개념 한 쪽
평면선형 설계는 도로의 곡선부에서 차량이 안전하고 편안하게 주행하도록 곡률과 횡경사, 완화곡선 등을 결정하는 과정이다. 설계속도와 편경사, 횡방향마찰계수의 관계로 최소곡선반경을 산정하고, 편경사 상한과 완화곡선의 기능을 고려해 안전성과 승차감을 확보한다. 관련 계산과 기준 수치를 정확히 적용하는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「평면선형의 구성요소」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 편경사 상한의 목적 판단 | 1 | 편경사 상한이 안전상 어떤 목적을 가지는지 고르기 |
| 최소곡선반경 계산 | 1 | R=V²/127(e+f)에 값을 대입해 최소반경 계산하기 |
| 편경사 산정 계산 | 1 | e = V²/(127R) - f로 편경사 값을 도출하기 |
평면곡선부의 안전성은 원심력과 이를 상쇄하는 횡경사와 마찰력의 균형에 의해 결정된다는 원리를 전제로 한다. 곡선반경의 최소값은 설계속도와 편경사, 횡방향마찰계수를 이용한 식 R = V² / 127(e + f)로 산정하며, 이 식에서 127은 단위 변환 상수 역할을 한다. 속도 V는 km/h, 반지름 R은 m, 편경사 e와 마찰계수 f는 비(예: 0.06, 0.4)로 사용한다.
편경사(편구배)는 곡선부에서 차량의 원심력을 보완하기 위해 차도 바깥쪽을 높이는 경사이며, 그 상한을 제한하는 주된 이유는 저속 또는 정지 상태의 차량이 지나치게 높은 경사로 인해 안쪽으로 미끄러져 내려오는 것을 방지하기 위한 안전성 확보에 있다. 따라서 편경사는 지나치게 크게 하지 않도록 기준치가 설정된다.
완화곡선(transition curve)은 직선부와 원곡선을 연결하여 곡률이 서서히 변하게 하는 구간으로, 급격한 원심력 변화를 완화하여 승차감과 운전자의 조작 편의를 높이고 시인성 및 도로 폭의 자연스러운 접속을 제공한다. 다만 완화곡선의 설치 자체가 설계속도를 높이는 근거가 되지는 않는다.
설계속도와 허용 마찰계수의 조합에 따라 도로구조기준상 최소 평면곡선반경이 별도로 규정되는 경우가 있으며, 실무 문제에서는 공식 계산 결과와 기준치 중 더 엄격한 값을 적용하여 설계하는 점을 유념해야 한다.
(문제 풀이 요령) 공식을 사용할 때는 퍼센트 표기를 소수로 바꿔 대입하고, 분모의 127R 또는 127(e+f) 계산을 먼저 처리하여 계산 실수를 줄이는 방식으로 접근한다. 또한 기준상 별도 제시된 최소반경 값이 있을 경우 계산값과 비교하여 더 엄격한 값을 선택한다.
도로곡선부 설계시 편경사(편구배)값의 상한을 제한하는 이유는?
정답 ① · 이 문제는 곡선부 편경사(편구배)의 상한을 제한하는 주된 이유를 묻고 있다. 편경사는 원심력을 보완해 주행 안정성을 확보하는 용도이나 상한을 지나치게 크게 설정하면 정지 상태나 저속 주행 시 차량이 미끄러져 내려올 위험이 커진다.
곡선부 편경사 상한 제한은 차량이 저속 주행 시 미끄러져 내려오는 것을 방지하기 위함입니다.
설계속도 80km/h, 최대 편경사가 6% 인 평면곡선부 차도의 최소 평면곡선반경은?
정답 ② · 문제는 설계속도 80km/h와 편경사 6%에서 평면곡선의 최소반경을 구하는 문제이다. 평면곡선 최소반경은 통상 R = V² / [127(e + f)] 공식을 사용하며 V는 km/h, e는 편경사, f는 측면마찰계수이다.
평면곡선부 최소반경 R은 R=V²/127(e+f) 공식을 사용하며, 편경사 e=0.06일 때 최소반경은 약 280m이다.
설계속도가 60km/h인 도로의 곡선부를 설계하고자 한다. 이 때 횡방향마찰계수가 0.4, 편경사가 6%일 때 안전하게 주행할 수 있는 최소곡선반경은 약 얼마로 하여야 하는가?
정답 ① · 도로의 구조ㆍ시설 기준에 관한 규칙 제11조(차도 등의 횡단경사)에 따르면, 차도의 횡단경사는 노면의 종류에 따라 그 기준이 다릅니다. 아스팔트 포장도로의 경우 1.5% 이상 2.0% 이하로 정하고 있으며, 시멘트 콘크리트 포장도로인 경우에는 1.0% 이상 1.5% 이하의 횡단경사를 유지하도록 규정하고 있습니다.
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