하기 위해 선정되었다. 새롭게 만들어지는 다리는 강철과 철근 콘크리트가 복합된 구조로 지어졌으며 길이 1,067 미터, 너비 약 31 미터, 높이 45 미터의 규모이며, 일정한 모양의 18 개의 타원형 단면 철근 콘크리트 스택으로 지지되는 19 개의 교각으로 구성되었다.

스테인리스강 철근의 적용

기존 교량의 붕괴 원인중에 하나로 지적되었던 콘크리트 철근의 부식을 방지하기 위해, 이 교량은 부식 방지와 기계적 강도 확보를 위해 스테인리스강 철근을 사용하였다. 총 250톤의 Type 304L 재질의 철근을 기존의 탄소강 철근과 복합하여 사용하였고, 주로 콘크리트의 외부와 가까운 영역은 이들 스테인리스강 철근으로 시공하였다. 총 9천톤에 이르는 탄소강 철근에 250톤이라는 물량이 그리 큰 의미를 가지지 않는 것으로 평가할 수도 있으나, 스테인리스강 재질의 철근이 주로 해양 환경에 노출되는 외벽에 집중적으로 설치되어 구조물을 보호할 수 있도록 하였다.

스테인리스강 철근의 적용시 비용 대비 내구성

미국 오리건주 노스벤드에 건설한 해안 교량은 혹독한 해양 환경에서 부식으로부터 구조물을 보호하기 위해 기존의 탄소강 소재의 철근 대신에 듀플렉스 스테인리스강 2205를 철근으로 사용하기로 결정하였다. 미국교통부(ODOT)의 예측에 따르면, 스테인리스강 철근 사용으로 120년 동안 부식에 의한 손상을 보수할 필요가 없을 것으로 예상하고 있으며, 스테인리스강 철근 사용으로 인한 비용 증가는 전체 공사비용의 13%에 이르는 것으로 추정하고 있다.

향후 50년 동안 예상되는 부식 손상의 유비 보수 비용을 고려할 때에 이러한 초기 시공비용의 증가는 극히 미미한 수준이 될 것이며, 교량의 안정성 증대에 중요한 역할을 한다.