개념 한 쪽
종단경사는 도로의 종방향 기울기를 뜻하며 설계속도와 지형에 따라 허용값이 정해진다. 경사는 제동거리와 주행 안정성, 오르막차로 설치 등 설계 판단에 직접적인 영향을 미친다.
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출제기준 단원 「종단경사」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 곡선 반경 계산 | 1 | 설계속도·마찰·편경사로 최소곡선반경을 계산하는 능력 요구 |
| 제동거리 계산 | 1 | 속도·마찰계수·종단경사 대입으로 제동거리 산정 능력 평가 |
| 설계기준 조건판단 | 1 | 설계속도와 지형 조건에 따른 최대종단경사 및 시설 예외 판단 |
종단경사는 도로의 길이 방향으로 생기는 기울기이며 차량의 주행성능과 안전에 직결되는 요소라고 설명한다. 설계속도가 빠를수록 허용되는 최대종단경사는 더 완만해야 하므로 설계속도별 기준을 따르는 것이 중요하다. 예로 설계속도 100km/h인 고속도로의 평지 지역 최대종단경사는 3%로 정해져 있다.
종단경사는 오르막에서 느린 차량이 후속차의 흐름을 방해할 때 별도의 차로 확보 필요성 판단에 영향을 미친다. 도로의 구조·시설 기준에서는 설계속도가 시속 40km 이하인 구간에 대해 오르막 전용 차로를 두지 않아도 된다는 예외를 인정한다.
종단경사는 제동거리 계산에서 경사 항 G로 취급되며 제동거리 공식 D = V² / [254(f ± G)]에서 내리막은 f+G, 오르막은 f−G로 처리한다. 또한 곡선 설계와 결부될 때는 평면선형 공식 V² = 127R(i + f)를 사용하여 최소곡선반경을 결정하므로 종단·횡단 요소를 함께 고려해야 한다.
종단선형 설계에서는 연속 곡선 구간 사이에 적절한 직선 구간을 확보하여 운전자의 시야 확보와 조향 안정성을 보장해야 한다. 직선 구간이 부족한 연속 곡선은 시야와 조향 부담을 증가시켜 안전상 부적절하므로 설계 시 유의해야 한다.
제동거리 계산 예시: 속도 90km/h, 횡마찰계수 f=0.1, 경사 G=3%(0.03)를 내리막으로 가정하면 분모는 254×(0.1+0.03)=33.02이고 분자는 90²=8100이므로 D≈8100÷33.02≈245.3m로 약 245m가 도출된다. 이 예시는 제동거리 공식에 경사 항을 더하거나 빼는 이유와 계산 절차를 보여준다.
곡선반경 계산 예시: 설계속도 V=50km/h, 횡마찰계수 f=0.2, 편경사 i=0.06을 적용하면 R = V² / [127(f + i)] = 2500 ÷ [127×0.26] ≈2500 ÷ 33.02 ≈75.71m로 약 76m가 도출된다. 이 예시는 V²와 R의 정비례 관계 및 편경사와 마찰계수가 반비례적으로 영향을 미침을 확인하게 한다.
도로의 설계속도(V)와 곡선반경(R) 및 편구배(i)와의 관계를 바르게 설명한 것은?
정답 ③ · 평면선형 설계 시 원심력을 상쇄하기 위해 편구배(i)와 마찰계수(f)를 고려하며, 설계속도(V)와 곡선반경(R)의 관계는 'V² = 127R(i + f)'라는 기본 공식으로 표현됩니다. 이 공식을 통해 알 수 있듯, 차량이 고속으로 안전하게 주행하기 위한 곡선반경(R)은 설계속도(V)의 제곱에 비례하여 증가하며, 마찰계수와 편구배의 합에 비례합니다.
도로 곡선 설계 시 원심력을 상쇄하는 V²=127R(i+f) 공식에서 반경 R은 설계속도 V의 제곱에 정비례한다.
3%의 경사를 가진 도로구간에서 한 차량이 90km/h의 속도로 주행하고 있다. 이 도로면의 마찰계수가 0.1 이라면 최소 제동거리(Breaking Distance)는 얼마인가?
정답 ③ · 제동거리(Braking Distance) 계산 공식은 D = V² / [254 × (f ± G)] 입니다. 여기서 V는 속도(km/h), f는 마찰계수, G는 종단경사(%)를 의미하며 내리막일 경우 +, 오르막일 경우 -를 적용합니다.
제동거리 공식 D=V²/[254(f+G)]에 속도 90, 마찰계수 0.1, 경사 3%를 대입하면 약 245m가 도출된다.
다음 중 최대 편경사를 결정하는데 있어서 고려하여야 할 요소와 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 최대 편경사(Maximum Superelevation)는 곡선부에서 원심력에 대항하여 차량이 미끄러지거나 전복되는 것을 막기 위해 도로 횡단면을 기울이는 한계 값입니다. 따라서 주행의 쾌적성 및 안전, 적설 및 결빙 등 기상 조건(눈이 쌓이거나 어는 경우를 고려하여 편경사를 낮춤), 저속 주행 차량의 빈도(편경사가 크면 저속 차량은 안쪽으로 미끄러질 위험 있음) 등을 종합적으로 고려하여 결정합니다.
최대 편경사는 안전, 기상, 저속차 빈도를 고려하며 제동거리와는 직접적 연관이 적다.
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