지진재해, 지진피해, 지반운동에 관하여

-지진 재해

매년 수십만 회의 지진이 지구상에서 발생하고 있다 다행히도, 그 중에 한 두 개 정도의 대규모 지진만이 인구 밀집지역에서 발생하여 인명피해를 주고 있다. 어떤 지역들은 지진발생 가능성이 높은 것으로 알려져 있으며 특별한 시설규정에 의해 내진 설계가 이루어지도록 요구하고 있다. 그러나 이 장의 앞부분에서 당산 지진이나 라투르 지진과 같이 예기치 않은 지진에 의해 적절하게 건설되지 않은 건물들이 대량 파괴되는 일이 흔히 발생하고 있다. 또 다른 예로서, 1985년 멕시코시 지진은(그림16.12) 이 도시 중심부의 일부를 파괴시키고 9500명의 인명피해를 초래하였으며, 1988년 지진으로 아르메니아에서는 약 25000명이 사망한 것으로 추정되고 있다(그림16.13)

그림 16.12 내진설계가 잘 되지 않은 건물의 모습 고층아파트는 1985년 멕시코시 지진에 의해 붕괴된 건물의 하나이다. 적절한 건물의 설계를 통해서 지진의 피해를 최소화시킬 수 있다. 근처에 있는 보다 견고하게 세워진 건물들은 지진에 잘 견디고 있음을 볼 수 있다.

과거 5만명 이상의 사상자를 낸 지진은 18회 발생한 것으로 알려져 있다(표16.1). 그 중 최악의 지진은 1556년 중국의 샨시성에서 발생한 지진으로 830000명이 사망한 것으로 알려져 있다. 이 당시 많은 사람들은 황토지대를 파서 만든 토굴 속에 살고 있었으며 지진발생으로 토굴이 무너져 많은 희생자를 낸 것이다. 1900년 이후 500명 이상의 사망자를 낸 지진은 46회 발생하였다.

그림 16.13 도시 건물의 붕괴 1988년 12월 7일 규모 6.8의 지진이 발생하자 부실하게 지어진 건물이 마치 카드로 만든 집처럼 붕괴되었다. 붕괴의 주원인은 지반운동이었다.

장 소                                       연 도                  추정 사망자 수

실리치아, 터키                      1268                                        60,000 치히리, 중국                         1290                                       100,000 나폴리, 이탈리아                   1456                                         60,000 샨시, 중국                           1556                                        830,000 쉐마카, 구소련                     1667                                          80,000 나폴리, 이탈리아                  1693                                         93,000 카타니아, 이탈리아               1693                                         60,000 베이징, 중국                        1731                                       100,000 캘커타, 인도                        1737                                       300,000 리스본, 포르투칼                  1755                                         60,000 칼라브리아, 이탈리아            1783                                         50,000 메시나, 이탈리아                  1908                                       160,000 간수, 중국                           1920                                       180.000 도쿄와 요코야마, 일본            1923                                        143,000 간수, 중국                           1932                                          70,000 퀘타, 파키스탄                     1935                                          60,000 당산, 중국                          1976                                         240,000 이란                                 1990                                          52,000

표16.1 과거 800년 동안 5만명 이상의 사망자를 낸 지진들

 

-지진의 피해

지진의 위험성은 매우 심각한 것으로 그로 인한 폐해는 흔히 천재지변에 가까운 것이다. 지진의 효과는 6가지 종류로 대별된다. 처음 두 가지는 지반운동과 단층작용의 일차적인 효과에 속하며 직접적인 피해를 가져다준다. 다른 네 가지 효과들은 이차적인 것으로서 지진운동의 과정에서 간접적인 피해를 가져다준다.

1. 지반운동은 지표의 암반층이나 토양층을 통과하는 지진파, 특히, 표면파의 운동 결과나타나는 현상이다. 이 운동은 피해를 유발시킬 수 있으며 특히 토양층은 암반층에 비해서 훨씬 강력히 반응하기 때문에 토양지반 위에 세워진 건물들은 완전히 붕괴되는 경우가 많다. 적절한 건물의 설계(철근골조 시설이나 암반까지 연결된 건물의 기초 등을 포함한)를 통해 이러한 피해를 상당부분 방지할 수 있으나, 매우 강한 지진이 발생하면 이러한 건물도 어느 정도 피해를 입을 수 있다. 1988년 아르메니아 지진과 1989년 로마프리에타 지진의 경우 많은 피해가 이 지반운동의 결과였다.

2. 단층에 의해서 지표에 균열이 발생할 경우 건물이 갈라질 수 있고, 도로가 파괴되고 단층을 가로지르거나 단층위에 놓인 모든 시설은 피해를 입을 수 있다.

 

※ 지반운동

지반운동(ground motion)은 지표의 암석층과 토양층을 통과하는 지진파, 특히 표면파 운동에 기인한다. 규모 8.0 이상의 강력한 지진이 일어날 때는 지표면이 가끔 파의 형태로서 움직이는 것을 직접 관찰할 수 있다. 지반운동은 지진피해를 주는 가장 큰 원인이되며 이 운동은 건물에 손상을 줄뿐만 아니라 때로는 그것을 완전히 붕괴시킨다. 건물이나 구조물을 잘 설계하면 이런 피해를 훨씬 어느 정도 예방할 수 있으나 매우 강력한 지진이 발생할 때는 가장 잘 설계한 건물 또한 피해를 입게된다.

지진의 피해 정도가 매우 다양하게 나타나는 이유 중의 일부는 지하 매질마다 지진파를 통과시키는 방법이 서로 틀리기 때문이다. 예를 들어 1811~1812년의 뉴 마드리드 지진은 1906년의 비슷한 규모인 샌프란시스코 지진보다 훨씬 넓은 지역에서 감지되었는데 이는 그림 16-13-1에 나타난 바와 같이 지진실체파가 미국 중앙부의 지각 암석에서 보다 잘 전파되기 때문이다.

가끔 해당지역의 지구과학적인 요소들이 지반운동의 영향을 증폭시킬 때도 있다. 예를 들어 로마 프리에타 지진에서 지반진동으로 생긴 피해는 두 가지의 형태, 즉 정상지반진동(normal ground shaking)과 강화지반진동(enhanced ground shaking)이 있다. 강화지반진동은 예상보다 큰 진동을 의미하는데 샌프란시스코 만(灣) 지역의 매립지처럼 연약한 퇴적물 때문에 흔히 생긴다. 또 그것은 지진 기간 동안 발생하는 피해의 70%를 차지하고 있는 반면 정상지반진동은 전체 피해의 약 28%를 차지한다(표 3.3). 연약한 퇴적물의 존재로 생기는 강화지반진동은 니미츠 고속도로를 파괴시키는데 영향을 주었고 규모 4.1의 여진이 일어나는 동안에 기록된 지진신호(그림 3.20)에서 보듯이 지반진동이 부근의 다른 지하매질들과 비교할 때 만(灣)의 연약한 진흙층에서 증폭된 것을 알 수 있다.

표 3.3 위험의 형태로 본 손실 (로마 프리에타 지진)

지진위험의 유형       총 손실액(백만불)                           손실(백분율 %)

지반진동 정상진동                     1635                                            28 강화진동                     4170                                            70 액상화현상                     97                                              1.5 산사태                          30                                              0.5 지반균열                        4                                              0.0 쓰나미                           0                                              0.0 총계                          5936                                              100

출처: 홀져 토마스 엘(Holzer, Thomas L.), EOS, 75권, 제5호, 300쪽, 1994년 6월 28일 발행.

 

그림 16.13-1 로마 프리에타 지진에 의한 규모 4.1의 여진 기록: 붕괴된 니미츠 고속도로 부근의 진흙층(S1), 자유도로의 붕괴되지 않은 부근의 미고결층(모래, 자갈등) (S2), 오클랜드 힐의 기반암(S3). 3개의 모든 지진파기록은 같은 척도로 그려졌으며 지반운동의 수평성분은 진흙층의 지진파기록에서 증폭되었다.

그림 16.13-2 1989년 10월21일 로마 프리에타 지진으로 산타크루즈의 지반에 벌어진 틈새.	그림 16.13-3 . 캘리포니아 캐리조 평원의 산 안드레아 단층의 완만한 움직임은 오른쪽 위에 보이는 유수의 상류와 왼쪽 아래의 하류로 분리시켰다.

 

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