[폭발안전] 폭풍파가 구조물과 주변에 미치는 영향

폭발로부터 구조물이나 건물을 보호하는 목적은 그 자체의 파괴를 방지하거나 장벽을 이용하여 주변에 있는 사람의 피해를 억제하고 줄이는 것이다. 최근 해외에서는 폭탄 테러 사건이 발생하면서 많은 사람의 사고 피해가 발생하고 있다. 폭발로 사람이 다치는 것은 폭풍파를 직접 받는 1차 상해와 구조물의 파괴로 생긴 파편의 충격으로 발생하는 2차 상해가 있다. 폭발로 생긴 사람의 부상 정도는 구조물이나 건물의 위치에 따라 다르다. 따라서 폭발물의 폭발이 주변에 미치는 영향은 매우 크기 때문에 폭발 위험이 식별되는 구조물이나 건물의 방호는 물론이고 테러와 같은 장소, 시기, 규모 등을 파악하지 못한 경우에도 어떤 보호 대책이 필요하다.

 

폭발이 일어나면 폭원 근처에 폭발로 발생한 가스의 급격한 팽창과 발생한 충격파가 주변 구조물이나 시설 등에 손해를 끼치고 사람에게 상해를 입힌다 . 일반적으로 이런 것을 「 폭풍피해 ( 爆風被害 ) 」 라고 한다 . 폭풍파의 작용은 ‘ 생성 가스의 팽창 운동 ’ 과 ‘ 충격파 ’ 로 나누어 생각할 필요가 있다 . 다음 표는 폭발로 발생하는 현상과 영향을 나타낸 것이다 .

 

표 . 폭발에 의한 현상과 영향

폭발로 발생한 현상	영향 또는 2 차적으로 발생하는 현상
폭풍파	① 폭풍압 , 충격파로 발생한 파괴 , 상해 ② 폭풍압으로 파편의 비산 ③ 파편 비산에 의한 파괴 , 상해
압력 상승	① 용기 , 시설의 파괴 ② 가스 팽창에 따른 비산 효과 ③ 파편 비산에 의한 파괴 , 상해
온도 상승 , 화재 , 복사열 등	화재나 2 차 폭발 , 화상
유독 가스 발생 , 산소 결핍	중독 , 산소 결핍

 

생성 가스의 팽창 운동으로 발생한 직접적인 영향은 폭원 근처만을 고려한다. 조금 떨어진 곳의 폭발 영향은 공기 중을 전파하는 충격파에 의한 것이다. 또한, 폭발 충격파의 영향으로 용기나 건물 등 구조물 내부의 폭발 문제도 발생할 수 있다.

 

폭발에 의한 구조물이나 시설물의 파괴는 폭발의 위치, 크기와 구조물의 이격거리 등과 관련이 있다. 폭발의 크기는 폭약량에 비례한다. 일반적으로 공중폭발이나 지표면 폭발에서 최대 폭풍압의 크기는 환산거리(換算距里)로 나타낼 수 있으며, 폭약량($ W $)과 거리를 알면 구조물의 피해를 대략 추정할 수 있다. 하지만 실험 장소와 실제 크기의 시료 제작 등 많은 제약 때문에 현재 구조물 피해와 폭풍압의 관계를 실험으로 구하는 것은 불가능하다. 따라서 폭풍압에 의한 건물 피해는 과거 자료를 참고할 수밖에 없다. 하지만 현재 구조물이나 건물의 시공 방법이나 구조 재료의 강도 등이 예전보다 훨씬 우수하므로 국가에 따라 다음 표의 과거 자료와 다른 경우가 많다.

 

표 . 폭풍압과 건물 피해의 관계

폭풍압 [kPa ]	피해 상황
0.2~0.7	창유리의 피해	크고 작은 유리창이 깨질 수 있다 .
1		보통 유리창이 깨지는 압력
2~3		유리창 10% 정도가 파괴
3~10		크고 작은 유리창이 거의 파손된다 .
3~5	건물의 피해	건물에 작은 피해가 발생
5~7		가옥 일부에 다소 피해가 발생
7~14		경량 골조 건물의 프레임이 뒤틀린다 .
14~21		가옥의 벽이나 지붕이 일부 파괴 건물에 큰 피해가 발생 벽돌 구조 가옥의 50% 가 파괴 무근 콘크리트 벽이 파괴
21~35		무근 콘크리트 건물 , 경량 구조 골조 건물이 파괴
35~50		건물의 지붕 기와가 붕괴
50~60		무근 콘크리트 블록 (20~30cm 두께 ) 이 붕괴
60~70		목조 건물이 변형 , 기둥이 파손 대부분의 목조 건물이 반파
150~600		목조 건물이 붕괴
1,000~2,000		중형 목조 건물 , 벽돌 구조의 건물이 붕괴
2,000~5,000		콘크리트 골조 건물의 피해가 크다 . 중량 콘크리트 골조 건물이 붕괴

 

위 표에서 폭풍압이 약 10kPa 이하일 때 유리창의 파손(단, 설치 방법, 유리의 두께, 종류 등에 따라 크게 다르다)이 발생, 3~70 kPa에서 건물 피해가 발생, 150 kPa 이상에서 건물이 붕괴하는 것을 알 수 있다. 보통 유리창은 폭풍압에 취약하므로 파손되면 깨진 날카로운 유리 조각이 인체에 손상을 입힐 가능성이 크다.