리카르도 모란디: 교량 건설자와 그의 경고

1979년, 70대 후반의 한 이탈리아 엔지니어가 '교통량이 많고 가혹한 환경에 놓인 고가도로의 장기적인 거동'이라는 다소 건조한 제목의 기술 논문을 발표했습니다. 이 논문은 그가 직접 설계한 제노바의 폴체베라(Polcevera) 계곡 위를 지나는 다리에 관한 것이었는데, 그 구조물이 예상보다 빠르게 부식되고 있다는 내용이었습니다. 리카르도 모란디(Riccardo Morandi)는 1970년대 초부터 이 문제를 제기해 왔습니다. 그 보고서가 나온 지 39년 후, 비가 내리는 8월의 어느 날 아침, 이 다리의 250미터 구간이 계곡으로 무너져 내려 43명이 사망했습니다.

로마, 그리고 잔해 속의 콘크리트

모란디는 1902년 9월 1일 로마에서 태어났으며 1927년에 엔지니어로 졸업했습니다. 그의 형성기 작업은 지진 피해를 입은 칼라브리아 지역에서 철근 콘크리트로 복구하는 것이었는데, 이는 당시에는 아직 생소했던 재료를 다루는 법과 방심하는 자를 용서하지 않는 지역에서 배우는 수습 과정이었습니다. 이후 그는 로마에 자신의 사무실을 열고 60년 동안 콘크리트의 한계를 당시 대부분의 사람들이 생각했던 것보다 훨씬 더 밀어붙였습니다.

그는 건축물을 짓는 것뿐만 아니라 피렌체 대학교와 로마 대학교에서 교량 설계 교수직을 맡아 가르치기도 했습니다. 그는 1963년 영국 왕립 예술 학회(Royal Society of Arts)의 펠로우로 임명되었으며, 1979년 뮌헨 공과대학교에서 건축학 명예 박사 학위를 받았습니다.

아이디어: 콘크리트 케이블

모란디를 이해하려면 사장교가 무엇인지 이해해야 합니다. 교량 상판(차량이 다니는 도로)은 타워로 이어지는 대각선 케이블에 매달려 있습니다. 오늘날 건설되는 거의 모든 사장교에서 이 케이블은 다수이며 얇은 강철로 만들어집니다. 즉, 각각 적당한 하중을 분담하는 여러 개의 케이블로 구성된 부채꼴 형태입니다.

모란디는 정반대로 행동했습니다. 그는 케이블을 거의 사용하지 않았고, 경간당 보통 두 개 정도만 사용했으며, 강철을 그대로 두는 대신 프리스트레스 콘크리트 슬리브(소매)로 감쌌습니다. 이유는 강성이었습니다. 콘크리트로 감싼 케이블은 강철 단독보다 약 5배 더 단단하기 때문에, 교통량이 많을 때 상판이 훨씬 덜 처지고 튕기며, 이는 고속도로 고가도로에 큰 장점이었습니다. 프리스트레스 콘크리트 텐션을 사장교 케이블로 사용한 것은 이것이 처음이었습니다.

경제성은 놀라웠습니다. 폴체베라 고가도로는 독일의 벤도르프(Bendorf) 교량과 비교했을 때 평방미터당 약 3분의 1 수준의 프리스트레싱 강철만을 사용했습니다. 모란디는 우아함뿐만 아니라 비용과 속도를 고려하여 프리패브(prefabricated) 요소와 임시 텐션을 사용한 캔틸레버 공법으로 설계했습니다.

단점은 지금은 분명하지만 당시에는 그렇지 않았습니다. 강철을 콘크리트로 감싸면 볼 수 없습니다. 검사는 추측의 영역이 됩니다. 콘크리트에 균열이 생기거나 덕트에 주입된 그라우트(시멘트 반죽)가 불완전하면, 물과 염분이 강철에 닿아 보이지 않는 곳에서 부식시킵니다. 그리고 경간당 케이블이 두 개뿐이라 중복성(여분)이 전혀 없습니다. 하나라도 잃으면 하중을 견딜 수 있는 것이 아무것도 없습니다.

마라카이보

그의 가장 큰 작품은 1962년에 완공된 베네수엘라 마라카이보 호수를 가로지르는 제네랄 라파엘 우르다네타 교량(General Rafael Urdaneta Bridge)으로, 기록적인 40개월 만에 건설된 8,678미터 길이의 콘크리트 사장교입니다. 이 다리는 그의 이름을 세계에 알렸고 이후의 표준이 되었습니다.

또한 이것은 첫 번째 경고를 보냈습니다. 마라카이보 교량의 노출된 케이블이 급격한 부식으로 끊어졌고, 건설 18년 후 모든 케이블을 교체해야 했습니다. 모란디의 다른 주요 교량인 리비아의 와디 엘 쿠프(Wadi el Kuf) 교량은 2017년 10월 검사에서 잠재적 균열이 발견되어 폐쇄되었습니다. 그는 로마의 피우미치노(Fiumicino) 공항(1970년), 토리노의 지하 자동차 전시관, 영화관, 메시나 해협을 가로지르는 송전선 작업 등 다른 구조물도 건설했지만, 그의 유산은 다리였으며 그 다리들은 부식되었습니다.

폴체베라 고가도로

1963년에서 1967년 사이에 건설된 폴체베라 고가도로는 공장과 아파트 단지가 있는 계곡을 가로질러 1km 이상 뻗어 있으며, 90미터 높이의 A자형 파일런 세 개로 지탱되는 약 40미터 높이의 A10 고속도로였습니다. 이는 그 어떤 척도로 보아도 장관이었으며 제노바의 상징이었습니다. 행정적 지연만 없었다면 모란디는 23개월 만에 완성했을 수도 있었습니다.

2016년경에는 유지보수 비용이 치솟으면서 공학적 실패작으로 묘사되고 있었습니다. 세 개의 파일런 중 두 개는 1993년에 보강되었습니다. 서쪽 파일런인 9번 교각은 부식 피해가 문서로 기록되었음에도 보강되지 않았습니다.

2018년 8월 14일

9번 교각이 무너졌습니다. 기술적 원인은 심각한 부식을 겪은 케이블의 파열이었으며, 이는 덕트 내 그라우트 주입이 불충분하고 일부는 완전히 누락된 탓이었습니다. 강철은 콘크리트 슬리브 안에서 수십 년 동안 눈에 보이지 않게 녹슬고 있었습니다. 43명이 사망했습니다.

공학적 비판은 구체적이고 정당합니다. 모란디는 콘크리트 크리프(시간이 지나며 변형되는 현상)의 효과를 과소평가하여 프리스트레스 손실과 균열을 초래했습니다. 그가 지정한 덕트 직경은 그라우트 작업을 안정적으로 수행하기에는 너무 좁았습니다. 강철 위의 콘크리트 피복은 얇아서 부식 방지 능력이 거의 없었습니다. 또한 이 구조물은 견고함이 없어서 케이블 하나만 고장 나도 경간이 붕괴하기 충분했습니다.

리카르도 모란디가 천재라 불리는 이유

모란디의 재능은 개념적 독창성과 엄격한 재료 규율의 결합에 있었습니다. 그는 남의 다리를 개량하는 사람이 아니었습니다. 그는 '콘크리트로 감싼 케이블'이라는 완전히 다른 구조적 시스템을 제안했고, 해결해야 할 강성 문제를 해결하면서도 동급 구조물의 3분의 1 수준의 강철을 사용하고 누구보다 빠르게 건설했습니다. 붕괴를 자세히 조사한 취리히 연방 공과대학교(ETH Zurich) 구조공학 교수 월터 카우프만(Walter Kaufmann)은 당시의 시대적 상황을 고려할 때 모란디는 여전히 제노바 비극 이전에 인정받았던 교량 설계의 선구자로 남아 있다고 결론지었습니다. 카우프만의 주장은 1960년대에는 견고함이 설계 목표가 아니었으며, 콘크리트 크리프에 의한 힘의 재분배가 당시에는 충분히 연구되지 않았다는 것입니다. 그런 기준으로 보면 모란디는 부주의한 것이 아니라 당시 알려진 지식의 경계에서 작업하고 있었습니다.

반론은 완화될 수 없습니다. 그가 설계한 구조물 때문에 43명이 사망했습니다. 나중 시대의 기준을 배제하더라도 그의 두 가지 선택은 그 자신의 것이었고 결과가 따랐습니다. 아무도 검사할 수 없는 곳에 인장 강철을 묻은 것과, 구조물에 두 번째 방어선이 없도록 케이블을 너무 적게 배치한 것입니다. 검사할 수 없고 중복성이 없는 설계는 안전의 전체 책임을 유지보수로 전가하는데, 유지보수가 실패했습니다. 소유주들은 25년 전 다른 교각들을 보강했을 때처럼 9번 교각을 결코 보강하지 않았습니다. 1970년대 초 모란디 자신의 경고와 1979년 보고서는 엔지니어로서 그의 공적이지만, 불편하게도 그가 취약성을 이해하고 있었고 그가 설계한 시스템이 한계에 도달하면 아무런 여유가 없었다는 증거이기도 합니다. 또한 그가 시도한 소수 케이블 접근법은 다수 케이블 교량보다 경제적이지 않음이 증명되었고 다른 엔지니어들에게 제한적인 영향만을 미쳤다는 점도 주목할 만합니다. 전문 분야는 그를 존경했고 그다음 다른 길을 택했습니다. 정직한 결론은 그가 실질적인 거장이었으며, 그의 서명과 같은 아이디어에 사람을 죽음에 이르게 한 결함이 있었다는 것이며, 그 문장의 두 부분 모두가 사실로 남아 있어야 합니다.

유산

모란디는 붕괴 29년 전인 1989년 12월 25일에 사망했으며, 20세기 최고의 콘크리트 엔지니어 중 한 명이라는 명성은 온전했습니다. 제노바는 그의 고가도로를 새 다리로 교체했습니다. 폴체베라 참사는 현대 구조공학에서 가장 많이 연구된 사례 중 하나가 되었으며, '검사를 위한 설계', '중복성을 위한 설계', '유지보수가 불완전할 것임을 가정할 것'과 같은 교훈들이 이제는 기본 원칙으로 가르쳐지고 있습니다. 이런 방식으로 배워야만 했다는 것이 비극이며, 어쨌든 그 교훈을 얻었다는 것이 그 비극에서 건질 수 있는 유일한 것입니다.