[Where] 어디서 토사 붕괴는 징후 없이 터지나

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  어디서 토사 붕괴는 징후 없이 터지나 ▶ 유튜브 채널 구독하기 흙벽은 경고 없이 무너진다고들 합니다. 정말 그럴까요? 징후는 대개 엉뚱한 곳에 있습니다. 흙 1세제곱야드는 약 1.4톤입니다. 가장자리 흙더미가 벽을 밀어냅니다. 비 온 뒤 벽은 무게가 늘고 힘이 약해집니다. 얕은 구덩이도 안전하지 않습니다. 균열은 벽이 아니라 땅 위에 생깁니다. 흙은 왜 한순간에 무너질까 흙은 알갱이와 물, 공기가 섞인 덩어리입니다. 땅속에서는 주변 흙이 사방에서 서로를 붙잡아 줍니다. 구덩이를 파면 한쪽 면의 지지가 사라집니다. 이제 옆벽은 자기 무게를 혼자 버텨야 합니다. 한계에 닿은 벽은 천천히 기울지 않습니다. 덩어리째 미끄러지듯 한 번에 내려앉습니다. 미국 산업안전보건청(OSHA)은 흙 1세제곱야드가 소형차 한 대 무게인 약 3,000파운드라고 설명합니다. 3번째 장소, 구덩이 가장자리 파낸 흙을 바로 옆에 쌓는 일은 흔합니다. 그런데 그 흙더미는 벽 위에서 누르는 추가 무게가 됩니다. 장비와 자재, 지나가는 차량도 마찬가지입니다. 진동은 흙 알갱이 사이의 맞물림을 흔들어 놓습니다. 그래서 OSHA는 흙더미와 자재를 가장자리에서 최소 2피트(약 0.6m) 떨어뜨리라고 안내합니다. 무게는 벽 안쪽이 아니라 벽 위에서 시작됩니다. 2번째 장소, 비 온 뒤의 벽 빗물은 흙의 무게를 늘립니다. 동시에 알갱이 사이의 마찰을 줄여 버팀 힘을 떨어뜨립니다. 마른 흙도 위험합니다. 수분이 빠지면 흙을 붙잡던 힘이 사라져 표면이 부스러집니다. 그래서 점검은 매 작업 시작 전, 그리고 비가 온 뒤 에 다시 해야 합니다. 벽면에서 물이 스며 나오는지 확인 바닥에 물이 고였는지 확인 벽 표면이 떨어져 내리는지 확인 1번째 장소, 얕은 구덩이 가장 의외의 장소는 허리 높이의 얕은 구덩이입니다. 금방 끝나는 작업이라 보호 조치를 건너뛰기 쉽습니다. 하지만 몸을 숙이고 있으면 얕은 흙도 가슴과 머리까지 덮을 수 있습니다. 깊이가 낮다고 무게가 줄지는 않습니다. 국내 굴착공사 표준안전...

[How] 어떻게 트러스는 얇은 철골로 다리를 받치나

 


어떻게 트러스는 얇은 철골로 다리를 받치나

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가느다란 쇠막대 몇 개가 기차를 받칩니다. 그런데 같은 뼈대가 1907년엔 강으로 무너졌습니다.

  • 삼각형은 모양이 변하지 않습니다.
  • 막대는 휘지 않고 당기거나 밀기만 합니다.
  • 속을 비워 가볍고 높게 만듭니다.
  • 진짜 약점은 눌리는 막대와 연결부입니다.

트러스란 무엇인가

트러스는 곧은 막대를 삼각형으로 이어 붙인 뼈대 구조입니다. 다리, 지붕, 크레인 팔에 두루 쓰입니다.

다리 옆면을 보면 위아래로 긴 막대가 달립니다. 그 사이를 비스듬한 막대가 지그재그로 채웁니다.

위쪽은 상현재, 아래쪽은 하현재라고 부릅니다. 비스듬한 막대는 사재, 막대가 만나는 점은 절점입니다.

멀리서 보면 레이스처럼 가볍습니다. 하지만 빈칸 하나하나가 계산의 결과입니다.

에펠탑, 체육관 지붕, 송전탑도 모두 트러스입니다. 일상에서 매일 그 아래를 지나고 있는 셈입니다.

3위 비밀, 모양이 변하지 않는 삼각형

빨대 네 개로 네모를 만들고 모서리를 밀어 보세요. 변 길이는 그대로인데 마름모로 찌그러집니다.

빨대 세 개로 세모를 만들면 꿈쩍도 하지 않습니다. 세 변이 정해지면 모양은 하나뿐입니다.

삼각형을 찌그러뜨리려면 막대 자체를 늘이거나 짓눌러야 합니다. 그래서 각도가 저절로 지켜집니다.

네모에 대각선 하나만 넣어도 삼각형 두 개가 됩니다. 비계나 철제 의자의 대각선도 같은 이유입니다.

삼각형은 튼튼해서가 아니라, 모양이 변하지 않아서 씁니다.

막대가 약하면 삼각형도 부러집니다. 삼각형의 역할은 힘이 지나갈 길을 정해 주는 것입니다.

2위 비밀, 당기거나 밀기만 하는 막대

나무젓가락은 가운데를 꺾으면 쉽게 부러집니다. 하지만 양 끝을 당겨 끊기는 거의 불가능합니다.

트러스는 절점을 핀으로 잇고 무게가 절점에 실리게 설계합니다. 그러면 막대는 휘지 않고 축력만 받습니다.

당겨지는 힘은 인장, 눌리는 힘은 압축입니다. 다리가 처지려 하면 상현재는 눌리고 하현재는 당겨집니다.

1844년 프랫 형제가 프랫 트러스로 특허를 받았습니다. 1848년 영국의 워런과 동료도 특허를 받았습니다.

미국의 스콰이어 휘플은 그보다 앞서 막대의 힘을 계산하는 법을 책으로 펴냈습니다. 필요한 만큼만 굵게 만드는 길이 열렸습니다.

부재위치주로 받는 힘
상현재위쪽 긴 막대압축
하현재아래쪽 긴 막대인장
사재사이 대각선방향 따라 다름

1위 비밀, 텅 빈 공간

꽉 찬 들보로 강을 건너면 들보가 점점 두꺼워집니다. 결국 자기 무게를 버티느라 힘을 다 씁니다.

트러스는 힘이 흐르지 않는 곳의 쇠를 덜어 냅니다. 힘이 흐르는 선에만 막대를 남깁니다.

상현재와 하현재가 멀어질수록 각 막대의 힘은 작아집니다. 속이 비었으니 높여도 무게는 크게 늘지 않습니다.

19세기 미국에는 이런 철제 트러스 다리가 수천 개 놓였습니다. 같은 쇠로 더 멀리 건널 수 있었기 때문입니다.

1887년 스코틀랜드 포스교 기술자들은 사람으로 이 원리를 시연했습니다. 그 사진은 지금도 유명합니다.

삼각형은 모양을, 막대는 축력을
빈 공간은 무게를 맡는다

흔한 오해와 진짜 약점

당기는 철사는 곧게 펴집니다. 하지만 미는 철사는 조금만 눌러도 옆으로 휩니다. 이것이 좌굴입니다.

1907년 퀘벡교에서 휘던 부재는 아래쪽 압축 부재였습니다. 붕괴로 노동자 75명이 숨졌습니다.

왕립 조사위원회는 원인을 그 압축 부재의 설계 결함으로 결론 냈습니다. 판을 엮은 연결도 약했습니다.

2007년 미국 I-35W 다리 붕괴 때는 연결 철판인 거셋 플레이트가 너무 얇았던 것으로 조사됐습니다.

캐나다 엔지니어의 아이언 링이 퀘벡교 쇠로 만들어졌다는 말은 신화입니다. 첫 반지는 1차 대전 참전 군인들이 만들었습니다.

연도사건
1844프랫 트러스 특허
1848워런 트러스 특허
1907퀘벡교 붕괴
2007I-35W 붕괴
  • 다리 안전은 겉모습으로 판단할 수 없습니다.
  • 균열·변형이 보이면 관리 기관에 신고합니다.
  • 구조 판단은 전문 기술자에게 맡깁니다.

정리하면 트러스는 모양, 힘, 무게를 나눠 맡는 뼈대입니다. 그리고 묵묵히 눌리는 막대가 가장 위험합니다.

본 글은 일반 정보이며 실제 구조 안전 판단은 전문 기관을 따릅니다. 출처: STRUCTURE 매거진, NTSB, Wikipedia.

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