콘크리트 교량이 숨 쉬는 까닭은
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콘크리트 교량이 숨 쉬는 까닭은
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  • 승인 2015.04.15
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▲ 이영재 경북대 토목공학과 교수
[경북도민일보]  오늘날 사람들은 콘크리트 문화권에 살아가고 있다. 21세기를 주도한 여러 가지 과학적인 발명 중에서 주거와 생활양상을 변화시킨 재료 중에서 가장 영향을 크게 미친 재료가 콘크리트라고 할 수 있다. 콘크리트라고 하는 것은 인간이 복지를 위해 필요한 크기만큼 자유롭게 만들어 낼 수 있는 이 시대의 가장 경제적인 큰 장점을 갖고 있는 건설재료이다.
    또한 인간과 가장 친근한 관계를 맺고 있는 대표적인 콘크리트 시설물은 교량이다. 콘크리트교량이란 공학적으로 정확히는 철근과 콘크리트로 구성돼 도로, 철도, 계곡, 호수, 해안 등의 위를 건너거나, 다른 도로, 철도, 수로, 가옥, 시가지 등의 위를 건너는 경우에 이들 위에 가설하는 구조물의 총칭이다. 현재 국내의 교량 수는 2만7000여개 이상이 된다. 교량건설 때문에 많은 사람들이 직업으로서 긍정적인 관계를 맺고 있지만 때로는 부실공사라는 부정적인 시각으로 고통을 주는 사례도 왕왕있었다.
 의료장비의 눈부신 발전의 순기능 덕분에 인간수명은 날로 증가일로에 있다. 이와 관련된 IT, 반도체, 신소재 공학분야의 비약적인 발전은 다양한 의료장비 개발에 획기적으로 기여하고 있다. 현대사회는 전자문명의 총화속에 살아가면서 생활패턴자체가 하루가 다르게 변화되고 있는 실정이다.
 IT와 BT가 접목해 인공알고리즘 개발에 도전하고 있는데 이 분야까지 실용화 된다면 인류의 변화는 상상을 뛰어넘는 현실에 도래할 것이다. 오래 전부터 전자계산기가 건설공학분야에도 많이 이용돼 왔다. 근래에 와서는 그 이용형태도 사람의 손으로 계산하던 것을 기계가 대신한다는 이용형태에서 컴퓨터와 대화하면서 두뇌적으로 이용하는 형태로 바뀌어 가고 있다.
 특히, PC(Personal Computer)의 발전과 보급은 철근 콘크리트 구조물을 해석하고 설계하는 방법을 완전히 바꿔 놓았다. 이제 컴퓨터는 구조설계 문제를 처리하는 데 필수적인 도구가 됐다. 컴퓨터는 전자계산기라기보다는 정보처리기라고 해야 할 만큼 필수적인 역할을 담당하면서 인간이 컴퓨터의 그 수순(Algorithm)을 인간이 가르쳐 줘야만 하는 것이다. 기계가 이해할 수 있는 프로그램언어로 인간의 사고와 순서에 논리적으로 기계에 프로그래밍해야만 되는 것이다.
 필자가 콘크리트 구조공학을 40여년 가까이 연구해 겨우 작은 성질하나를 터득한 듯하다. 인간과 콘크리트는 유사성이 많다. 어른이 될 때까지 부모의 보살핌이 필요하듯이 콘크리트도 레미콘으로 타설 후 28일 이상 양생될 때까지 충분한 보살핌이 요구된다. 인간이 숨을 쉬듯이 콘크리트도 숨을 쉬는 역할이 진행되고 있다.
 콘크리트가 숨을 쉬지 못하면 썩는다는 이야기를 들어본 적이 있는가? 백태현상으로 변화된다. 즉, 적절한 산소와 이산화탄소의 공급이 필요하다는 것과 인간처럼 식사 후 위안에서 운동에너지가 열에너지로 적절하게 변환돼야 생활을 영위하는데 문제가 없는 것처럼 콘크리트 교량도 차량 등이 지나갈 때 구조체안에서 적절한 탄성운동이 진행 될 때 진정한 수명인 내구성이 유지된다. 또한 사람으로 본다면 감기로 시작해 독감→폐렴→사망에 이를 수 있고, 교량의 단계는 균열로 시작해 백태→박리→박락→붕괴로 이어질 수 있다. 이렇듯 인간과 콘크리트 구조물은 여러 의미에서 비슷한 기능을 가지고 있다.
 3차원 구조해석이란 인체의 건강을 체크하는 기존 X-레이 촬영기의 기능을 비교해 본다면 X, Y형태의 평면에 해당되는 세포의 겉모습을 촬영할 뿐이다. 그러나 근육은 평면이 아닌 X, Y, Z의 입체로 형성돼 있기 때문에 X, Y의 2차원 형태만으로는 몸속의 수많은 각종 미생물들의 구성요소를 정확하게 찾아내기는 불가능하다.
 즉, 몸의 조직이 평면적으로 촬영되기 때문에 희귀병을 진단하기에는 문제가 있으므로 MRI 단층촬영기나 CT등은 X, Y, Z의 3차원으로 형성돼 인체의 구성요소를 최첨단적으로 가장 정확하게 분석하는 의학 기구이다. 교량 등 모든 콘크리트 시설물들의 내구성(수명)을 해치는 문제를 미연에 방지하고 규명하기 위해서는 3차원 구조해석 장치인 소프트웨어 시스템에 의한 첨단기술이 적용되고 있다.
 실제로 모든 시설물들은 가로, 세로, 높이가 X, Y, Z이므로 입체적인 형태를 계산된 내적인 힘(Stress)을 X, Y, Z 방향의 3차원으로 해석해야만 폭우, 지진 및 태풍이나 자중이 반영하므로 침하, 균열, 붕괴 등으로 부터 시설물의 안전을 위협하는 물리학적 요소들의 크기를 규명한 완벽한 설계 공법이 되는 것이다.
 현재 국내의 중요시설물 설계 시 3차원 구조해석은 필수적인 설계 과정이다. 3차원 구조해석 검증 단계를 거쳐야 구조적으로 완벽한 설계가 가능하다. 86년 후면 지구상의 철근은 고갈되므로 후손들에게 자원을 전수해야할 위기에 봉착했다. 1984년 우리의 기술진은 33.4㎞의 페낭대교를 말레이시아에 건설했을 때 당시 세계인들은 한국의 시공기술에 부러움을 금치 못했다. 이렇게 거대한 교량들을 설계하기 위해서는 구조공학 식들은 손으로 계산하는 것이 아니다.
 그런데 아직도 지자체나 공기업에서는 3차원 구조해석을 접목하지 않고 과다설계나 과소철근으로 건설현장에 안전사고의 요인과 국세낭비의 2중적인 폐해에 대해 부끄러워하지 않고 있는 사실들은 시급히 개선돼야 한다. OECD 국가의 자부심은 망각한 체 3차원 구조해석을 도외시하는 뿌리 깊은 관행들은 즉시 개선돼야 할 때이다. 그래야 인간처럼 생생하게 숨을 쉬는 교량으로 부터 안전하게 문명의 혜택은 계속 될 테니까!



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