13 مه 2024 -نوشته منصور سلیمانیان، گفتگو-اعتبار: Unsplash/CC0 دامنه عمومی
در حالی که در جاده هستید، احتمالاً بیشتر به مقصد خود فکر می کنید تا راهی که روی آن رانندگی می کنید. اما ساخت جاده ها مستلزم انبوهی از شاهکارهای مهندسی است، از توسعه مصالح روسازی مناسب تا استفاده از تجهیزات سنگین برای پخش و محکم کردن آنها. هرچه بهتر ساخته شوند، طول عمر جاده‌ها بیشتر می‌شود و رانندگان باید تأخیر کمتری در ساخت و ساز تحمل کنند.
من یک مهندس هستم که در باره مواد مورد استفاده در جاده ها تحقیق می کنم. محققان رشته من در حال کار بر روی موادی هستند که می توانند جاده ها را قوی تر و طولانی تر کنند.
مصالح راه
بنابراین، جاده ها واقعا از چه چیزی ساخته شده اند؟ پاسخ ساده این است که آنها از مصالح ساختمانی معمولی مانند سنگدانه ها – خاک ها و سنگ ها – و همچنین چسب آسفالت و سیمان پرتلند ساخته شده اند که مانند چسب عمل می کنند تا همه آن ها را به هم بچسبانند.
چسب آسفالت یا قیر از نفت خام تصفیه می شود. پالایشگاه ها از نفت خام ابتدا بنزین، نفت سفید و نفت را استخراج می کنند و آنچه در پایین باقی می ماند به آسفالت تبدیل می شود. سیمان پرتلند با استفاده از چندین ماده مختلف از جمله سنگ آهک، ماسه، خاک رس، سیلیس و آلومینا تولید می شود.
مهندسان مخلوط آسفالت بایندر و سنگدانه ها را در دمای بالا، در حدود 300 درجه فارنهایت (150 درجه سانتیگراد)، متراکم می کنند، که سنگدانه ها را به محصول نهایی به نام بتن آسفالت می چسباند.
اگر از سیمان پرتلند به جای چسب آسفالت برای چسباندن سنگدانه ها به یکدیگر استفاده کنند، مهندسان مخلوط سیمان و سنگدانه ها را با آب از طریق فرآیندی به نام هیدراتاسیون تکمیل می کنند.
هیدراتاسیون سیمان را به سنگدانه ها می چسباند تا محصولی که بتن سیمان پرتلند نامیده می شود، قوی تر شود. با این فرآیند، هیچ گرمایش خارجی درگیر نیست.
سازه روسازی
سازه روسازی بتن آسفالتی معمولاً دارای سه لایه اصلی است: لایه پایه، لایه میانی و لایه سطحی.
مهندسان زمین موجود را که روسازی در آن قرار می گیرد، زیربنا می نامند. در بالای لایه زیرین، لایه جدیدی از خاک و سنگ ناپیوسته قرار می گیرد که در آن سنگدانه ها به هم چسبیده نیستند. به این پایه زیربنا یا پایه انباشته نامحدود می گویند.
لایه پایه می تواند سنگ هایی باشد که بدون هیچ گونه ماده چسبنده در کنار هم قرار گرفته اند یا ترکیبی از سنگ و آسفالت بایندر.
هنگامی که راه سازان پایه را ساختند، نوبت به ساخت لایه های بتن آسفالت می رسد: لایه پایه، لایه میانی و لایه سطحی. همه این لایه ها حاوی سنگدانه ها – قطعات سنگ و شن – هستند که به نوعی با چسب آسفالت به هم چسبیده اند.
مهندسان با تعیین میزان ترافیک روی جاده، تعیین می کنند که هر لایه چند لایه و ضخامت آنها چقدر است. هرچه ترافیک بیشتر باشد، روسازی باید ضخیم تر باشد. به عنوان مثال، در بزرگراه های بین ایالتی، عمق لایه های ترکیبی می تواند 20 اینچ (51 سانتی متر) یا بیشتر باشد.
ساختن یک جاده قوی
راه سازان مواد را با دستگاه روکش آسفالت به نام فینیشر روی جاده قرار می دهند. یک اپراتور سنگفرش را اجرا می کند که مواد را از یک کامیون می گیرد و در جاده قرار می دهد. پس از آن، غلتک های سنگین آن را فشرده می کنند، محکم می کنند و برای وسایل نقلیه آماده می کنند.
برای داشتن یک جاده قوی و بادوام، مهندسان ابتدا بهترین زیرسازی را انتخاب می‌کنند یا مکانی را که روی آن روسازی می‌کنند. اگر زیرسازی خیلی ضعیف باشد، جاده ممکن است ترک بخورد و از کار بیفتد – حتی اگر روسازی از بهترین مصالح استفاده کند.
ابتدا، جاده سازان از غلتک ها برای بسته بندی زیرسازی استفاده می کنند. هنگامی که آنها زیرین را فشرده کردند، سنگدانه های سنگی را مستقیماً روی سطح زیرین قرار می دهند و آنها را فشرده می کنند. این پایه سنگدانه بر روی بستر، پایه ای محکم برای لایه های آسفالت فراهم می کند.
اگر راه سازان از مصالح مناسب استفاده نکنند، یا آنها را به درستی کنار هم نچینند، یا سازه روسازی را برای ترافیک مورد انتظار طراحی نکنند، در این صورت جاده ممکن است ترک بخورد، شیار و خراب شود.
ترک خوردگی یا در دمای بسیار پایین و یا در اثر تردد مکرر کامیون‌ها و اتوبوس‌های سنگین روی جاده اتفاق می‌افتد. شیار شدن، که به تأثیرات قابل توجه در سطح جاده اشاره دارد، بیشتر در گرمای تابستان در زیر کامیون های سنگین یا در تقاطع های جاده رخ می دهد.
چاله ها مشکل بزرگ جاده هستند که احتمالا قبلاً دیده اید. آنها اغلب در بهار پس از یخ زدن آب محبوس شده در پیاده رو در طول زمستان و سپس ذوب شدن در بهار ظاهر می شوند. این فرآیند ذوب جاده را ضعیف می کند و باعث شکستن شدن آن می شود. سپس، هنگامی که وسایل نقلیه از روی آن عبور می کنند، می توانند چاله هایی ایجاد کنند.
قبل از اینکه جاده ساخته شود، مواد در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار می گیرند تا مطمئن شوند که می توانند بارهای ناشی از ترافیک و محیط را تحمل کنند.
مهندسان در آزمایشگاه، مواد روسازی را هم در معرض دمای انجماد و هم در دمای بسیار گرم قرار می دهند تا مطمئن شوند که می توانند در برابر هر آب و هوایی مقاومت کنند. آنها همچنین مصالح روسازی را در معرض آب قرار می دهند تا مطمئن شوند در صورت بارندگی یا سیل، مصالح از هم نپاشد.
در آزمایشگاه روسازی ایالت پن، تیم من در حال آزمایش مخلوط های آسفالتی است که ما موادی به نام اصلاح کننده را به آن اضافه کرده ایم. اینها شامل پلیمرها و الیاف خاصی است که می تواند جاده را محکم تر کند.
دفعه بعد که در جاده هستید، به یاد داشته باشید که برای ایجاد سطح صاف روسازی که روی آن رانندگی می‌کنید، به مقدار زیادی مهندسی و کار گروهی فوق‌العاده نیاز است.
