เมนูนำทาง
วิศวกรรมทางหลวง
ตำแหน่ง, แนวถนน, และรูปร่างของทางหลวงที่เหมาะสมที่สุดจะได้รับการคัดเลือกในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ. การออกแบบทางหลวงเกี่ยวข้องกับการพิจารณาของสามปัจจัยสำคัญ (มนุษย์, พาหนะ, และถนน) และปัจจัยเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรเพื่อให้มีความปลอดภัยบนทางหลวง. ปัจจัยมนุษย์รวมถึงเวลาการเกิดปฏิกิริยาสำหรับการเบรกและการหมุนพวงมาลัย, การมองเห็นป้ายและสัญญาณจราจร, และพฤติกรรมของรถที่ขับตามมา. การพิจารณาด้านยานพาหนะรวมถึงขนาดและพลวัตของยานพาหนะที่จำเป็นในการกำหนดความกว้างของช่องทางและความลาดชันสูงสุด, และสำหรับชนิดของยานพาหนะ. วิศวกรทางหลวงจะออกแบบเรขาคณิตของถนนเพื่อให้มั่นใจว่าในเสถียรภาพของยานพาหนะเมื่อมีการพิจารณาการสร้างแนวโค้งและเนินดินและเพื่อให้มีระยะการมองเห็นที่เพียงพอสำหรับการปรับวงเลี้ยวในการแซงช่วงทางโค้งบนถนนสองช่องทาง, ไป-กลับ[3].
วิศวกรทางหลวงและการขนส่งจะต้องตอบสนองความต้องการมาตรฐานความปลอดภัย, การบริการ, และการปฏิบัติงานหลายอย่างเมื่อทำการออกแบบทางหลวงสำหรับภูมิประเทศบางอย่าง. การออกแบบทางหลวงทางเรขาคณิตเบื้องต้นหมายถึงองค์ประกอบที่มองเห็นได้ของทางหลวง. วิศวกรทางหลวงผู้ออกแบบรูปทรงเรขาคณิตของทางหลวงยังต้องพิจารณาถึงผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและสังคมของการออกแบบในโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบ[9].
มีการพิจารณาบางอย่างที่ต้องนำมาพูดถึงอย่างเหมาะสมในขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้ทางหลวงเข้ากันได้ดีกับภูมิประเทศและยังคงมีความปลอดภัยให้กับมัน. บางส่วนที่จะต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบเหล่านี้ประกอบด้วย[9]:
ความสามารถในการดำเนินงานของทางหลวงสามารถมองเห็นผ่านปฏิกิริยาของผู้ขับขี่ที่มีต่อการพิจารณาการออกแบบข้างต้นและปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา[9].
วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างถนนได้มีความก้าวหน้าไปตามกาลเวลา, ย้อนหลังไปถึงช่วงแรกๆของจักรวรรดิโรมัน. ความก้าวหน้าในวิธีการด้วยวัสดุเหล่านี้มีความโดดเด่นและถูกนำไปใช้กับการออกแบบโครงสร้างการปูผิวหน้าของถนนที่ได้มาพร้อมกับความก้าวหน้าในวัสดุ[10].
มีสองประเภทหลักของวัสดุที่ใช้ในการปูผิวหน้าของถนน - ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (อังกฤษ: Portland cement concrete (PCC)) และยางมะตอยผสมร้อน (อังกฤษ: hot-mix asphalt (HMA)). ภายใต้ผิวบนสุดนี้เป็นชั้นๆของวัสดุที่ให้การรองรับโครงสร้างของระบบการปูผิวหน้า. พื้นผิวที่อยู่ข้างใต้เหล่านี้อาจประกอบด้วยอย่างใดอย่างหนึ่งคือ base ทำจากหินคลุกและหลายชั้นของ subbase, หรือ base ทำจากว้สดุปรับสภาพ (treated material}}) และหลายชั้นของ subbase, และนอกจากนี้ยังมี subgrade ธรรมชาติหรือ subgrade สารปรับสภาพอยู่ข้างใต้. ชั้นที่ถูกปรับสภาพเหล่านี้อาจถูกปรับสภาพด้วยซีเมนต์, ยางมะตอย, หรือหินปูนเพื่อเพิ่มความสามารถในการรองรับ[10].
การปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นคือการทำด้วยยางมะตอย, หรือด้วย Tarmac โดยทั่วไปประกอบด้วยชั้นต่างๆสามหรือสี่ชั้น. สำหรับแบบสี่ชั้น, จะมีชั้นผิวหน้า, ชั้น base, ชั้น subbase ที่สร้างขึ้นบนชั้น subgrade ที่เป็นดินธรรมชาติอัดแน่น. เมื่อมีการสร้างแบบสามชั้น, ชั้น subbase จะไม่มีโดยชั้น base จะถูกสร้างอยู่บนชั้น subgrade โดยตรง[11].
ชั้นบนสุดของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะถูกสร้างขึ้นจากยางมะตอยผสมร้อน (HMA). หินคลุกที่ไม่เสถียรมักจะถูกใช้สำหรับชั้น base; อย่างไรก็ตาม ชั้น base อาจถูกทำให้เสถียรด้วยยางมะตอย, ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์, หรือสารตัวทำเสถียรอื่นๆ. subbase โดยทั่วไปจะถูกสร้างจากวัสดุผสมในท้องถิ่น, ในขณะที่ด้านบนของ subgrade มักจะถูกทำให้เสถียรด้วยซีเมนต์หรือหินปูน[11].
ด้วยการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, ความเครียดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ผิวหน้าและความเครียดจะลดลงตามความลึกของพื้นถนน. ดังนั้นวัสดุที่มีคุณภาพสูงสุดจะต้องถูกนำมาสร้างผิวหน้า, ในขณะที่วัสดุที่มีคุณภาพต่ำสามารถถูกใช้ในส่วนลึกของพื้นถนน. คำว่า "ยืดหยุ่น" ถูกนำมาใช้เพราะความสามารถ asphalts ในการโค้งงอและบิดเบี้ยวเล็กน้อย, จากนั้นมันจะกลับไปที่ตำแหน่งเดิมเมื่อปริมาณการจราจรเพื่มขึ้นและลดลง. มันเป็นไปได้ที่การบิดเบี้ยวขนาดเล็กเหล่านี้จะกลายเป็นถาวร, ซึ่งสามารถนำไปสู่การเป็นร่องในเส้นทางล้อตลอดการใช้งาน[11].
ชีวิตการใช้งานของการปูพื้นแบบยืดหยุ่นโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 15-20 ปี[12]. ความหนาที่จำเป็นของแต่ละชั้นของการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้, ขนาด, จำนวนการใช้ซ้ำๆกันของโหลดจราจร, สภาพแวดล้อม, และอายุการใช้งานที่ต้องการของถนน. ปัจจัยเช่นนี้จะถูกนำมาพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อให้พื้นถนนมีอายุตามที่ได้ออกแบบมาโดยไม่ต้องมีความเครียดมากเกินไป[11].
การปูพื้นถนนแบบแข็งโดยทั่วไปจะใช้ในการสร้างสนามบินและทางหลวงสายหลักเช่นระบบทางหลวงระหว่างรัฐ. นอกจากนี้พวกมันโดยปกติจะทำหน้าที่เป็นแผ่นพื้นในงานอุตสาหกรรมหนัก, ลานท่าเรือและท่าเรือจอดเรือ, และลานจอดรถหรือสถานีรถหนัก. เหมือนการปูพื้นถนนแบบยืดหยุ่น, การปูพื้นทางหลวงแบบแข็งได้รับการออกแบบให้เป็นโครงสร้างที่ใช้งานได้ทุกสภาพอากาศ, และใช้ได้ยาวนานเพื่อให้บริการการจราจรความเร็วสูงในวันที่ทันสมัย. การเสนอให้พื้นผิวการขับขี่ที่คุณภาพสูงสำหรับการเดินทางด้วยยานพาหนะที่ปลอดภัย, พวกมันหน้าที่เป็นชั้นโครงสร้างเพื่อการกระจายโหลดที่ล้อในลักษณะที่ความเครียดที่เกิดขึ้นจะถูกส่งไปยังดินฐานราก (อังกฤษ: subgrade) ในขนาดที่ยอมรับได้[12].
ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คอนกรีต (PCC) เป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุดในการก่อสร้างของแผ่นถนนแบบแข็ง. เหตุผลสำหรับความนิยมของมันเป็นผลมาจากความพร้อมและความประหยัดของมัน. การปูพิ้นแข็งจะต้องได้รับการออกแบบให้ทนแรงการจราจรซ้ำๆบ่อยๆ. อายุการใช้งานโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 30 และ 40 ปี หรือสองเท่าของการปูแบบยืดหยุ่น[12].
หนึ่งในการพิจารณาที่สำคัญของการปูพื้นแบบแข็งก็คือการลดการล้มเหลวจากการล้าเนื่องจากความเครียดซ้ำๆของการจราจร. ความล้มเหลวจากการล้าเป็นเรื่องธรรมดาในหมู่ถนนสายหลักเพราะทางหลวงโดยทั่วไปจะสัมผัสนับล้านของวงล้อที่ผ่านตลอดอายุการใช้ของมัน. นอกจากนี้ในการออกแบบเกณฑ์เช่นการรับนัำหนักจราจร, ความเครียดจากแรงดึงเนื่องจากพลังงานความร้อนจะต้องนำเข้าสู่การพิจารณา. เมื่อการออกแบบปูพื้นถนนมีความก้าวหน้า, วิศวกรทางหลวงหลายคนได้ตั้งข้อสังเกตว่าความเครียดที่เกิดจากความร้อนในการปูพื้นแบบแข็งสามารถให้ความรุนแรงเช่นเดียวกับที่ถูกกระทำโดยแรงล้อ. เนื่องจากแรงดึงที่ค่อนข้างต่ำของคอนกรีต, ความเครียดที่เกิดจากความร้อนจึงมีความสำคัญอย่างสุดขั้วต่อการพิจารณาการออกแบบของการปูพื้นแบบแข็ง[12].
การปูพื้นแบบแข็งถูกสร้างขึ้นโดยทั่วไปเป็นสามชั้น - ชั้นเตรียมฐานราก, ชั้นฐานหรือ subbase และชั้นแผ่นคอนกรีต (อังกฤษ: concrete slab). แผ่นคอนกรีตจะถูกสร้างขึ้นตามการเลือกของขนาดที่ถูกออกแบบไว้สำหรับแผงของแผ่น (อังกฤษ: slab panel), ซึ่งมีอิทธิพลโดยตรงต่อความเข้มของความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นภายในพื้นถนน. นอกเหนือจากการติดตั้งแผงของแผ่น, การเสริมกำลังอุณหภูมิ (อังกฤษ: temperature reinforcement) ต้องได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมพฤติกรรมการแตกร้าวในแผ่น. ระยะห่างระหว่างรอยต่อถูกกำหนดโดยขนาดแผงแผ่น[12].
สามประเภทหลักของการปูพื้นถนนด้วยคอนกรีตที่ใช้กันทั่วไปคือ (1) การปูพื้นคอนกรีตธรรมดามีรอยต่อ (อังกฤษ: Jointed plain concrete pavement (JPCP)), (2) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงมีรอยต่อ (อังกฤษ: jointed reinforced concrete pavement (JRCP)), และ (3) การปูพื้นคอนกรีตเสริมแรงต่อเนื่อง (อังกฤษ: continuously reinforced concrete pavements (CRCP)). JPCP จะถูกสร้างด้วยรอยต่อแบบหดตัวซึ่งจะช่วยดูแลการแตกร้าวตามธรรมชาติของแผ่าปูน. แผ่าปูนเหล่านี้ไม่ได้ใช้เหล็กเสริมแรงแต่อย่างใด. JRCP จะถูกสร้างขึ้นที่มีทั้งรอยต่อแบบหดตัวและเหล็กเสริมแรงเพื่อควบคุมการแตกร้าวของแผ่นปูน. อุณหภูมิและความเครียดจากความชื้นที่สูงภายในแผ่นปูนเป็นตัวสร้างการแตกร้าว, ซึ่งเหล็กเสริมแรงจะช่วยยึดเข้าด้วกันให้แน่น. ที่รอยต่อตามขวาง แท่งเดือย (อังกฤษ: dowel bar) มักจะถูกติดตั้งไว้เพื่อช่วยถ่ายโอนน้ำหนักของยานพาหนะข้ามรอยแตกไป. CRCP พึ่งพาเหล็กเสริมแรงต่อเนื่องแต่เพียงอย่างเดียวเพื่อยึดรอยแตกตามขวางตามธรรมชาติของพื้นถนนเข้าด้วยกัน. การปูพื้นด้วยคอนกรีตอัดแรง (อังกฤษ: Prestressed concrete) ยังถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างทางหลวงเช่นกัน; แต่พวกมันจะไม่เป็นสามัญเหมือนกับสามแบบนี้. การปูพื้นแบบอัดแรงทำให้ความหนาของแผ่น slab บางลงเนื่องจากสามารถทำการ neutralizing ความเครียดที่เกิดจากความร้อนหรือแรงกดทับได้บางส่วนหรือทั้งหมด[12].
ตลอดอายุการใช้งานของพิ้นถนนแบบยืดหยุ่น, โหลดการจราจรที่สะสมอาจทำให้เกิดร่องหรือรอยแตกมากเกินไป, คุณภาพการขับขี่ไม่เพียงพอ, หรือความต้านทานการลื่นไถลมีไม่เพียงพอ. ปัญหาเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการบำรุงรักษาผิวถนนอย่างเพียงพอ, แต่การแก้ปัญหามักจะมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามากเกินไป, หรือผิวถนนอาจมีความสามารถทางโครงสร้างที่ไม่เพียงพอสำหรับโหลดการจราจรที่ได้คาดการณ์ไว้[13].
ตลอดชีวิตของทางหลวง, ระดับของการให้บริการจะมีการตรวจสอบและการบำรุงรักษาอย่างใกล้ชิด. วิธีการหนึ่งที่มักใช้ในการรักษาระดับของการบริการของทางหลวงก็คือการวางซ้อนทับ (อังกฤษ: overlay) บนพื้นผิวของถนน[13].
มีสามประเภททั่วไปของการซ้อนทับที่ใช้บนพื้นแบบยืดหยุ่นได้แก่: การซ้อนทับด้วยยางมะตอย-คอนกรีต, การซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีต, และการซ้อนทับด้วยพอร์ตแลนด์ซีเมนต์คอนกรีตบางเฉียบ.ชั้นคอนกรีตใน overlay ด้วย PCC ธรรมดาถูกวางแบบไม่ติดแน่นอยู่บนพื้นผิวแบบยืดหยุ่น. ความหนาโดยทั่วไปของ overlay ด้วย PCC แบบบางเฉียบคือ 4 นิ้ว (10 เซนติเมตร) หรือน้อยกว่า[13].
มีสองประเภทหลักของขั้นตอนการออกแบบการซ้อนทับผิวทางแบบยืดหยุ่นดังนี้[13]:
ใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานของการปูพื้นแบบแข็ง, ต้องมีการตัดสินใจทำอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อสร้างพื้นถนนที่ชำรุดขึ้นใหม่อย่างเต็มที่หรือสร้างเลเยอร์ซ้อนทับ. การพิจารณาการสร้าง overlay บนผิวถนนแบบแข็งสามารถทำได้แม้จะยังไม่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งาน, มันก็มักจะน่าสนใจทางเศรษฐกิจมากขึ้นที่จะทำชั้นซ้อนทับขึ้นบ่อยครั้ง. ความหนาของชั้นซ้อนทับที่จำเป็นสำหรับพื้นถนนแบบแข็งที่มีโครงสร้างอย่างดีจะมีขนาดบางกว่าพื้นถนนที่ถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งานแล้ว. การซ้อนทับแบบแข็งและยืดหยุ่นทั้งสองอย่างถูกใช้ในการฟื้นฟูสภาพพื้นผิวแข็งเช่น JPCP, JRCP และ CRCP[14].
มีสามหมวดหมู่ย่อยของการสร้าง overlay บนพื้นถนนแบบแข็งที่มีการรวบรวมไว้, มันขึ้นอยู่กับสภาพการติดแน่นที่รอยต่อระหว่างผิว overlay กับ slab เดิมที่มีอยู่[14].
การออกแบบสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมของระบบทางหลวงเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของทางหลวง. โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบด้านอื่นๆของถนนว่าจะได้รับการออกแบบและการก่อสร้างดีอย่างไร, ระบบระบายน้ำที่เพียงพอเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับถนนเพื่อความอยู่รอดตลอดอายุการใช้งานของมัน. น้ำส่วนเกินในโครงสร้างทางหลวงหลีกเลี่ยงไม่ได้ย่อมจะนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนกำหนด, แม้ว่าความล้มเหลวนั้นจะไม่ได้เป็นหายนะ[15].
แต่ละระบบระบายน้ำทางหลวงเป็นแบบเฉพาะที่และสามารถที่จะซับซ้อนมาก. ขึ้นอยู่กับภูมิศาสตร์ของภูมิภาค, หลายวิธีสำหรับการระบายน้ำที่เหมาะสมอาจจะไม่สามารถใช้ได้กับอีกที่หนึ่ง. วิศวกรทางหลวงจะต้องกำหนดว่าสถานการณ์ไหนที่การออกแบบควรจะนำมาใช้โดยเฉพาะ, โดยปกติ วิธีการและวัสดุที่เหมาะสมผสมกันหลายอย่างสามารถจะนำน้ำออกไปจากโครงสร้างได้[15].
การควบคุมการกัดเซาะก็เป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบระบบการระบายน้ำทางหลวง. การระบายน้ำที่พื้นผิวจะต้องกระทำเพื่อระบายน้ำฝนหิมะหรือลูกเห็บที่ตกลงมาออกจากโครงสร้าง. ทางหลวงจะต้องได้รับการออกแบบให้มีความลาดชันเพื่อให้น้ำสามารถที่ไหลบ่ามาจะถูกนำไปที่ไหล่ของถนน, ลงไปในคู, และออกจากพื้นที่ไป. การออกแบบระบบระบายน้ำจะต้องใช้การคาดการณ์การไหลบ่าและการแทรกซึมของน้ำ, การวิเคราะห์ช่องเปิด, และการออกแบบท่อระบายน้ำสำหรับการนำน้ำผิวดินไปยังสถานที่ที่เหมาะสม[15]
เมนูนำทาง
วิศวกรรมทางหลวงใกล้เคียง
แหล่งที่มา
WikiPedia: วิศวกรรมทางหลวง