타이어 파열 사고, 그 원인은 무엇인가?

주행 중 차량의 타이어가 갑자기 펑크(flat, puncture)나거나 파열(burst)되면 어떻게 될까?

아마도 차량은 급격히 제어력을 상실함으로써 정상 차로를 벗어나거나 도로를 이탈할 위험성이 높다.

차량의 한쪽 바퀴 타이어가 파열되면 파열된 바퀴가 지면 아래로 내려앉아 차량의 무게중심이 급격히 한쪽으로 쏠리면서 차체가 기울어직 된다.

이러한 차체의 갑작스런 기울어짐은 롤링(rolling)과 피칭(pitching), 요잉(yawing)이라는 복합적인 회전운동을 동반시키기 때문에 운전자로서는 차량의 순간적인 균형 상실을 제어하기가 쉽지 않다.

차량의 주행속도가 빠르면 짧은 시간에 급격한 자세 변화가 일어나 제어하기는 더욱 어려워진다.

 타이어 파열의 결과

타이어의 파열은 또한 회전 저항을 증가시킨다.

정상적인 공기압이 유지된 타이어는 바퀴가 양호하게 굴러가지만, 파열된 타이어는 노면과 타이어 접지면 사이의 마찰저항이 커져 정상적으로 굴러가지 못한다.

이렇게 각 바퀴의 회전저항이 달라지면 파열된 바퀴와 정상 바퀴 사이에는 속도 차가 발생하게 되고, 속도 차는 차량을 한쪽으로 틀어지게 하는 요잉을 발생시키게 된다.

따라서, 주행 중 오른쪽 앞바퀴가 갑자기 파열되면 차체는 오른쪽으로 틀어지면서 (시계 방향으로 회전) 균형이 상실되고, 왼쪽 앞바퀴가 갑자기 파열되면 차체는 왼쪽으로 틀어지면서(시계 반대 방향으로 회전) 균형이 상실된다.

마찬가지로 뒷바퀴도 갑자기 파열되면 차체는 파열된 바퀴 쪽으로 차체가 쏠리면서 균형이 무너지게 된다.

물론 뒷바퀴보다 앞바퀴가 파열되었을 때 차량은 더 크게 요동치면서 균형을 상실할 위험성이 높아진다.

 
심한 발열에 의한 타이어 파열
 

한국도로공사에 따르면 2006년 한해 차량 결함으로 말미암은 교통사고가 304건 발생하였는데 그 중 약 65%인 197건이 타이어 파손 때문에 발생하였으며, 이로 인해 27명이 사망한 것으로 나타났다. 또한 매년 고속도로에서 일어나는 대형 교통사고 중 약 5~10%는 타이어 파손이 원인이 되어 발생한다고 한다. 타이어 파손의 유형은 마모.외부 충격.못 박힘.노후.구조결함.공기압 부족 등이 있는데 주된 원인은 타이어의 심한 발열에 의한 파열이다. 왜 타이어는 열에 의해 쉽게 파열되는 것일까. 이유는 타이어의 구조적 요인으로부터 찾을 수 있다.
 

 기본적으로 타이어의 주성분은 고무 재료이기 때문에 발열되어 온도가 올라가 일정한 한계치를 넘으면 강도가 저하되면서 내구력이 약해질 수밖에 없다. 또한 다음 참고 그림과 같이 타이어의 내부는 골격을 이루는 카커스(carcass), 충격 완화와 완충 지대의 역할을 하는 부레이커(breaker)층, 승차감을 유지하는 사이드월(sidewall), 지면과 직접 접촉하게 되는 트레이드(tread) 등으로 구성되는데 이들 구성 재료들은 서로 견고한 접착제에 의해 일체화되어 있다.
 

 특히 브레이커층은 여러 장의 섬유 코드 또는 금속 코드 재료를 겹겹이 접착하여 쌓아놓은 구조로, 높은 열이 가해지거나 내부적으로 온도가 올라가 과열되면 접착력이 저하되는 치명적인 단점이 있다. 따라서 타이어는 발열되어 온도가 올라가면 주재료인 고무와 코드의 열화가 심해질 뿐만 아니라 접착력이 느슨해져 타이어를 구성하는 각 층이 분리(separation)되고, 강도가 약해져 결국 돌발적인 파열이 동반된다. 그래서 차량의 타이어는 무엇보다도 온도 상승 방지를 위한 지속적인 관리가 매우 중요하다.
 

 보통 타이어의 발열은 공기압이 낮을수록, 트레드의 마모가 심할수록, 주행 속도가 높을수록, 연속 주행 시간이 길수록, 타이어에 걸리는 하중이 클수록 온도 상승의 개연성이 높아지며, 타이어에 손상을 일으킬 수 있는 발열 온도는 다음 <그림 4>와 같이 약 125℃부터 시작하여 158℃ 에서는 50% 정도가 손상되는 것으로 알려졌다.

 타이어의 이상 발열과 파열 손상, 정재파
 

한편, 대표적인 타이어의 이상 발열과 파열 손상은 우리가 익히 아는 스탠딩웨이브현상(standing wave : 정재파)을 통해 설명할 수 있다.

아래 <그림 5>와 같이 주행 중 타이어의 접지면 뒷부분이 물결 모양으로 찌그러지면서 진동하는 파동이 일어나는데, 이것을 외부에서 관찰하면 마치 정지한 파도 모양으로 보이기 때문에 정재파(定在波 ; standing wave)라고 한다.
 

이 정재파의 변형이 심할수록 발열 가능성은 커지는데, 타이어의 속도가 매우 빨라지면 변형이 일어나 찌그러짐 정도가 커지므로 타이어의 발열 가능성이 커지게 된다.

더욱이 이때 공기압이 낮거나 높은 하중이 과도하게 짓누르고 있으면 접지 변형에 의한 찌그러짐의 정도는 더욱 커져 급격한 온도 상승을 발생시키고, 온도가 상승하면 타이어의 고무 재질의 강도와 접착력의 저하로 이어지게 된다.

그러므로 속도 조건이 높은 고속도로에서는 타이어의 공기압을 평소보다 약 10%~15% 정도 높여 주행할 것을 권장하고 있는 것이다.

 
지속적 관리로 사고 예방이 최선
 

지난해 타이어공업협회가 승용차 1,665대에 대해 타이어 검사를 한 결과 16.4%에 해당하는 272대가 정비 불량 차로 확인되었으며, 전체 불량 유형 건수 302건 중 공기압 부족이 127건(42.1%) 이었다고 한다.

또한, 이와 함께 실시한 설문조사에서 6개월 이상 한 번도 타이어 점검을 하지 않았다는 응답자가 10명 중 4명에 달했다고 한다.

안전 불감증의 심각성을 쉽게 짐작할 수 있는 내용이다.
 

 타이어가 비록 차량의 일부 부품에 지나지 않지만 차량의 운동은 거의 타이어에 의해 결정된다고 해도 과언이 아니다.

지속적인 관심과 관리만이 타이어 사고를 예방할 수 있다. 덧붙여 한 가지 더 당부하자면, 사후적 안전 조치로서 양손으로 핸들을 꼭 잡고 운전해야 한다는 것이다.

설사 타이어가 갑자기 파열된다 하더라도 핸들을 놓치지 않으면 사고 대부분은 어느 정도 제어가 가능하기 때문이다.

실상 타이어 사고는 타이어 파열 그 차체가 사고로 이어지는 것이 아니라 파열에 의한 갑작스런 균형 상실을 제어하지 못함으로써 이차적으로 발생한다는 것에 유의할 필요가 있다.