[과학을읽다]안전 위한 '도로의 과학'

자동차가 편안하게 달릴 수 있는 것은 안전한 도로가 있기 때문입니다. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]과학기술의 발달로 자동차의 속도는 빨라지고, 안전은 보다 강화됐습니다. 자동차가 보다 빨리 달릴 수 있고, 더 안전해진 원인은 자동차 기술의 발달에도 있지만 과학적인 도로설계에서도 찾을 수 있습니다.

TV나 영화에서 볼 수 있는 스피드광들의 질주는 손에 땀을 쥐게 합니다. 영화에서나 볼 수 있는 스피드를 낼 수 있는 곳은 자동차주행시험장입니다. 자동차주행시험장의 곡선구간의 경우 차가 서있으면 옆으로 넘어지지 않을까 싶을 정도로 좌우 경사면이 급격합니다.

경기도 화성시 소재 교통안전공단 자동차안전연구원의 고속주행로의 경우 가장 바깥 차선의 최대 경사각이 42도나 됩니다. 이 곡선도로에서 주행하는 차량은 최저 140~최고 252㎞까지 주행할 수 있다고 합니다. 이런 경사각은 빠른 속도로 달리는 자동차가 경사로에서 도로 밖으로 벗어나려는 원심력을 버텨주는 역할을 합니다. 원심력이 노면방향과 평행하게 작용하도록 해 자동차의 무게와 중력을 노면이 받아들이도록 하는 것이지요.

일반도로에도 이런 경사각이 있고, 고속도로에도 자동차주행시험장처럼 크진 않지만 경사각이 있습니다. 우리가 늘상 이용하는 도로는 평면이 아닌 평면과 경사면이 기하학적으로 연결된 3차원적 형상인 것이지요. 자동차가 전복되거나 도로 밖으로 튀어나가지 않도록 경사각으로 조절하고, 경사각이 버틸 수 있는 속도를 지정해 놓는 것입니다. 고속도로 인터체인지를 빠져나갈 때는 항상 진출입로에 규정속도판이 세워져 있습니다.

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

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

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

곡선도로의 경사각은 도로상황과 규정속도 등에 따라 차이가 있습니다. [사진=유튜브 화면캡처]

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

우리나라에서 고속도로를 설계할 때 기준으로 삼는 차량은 승용차가 아닌 길이 16.7m, 너비 2.5m, 높이 4.0m 정도의 트레일러라고 합니다. 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 합니다.

도로 위에 그려진 선들도 모두 의미가 있습니다. 실선은 '금지', 점선은 '허용'의 의미를 지닙니다. 차선변경을 생각하면 이해가 쉽습니다. 실선이 그려져 잇으면 그 차선에서만 주행해야 하고, 점선이 그려져 있으면 차선변경을 해도 된다는 말이지요.

점선의 숫자만 셀 수 있으면 이동거리나 속도도 계산할 수 있습니다. 우리나라 고속도로의 점선은 길이가 8m, 점선 사이의 간격은 12m입니다. 어떤 차가 5초만에 점선 5개를 지났다면, 한 점에서 다음 점선까지의 거리가 20m인 만큼 그 차의 속도는 초속 20m가 됩니다. 시속으로 바꾸면 72㎞/h가 되겠지요.

시가지의 일반도로의 경우 점선 길이가 3m, 점선 사이의 간격은 5m입니다. 늘 교통체증에 시달리다보니 도로가 얼마나 과학적으로 만들어졌는지 잊고 운전하셨지요? 안전운전의 시작은 과학입니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr