道路勾配

概要

自転車は坂に敏感で、視覚では感じられない坂でも、ペダルがやや重くなったり(上り坂)、やや軽くなる(下り坂)ことで、とてもゆるやかな坂の存在を知ることがある。

一方、勾配5度の坂は分度器を見ると大した坂でないように思われますが、自転車には大変きつい坂です。勾配5度の坂が20mあると、もはや坂の向こうは見えない。

道路構造令の第20条によれば、道路の縦断勾配は道路の区分および設計速度に応じて、2～12%以下でなければならない。

長距離の坂の状況は、坂の断面図である標高距離図を作成して把握する。

動力体重比の大きい人は登坂に有利。直線の下り坂をペダルを漕がず高速で下ると、シミーと呼ばれる横振動を起こすことがある。

参考資料：登坂時間計算器

道路勾配の表し方

道路勾配を表す方法には、パーセント(%)と角度があるが、一般にはパーセントが使われる。パーセントは水平100mに対して、垂直に何メートル上がるかで表し、1m上がれば1%となる。水平1mに対して垂直に1cm上がるのが1%の坂と考えたほうが感覚的には分かりやすい。勾配45°の道路は存在しないが、この道路を%勾配で表すと勾配100%となる。なお、直立の崖の%勾配は無限大となる。

道路勾配を式で表すと次式のようになる。

道路勾配[%] = 100 x 垂直距離[m]÷水平距離[m]

坂を上るのに必要な力は、道路勾配[%]にほぼ比例する。例えば4%の坂は2%の坂のおよそ2倍の力を必要とする。

道路標識

勾配を表わす道路標識がある。勾配は、パーセント(%)で表わされている。上り勾配及び下り勾配がある。

道路勾配の測り方

坂の傾きは、ホームセンターなどで売っている傾斜計を道の段差ブロック(路肩ブロック)の上に置くと分かる。路面はでこぼこがあるので、路面に置く場合は定規などを置いてその上に置くと良い。坂道の始まり部および終わり部は緩やかなので(縦断曲線となっている)、その区間を過ぎた地点で測るのが望ましい。

または、次のように水準器と棒と巻尺を使って測定できる。1mの棒を道路の縦断方向(進行方向)に、水準器で水平に置き棒端と路面の垂直距離をcm単位で計ればその値がそのまま道路勾配[%]となる。例えば、垂直距離が2.8cmなら、道路勾配は2.8%。棒の長さが1mでない場合は、次式で計算できる。

道路勾配[%] = 100 x 水平棒端と路面の距離[mm]÷棒の長さ[mm]

例えば、棒の長さが500mmそして棒端と路面の距離が12mmの場合は、道路勾配[%] = 100 x 12[mm]÷500[mm] = 2.4%

傾斜計

道路勾配を計測する計器は、傾斜計または勾配計と呼ばれる。右図は水準器の原理を使った傾斜計で、ハンドルに付けて使う。

サイクルコンピュータの中には、道路勾配を計測する機能の付いたものがある。センサーの違いにより、次の2種類の形がある。
1) 気圧計を使って高度差を出し、それを距離で割って短区間(100m以上)の平均勾配を表示する。
2) 重力の向きを検知するセンサーを使って、現在の勾配を表示する。

高度計

気圧高度計

気圧を測定して高度を表示する計器。手のひらにのる大きさ。高度が高くなると気圧が下がるという関係を使っている。気圧高度計を搭載した腕時計及びサイクルコンピュータがある。

GPS高度計

GPSの機能を使って高度を表示する。GPS受信機に搭載されていることがある。

» サイクルコンピュータ

標高距離図

標高距離図(プロファイルマップ)は、グラフの縦軸に標高(m)をとり、横軸に距離(km)(地図上の水平距離)をとつて、坂の状況を断面図としたもの。国土地理院発行の2万5千分の1の地形図および地図上で距離の測れる地図距離計(キルビメータ)を使って作る。峠越えのサイクリングなどで、坂の状況を把握するのに使われる。

A4のグラフ用紙(方眼紙)を横にして、縦軸の1cmを標高差100m(1mmが10m)とすると、標高差1800mまで書ける。2cmを標高差100m(1mmが5m)とすると、標高差900mまで書ける。横軸は1cmを1kmとすると26kmまで、

5mmを1kmとすると52kmまで書ける。 画面の地図上でルートをなぞると標高距離図が自動的に作成されるソフトもある。

道路勾配 変換器(角度→%)

半角数字で、道路勾配を[度]の単位で入れて、計算を押して下さい。[%]の単位に変換されます。

道路勾配 変換器(%→角度)

半角数字で、道路勾配を[%]の単位で入れて、計算を押して下さい。[度]の単位に変換されます。

道路勾配の[%]と[度]の関係線図を下図に示す。タンゼント(tan)曲線であるが、角度が小さいので直線に近い。

道路平均勾配 計算器

区間距離および標高差から、平均勾配を計算する計算器です。

区間距離(延長距離)および標高差を半角数字で入れて、計算を押して下さい。道路の平均勾配が出ます。

道路最大勾配

神奈川県箱根町を通る国道1号線(箱根駅伝の道)に於いて、宮ノ下(標高417m)～箱根峠(標高818m)間の区間距離は13.4kmそして標高差は401m。上の計算器で計算すると平均勾配は3%となる。ただし、下り坂も含まれているので、上り坂だけの平均勾配はこれよりやや大きくなると思われる。なお、最大勾配は13%(恵明学園前～湯坂路付近)。

栃木県日光市の第2いろは坂(上り)の区間距離は9.5kmそして標高差は約400m。平均勾配を計算すると、4.2%となる。なお、最大勾配は8.8%。第1いろは坂(下り)の区間距離は6.5kmそして標高差は約400m。平均勾配を計算すると、6.2%となる。なお最大勾配は13.4%。この事例では、最大勾配は平均勾配の約2倍となっている。

注:標高差は国土地理院発行の2万5千分の1の地形図(大きな書店で売っている)から読みとれます。

道路の縦断勾配(進行方向の勾配)は、道路構造令 第十六条で表1のように最大値が規定されている。 道路の最大勾配は、やむを得ない理由がない限り、普通道路で9%、小型道路で12%までとなっている。 また、道路の設計速度によっても異なり、例えば、第3種小型道路で設計速度が60km/hの道路の最大縦断勾配は8%となっている。 (各用語の説明は後述)

(表が見切れる場合は左右にスクロールできます)

用語

ここで使われている用語の意味は以下の通り。

道路区分

第1種：地方部の高速自動車国道および自動車専用道路

第2種：都市部の高速自動車国道および自動車専用道路

第3種：地方部のその他の道路

第4種：都市部のその他の道路

都市部：市街地を形成している地域
地方部：都市部以外の地域
その他の道路：一般国道、都道府県道および市町村道

小型道路

小型自動車等のみ(第3種第1級から第4級まで又は第4種第1級から第3級までの道路の場合は、歩行者又は自転車も含む)の通行の用に供する道路および小型自動車等のみの通行の用に供する車線に係る道路の部分。

普通道路

小型道路以外の道路及び道路の部分。

小型自動車

長さ4.7m、幅1.7m、高さ2m

シミー

シミーは、坂や丘を(ペダルを漕がずに)高速(30km/h以上)で下るときなどに、前輪の接地点に対し前輪(およびその上の頭管)が横振動を起こす現象。

人間/自転車系の横振動数5～10Hzの共振現象。影響する要因は速度、人と自転車の質量(自転車の質量が小さいほうが起こしやすい)、フレームの横弾性(自転車は縦方向の剛性は大きいが、横方向の剛性は小さい、剛性が大きいと起こしにくい)および路面の粗さ(路面が粗いほど共振のかく乱要因となりシミーは起きにくく、舗装の良い路面は起こしやすい)など。

片足を上管に乗せるか、またはサドルから腰を浮かすと、振動系が変りシミーが止まることがある。ハンドルをきつく握ると、かえってシミーを増幅させる。ハンドルを軽く握っているとシミーを起しにくい。