거의 20년 동안, 캘리포니아 샌디에이고 대학은 약 20년 동안 인공지진 시설을 운영해왔다. 약 90제곱미터에 달하는 대형 강철판은 유압시스템으로 지진을 만들어 낸다. 위에 무엇이 올라가던 흔들 수 있는 설비는 세계적 수준의 지진 장치다. 2004년 첫 개장 이후 30개 이상 구조물을 시험했으며 여러 건축법규와 도로 규정에 영향을 미쳤다. 그리고 지난 9개월 동안 전례 없는 실험을 준비했다. 맞춤 제작 10층 목조건물에 지진을 일으킬 계획이다. 지금까지 실험한 대상 중 가장 높은 물체다.

실링 페이 콜로라도 광산 학교 토목 및 환경공학 교수에 따르면 톨우드 프로젝트는 목조 건물이 구조적 무결성을 잃지 않고 강한 흔들림을 견딜 수 있다고 증명하려 한다. 최근 몇 년 동안 목재는 지속가능한 건축 재료로 주목받았다. 콘크리트나 강철보다 탄소 배출량이 적기 때문이다. 페이는 목재 구조물이 지진을 견디기에 적합한 유연성을 지녔다고 말한다. 나뭇가지가 쉽게 부러지지 않고 휘어지는 모습을 상상하면 이해하기 쉽다. 그는 수년간 연구와 모델링을 통해 목조건물이 튼튼하다고 확신한다. 이제 대중들에게 나무 디자인의 힘을 증명하고 싶어 한다.

페이는 "최신 기술로 지진에도 견고한 10층 건물을 지을 수 있다는 증거가 될 것이다"며 "건물에 대략 40가지 지진을 일으킬 계획이다"고 밝혔다.

그는 공학으로 목재 건축설계와 위험 완화를 전문적으로 연구한다. 페이처럼 목재에 흥미가 있는 사람은 그뿐만이 아니다. 미국 국립 과학 재단이 시작한 자연 재해 공학 연구 인프라(NHERI) 프로그램은 2016년부터 광범위한 분야에서 인력을 모았다. 이 팀은 페이를 포함한 6개 대학에서 온 전문가들, 24개 이상 협력 산업체, 미국 산림청 등 기타 정부 기관으로 구성되어 있다.

팀은 2017년 처음으로 목재 건물을 실험했다. 인공지진을 견딜 2층 목조 건물을 지었다. 페이는 건물이 약 30개 지진을 성공적으로 견뎠다고 말했다. 그중에는 캘리포니아에서 발생한 규모 6.7 노스리지 지진을 모방한 진동도 있었다. 해당 연구 성과를 바탕으로 더 높은 층고에 도전하는 게 톨우드 프로젝트다.

톨우드 프로젝트는 10층이라는 건물 높이뿐만 아니라 설계도 눈에 띈다. 기본적으로 목재 층을 적층해 건물이 올라가는 방식이다. 페이는 이케아식 조립 가구처럼 원하는 형태로 조립할 수 있다고 설명했다. 비록 인공 지진에 대응하기 위한 모델이지만 실험에 성공하면 상용화할 수 있기를 바란다.

내진설계의 핵심은 흔들리는 벽이라 부르는 구조다. 지반에 건물을 고정하는 기초 철골에 벽을 부착하지 않았다. 건물을 이루는 상부 철골들과 연결했다. 그래서 벽이 유동적으로 움직일 수 있었다. 철골들은 목재들을 고무줄처럼 묶어놓는 역할을 맡았다. 어느 정도 움직임을 허용하는 동시에 정해진 자리에 머무르게 했다.

만약 지진이 일어난다면 철골들은 벽이 이탈하지 않게 막는다. 이 설계는 지진 사례에서 보고되는 건물 손상을 방지하려는 시도다.

그 외에도 기둥과 구부러지는 바닥도 충격을 분산하고 강철 구조가 지진 힘을 완화한다. 제프리 버먼 워싱턴 대학교 토목공학과 교수는 지난달 NHERI 라디오 인터뷰에서 톨우드 설계를 "손상에서 자유로운 구조다"며 내부에 상당한 움직임을 허용하기 때문이라고 밝혔다.

톨우드 건물은 문, 창문, 계단, 천장 및 추가 벽 같은 시설도 갖추고 있다. 케리 라이언 네바다 리노 대학교 지진 연구원은 1월 NHERI 라디오 인터뷰에서 본 실험으로 실제 목조 건물이 지진에 어떻게 반응하는지 자료를 얻기 때문에 중요하다고 설명했다.

라이언은 노스리지 지진을 예로 들며 "지진공학계는 그동안 건물 구조에 집중했지만, 과거 지진 사례에서는 건물 자체보다 비구조 시설에서 피해가 발생했다"고 지적했다.

연구진은 톨우드를 통해 목재 구조물의 우수성을 증명하길 바라고 있다. 이들은 친환경적인 목재가 지진을 견뎌내고 콘크리트, 벽돌 또는 강철 구조물 못지않은 성능을 보여주기를 기대한다.

올해 초 톨우드 건물 공사가 완료되었다. 하지만 실험 전 최종작업이 아직 남아있다. 건물 변위 및 가속도 같은 데이터를 기록하기 위한 700개 이상 센서 등을 설치해야 한다. 건물이 지진 충격을 받는 동안 내부가 어떻게 변하는지 다양한 각도에서 촬영하기 위해 카메라 수십 대를 장비하고 있다. 실험 전 최종 단계로 인공 지진 판을 약하게 동작시켜 몇 달간 멈춰있던 유압시스템이 문제없는지 확인할 계획이다.

올 봄 후반쯤 공식적으로 실험을 시작하면 실제 지진에서 얻은 자료를 연구팀의 예측 모델과 비교할 것이다. 페이는 실험이 순조롭게 진행되어 건물이 진동에도 멀쩡한 상태를 유지한다면 목재 설계 방식이 다른 건축 현장에 사용되고 향후 건축 법규를 제정하는 데 도움이 될 것이라 기대했다. 모든 데이터는 다른 연구자들이 접근할 수 있게 보관할 것이다. 이로써 다른 연구자들이 데이터를 자신의 연구에 사용할 수 있다. 

톨우드 프로젝트는 더 자세한 정보를 웹사이트에서 공개하고 있다. 구조물을 촬영 중인 생방송 스트리밍도 진행 중이다. 

※이 기사는 popsci.com 원문을 바탕으로 작성됐으며, 번역은 파퓰러사이언스코리아 소속 기자가 도왔습니다.

/ 글 COLLEEN HAGERTY 기자 & 육지훈 기자