미국 플로리다 마이애미 보도교 붕괴사고

 

김선용(Kim, Sunyong)

원광대학교 건설환경공학과 교수

 

1. 사고개요

2018년 3월 15일 목요일 오후 1시 46분경, 미국 플로리다주 마이애미 데이드 카운티의 스위트워터 (Sweetwater) 시에서 건설 중이던 플로리다 국제대학교(Florida International University, FIU) 보도교 주경간(Main Span)이 붕괴되는 대형 사고가 발생하였다. 그림 1에서 보는 바와 같이 길이 약 53미터, 무게 950톤에 달하는 콘크리트 트러스 구조물이 아래를 지나던 8차선 도로인 SW 8th Street 위로 낙하였다. 이 사고로 인해 당시 교량 하부에서 신호 대기 중이던 차량 8대가 파손되었으며, 교량 위에서 작업 중이던 작업자 1명과 차량 탑승자 5명을 포함해 총 6명이 사망하고 10명이 부상을 입었다. 이 교량은 FIU 캠퍼스와 학생 거주 지역인 스위트워터 시를 연결하여 보행자의 안전을 확보하고 지역 경제를 활성화하기 위한 'University City Prosperity Project(UCPP)'의 일환으로 추진되었다. 이 프로젝트는 미 교통부(Department of Transportation, DOT)의 지원받아 진행되었으며, 플로리다 교통부(Florida Department of Transportation, FDOT)가 보조금 집행 및 감독 대행을 맡았다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림 1] 플로리다 국제대학교(FIU) 보행자 교량 붕괴전후 CCTV 화면(source: NTSB 2018).

 

 

2. 사고 경위

교량 붕괴의 징후는 사고 약 3주 전부터 나타났다고 한다. 2018년 2월 24일, 제작장에서 거푸집을 제거하고 교량이 자체 무게를 지탱하기 시작했을 때, 현장 작업자들은 큰 콘크리트 균열 소리를 들었다고 하며, 조사 결과, 교량 북쪽 끝단인 11번트러스 부재와 12번 부재가 만나는 절점(Node 11/12)에서 균열이 발견되었다 [그림 2와 3 참조]. 3월 10일, 주경간을 영구 위치로 이동시킨 후, 이동을 위해 임시로 설치했던 2번과 11번 부재의 포스트텐션(Post-Tension, PT) 강봉을 해제(Detensioning)하는 작업이 진행되었다. 이 작업 직후, 11/12번 절점의 균열은 급격히 확대되었다.

 

[그림 2] 플로리다 국제대학교 보행자 교량 트러스 부재 구성 및 일련번호 (source: NTSB 2018).

 

PT 강봉 해제 후 균열은 구조적 파괴를 암시하는 수준으로 커졌으며, 시공사인 MCM은 3월 12일, 균열 사진을 설계사인 FIGG Bridge Engineers, Inc. (FIGG)에 보내며 우려를 표했으나, FIGG의 책임 기술자는 3월 13일 회신을 통해 안전 문제는 없다고 판단하여, 단지 2번 다이어프램(Diaphragm 2) 하부에 심(Shim)을 추가할 것을 권고하였다. 3월 13일과 14일 사이, 균열은 더욱 심각해져 구조물이 사실상 파괴되고 있음을 시각적으로도 확인할 수 있었다. 균열의 폭은 일반적인 허용 기준의 40배가 넘는 수준이었습니다 [그림 3 참조]. 그럼에도 불구하고 FIGG는 이를 안전문제로 인식하지 못했고, 균열을 보수하기 위해 11번 부재의 PT 강봉을 다시 긴장(Re-stressing)하는 계획을 세웠다.

[그림 3] 교량 붕괴당일 콘크리트 트러스 11번 부재 11 하단부 균열 (source: FIGG).

 

사고 당일인 3월 15일 오전 9시, FIGG, MCM, FIU, 감리사인 Bolton, Perez & Associates(이하 Bolton, Perez), FDOT 관계자들이 참석한 회의가 열렸다. 이 자리에서도 FIGG는 균열이 구조적 안전성에 영향을 미치지 않는다고 주장하였다고 한다. 회의 직후, FIGG의 지시에 따라 작업자들은 11번 부재의 PT 강봉을 재긴장하는 작업을 시작하였다. 오후 1시 46분경, 작업자들이 11번 부재의 PT 강봉에 장력을 가하던 중, 11/12번 절점 부위가 견디지 못하고 폭발하듯 파괴되었다. 이로 인해, 그림 4에서 보는 바와 같이, 트러스 구조가 기하학적 안정성을 잃었고, 주 경간 전체가 순식간에 아래 도로로 붕괴되었다. 사고 당시 도로 통제는 이루어지지 않았으며, 신호 대기 중이던 차량들이 그대로 깔리는 사고가 발생하였다.

[그림 4] 플로리다 국제대학교 보행자 교량 붕괴 시나리오 (source: NTSB 2018).

 

 

3. 원인분석

3.1 설계오류

National Transportation Safety Board (NTSB) 조사의 핵심 결론은 FIGG의 설계 오류이다. 특히, 붕괴가 시작된 11/12번 절점 영역의 설계에서 다음의 두 가지 계산 오류가 발견되었다.

- 하중 과소평가: FIGG는 시공 단계별 하중을 정확히 계산하지 않았다. NTSB의 분석에 따르면, 11/12번 절점에 작용하는 실제 전단력은 FIGG가 계산한 값의 거의 두배에 달했다.

- 내력과대평가: FIGG는 절점의 전단 강도를 계산할 때 잘못된 하중 계수와 조건을 적용하여 내력이 실제보다 크게 계산되었다.

또한, 그림 5에서 보는 바와 같이, 11/12번 절점을 포함한 절점 1/2번, 절점 2/3번. 절점 4/5번 또한, Demand / Capacity 비율이 1을 초과하였다.

 

[그림 5] 트러스 부재별 Demand / Capacity의 비율 (source: NTSB 2018).

 

 

3.2 시공 이음부 처리

콘크리트 타설 과정에서 발생한 시공 이음부(Cold Joint)의 표면 처리가 부적절했다고 보고 있다. 설계 도면상 일부 부위에는 표면 거칠기(Roughening) 처리가 명시되었으나, 11/12번 절점과 데크가 만나는 결정적인 부위에는 이러한 처리가 누락되었다 [그림 6 참조]. 매끄러운 표면은 전단 마찰력을 감소시켜 구조적 저항력을 떨어뜨렸을 것으로 보고 있다.

[그림 6] 교량 절점 11/12과 데크 연결부의 시공이음부 (source: NTSB 2018).

 

3.3 재긴장 (Re-stressing)의 영향

붕괴 직전 수행된 11번 부재의 재긴장 작업은 상황을 악화시킨 것으로 판단하고 있다. 이미 균열로 인해 손상된 절점에 강력한 압축력을 가함으로써, 수평 방향으로 밀어내는 힘이 증가하여 절점의 파괴를 가속화하였다. 이는 손상된 구조물을 원상복구 하려는 의도였으나, 실제로는 붕괴가 촉진하였다.

 

3.4 조직 및 관리

복잡한 교량 설계의 오류를 걸러내기 위해 Louis Berger사가 독립 검토(Peer Review)를 수행하였다. 그러나 Louis Berger사는 비용과 시간을 이유로 교량의 절점 부위와 시공 단계별 해석을 검토 범위에서 제외하였다. 또한, Louis Berger사는 해당 유형의 복잡한 교량을 검토할 자격(FDOT 사전 자격 심사)을 갖추지 못했음에도 불구하고 업무를 수행하였다. 이로 인해 FIGG의 치명적인 설계 오류가 시공 전에 발견되지 못했다.

 

시공사(MCM), 감리사(Bolton, Perez), 발주처(FIU), 그리고 관리 감독 권한이 있는 FDOT 모두가 심각한 균열을 목격했음에도 불구하고 공사를 중단하거나 도로를 폐쇄하는 결단을 내리지 않았다. 설계사인 FIGG는 균열이 구조적 안전에 문제가 없다고 지속적으로 오판하였고, 적절한 검토 없이 재긴장 작업을 지시하였다. 감리사인 Bolton, Perez는 감독 권한이 있었음에도 불구하고 FIGG의 판단에 의존하여 독자적인 공사 중단 조치를 취하지 않았다. 발주처인 FDOT & FIU는 공공 안전을 최우선으로 하여 도로를 통제해야 했으나, 전문가들의 잘못된 판단을 수용하여 조치를 취하지 못하였다.

 

4. 결론 및 권고사항

NTSB는 이 사고의 주원인을 설계사 FIGG의 설계 오류(하중 및 내력 계산 오류)로 규정하였다. 부차적인 요인으로는 Louis Berger의 부적절한 피어 리뷰, FIGG 책임 기술자의 균열 심각성 인지 실패 및 부적절한 보수 계획, 그리고 모든 관련 기관(MCM, FIGG, Bolton Perez, FIU, FDOT)의 공사 중단 및 도로 폐쇄 조치 실패가 지목되었다.

NTSB는 향후 유사 사고 방지를 위해 다음과 같은 사항을 권고하였다.

- 설계 기준 강화: 콘크리트 교량 설계 시 전단 내력 계산에 대한 합리적인 추정치를 사용하고, 여유도(Redundancy)에 대한 지침을 강화할 것.

- 피어 리뷰 절차 개선: 복잡한 교량의 경우 절점(Node) 및 시공 단계를 포함한 독립적인 설계 검토를 의무화하고, 검토 기관의 자격 요건을 철저히 확인할 것.

- 안전 관리 감독 강화: 구조적 균열 발생 시 즉각적인 도로 폐쇄 및 공사 중단을 의무화하는 규정을 마련하고, 복잡한 교량 건설에 대한 주 정부의 감독을 강화할 것.

이 사고는 공학적 계산의 오류 뿐만 아니라, 전문가들의 안일한 판단, 형식적인 검토 절차, 그리고 안전 불감증이 결합되어 발생한 인재였음을 시사한다.

 

 

참고문헌

NTSB (2018) Pedestrian Bridge Collapse Over SW 8th Street Miami, Florida March 15, 2018. Highway Accident Report, NTSB/HAR-19/02. Washington, DC.