곡선도로

곡선도로

곡선도로는 자동차들이 순조롭게 운행할 수 있도록 도로의 평면과 세로로 잘라 생긴 면 위에서 방향이 변하는 곳에 만든 굽은 도로를 말한다.

직선이 최단거리더라도 두 지점 사이에 강이나 산, 또는 문화재처럼 보호해야 할 유물이 있는 경우에는 직선으로 도로를 만들 수 없다. 이럴 경우에는 어쩔 수 없이 굽은 곡선도로를 만들어야 한다. 또 모든 도로가 직선으로 돼 있으면 달리는 동안 운전자가 단조로워 졸음운전을 할 수도 있고, 과속을 하기도 쉽다. 따라서 이런 위험을 막기 위해 곡선으로 도로를 만든다.

곡선도로 지형

루프식 도로(1:25,000 울릉)

소양호 주변의 도로(1:50,000 양구)

우리나라는 산이 많기 때문에 자연 지형을 최대한 활용하여 자동차가 올라갈 수 있도록 만든 구불구불한 곡선도로가 많다. 오른쪽 그림은 울릉도에 건설된 섬 일주 도로의 일부분으로 두 번을 회전(8字)하여 지형의 구배를 극복한 고가교이다. 울릉도 주민들은 이 다리(또는 육교)를 88대교라고 부른다.

직선 도로로 개설할 수 없는 여건이든지 주변의 지형 여건상 자연 지형을 따라 건설되지 않으면 안 될 경우가 있다. 소양호는 인공으로 만든 호수이기 때문에 기존의 자연 상태의 도로가 없어지고 호수 주변으로 도로가 개설(이설)되었는데, 이 도로는 주변의 지세가 험하고 도로를 개설할 만한 지형 여건이 아니지만 다른 대안이 없었기 때문에 호수의 수애선을 따라 건설되었다. 그러나 지금은 오히려 호수를 조망하기 좋은 도로로 이용되고 있다.

도로의 건설은 도로의 구배나 건설경비 등에 따라 지형을 최대한 활용하여 최적의 노선을 선정하는 게 바람직하다. 특히 고속도로와 국도의 경우는 안전하게 빨리 가야 하는 도로의 목적에 부응하기 위하여 자연 지형을 무시하고 직선화하는 경우가 보편적이다. 또 몇백 년 전부터 도보나, 우마차도로로 이용되던 자연 지형의 도로가 확포장 및 직선화 과정을 거치면서 자연 상태의 지형은 무시되고 건설되었다.

곡선도로의 설계

평소 달릴 때는 도로의 경사각을 느끼지 못하지만 주말이나 연휴 때 고속도로가 지정체를 반복할 때 뒤쪽에서 바라보면 기울어진 자동차들의 모습을 보고 확인할 수 있다.

자동차가 직선으로 주행하다가 곡선구간으로 접어들거나 곡선구간에서 직선구간으로 연결될 때는 주행도로의 변화에 따라 운전자가 빨리 적응할 수 있도록 도로가 넓어지거나 좁아지기도 하고, 경사면이 변하기도 한다. 곡선구간(커브길)은 직선도로보다 도로의 폭이 넓다.

자동차가 원심력을 벗어나지 않고 안전하게 곡선을 주행할 수 있도록 하기 위해 설치한 이런 경사각을 토목용어로 '편경사' 또는'외측경사면(Super-elevation)'이라고 한다. 외측경사면을 적용해 도로의 선형이 뫼비우스의 띠처럼 입체적으로 연결되는 것이다. 직선도로에도 경사각이 있다. 배수를 원활히 하기 위해서이다. 경사각은 당연히 회전구간의 바깥쪽이 안쪽보다 높게 설계된다.

곡선도로를 설계할 때 도로의 위치나 적설량, 설계속도, 지형에 따라 차이가 있다. 우리나라 도로설계기준에는 평균 10~14도 정도의 경사가 적용된다. 곡선의 길이(회전반지름)는 운전자가 핸들을 조작하는데 어려움을 느끼지 않고 주행 설계속도로 4초간 주행할 수 있는 길이 이상으로 설계해야 한다. 시속 100㎞의 속도로 곡선을 완만하게 주행하도록 하기 위해 최소 110m 이상의 회전반지름(110R)이 필요하다고 한다.

우리나라에서 고속도로를 설계할 때 기준으로 삼는 차량은 승용차가 아닌 길이 16.7m, 너비 2.5m, 높이 4.0m 정도의 트레일러라고 한다. 간선도로의 경우는 도로의 성격에 따라 길이 13m, 너비 2.5m, 높이 4m 정도의 대형자동차나 길이 6.0m, 너비 2.0m, 높이 2.8m 정도의 소형자동차를 기준으로 설계하기도 한다.

곡선도로의 종류

완화구간, 완화곡선

클로소이드 곡선

단곡선

단곡선(單曲線, simple curve)은 도로 중심선에 곡선부분이 있을 때 곡선반지름이 일정한 구간이며, 곡선반지름은 설계속도에 따라 정해진다. 원곡선(circular curve)이라고도 한다.

복곡선

복곡선(compound curve)은 도로 선형을 짤 때 지형적인 이유로 단곡선을 설치하기 힘들 때 사용되는 선의 형태로, 곡선부의 반경 R이 두 가지인 것을 말한다.

반향곡선

반향곡선은 방향이 서로 다른 두 개의 이웃한 곡선으로 차로를 설계할 때 이 두 곡선이 인접하여 있으면 방향이 급격히 변하여 차량이 원만하게 달리기 어려우므로 두 곡선 사이에 긴 직선을 끼워 넣어야 한다.

완화곡선

완화곡선은 도로 선형을 설계할 때 시점 및 종점에서 접속하는 노선의 곡률과 동일한 곡선을 말한다. 완화곡선을 설치하는 이유는 예를 들어 직선부에서 원곡선부로 차량이 이동할 때 물리적, 심리적으로 위축되어 속도를 줄이지 않고 쾌적하게 이동하게끔 하기 위해서이다.

종류

다음 곡선들의 일부분을 완화곡선으로 도로 선형에 적용한다.

• 3차 포물선곡선(cubic parabolic curve) : 과거 철도에 사용
• 반파장 sine 체감곡선(successive diminution curve) : 철도에 사용.
• 나선형 곡선(spiral curve)
• 렘니스케이트 곡선(lemniscate curve)
• 클로소이드 곡선(clothoid curve) : 나선의 일종. 곡률이 곡선길이에 반비례. 고속도로에서 사용

참고자료

• 〈완화곡선〉, 《위키백과》
• 〈복곡선〉, 《위키백과》
• 〈단곡선〉, 《위키백과》
• 〈곡선 도로 지형〉, 《네이버 지식백과》
• 김종화 기자, 〈(과학을읽다)안전 위한 '도로의 과학'〉, 《아시아경제, 2020-02-04
• 수학동아, 〈과속을 막는 도로의 비법은 S자 도로!〉, 《네이버 포스트》, 2018-09-08

같이 보기

• 곡선
• 도로
• 곡선구간
• 직선도로
• 고속도로

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