지진

뉴욕시는 캘리포니아의 산안드레아스 단층처럼 최근 활동이 확인된 주요 단층대 위에 위치해 있지는 않지만, 1884년 지진과 최근인 2024년 뉴저지 지진에서 볼 수 있듯이 이곳에서도 지진이 발생할 가능성이 있습니다. 

강진이 발생할 가능성은 보통이지만 뉴욕시의 인구 밀도, 건축 환경의 규모, 주요 인프라 시스템의 상호 의존성, 인프라의 노후화, 1995년 시 건축법에 내진 설계 조항이 채택되기 전에 지어진 건물의 높은 비율로 인해 위험은 더 커집니다. 

위험이란 무엇인가요?

지진은 단층에서 갑작스러운 미끄러짐이 발생하여 에너지가 지진파 형태로 방출되면서 일어납니다. 판구조론에 따른 이러한 거대한 지질학적 과정으로 인해 암석과 지각판에 변형이 가해지면, 지표면 아래에 에너지가 축적됩니다. 결국 지하 깊은 곳에서 축적된 변형량이 너무 커지면 지진으로 급격히 방출되며, 이로 인해 지진파가 발생하여 지진을 일으킵니다. ¹미국 지질조사국, “지진이란 무엇이며 그 원인은 무엇인가?”, 미국 지질조사국.

지진 발생원인 지하 깊은 곳의 ‘진원’에서 파동이 바깥쪽으로 퍼져 나가 지표면에 진동을 일으킵니다. 지진의 진상(epicenter)은 진원(focus)의 바로 위 지표면에 위치한 지점을 말합니다. 지진학자와 엔지니어들은 발생하는 진동을 흔히 ‘지반 가속도’로 측정합니다. 

지반 흔들림의 강도는 방출된 에너지의 양, 지표면 아래 지진의 깊이, 단층으로부터의 거리, 기저 토양 또는 암반의 종류 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 

지진 발생 시 건축 구조물이 흔들림에 얼마나 강하게 반응하는지는 건물의 높이, 무게, 설계, 지반과의 결합에 따라 달라집니다. 예를 들어 콘크리트 패드 위에 있는 건물은 지반이 깊은 건물과 지진에 대한 반응이 다릅니다. 

지진은 건물과 도시의 인프라를 손상시키거나 파괴하고 인명 피해를 초래할 수 있습니다. 특정 조건 하에서는 지진이 산사태를 유발하거나 지반 액상화를 일으킬 수 있습니다. 지반 액상화는 지진 발생 시 발생하는 진동과 지반의 흔들림으로 인해, 물에 흠뻑 젖은 비고결 지반이 연화되어 액체 상태(즉, 부드러운 진흙과 같은 상태)로 변할 때 발생합니다. 지반 진동, 산사태, 액상화가 복합적으로 작용하면 건물을 손상시키거나 파괴하고, 공공 시설을 마비시키며, 화재를 유발하고, 공공 안전을 위협할 수 있습니다. 

여진은 가장 강력했던 초기 지진에 이어 발생하는 일련의 지진 현상 중 하나입니다. 여진은 일반적으로 본진보다 규모가 작고 강도가 약하며, 초기 지진 발생 후 수주, 수개월, 혹은 수년에 걸쳐 발생할 수 있습니다. 

심각도

지진의 규모는 지진 발생 지점에서 방출되는 에너지와 연관 지을 수 있는 규모 척도에 따라 분류됩니다. 지진계와 기타 과학적 도구를 사용하여 데이터를 측정하고 기록함으로써 지구 내 각 진동의 강도와 각 지진의 규모를 파악합니다. 과거에는 리히터 규모에 따라 지진 진동의 강도를 평가했으나, 1970년대 들어 과학계에서는 더 정확한 모멘트 규모를 사용하기 시작했습니다. 모멘트 규모는 단층의 크기와 단층이 변위된 정도를 기준으로 지진 발생 지점에서의 지진 규모를 측정합니다. 이는 대수 척도로, 규모 수치가 1단위 증가할 때마다 그 직전 수치보다 32배 더 큰 에너지가 방출된 것을 의미합니다. ²미국 지질조사국, “지진 규모, 에너지 방출 및 진동 강도,” 미국 지질조사국.

모멘트 크기 스케일

뉴욕시까지 지진을 느낄 정도로 강렬했던 2011년 버지니아 지진은 규모 5.8이었다. 이에 비해 2011년 일본 동부 해안을 강타한 지진은 규모 9.0으로, 대재앙급으로 간주되었다. 계측기로 기록된 가장 큰 지진은 1960년 칠레에서 발생한 규모 9.5의 지진이다. 수정 메르칼리 진도(MMI) 척도는 지진 발생 시 관측된 지진 동요를 바탕으로 한 측정 기준이다. MMI는 지진 발생 시 사람들의 반응, 관측 내용, 건물 피해 정도를 바탕으로 12단계의 진도 등급을 반영한다. ³미국 지질조사국, “지진 위험 프로그램,” 미국 지질조사국.

수정된 머칼리 강도 척도

1884년 8월 10일, 뉴욕시는 리히터 규모 5.2로 추정되는 사상 최악의 지진을 겪었습니다. ⁴Bob Groves, “N.J. Is Not Immune to Quakes,” The Record, Bergen County, 2001년 3월 2일. MMI 척도에서 1884년 지진의 보고된 최대 강도는 6~7등급에 해당한다. 전문가들은 또한 최대 지반 가속도(PGA)와 같은 정량적 방법을 사용하여 지진의 심각성을 설명한다. PGA는 지진 발생 시 지반이 흔들리고 움직일 때의 최대 가속도를 나타내는 것으로, 시간에 따른 속도 변화를 측정하는 지표이다. 수직 방향과 대조되는 수평 방향의 가속도는 지진 강도를 측정하고 논의하는 중요한 지표입니다. 많은 지진 건축 규정이 이를 건축 지침에 반영하고 있기 때문입니다. 예를 들어, 건축 규정은 지진 발생 시 인명 피해를 초래하지 않는 범위 내에서 건물이 견뎌야 할 수평 관성력(질량에 가속도를 곱한 값)의 크기를 명시하고 있습니다. PGA는 지구 중력의 백분율(%g)로 표시됩니다. 1994년 로스앤젤레스 인근에서 발생한 규모 6.7의 지진과 같은 매우 강력한 지진은 수평 방향에서 100 %g를 초과하는 PGA를 발생시킬 수 있으며, 이는 중력에 의한 가속도보다 큽니다. ⁵로스앤젤레스시, “노스리지 지진을 기억하며,” 로스앤젤레스시, 2020년 1월 16일.

PGA는 여전히 지반 진동을 측정하는 중요한 지표로 남아 있습니다. 그러나 오늘날 현대적인 내진 건축 기준에서는 스펙트럼 가속도(SA)가 지반 진동 측정 단위로 널리 사용되고 있습니다. PGA에 비해 SA는 특정 유형과 높이의 건물에 대한 피해 정도를 더 잘 나타내는 지표로 간주됩니다. SA는 특정 질량, 높이, 구조적 강성(및 관련 고유 진동수)을 가진 건물이 지진으로 인한 진동에 어떻게 반응하는지를 반영합니다. 

건물의 스펙트럼 가속도(SA)를 모델링하는 방법

간단히 말해, 건물은 무질량 수직 막대 끝에 매달린 일정 질량의 역진자로 표현되며, 이는 건물의 고유 진동 주기와 기계적 감쇠를 반영합니다. 건물의 층수(n)에 따른 건물의 고유 스펙트럼 주기 Tb(초)를 구하는 매우 대략적인 공식은 다음과 같습니다: Tb(초) = 0.1n. 

예를 들어, 2층 건물의 고유 주기는 대개 약 0.2초(주파수 5헤르츠)인 반면, 10층 건물의 고유 주기는 Tb=1초(주파수 1헤르츠)에 가깝습니다. 후자의 경우, 건물이 앞뒤로 흔들리는 데 약 1초가 걸린다는 것을 의미합니다. 

확률

PGA는 또한 발생할 가능성이 높은 지진 위험 유형을 더 잘 이해하는 데에도 활용됩니다. 전국적인 지진 상황을 연구하는 미국 지질조사국(USGS)은 향후 지진이 발생할 가능성이 가장 높은 지역, 발생 빈도, 그리고 지반이 얼마나 강하게 흔들릴지(PGA)를 나타내는 지도를 제작합니다.⁶Mark D. Petersen, Morgan P. Moschetti, Peter M. Powers, Charles S. Mueller, Kathleen M. Haller, Arthur D. Frankel, Yuehua Zeng 외, 『2014년 미국 국가 지진 위험 지도 개정판 문서』 (미국 지질조사국, 2014년 8월 5일).

국가 지진 위험 모델은 미국 본토 및 영토 내에서 발생할 수 있는 피해성 지진으로 인한 지반 진동 위험을 평가합니다. 이 모델은 향후 100년 동안 전국적으로 피해성 지진 활동을 경험할 확률을 나타내는 지도를 생성합니다. 2023년에 발표된 최신 USGS 지도에 따르면, 향후 100년 동안 뉴욕시 지역에서 경미하거나 피해를 입힐 수 있는 지진이 발생할 확률은 5~25%인 것으로 나타났습니다. 

국가 지진 위험도 모델 지도, 2023년

위치

역사적으로 뉴욕시에서 강력한 지진이 발생한 적은 없지만, 중간 규모의 지진은 발생할 가능성이 있으며 실제로 발생한 바도 있습니다(1884년 사례 참조). 지진의 진앙이 뉴욕시에서 멀리 떨어져 있더라도, 미국 북동부 지역의 지질 구조로 인해 뉴욕시에서도 약간의 지진 동요가 느껴질 수 있습니다. ⁷S. Nikolaou, “뉴욕시의 지역 지질학과 지진 지반 운동에 미치는 영향,” 제5회 지반공학 사례 연구 국제 컨퍼런스 논문집, 뉴욕, NY, 2004년 4월 13–17일.

지진이 발생하면, 북동부 지역의 오래되고 단단한 기반암을 통해 지진파가 전달되며, 이 지진파는 약해지기 전까지 먼 거리를 이동할 수 있습니다. 예를 들어, 2011년 버지니아 중동부에서 발생한 지진과 2013년 캐나다 오타와 강 일대에서 발생한 지진의 여진은 뉴욕시를 비롯한 미국 동부 지역의 많은 사람들이 느낄 수 있었습니다. 2011년 버지니아 지진은 87마일 떨어진 워싱턴 D.C.에서도 광범위한 피해를 입혔습니다. 

뉴욕시 지하에서 지진이 발생할 경우, 이 대도시권의 독특한 지질적 특성으로 인해 지반 증폭 현상이 발생하여 심각한 피해가 초래될 수 있습니다. 이곳에서 지반 증폭을 유발하는 두 가지 주요 요인은 부드러운 지반과 매우 단단한 암반 사이의 극명한 대비, 그리고 상대적으로 짧고 고주파로 진동할 수 있는 암반의 움직임입니다. 

미국 동부 지역의 암반층을 통해 고주파 진동이 효율적으로 전달되며, 이는 주로 2~5층 규모의 낮은 벽돌 건물에 영향을 미칩니다. 단단한 암반 위에 두께가 100피트 미만인 얕은 연약 지반층이 존재할 경우, 진동은 증폭되지만 그 지속 시간은 비교적 짧습니다. 반면, 깊은 지반층 위에 세워진 고층 건물은 지진 발생 시 더 오랫동안, 그리고 더 완만하게 흔들립니다. 

뉴욕시의 지하 상태는 5개 자치구에 따라 매우 다양하며 지진의 지반 운동이 증폭되는 정도에 영향을 미칠 수 있습니다. 뉴욕시의 토양 유형이라는 제목의 지도에서 볼 수 있듯이 지질학적 조건은 지표면의 단단한 암반(녹색)에서 인공 매립(보라색)에 이르기까지 다양합니다. 

뉴욕시의 토양 유형

수세기 동안 뉴욕시의 넓은 지역은 건축 개발을 위한 새로운 공간을 확보하기 위해 연약한 퇴적층과 습지를 매립해 왔습니다. ⁸마이클 키멜만, “맨해튼이 마나하타였던 시절: 수세기를 거니는 산책”, 뉴욕 타임스, 2020년 5월 13일. 예를 들어, 맨해튼의 현재 차이나타운은 커다란 연못을 매립하여 조성된 땅 위에 위치해 있으며, 퀸즈 플러싱에 있는 월드 페어 파크 부지는 재 매립지 위에 건설되었고, 브루클린 남쪽 해안에 있는 JFK 공항은 수력 모래 매립지 위에 지어졌습니다. 이러한 지역들은 1989년 로마 프리타 지진 당시 연약한 지반에 의한 지진파 증폭과 지반 유동화(즉, 부드러운 진흙처럼 변하는 현상)로 인해 막대한 피해를 입은 샌프란시스코의 마리나 지구와 유사하다. 

뉴욕 차이나타운 지역의 역사 지도

역사적 사건

1700년부터 1986년 사이에 뉴욕주에서는 규모 2.0 이상의 지진이 400건 이상 기록되었다. 

1973년부터 2012년까지 뉴욕주에서는 규모 5.0 이상의 피해를 입힌 지진이 단 두 차례만 발생했습니다. 역사적으로 볼 때, 뉴욕시에서는 규모가 큰 지진의 ‘재발 주기’가 더 깁니다. 즉, 규모가 작은 지진에 비해 훨씬 드물게 발생한다는 뜻입니다. ⁹Jagtar S. Khinda, “새 천년을 위한 뉴욕시의 새로운 내진 설계 기준 지침 및 뉴욕시 교량의 내진 보강 현황,” 국제 교량 컨퍼런스 회의록, 펜실베이니아주 피츠버그, 1999년 6월 14–16일.

1884년 8월 10일, 뉴욕시 인근 브루클린과 뉴저지주 샌디훅 사이 어딘가에서 이 지역 역사상 가장 강력한 지진 중 하나가 발생했습니다. 당시 피해 보고서를 바탕으로 오늘날 과학자들은 이 지진의 규모를 5.2로 추정하고 있습니다. 오늘날의 규모 기준으로는 중간 정도에 해당하지만, 이 지진의 진동은 버지니아주에서 메인주에 이르기까지 느껴졌으며, 뉴저지와 뉴욕시의 굴뚝과 벽돌 건물에 피해를 입혔습니다. 1884년 이후 허드슨 강 유역과 뉴욕시에 들어선 수많은 건물과 개발 상황을 고려할 때, 만약 오늘날 같은 규모의 지진이 발생한다면 인명과 재산 피해는 훨씬 더 클 것입니다. 

이 역사적 지진 지도는 1737년부터 2014년까지 뉴욕시 인근 트라이스테이트 지역 전역에서 발생한 지진의 진원 분포를 보여줍니다. 이 지도는 1973년 이전 지진의 경우 진원 위치를 대략적으로만 표시하고 있으며, 1973년 이전의 모든 지진 사건이 지도에 포함된 것은 아니라는 점에 유의하시기 바랍니다. ¹⁰미국 지질조사국, “세계 역사적 지진”, 미국 지질조사국.

뉴욕의 역사적 지진

출처: NYCEM GIS

위험이란 무엇인가요?

뉴욕시의 지진 위험은 보통 수준이지만, 높은 지진 위험 방정식으로 요약되는 독특한 요인들이 잠재적으로 발생할 수 있기 때문에 혼잡한 도시 환경에서 지진 피해의 여파를 처리하는 데 많은 비용이 들기 때문에 이 지역의 위험은 높을 수 있습니다. 

높은 지진 위험도 방정식

높은 지진 위험도 = 보통의 지진 위험도 × 고밀도 및 금전적 가치 × 내진 설계 부족(1995년 이전)

약 100만 채의 건물이 있는 뉴욕시의 위험도는 매우 높은데, 이는 주로 노후 건물에 대한 내진 기준의 부재, 밀집된 건축 환경, 그리고 서로 밀접하게 연결된 인프라 때문인 것으로 분석된다. 

뉴욕시의 대부분의 건물은 건축법에 더 엄격한 내진 규정이 도입된 1995년 이전에 지어졌기 때문에 보강되지 않은 조적조 건물과 같이 뉴욕시에서 가장 일반적인 건물 유형은 지진 발생에 특히 취약합니다. 

뉴욕시의 최신 상업 및 주거용 건물들은 현대적인 내진 기준에 따라 지어져 물리적 위험은 최소화되었습니다. 하지만 경제적 위험은 여전히 남아 있습니다. 각 자치구에 우후죽순처럼 생겨나는 부동산과 신규 개발 프로젝트의 가치가 워낙 높기 때문에, 지진으로 인한 피해 복구 비용은 엄청나게 높을 수밖에 없습니다. 

뉴욕시에서 비즈니스, 교통, 관광 또는 금융의 흐름이 중단되는 모든 사건을 "비즈니스 중단"이라고 하며, 이는 국내외 거래 파트너에게 부정적인 경제적 영향을 미칠 위험이 있습니다. 

사회 환경

대부분의 다른 자연재해와 달리 지진은 아무런 예고 없이 발생하며, 이로 인해 지역 주민들은 즉각적인 위험에 처하게 됩니다. 뉴욕 시민들은 다른 자연재해에 비해 지진을 경험할 기회가 적기 때문에, 이러한 유형의 비상사태에 대처할 준비가 덜 되어 있어 오히려 더 큰 위험에 노출될 수 있습니다. 

지진은 공공 안전과 보건에 심각한 위협이 됩니다. 대규모 지진은 심각한 부상자와 사망자를 발생시키고, 응급 및 의료 서비스를 마비시키며, 이러한 서비스에 의존하는 사람들의 생명을 위협할 수 있습니다. 지진과 관련된 장기적인 건강 위험 요인으로는 외상 후 스트레스 장애와 우울증, 불안 장애 등 다양한 정신 건강 문제가 있습니다. 

뉴욕시 내 또는 인근에서 발생할 가능성이 있는 규모 5.5~6의 중규모 지진은 상당한 부상자와 사망자를 초래할 수 있습니다. 일반적으로 지진 발생 후 72시간 이내에 사망자와 부상자 수가 가장 많이 발생합니다. 전 세계 1,100건의 치명적인 지진을 분석한 연구에 따르면, 사망자의 75%가 건물 붕괴로 인해 발생했습니다. 

연방재난관리청(FEMA)에 따르면, 지진 피해의 대부분은 비구조적 결함에서 비롯되며, 이는 심각한 부상이나 사망을 초래하고 건물을 사용 불가능하게 만듭니다. 위험을 초래하는 비구조적 구성 요소(건물의 구조 시스템에 속하지 않는 부분)에는 다음이 포함됩니다: 

• 건축적 요소에는 외장재, 창문, 유리, 석고 천장뿐만 아니라 페디먼트, 포티코, 조각상 같은 외관 장식 요소도 포함됩니다. 
• 기계, 전기 및 배관(MEP) 구성 요소. 
• 가구, 비품 및 장비(FF&E)와 중량 있는 액자, 침대 위 거울, 매달아 놓은 화분, 무거운 가구(서재장, 서류장, 도자기장) 등의 비품.¹¹FEMA, 《비구조적 지진 피해 위험 감소 — 실용 가이드》, FEMA, 2012년 12월.

지진이 발생할 경우, 이러한 구성 요소들이 건물 구조물에 단단히 고정되어 있지 않으면 미끄러지거나, 흔들리거나, 전복되거나, 떨어질 수 있습니다. 극장, 도서관 및 기타 대형 공공 시설에는 종종 석고 천장이 설치되어 있는데, 지진으로 건물이 흔들릴 때 붕괴될 위험이 매우 높습니다. 비구조적 결함은 사망, 부상 및 재산 피해를 초래할 뿐만 아니라, 비상 시 대피로를 막을 수도 있습니다. 

캘리포니아와 미국 내 다른 지진 다발 지역에서는 많은 주택 소유자들이 지진 위험을 인지하고 선반을 벽에 고정하거나, 귀중품을 단단히 고정하고, 온수기를 고정하는 등 예방 조치를 취하며, 그 밖의 추가적인 위험 완화 노력도 기울이고 있습니다. 반면 미국 동부 도시의 주민들은 지진이 거의 발생하지 않아 위험이 낮다고 생각하기 때문에 이러한 예방 조치를 거의 취하지 않습니다. 

옥상에 급수탑이 있는 건물(6층 이상)은 뉴욕시의 또 다른 위험 요소입니다. 지진이 발생하면 물탱크가 쓰러져 주민들에게 물 공급이 중단되고 보행자가 부상을 입을 수 있습니다. 

지진 발생 시 지반이 흔들리면서 도로, 교량, 터널이 파괴되면 대규모 부상자와 사망자가 발생할 수 있습니다. 인프라 및 기타 핵심 시스템의 마비와 손상은 종종 연쇄적인 영향을 미칩니다. 지진으로 인한 지반 진동은 화재를 유발하는 피해를 초래하여 주민들을 심각한 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 교통망의 마비는 이를 이용하는 모든 사람을 위험에 빠뜨릴 뿐만 아니라, 응급 및 의료 서비스 제공을 방해합니다. 또한 지진은 하수 처리 시스템과 같은 필수 인프라를 마비시켜 소방용 수자원 부족을 초래하고 연쇄적 영향의 위험을 높일 수 있습니다. 지진 발생 후에는 오염된 물과 질병이 지역사회 전반으로 확산될 가능성이 있어 건강 위험이 증가합니다. 

지진이 발생하는 시간대 또한 그 영향에 영향을 미칩니다. 역사적으로 볼 때, 평일 오전 9시부터 오후 5시 사이에 지진이 발생하면 사망률이 높아지는데, 이는 사람들이 대형 건물에서 근무하고 있을 가능성이 높고, 아이들은 학교에 있을 가능성이 크기 때문입니다. 반면 밤에 지진이 발생하면 사람들은 가족과 함께 집 안에 있을 가능성이 높습니다. 

중간 규모의 지진으로 인한 건물 피해로 인해 수천 명의 뉴욕 시민이 임시 주거지로 옮겨야 하거나, 많은 사람이 영구적으로 이주해야 할 수도 있다. 이는 임시 주거지를 어디에 마련할지에 대한 난제를 안겨주는데, 뉴욕시 내 주거 옵션이 제한적일 뿐만 아니라 주변 지역까지 영향을 받을 수 있기 때문이다. 

지진은 뉴욕시 경제를 위험에 빠뜨릴 수 있으며, 사업체와 공공시설의 이동과 중단, 사람들의 일과 소득 창출 능력에 손상을 입힐 수 있습니다. 부동산 소유주는 값비싼 수리 비용과 임대 수입 손실로 인해 경제적 손실의 위험에 처할 수 있습니다. 주요 글로벌 금융 중심지인 뉴욕시의 운영 중단은 잠재적으로 전 세계 경제에 영향을 미칠 수 있습니다. 

지진으로 인해 중요한 국가적 기념물, 랜드마크, 문화유산의 상징물, 그리고 매우 중요한 유물을 소장하고 있는 예술 기관들이 피해를 입게 된다면, 이러한 상징물들의 손상으로 인한 심리적·문화적 충격은 전국은 물론 전 세계적으로까지 파급될 것입니다. 

건축 환경

뉴욕시에서 지진이 발생할 확률은 그리 높지 않지만, 이곳에서 강력한 지진이 발생할 경우, 건물과 인프라가 밀집해 있고 노후화된 독특한 도시 환경과 복잡한 상호 의존 관계, 그리고 다층적인 생명선 서비스 체계로 인해 피해와 서비스 중단이 초래되어 재앙적인 결과를 낳을 수 있다.  

뉴욕시의 건축 환경에 지진이 어떤 영향을 미칠지 이해하는 데 유용한 사례는 2010년부터 2011년까지 연이은 지진을 겪었던 뉴질랜드의 크라이스트처치입니다. 크라이스트처치는 뉴욕시보다 인구 밀도가 훨씬 낮으며, 건축 양식은 미국의 중형 도시에 가깝고 대부분의 건물이 1~6층 규모입니다. 버펄로 대학교의 지진공학 연구 다학제 센터(MCEER)는 크라이스트처치와 뉴욕시의 연관성을 더욱 확고히 했다. 이는 크라이스트처치의 건물 유형, 특히 비보강 벽돌(URM) 상업용 건물과 복합용도 구조물이 미국 북동부 전역에 널리 분포해 있는 오래된 벽돌 건물들과 매우 유사하기 때문이다. UB 연구진은 크라이스트처치의 지반 진동 기록과 피해 데이터를 활용하여 미국 북동부 구도시에 흔히 볼 수 있는 URM 건물의 취약성을 연구했다. ¹²Oskin, B. (2013년 2월 25일). 지진 진동 실험에서 무너진 뉴욕시 브라운스톤 건물들. NBC 뉴스. https://www.nbcnews.com 뉴욕시 스타일의 브라운스톤 벽을 대상으로 한, 널리 인용된 실험을 포함한 이들의 진동대 실험은 크라이스트처치 수준의 진동이 URM 벽에서 평면 외 파손이라는 재앙적인 결과를 초래할 수 있음을 입증함으로써, 뉴욕시의 오래된 석조 주택 재고에 대한 우려를 뒷받침했다. 이러한 연구 결과들은 크라이스트처치가 중규모이지만 근접한 지진이 뉴욕시에 어떤 영향을 미칠지 이해하기 위한 실제 사례로 일상적으로 활용되는 이유 중 하나이다. 

건물

뉴욕시의 건축 환경은 상업용 및 주거용 고층 마천루와 주로 무보강 벽돌로 지어진 저층 건물들이 독특하게 밀집되어 있는 것이 특징입니다. 각 건물 유형은 높이, 자재, 위치, 기초 구조에 따라 매우 다른 위험 특성을 보입니다. 

고층 및 저층 건물

뉴욕시의 고층 건물 구조 시스템은 저층 건물에 비해 지진 피해에 덜 취약합니다. 장주기 파동을 동반한 대규모 지진은 고층 건물에 피해를 입히는 경향이 있지만, 이러한 유형의 지진 현상은 뉴욕시에서 발생할 가능성이 낮습니다. 캐나다나 중서부 등 뉴욕시에서 멀리 떨어진 곳에서 발생하는 대규모 지진은 도시 내에 저주파(느리게 움직이는) 진동을 일으켜 고층 건물에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 고층 건물은 얕은 퇴적층 아래로 깊게 박힌 기초를 갖는 경향이 있습니다. 고층 건물의 기초는 깊은 곳의 단단한 암반이나 더 견고한 지반 위에 놓일 가능성이 높은 반면, 저층 건물은 종종 얕은 퇴적층 위에 지어집니다. (https://www.exactusengineering.com/resources/shallow-vs-deep-foundations)  

뉴욕시 건축국(DOB)의 1995년 건축법 및 2008년, 2014년, 2022년 뉴욕시 건축법(구조적 요건에 대한 장이 포함)과 같은 후속 내진 규정에 따라 건축된 건물은 지진의 영향을 완화할 수 있을 것으로 기대됩니다. 이 규정에 따르면 건물은 최소한 대지진이 발생했을 때 인명을 보호하고, 덜 심한 지진으로 건물이 흔들릴 경우 일반적인 거주 조건을 유지할 수 있도록 설계되어야 합니다. 

비보강 석조 및 목조 건물

1995년 최초의 내진 규정이 시행된 이래, 뉴욕의 건축물은 지진 하중을 고려하여 설계되어야 합니다. 지진 하중을 고려하여 설계되지 않은 오래된 건물들은 대규모 지진이 발생할 경우 본질적으로 취약합니다. 철근이 없는 벽돌 건물은 지진 발생 시 벽돌이 인장력을 흡수할 수 없기 때문에 가장 큰 위험에 처해 있습니다. 벽, 외벽 및 내부 구조물은 휘거나 굽어지는 대신 파손되거나 무너집니다. 강한 지진이 발생할 경우, 철근이 없는 벽돌 건물의 구조 지지 시스템은 붕괴 위험이 높아집니다. 일반적인 붕괴 양상은 다음과 같습니다:  

• 지붕과 벽의 연결이 실패하여 붕괴가 발생한 경우. 
• 보강되지 않은 조적조 벽의 평면 이탈(표면에 수직으로 힘이 가해지는 경우) 실패. 
• 보강되지 않은 벽돌벽의 면내 파괴: 벽의 평면상에 균열이 발생하는 경우.¹³FEMA, 무보강 벽돌 건물과 지진: 성공적인 위험 저감 프로그램 개발, FEMA P-774, 2009년 10월.

2019년 기준 뉴욕시에서 브루클린이 석조 건물 수가 가장 많으며(165,661채), 그 다음으로 퀸즈(108,694채), 브롱스(49,734채), 맨해튼(29,766채), 스태튼 아일랜드(7,041채) 순이다. 

이 중에는 뉴욕시 전역에 걸쳐 10만 채가 넘는 다세대 무보강 벽돌 건물이 포함되어 있으며, 대부분은 1800년대 중반부터 1930년대 사이에 지어졌습니다.¹⁴Dan P. E. Eschenasy, “평면 외 하중으로 인한 무보강 벽돌 벽의 붕괴 사례,” Structural Forensics Magazine, 2011년 5월 . 이들 건물은 모두 3층에서 7층 높이다. 

뉴욕시의 많은 지역이 비보강 조적조 건물이 줄지어 있는 구조로 이루어져 있습니다. 건물들은 안정성을 위해 서로 의존하고 있기 때문에 블록 끝이나 공터 옆에 있는 건물은 지진 발생 시 특히 취약합니다. 뉴욕시에서 흔히 볼 수 있는 조적조 로프트 건물은 내벽이 없고 천장이 평균보다 높기 때문에 취약합니다. 

목재는 더 가볍고 유연한 건축 자재이기 때문에, 목조 건물은 지진에 더 잘 견딥니다. 뉴욕시의 소방 구역에서는 목조 건물에 외벽 마감용 벽돌(또는 건물 간 거리를 더 넓게 확보)을 설치해야 합니다. 뉴욕시의 대부분의 단독주택 및 2세대 주택은 목조 구조로 지어져 있습니다. 이러한 주택의 경우 지진으로 인해 외벽이 손상될 수는 있지만, 건물 구조 자체는 여전히 견고하게 유지될 수 있습니다. 그러나 하중을 지탱하는 벽돌 구조가 적용된 3~4층 건물의 경우, 지진 발생 시 건물의 안정성이 위협받을 수 있습니다. 

지진이 지상에는 큰 피해를 주지 않았더라도, 건물의 기초가 손상되면 거주나 사용이 불가능해질 수 있습니다. 뉴욕시의 해안가 대부분은 원래 습지나 황무지였으나, 시간이 지남에 따라 매립과 간척을 거쳐 개발된 지역입니다. 식민지 시대에는 일반적으로 구조적 안정성이 낮은 토사를 사용하여 이 땅을 조성했습니다. 수십 년 전부터는 보다 체계적인 매립 및 시공 절차가 적용되기 시작했습니다. 

뉴욕시는 홍수로부터 건축물을 보호하기 위한 지침을 마련했으며, 해안가 건물은 1층을 기둥 위에 올려 홍수가 통과할 수 있도록 하는 등 ‘취약층(soft story)’ 구조를 채택하도록 권장함으로써 도시의 복원력을 강화했습니다. 그러나 지진이 발생할 경우, 이러한 취약층 구조와 열악한 지반 조건이 결합되면 건물 하중의 대부분이 기초로 이동하게 되어, 피해가 주로 최하층에 집중될 수 있습니다. 

뉴욕시 건물에 미칠 수 있는 지진 영향 평가 

뉴욕시 재난관리국(NYCEM)은 지진 발생 시 손실을 예측하고 뉴욕시 건물의 구조적 취약성을 평가하기 위해 FEMA의 HAZUS-MH 소프트웨어를 사용합니다. HAZUS-MH 지진 모듈의 전체 피해 상태는 없음, 경미함, 보통, 광범위함, 완전함의 5가지로 분류됩니다. 이 그래픽은 단일 건물 등급(이 경우 W1-목조, 경골목구조)에 대한 네 가지 구조적 손상 상태(약간~완전)를 설명합니다. 

HAZUS-MH 지진 피해 등급 

출처: HAZUS-MH 지진 사용자 매뉴얼, 그림 9.17 

2026년 재해 완화 계획 개정 과정에서 NYCEM은 단일 시나리오의 결정론적 지진 모델에서 확률론적 분석 방식으로 전환했습니다. 기존 계획은 단일 진원지의 규모 5.2 지진 한 건만을 가정했던 반면, 확률론적 접근 방식은 모든 잠재적 지진 발생원에서 비롯될 수 있는 지반 진동의 통계적 발생 가능성을 평가합니다. 

결정론적 모델링에서 확률론적 모델링으로의 이러한 전환을 통해 NYCEM은 대응 중심 계획에서 회복탄력성 중심 계획으로 전환할 수 있게 되었습니다. 결정론적 모델은 전술적이고 시나리오 기반의 도구입니다. 이는 진원지 위치나 규모와 같은 고정된 정보를 바탕으로 잠재적 영향을 모형화합니다. 예를 들어, 다음과 같은 매우 구체적인 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.“맨해튼 바로 서쪽에서 규모 6.1의 지진이 발생하면 뉴욕시의 핵심 시설에는 어떤 일이 일어날까?” 이와 반대로, 확률론적 모델은 포괄적인 위험 프로필을 제공합니다. 이는 고정된 변수에 의존하지 않고, 긴 재발 주기에 걸쳐 수천 가지의 잠재적 사건을 분석합니다. 지진의 위치, 규모, 빈도에 내재된 불확실성을 반영하여 보다 포괄적인 평가를 제시합니다. 

다양한 재발 주기를 모형화함으로써, 시 당국은 서로 다른 시간대와 강도에 따른 위험을 보다 정확하게 평가할 수 있습니다: 

• 낮은 강도:100년 및 250년 빈도. 
• 중간 강도:500년, 750년, 1,000년 주기. 
• 극한 강도: 1,500년, 2,000년 및 2,500년 재현 주기. 

이 확률론적 분석에 사용된 재발 주기는 빈도와 심각도의 스펙트럼에 따라 결정됩니다. 100년 주기 및 250년 주기와 같은 저강도 재발 주기는 일반적인 계획 기간 내에 발생할 확률이 높지만, 일반적으로 구조물 피해 및 경제적 손실 측면에서는 그 영향이 미미합니다. 재발 주기가 1,500년에서 2,500년 범위로 늘어남에 따라, 해당 사건은 통계적으로 드물어지며 발생 확률이 낮아집니다. 그러나 이러한 극심한 강도의 시나리오는 훨씬 더 강력한 지반 진동을 수반하여 심각한 결과를 초래합니다. 

이러한 모델 시뮬레이션 결과는 다양한 재발 주기별 지진이 도시에 미치는 영향을 있는 그대로 보여주는 것입니다. 잠재적인 복원력 전략의 효과를 정량화하기 위해, NYCEM은 모델 체계 내에서 다양한 완화 전략을 체계적으로 조정하는 지진 완화 모델을 개발했습니다.여기에는 노후 건축물의 지진 설계 등급을 상향 조정하거나,선별된 건물 및 핵심 시설의 비보강 벽돌구조물에 구조 보강 공사를 적용하는 등의방안이 포함됩니다. 

이러한 필수 시설에는 다음이 포함됩니다: 

• 공항 
• 버스 시설 
• 요양 시설 
• 통신 시설 
• 전력 설비 
• 비상대책본부 
• 페리 
• 소방서 
• 석유 시설 
• 경찰서 
• 항구 
• 철도 시설 
• 학교 
• 폐수 처리 시설 

NYCEM은 이러한 완화 시나리오의 결과를 기준 모델과 비교함으로써, 핵심 시설을 보강하여 방지할 수 있는 다양한 피해를 산출하고 개선된 완화 전략을 수립할 수 있습니다. 

NYCEM은 강도가 낮은 100년 주기 지진부터 강도가 극심한 2,500년 주기 지진에 이르기까지 다양한 재발 주기가 미치는 영향을 파악하기 위해 확률론적 지진 시뮬레이션을 수행했습니다. 

기준 모델에 따르면 뉴욕시의 위험 요인은 주로 인구 밀도, 높은 부동산 가치, 노후화된 인프라에서 비롯되는 것으로 나타났습니다. 지반 액상화와 같은 다른 요인들도 위험과 피해를 가중시킬 수 있습니다. 재해 발생 주기가 중간 수준일지라도 자산이 집중되어 있어 상당한 경제적·사회적 위험에 노출될 수 있습니다. 

다양한 완화 조치가 필수 시설에 미치는 영향을 어떻게 줄일 수 있는지 파악하기 위해, NYCEM은 이번 분석에 두 가지 완화 조치를 적용했습니다.  

• 내진 설계 등급 상향 조정: 이전략은 1996년 이전에 건축된, 기존 건축 기준이 적용된 구형 중요 시설 건물의 내진 설계 등급을 현대 기준에 맞춰 조정하는 것입니다. 이러한 기준은 뉴욕시 건축법이 지진력에 대한 구조물 보호를 위한 구체적인 지진 관련 조항을 포함하도록 최초로 개정된 '지방법 제17호(Local Law 17)'의 제정을 근거로 합니다. 이 법이 시행되기 전에는 시내 대부분의 건물이 공식적인 내진 설계 요건 없이 건축되었습니다.  
• 비강재 벽돌 구조물(URM)에 대한 표적형 보강 조치:저층 및 중층 URM 건물은 취약한 구조적 특성으로 인해비례하지 않게 큰 경제적·사회적 영향을 미치므로, 본 시나리오는 1950년 이전에 지어진 건물과 이용률이 높은 벽돌 구조물에 대한 표적형 구조 보강 조치의 영향을 모형화합니다. 1950년 이전에 지어진 대부분의 URM 건물은 유연한 목재를 사용했기 때문에 지진 발생 시 팬케이크 붕괴(평평하게 무너지는 현상)가 발생할 가능성이 더 높습니다. 1950년 이후에는 목재 바닥에서 콘크리트/강철로 전환되었으며, 모르타르와 벽돌의 강도가 표준화되었습니다. 이로 인해 벽체가 여전히 철근이 없는 상태라 하더라도 전체 붕괴의 확률은 감소합니다.  

NYCEM은 이러한 완화 조치를 모델링함으로써 핵심 시설에 발생할 수 있었던 총 피해를 산출할 수 있습니다. 

전체 보고서는 여기에서 다운로드하실 수 있습니다. 

인프라

뉴욕시에서 지진이 발생할 경우, 그 여파로 교통, 공공시설, 전력, 상하수도 시스템과 같은 기반 시설이 훼손될 위험이 있습니다. 이곳에서 진행 중인 기타 시설 개선 사업의 일환으로, 교량과 같은 뉴욕시의 기존 핵심 인프라 자산 일부는 내진 성능을 강화하기 위해 부분적으로 보강 공사를 마쳤습니다.  

그러나 도시의 복잡하게 얽힌 인프라 네트워크가 지진에 얼마나 취약한지에 대해서는 여전히 제대로 파악되지 않고 있으며, 일부 인프라가 변경, 업그레이드 및 갱신되고 있음에도 불구하고 이는 여전히 큰 우려 사항으로 남아 있다. 뉴욕시의 일부 핵심 인프라 시스템은 노후화되었으며 유지보수 및 수명 주기 관리에 어려움을 겪고 있어 취약한 상태이다.  

지진이 발생하면 지하수면 아래의 토양이 유동화되어 강도가 약해지거나 상실될 수 있습니다. 이로 인해 대규모 지반 붕괴가 발생하여 도로 포장 및 건물 기초가 손상되고 지하 유틸리티 시설이 대대적으로 마비될 수 있습니다. 인공 매립지가 있는 지역은 액상화 현상이 발생하기 쉬우며, 여기에는 롱아일랜드 해안선(및 JFK 공항 주변), 퀸즈 플러싱의 월드 페어 지역, 맨해튼 최남단(배터리 파크) 및 차이나타운이 포함됩니다. 도시 인근에서 강력한 지진이 발생하면 액상화된 토양 위에 지어진 구조물이 가라앉거나 침하될 수 있습니다. 지하 인프라의 피해는 일반적으로 배관 및 기타 유틸리티 송전선이 토양의 불균일한 변위를 견디지 못하는 곳에서 발생합니다. 이러한 핵심 연결망의 손상은 수질 오염, 화재, 갑작스럽고 강력한 폭발 등 대중에게 훨씬 더 큰 위험을 초래하는 2차적 영향을 유발할 수 있습니다.  

자연 환경

지진은 자연 환경에 심각한 피해를 입히고, 나무를 쓰러뜨리며, 지형을 훼손할 수 있습니다. 

토지 확보 경쟁은 과거에는 개발 가치가 낮았던 지역에서의 개발을 촉진할 수 있다. 도시화가 진행됨에 따라 지진(극한 기상 현상의 영향과 맞물려)은 인구 밀도가 높은 지역에도 영향을 미치게 될 것이다. 과거에는 소규모의 국지적 사건에 불과했던 것이 이제는 재앙적인 사건으로 변모할 것이다  

지진은 또한 가스관 폭발로 인한 화재, 수도관 파손으로 인한 침수 및 기타 피해, 유해 폐기물과 하수의 유출, 그리고 엄청난 피해를 입히는 산사태 등 자연 환경에 심각한 피해를 줄 수 있는 위험을 초래하기도 합니다.  

돌발 홍수, 허리케인, 극심한 강우가 빈번해짐에 따라, 지진이 이러한 기후 변화로 인한 재해와 겹칠 경우 위험이 기하급수적으로 증가할 수 있습니다.  

미래 환경

뉴욕시의 방진 설계 기준이 적용되기 전(지진 안전 기준 이전)에 지어진, 지진에 취약한 대규모 건물들이 점차 더 엄격한 지진 안전 설계 기준을 충족하는 신축 건물로 대체됨에 따라, 취약한 건물의 비율은 서서히 감소할 것입니다. 하지만 이 과정에는 매우 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 뉴욕시의 취약성에 따른 금전적 가치 또한 감소할 것으로 예상되지만, 시간이 지남에 따라 뉴욕시의 건축 자산의 가치와 규모가 증가한다면 지진 노출로 인한 경제적 위험은 여전히 커질 수 있습니다. 

뉴욕시 인프라의 노후화된 구성 요소는 향후 지진의 구조적 영향을 증폭시킬 수 있습니다. 기존 교량의 내진 성능을 개선하는 등의 투자를 통해 향후 지진으로 인한 위험을 줄여야 합니다. 

위험은 어떻게 관리하나요?

지진은 예고 없이 발생하고 예방할 수 없지만, 지진과 관련된 위험을 줄이기 위해 많은 전략을 사용할 수 있습니다. 지진학자, 지질학자, 엔지니어, 건축가, 응급 구조대원 및 기타 전문가들이 각자의 분야에서 새로운 공공 안전 이니셔티브를 혁신함에 따라 위험 완화 전략은 점점 더 성공적으로 발전하고 있습니다. 

주요 전략으로는 더 엄격한 내진 건축 기준, 강화된 내진 설계 요건, 핵심 인프라에 대한 점검 및 유지 관리 강화, 그리고 건물의 보강 공사가 포함됩니다. 

건물 보호 규정, 집행, 엔지니어링 전략 및 유지 관리 

2023년 터키와 시리아에서 발생한 지진으로 인해 건축 법규와 그 적절한 이행의 중요성이 다시금 부각되었습니다. 뉴욕시에서는 건축국(DOB)이 지진 위험을 완화하기 위해 건축 법규를 제정하고 개정하며, 광범위한 행정 조치를 통해 이를 이행하고 있습니다. 이러한 내진 규정은 국가 내진 기준의 발전과 개선 추세를 따르고 있습니다. 

1985년부터 FEMA는 국가 지진 위험 저감 프로그램(NEHRP)을 통해 지진 공학 연구를 지원해 왔습니다. NEHRP의 최신 2020년 NEHRP 권장 내진 규정: 설계 예시, 교육 자료 및 설계 흐름도 는 신축 건물 및 기타 구조물에 대한 국가 지진 설계 요건의 주요 근거가 됩니다. ¹⁵국가 지진 위험 저감 프로그램, “토양 및 암석 유형의 영향,” 지진 조정관.

뉴욕시의 현행 건축 법규는 미국 내 어느 지역과 비교해도 손색없이 엄격하며, 건축 법규를 준수한 현대식 건물의 붕괴 또는 파손 위험률은 캘리포니아와 동일한 수준입니다. 이 법규는 강도가 낮은 지진에 대비한 일반적인 사용 조건을 규정하고 있습니다. 또한 뉴욕시 내의 기존 건물 중 대대적인 개조 공사를 거치는 경우에도 이러한 기준을 준수해야 합니다. 

재난 대비 강화 

미국 지질조사국(USGS)은 전 세계에서 발생하는 대규모 지진 발생 후 신속한 피해 추정치를 제공하기 위해 PAGER(Prompt Assessment of Global Earthquakes for Response) 시스템을 개발했습니다. PAGER는 새로운 데이터가 확보되는 대로 약 30분 이내에 최신 평가 결과를 제공합니다. 이 보고서에는 다양한 진도 수준의 지진에 노출된 인원과 도시 수뿐만 아니라, 예상 사망자 수와 경제적 손실 규모도 포함됩니다. 

PAGER에 대한 자세한 정보와 알림 구독 방법을 확인하려면 다음을 방문하세요: PAGER. 

USGS ShakeCast(ShakeMap Broadcast의 약칭)는 주요 사용자에게 맞춤형 ShakeMap 정보를 제공하고 지진 발생 후 대응 절차를 가동하도록 설계된 자동화 소프트웨어 시스템입니다. 이 무료 상황 인식 도구는 ShakeMap에서 지진 진동 데이터를 자동으로 가져와 지반 진동 강도를 사용자의 시설 위치와 비교합니다. 이러한 분석을 바탕으로 ShakeCast는 비상 관리자 및 기타 주요 이해관계자를 위해 피해 평가, 점검 우선순위 알림, 지도 및 웹 기반 정보를 생성합니다. 

내진 건축법 조항의 진화

뉴욕시 건축법규에 포함된 최초의 지진 대비 조항은 1995년에 법으로 제정되어 1996년 2월부터 시행되었다. ¹⁶뉴욕시 건축국, “NYC Codes,” 뉴욕시.

DOB는 2008년, 그리고 이후 2014년과 2022년에 국제건축규격위원회(ICC)의 규격 체계를 뉴욕시 건축 규정의 기초로 채택함으로써, 지진에 대한 도시의 구조적 취약성 문제를 추가로 해결했습니다. 주목할 점은 뉴욕시 건축 규정이 ICC 규격을 채택하긴 했으나, 일부 조항을 개정하여 ICC보다 더 엄격하게 적용하고 있다는 사실입니다. 

2008년, 2014년 및 2022년 건축 기준은 건물을 더 튼튼하고 유연하며 연성 있게 만들어, 취성 파손 없이 에너지를 흡수할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. 이 기준에는 지반 유형과 건물 기초에 관한 조항이 포함되어 있습니다. 지진 발생 시 건물의 이음매, 구조적 연결부 및 배관이 견딜 수 있도록 하기 위해서는 내진 상세 설계가 필수적입니다. 

2008년, 2014년 및 2022년 건축 규정에 따르면, 소방서나 병원과 같은 중요 시설은 지진을 견뎌낼 수 있을 뿐만 아니라 지진 발생 후에도 계속 운영되고 기능을 유지할 수 있도록 설계되어야 합니다. 

2014년, 뉴욕시 건축국(DOB)은 건축 규정을 개정하고, 내진 구조물의 설계 및 시공에 관한 미국토목학회(ASCE) 표준 7-2010을 모델로 삼아 ‘위험 기반 접근법’이라는 새로운 개념으로 전환했습니다. 이와 유사하게, 2022년 건축법규는 ASCE 7-2016의 모델을 따릅니다. 이러한 강화된 법규에 따라 뉴욕시의 신축 건물은 지진 발생 시 붕괴되거나 심각한 피해를 입을 가능성이 낮도록 설계되어야 합니다. 

개정된 규정은 또한 지반 액상화 방지를 위한 설계 요건을 강화하고, 이 도시의 고유한 지질적 조건을 반영하고 있습니다. 건축 설계 시 부지별 지반 조건과 건물 기초를 고려해야 하며, 이음매와 구조적 연결부가 유연성을 갖도록 해야 합니다. 또한 전기 및 기계 설비, 건물 내부 설비, 건축 구성 요소에 대한 세부 사항도 명시되어 있습니다. 

현재 건축법규의 다음 개정을 위한 코드 위원회 작업이 진행 중입니다. DOB는 또한 기존 건물의 지진 하중과 관련된 문제를 해결하기 위한 구조 장이 포함된 뉴욕시 기존 건물 코드 초안을 작성 중이며, 이 초안에는 뉴욕시 건물 코드 구조 요건을 참조하여 다른 우려 사항도 포함되어 있습니다. 이 이니셔티브는 내진 요건이 제정되기 전에 건설된 건물의 안전을 개선하거나 위험을 완화하는 것을 목표로 합니다. 

코드 시행

건물이 건축 법규에 따라 지어지도록 하기 위해, 신축 공사나 대규모 리모델링 공사는 건축국(DOB)이 설계도를 검토하고 시공 허가를 발급할 때까지 시작할 수 없습니다. 지진 설계에 필요한 대부분의 세부 사항은 자격을 갖춘 민간 엔지니어가 수행하는 특별 검사의 대상이 되며, 이들은 검사 결과를 건축국(DOB)에 보고할 책임이 있습니다. 

기존 건물의 개보수를 위한 엔지니어링 전략

건축가와 엔지니어는 내진 기준을 충족하기 위해 건물 요소 간의 연결을 강화하고, 구조의 유연성을 높이고, 건물 질량을 줄여 지진력의 영향을 최소화하고, 지반이 약한 곳에 놓인 기초를 강화하여 안정성을 확보하는 등 여러 가지 방법을 사용하여 노후 건물의 개보수를 설계 및 엔지니어링합니다. 

기존의 철근이 없는 벽돌 구조 건물의 경우, 벽을 지붕에 고정하고 벽을 기초 및 건물 내 각 층에 연결함으로써 구조 요소 간의 연결부를 보강하여, 지진 발생 시 하중을 전달하는 구조물의 능력을 높입니다. 또 다른 방법은 철근이 없는 벽돌 벽에 강철 골조를 추가하여 평면 외 방향의 힘에 대한 저항력을 높이는 것입니다.¹⁷Dan P. E. Eschenasy, “면외 하중으로 인한 무보강 벽돌 벽의 파괴 사례.”

난간은 보강되지 않은 건물에서 가장 많이 손상되는 요소입니다. 볼트 대각선 강철 스트럿으로 난간을 고정하고 모르타르를 보수하면 지진 위험을 줄일 수 있습니다. 또는 보강되지 않은 조적조 난간을 건물에 고정된 조적조 난간으로 교체할 수도 있습니다. 

간단하고 상식적인 해결책만으로도 구조물의 내진 성능을 향상시키고 지진 위험을 줄이는 데 충분할 때가 많습니다. 예를 들어, 가구를 벽에 고정하거나 볼트로 고정하면 낙하물로 인한 부상 위험은 물론 건물 내 물품의 손상 위험도 줄일 수 있습니다. 6층 이상 건물에 물탱크를 고정하는 것은 타워가 쓰러져 보행자에게 부상을 입힐 수 있는 위험을 줄이는 또 다른 방법입니다. 주택과 아파트에 온수기를 고정하면 건물이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 상수도 시스템이 고장 나더라도 건물 거주자들에게 비상용 물을 공급할 수 있습니다. 

해안 지역의 건물을 홍수와 해안 폭풍으로부터 보호하기 위해 마련된 지침에는 지진 안전 문제, 특히 고층 건물의 취약성에 대해서도 다루고 있습니다. 하부 구조가 취약한 건물을 보호하기 위한 해결책으로는 보강재나 전단벽을 추가하거나, 기둥과 말뚝을 확대·보강하여 추가 하중을 줄이는 데 중점을 둡니다. 

정기 유지 관리

지진으로 인한 위험을 최소화하려면 뉴욕시의 모든 건물에 대한 일상적인 유지보수가 필수적입니다. 여기에는 지붕을 안전하고 양호한 상태로 유지하고, 처마 장식과 알루미늄 패널을 고정하고, 정기적으로 모르타르를 다시 칠하고(특히 난간과 굴뚝에), 모든 균열을 보수하는 것이 포함됩니다. 

인프라 보호: 정부 지침, 검사 및 엔지니어링 전략

지진은 오래된 교량, 터널, 하수도, 상수도 시스템, 폐수 처리장 등 원래 지진에 견딜 수 있도록 설계되지 않은 기반시설에 큰 피해를 입힐 수 있습니다. 뉴욕시는 신규 인프라가 보다 강력한 지진 하중 요건을 충족하도록 설계하고, 오래된 인프라는 이러한 기준을 충족하도록 개조하도록 의무화하기 위한 조치를 취하고 있습니다. 연방, 주, 지방 정부 기관은 모두 기반시설의 지진 안전 개선에 대한 표준을 설정하고 이를 이행하는 것을 감독하는 역할을 담당하고 있습니다. 

인프라에 대한 내진 지침은 지진 위험을 견딜 수 있도록 오래된 교량, 터널 및 기타 중요 시설을 개보수하고 더 안전한 기준에 따라 새로운 인프라를 설계하는 뉴욕시의 조치를 규정합니다. 

교량 보호

1989년 캘리포니아 북부의 여러 교량에 막대한 피해를 입힌 로마 프리에타 지진 이후, 많은 중부 및 북동부 주에서 고속도로 교량에 대한 새로운 내진 규정을 도입하기 시작했습니다. 

뉴욕에서는 교량 소유주들이 지진학자들을 고용해 이 지역의 지진 위험을 평가했습니다. 연방 고속도로 관리국(Federal Highway Administration)은 의회가 제정한 1991년 검사 및 보수 프로그램에 따라 지방 당국을 통해 교량의 내진 보강 공사를 관리하고 있습니다. 1998년, 뉴욕시 교통국(DOT)은 내진 기준 지침을 마련했으며,새로운 과학적 지식과 해결책이 등장함에 따라 이를지속적으로 업데이트하고 있습니다.¹⁸ 연방 고속도로청, 『고속도로 구조물 지진 보강 매뉴얼: 제1부 — 교량 』(간행물 번호 FHWA-HRT-06-032), 터너-페어뱅크 고속도로 연구 센터, 미국 교통부, 2006년 1월.

뉴욕시는 1998년부터 주요 교량과 필수 교량에 대한 내진 보강 공사를 시작했습니다. 뉴욕시 지역을 관할하는 교통 당국들은 관할하는 교량에 대해 이미 보강 공사를 완료했거나 현재 공사를 진행 중입니다. 

내진 설계

지진 격리는 교량 및 구조물에서 널리 사용되는 지진 대비 방법 중 하나입니다. 뉴욕시의 JFK 경전철 시스템은 이 방식을 채택하고 있습니다. 이 방식은 지진 동력을 기초와 구조물 사이에서 격리함으로써 교량이나 구조물을 보호합니다. 격리 장치(고무 및 강철 베어링)는 교량 상판과 교각 사이, 또는 건물과 기초 사이에 설치됩니다. 격리 장치는 지진의 에너지를 흡수하여 구조물로 전달되는 에너지를 최소화하도록 설계되었습니다. 

DOT는 인프라 규정에 명시된 현행 내진 성능 요건을 충족하기 위해 브루클린 브리지의 보강 공사를 진행 중입니다. 2019년 9월에 시작되어 2023년까지 진행된 제7호 계약에 따라, DOT는 아치 블록의 하중 지지 능력을 향상시키고, 석조 타워를 보강하며, 역사적인 벽돌 및 화강암 구조물의 보수에 주력했습니다. ¹⁹뉴욕시 교통국, “인프라: 브루클린 브리지,” 뉴욕시. 이번 보강 공사에는 기존 목재 말뚝을 더 튼튼한 구조용 말뚝으로 교체하고, 교량의 석조 부재를 보강하는 작업이 포함됩니다. 지진 성능이 부적합하다고 평가된 다른 교량들은 철거 및 재건설되었습니다.

뉴욕시 지역의 교량 지진 안전성 평가에서는 각 교량을 ‘중요 교량’, ‘필수 교량’ 또는 ‘기타 교량’으로 분류하여 성능 기준에 따라 평가해야 합니다. 노후 교량의 보강 공사나 신규 교량 설계 시에는 예상되는 지진으로 인해 발생할 것으로 예상되는 피해 수준에 부합하는 설계 요소를 반영하고, 지진 발생 후 필요한 보수 작업을 수행할 수 있도록 해야 합니다.²⁰Weidlinger Associates, 《뉴욕시 지진 위험도 연구 및 그 공학적 적용: 최종 보고서 》(Weidlinger Associates, 뉴욕시 교통국(NYC DOT) 의뢰, 1998). 799개의 교량을 소유 및 관리하고 있는 뉴욕시 교통국 (NYC DOT)은 현재 모든 중요, 필수 및 기타 교량에 대한 내진 보강 공사를 시행하고 있다. ²¹뉴욕시 교통국, 2020년 뉴욕시 교통국 교량 및 터널 연례 상태 보고서, 뉴욕시.

기타 인프라 보호

뉴욕시 환경보호국(DEP)은 현재 폐수 처리 시스템의 내진 보호를 강화하기 위한 여러 프로젝트를 진행하고 있습니다. 폐수 처리 시설과 메탄가스 저장 시스템은 대부분 현재의 더 엄격한 내진 기준이 시행되기 전에 설계 및 건설되었기 때문에, DEP는 지진에 견딜 수 있도록 시설 개보수를 진행하고 있습니다. 뉴욕시 하수도 시스템에 대한 지진 활동과 관련된 위험을 줄이기 위해 DEP는 일부 주요 하수도의 구조적 결함을 검사하고 수리하고 있습니다. 

DEP는 상수도 시스템(상수도 터널, 배관, 정수 펌프장, 댐, 수직 갱도 및 저수조)의 내진 성능을 평가하고 적절한 내진 설계 기준을 수립하기 위한 연구를 진행 중입니다. 이번 연구 결과를 바탕으로, 현행 지진 안전 기준을 충족하기 위해 개보수가 필요한 상수도 배수 시스템 구역을 우선순위에 따라 선정할 예정입니다. 시 상수도 터널 3호(NYC Hazard Environment에 기술됨)는 현재 엄격한 지진 안전 기준에 따라 설계되어 있습니다. 

뉴욕시의 내진 가이드라인을 적용하여 뉴욕주에서 관리하는 메트로폴리탄 교통국(MTA)은 현재 뉴욕시 내 교량 및 터널 복구 프로젝트에 내진 요건을 통합하고 있습니다. 

연구 및 전문 교육

지진 위험을 관리하기 위해서는 지진학자, 지질학자, 엔지니어, 건축가, 정치인 및 비상 관리 담당자 간의 협력이 필요합니다. 뉴욕시에 지진이 미칠 수 있는 잠재적 영향에 대한 추가 연구는 이 재해에 대한 지식을 넓히고 대중의 인식을 제고할 것입니다. 이러한 연구에는 뉴욕시의 방대한 노후 건물, 지반 조건, 그리고 독특한 지질학적 특성을 반영하여 잠재적인 물리적 및 경제적 손실을 추정하기 위한, 뉴욕시 특유의 건축 환경에 대한 지진 영향 모델링이 포함될 수 있습니다. 연구 프로젝트의 예시는 다음과 같습니다. 

2023년, 미국 지질조사국(USGS)은 인위적 및 자연 지진에 따른 미국 내 지진 위험도를 예측하는 ‘국가 지진 위험 모델(National Seismic Hazard Model)’의 새 버전을 발표했습니다.²²미국 지질조사국(U.S. Geological Survey), “단기 유발 지진 활동 모델(Short-Term Induced Seismicity Models)”, 미국 지질조사국, 2019년 10월 24일.

마찬가지로, ‘차세대 지반동 감쇠 모델(Next Generation of Ground-Motion Attenuation Models)’은 2008년에 마무리된 다학제적 연구 프로젝트였습니다. 학계, 산업계, 정부 간의 협력을 통해 진행된 이 프로젝트는 북미 중부 및 동부 지역을 대상으로 새로운 지반동 모델(GMMs), 위험도 평가, 지반 반응에 대한 합의점을 도출하는 데 중점을 두었습니다. 이 프로젝트는 특히 미국 서부 지역의 지진 지반 진동에 대한 이해와 예측에 있어 중요한 진전을 이루었습니다. 이 프로젝트는 1990년대와 2000년대 초반의 기존 모델을 대체하여, 지반 진동에 대한 보다 견고하고 신뢰할 수 있는 추정치를 제공했습니다. ²³태평양 지진 공학 연구 센터(PEER), 『북미 중부 및 동부 지역 차세대 감쇠 모델 로드맵(NGA-East)』 (미국 지질조사국, 2008년 4월).

지진공학연구소(Earthquake Engineering Research Institute)는 지진 위험에 대한 인식을 제고하고, 모든 수준에서 이러한 위험을 줄이는 방법에 대한 교육 자료를 제공하기 위해 뉴욕-북동부 지부를 설립했습니다. 이 기관은 공학, 지구과학, 건축, 도시계획 및 사회과학 분야의 학제적 전문성을 바탕으로 운영됩니다. 

다학제적 지진공학 센터(MCEER)는 뉴욕 구조공학회와 협력하여 뉴욕시 내 비보강 벽돌 건물의 취약성을 더 깊이 파악하기 위한 연구를 시작했습니다. MCEER는 뉴욕주립대학교 버팔로 캠퍼스와 협력하여 철근이 없는 벽돌 구조물 모형에 대한 진동대 실험을 완료했습니다. 이는 뉴욕시의 노후된 건물들에 대한 공학적 해결책을 마련하기 위한 대규모 프로그램의 선행 단계였습니다. ²⁴M. Tantala 및 G. Nordenson 외, 《 뉴욕·뉴저지·코네티컷 지역의 지진 위험 및 완화》, 뉴욕시 지진 피해 완화 컨소시엄(NYCEM) 최종 요약 보고서. MCEER-03-SP02. (버팔로 대학교 지진공학 연구 다학제 센터, 2003).

연구원들이 뉴욕시 건물을 흔드는 지진 시뮬레이션을 실시합니다.

출처: SUNY 버팔로

공공 교육 및 지원

많은 뉴욕 시민들은 자신이 사는 지역이 지진 위험에 노출되어 있다는 사실을 잘 모르고 있습니다. 지진은 예고 없이 발생하기 때문에, 이에 대한 인식을 높이고 대비를 독려하는 것이 매우 중요합니다. 지진에 대한 비상 대비는 허리케인, 폭풍우 또는 기타 재난에 대한 대비와 크게 다르지 않으며, 어떤 비상 상황에도 대비할 수 있도록 도와줍니다. 

뉴욕시 비상관리국(NYCEM)의‘레디 뉴욕(Ready New York)’ 캠페인은뉴욕 시민들이 모든 유형의 비상사태에 대비하고, 개인별 재난 대응 계획을 수립하며, 뉴욕시에 영향을 미칠 수 있는 다양한 위험 요소에 대한 최신 정보를 파악하도록 독려합니다. NYCEM의 '레디 뉴욕: 뉴욕시 비상사태 대비' 가이드는 지진이 발생했을 때 취해야 할 조치와 지진 직후 즉시 취해야 할 단계들을 설명합니다. 

NYCEM의 준비된 뉴욕 위험 줄이기 가이드 에는 지진으로 인한 잠재적 피해를 줄이기 위한 주택 소유주와 거주자를 위한 장기 전략이 포함되어 있습니다. 

또한, NYCEM의‘지역사회 강화(Strengthening Communities)’ 프로그램은지역 사회 네트워크가 비상 대비 계획을 수립하고 지역 사회 자원을 지원할 수 있도록 보조금을 제공합니다. 이 교육 프로그램은 각 지역사회에 특화된 비상 계획을 수립하기 위해 다음 다섯 가지 핵심 분야 및 성과물에 중점을 둡니다: 수요 평가 수립, 서비스 제공 지역의 지역사회 지도 작성, 자원 목록 구축, 소통 전략 수립, 기부 및 자원봉사 관리 계획 수립. NYCEM 직원들은 교육, 코칭 세션 및 도구를 제공하여 참여 네트워크가 프로그램을 원활하게 진행할 수 있도록 돕습니다. 

지진은 신체적 피해뿐만 아니라 심리적 피해도 초래할 수 있으므로, 향후 대응 및 복구 노력의 일환으로 정신 건강 서비스를 마련하는 것이 필수적입니다. 뉴욕시 보건정신위생국(DOHMH)의 ‘정신 건강 응급처치(Mental Health First Aid)’ 교육 프로그램은 대중에게 발생할 수 있는 다양한 정신 건강 문제, 경고 신호를 파악하는 방법, 문제가 어떻게 나타나는지, 그리고 일반적으로 이용 가능한 치료 유형에 대해 알리고 있습니다. 

FEMA와 동북부 주 비상 컨소시엄은 조직, 가정, 기관이 지진 발생 시 안전을 실천하도록 장려하기 위해 매년 북동부 대지진 훈련을 실시합니다. 이 훈련은 각 단체가 재난 발생 시 피해와 부상을 방지하기 위해 대비 계획을 업데이트하고, 물품을 비축하고, 집과 직장에 물품을 확보할 수 있는 기회입니다. 

코드를 넘어선 디자인 전환 

현재 건축 법규의 주된 목적은 ‘생명 안전’이며, 이는 50년 주기로 볼 때 신축 건물의 붕괴 위험이 1%가 되는 지진 사태를 기준으로 한 위험 등급에 근거합니다. 이는 지진 발생 중 및 직후의 인명 손실을 방지하도록 보장하지만, 건물이나 생명 유지 인프라를 재사용할 수 있게 되기까지의 기간, 또는 수리 불가능한 손상을 입었을 경우 이를 교체하는 문제까지는 다루지 않습니다. 샌프란시스코의 일반적인 사무용 건물의 경우, 설계 기준 지진 시 복구 기간은 6~12개월, 건축법규에서 고려하는 최대 지진 시에는 약 2년으로 추정됩니다. 복구 기간은 건물의 위험도와 설계에 따라 달라집니다. 뉴질랜드 크라이스트처치에서는 지진 발생 후 건물들이 수리할 수 없을 정도로 심하게 파손되어 철거 및 재건축이 이루어졌으며, 이로 인해 복구 기간이 연장되었습니다. 뉴욕시에서 대규모 지진이 발생하면 건물이 붕괴되지 않더라도 이와 유사한 재건축이 필요할 수 있어 복구 과정이 더 길어질 수 있습니다. 

일반 대중과 전문가들 사이에서 재해 복원력 강화 및 재해 발생 후 복구 과정에 대한 관심이 높아짐에 따라, 2018년 ‘국가 지진 위험 저감 프로그램(National Earthquake Hazards Reduction Program)’이 재승인되었으며, 의회는 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 연방재난관리청(FEMA)에 지진 발생 후 일반 대중이 거주지로 복귀하고 일상 기능을 재개하는 데 소요되는 시간을 단축하기 위한 필요 사항을 파악하는 작업을 주도할 것을 지시했다.  

2021년, 두 기관은 “지진 발생 후 재입주 및 기능적 복구 기간을 위한 건축 환경 개선을 위한 권장 방안”을 발간했다. ‘기능적 복구’(생명 안전 외에도)라는 개념은 지진 발생 후 건물이나 인프라 시스템이 유지되거나 복구되어, 지진 발생 전 건물의 사용 또는 점유 목적에 따른 기본적인 기능을 안전하고 적절하게 지원하거나, 생명 유지 시스템의 서비스 수준을 유지할 수 있는 상태로 제시됩니다. 지진 발생 후 기능적 복구에 소요되는 허용 시간은 건물의 용도나 생명 유지 서비스에 따라 다를 수 있습니다.  

‘기능적 복구(Functional Recovery)’라는 새로운 개념은 인간 중심적이며, 기술적 지식과 구현 및 복구 과정을 결합한 철학 아래 코드 그 이상의 사고를 요구합니다. 피해로 인한 위험과 손실뿐만 아니라 서비스 재개까지 소요되는 시간까지 고려한 의사결정 지원 FR 프레임워크를 활용한 초기 연구 결과, 복원력에 투자할 때 얻는 이점이 크게 증가하는 것으로 나타났습니다. ²⁵NIST-FEMA 특별 간행물 NIST SP-1254/FEMA P-2090, https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/SpecialPublications/NIST.SP.1254.pdf

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