1

คมอการออกแบบโครงสรางถนนลาดยาง

โดยวธ Asphalt Institute Method ฉบบท� 8 (1970)

จดทาโดย

สวนออกแบบและแนะนาโครงสรางช�นทาง

สานกวเคราะหวจยและพฒนางานทาง

กรมทางหลวง

2

สารบญ

สารบญ .................................................................................................................................. 2

บทท� 1 บทนา ......................................................................................................................... 3

หลกการออกแบบ ............................................................................................................. 3

องคประกอบขอมลในการออกแบบ .................................................................................... 4

บทท� 2 ปรมาณการจราจร ....................................................................................................... 5

ข�นตอนการหา DTN .......................................................................................................... 6

บทท� 3 ความแขงแรงของดนฐานราก ..................................................................................... 12

การทดสอบ CBR ............................................................................................................ 12

บทท� 4 การออกแบบความหนาโครงสรางถนนลาดยาง ........................................................... 15

การออกแบบความหนา TA ............................................................................................... 15

การแปลงความหนาโครงสรางถนน .................................................................................. 16

ความหนาข�นต�าของผวทางแอสฟลทคอนกรต ................................................................... 19

บทท� 5 ตวอยางการออกแบบโครงสรางช "นทาง ....................................................................... 21

บรรณานกรม ....................................................................................................................... 24

3

บทท� 1 บทนา

โครงสรางถนนลาดยางสามารถออกแบบไดหลากหลายวธ โดยสามารถแบงอยางกวางๆ

ได 2 ประเภท คอ การออกแบบเชงประสบการณ และการออกแบบเชงวเคราะห การออกแบบ

โครงสรางถนนลาดยางตามวธของ Asphalt Institute ฉบบท� 8 (ค.ศ. 1970) น� เปนวธเชง

ประสบการณวธหน�ง ซ� งกรมทางหลวงไดเลอกใชออกแบบโครงสรางถนนลาดยางในประเทศไทย

มายาว นานกวา 25 ป เพราะสามารถออกแบบไดสะดวก รวดเรว และตองการ การทดสอบวสดท�

ไมยงยากมากนก ดงน�นคมอฉบบน� จงจดทาข�นเพ�อใหผท�สนใจ และเจาหนาท�ผรบผดชอบในการออกแบบโครงสรางถนนลาดยางเขาใจตรงกนถงหลกการและกระบวนการออกแบบโครงสราง

ถนนลาดยางในประเทศไทย และใหสามารถออกแบบโครงสรางถนนลาดยางไดอยางม�นใจ

หลกการออกแบบ

การออกแบบโครงสรางถนนลาดยางโดยวธ ของ Asphalt Institute ฉบบท� 8 เปนวธเชง

ประสบการณ ซ� งนาเอาขอมลจากผลการทดลองในถนนทดสอบ AASHTO Road Test, WASHO

Road Test, British Road Test, และประสบการณจากงานจรง มาสรางเปนความสมพนธระหวาง

ตวแปรตางๆ กบ ความหนาของช�นพ�นทางท�ตองการ โดยวสดในช�นพ�นทางท�ไดตามความสมพนธน�จะเปน Asphalt ท�งหมด หรอท�เรยกวา Full-Depth Asphalt Thickness (T

A)

อยางไรกตาม ราคาคากอสราง Full-Depth Asphalt Pavement คอนขางสงมาก และไม

สามารถเลอกใชวสดทองถ�นไดอยางเตมท� ดงน�น Asphalt Institute จงไดกาหนดคาคงท�มาจานวน

หน� ง ซ� งเรยกวา Substitution Ratio เพ�อใชแปลงความหนาของวสดทดแทนอ�นใหเปนความหนา

ของช�น Asphalt ทาใหผออกแบบสามารถเลอกใชวสดอ�นท�ถกกวาทดแทนและสามารถกาหนดให

โครงสรางถนนลาดยางใหมลกษณะเปนช�นๆได จากการศกษาพบวา ขนาดหนวยแรงอดใน

แนวด�งท�เกดในโครงสรางช�นทางจะมการเปล�ยนแปลงสมพนธกบความลก ดงแสดงในรปท� 1 โดย

หนวยแรงอดในแนวด�งดงกลาวจะมความเขมขนสงบรเวณท�ใกลกบผวจราจร และจะลดนอยลง

ตามลาดบเม�อระดบความลกมากข�น ดงน�นหากตองการออกแบบโครงสรางถนนลาดยางใหคมคา

จงมกออกแบบใชวสดท�มคณภาพดท�สดไวใกลกบผวจราจร และวสดท�มคณภาพรองลงมาใหใชใน

ช�นลกลงไป

4

Z1

Z2

Z3

Z oo

รปท� 1 การแผกระจายของหนวยแรงในแนวด�งท�เกดจากลอรถท�ระดบความลกตางๆ กน

องคประกอบขอมลในการออกแบบ

องคประกอบขอมลพ�นฐานในการออกแบบโครงสรางถนนลาดยางตามวธของ Asphalt

Institute ฉบบท� 8 ประกอบดวย ปรมาณการจราจร และ ความแขงแรงของดนฐานราก ปรมาณ

การจราจรจดใหอยในรปของ Design Traffic Number (DTN) และความแขงแรงของดนฐานราก

ใหอยในรปของคา CBR, Plate Bearing k-value,หรอ คา R-value คาใดคาหน�ง องคประกอบ

ขอมลท�งสองน� น� จะกลาวอยางละเอยดในบทท� 2 และบทท� 3 ตามลาดบ นอกจากน�นอตราสวนความแขงแรงของวสดตางๆ ในโครงสรางช�นทาง (Substitution Ratios) กเปนอกปจจยหน� งท�

สาคญ ท�ใชในการแปลงความหนาของ Full Depth Asphalt Pavement ใหเปนถนนท�มโครงสราง

ทางเปนช�นๆ โดย Substitution Ratios จะกลาวในสวนของการแปลงความหนาโครงสรางช�นทาง

ในบทท� 4

5

บทท� 2 ปรมาณการจราจร

ปรมาณการจราจรท�ใชในการออกแบบตามวธ Asphalt Institute ฉบบท� 8 จะอยในรปของ

Design Traffic Number (DTN) โดยคา DTN น�นหมายถง จานวนเท�ยวเฉล�ยตอวน ของจานวนรถ

ท�มน�าหนกเพลามาตรฐานเทากบ 18,000 ปอนด (Equivalent Single Axle Loads, ESAL) ท�แปลง

มาจากจานวนรถท�มชนดและน�าหนกเพลาตางๆกน ซ� งคาดวาจะมาใชในชองจราจรท�ออกแบบตลอดชวงระยะเวลาท�ออกแบบ การประมาณคาของ DTN ข�นอยกบตวแปรหลายตวดวยกน เชน

ระยะเวลาออกแบบ จานวนรถบรรทกหนก อตราการเพ�มของรถบรรทก ฯลฯ ดงน�นเพ�อใหทาความเขาใจในการหาคา DTN งายย�งข�นจงขอใหคาจากดความของตวแปรตางๆ ท�จาเปนตองทราบดงน�

Equivalent 18,000-Pound Single-Axle Loads (ESAL) คอ จานวนเท�ยวของน�าหนกเพลาเด�ยวมาตรฐาน 18,000 ปอนด ท�เปรยบเทยบแปลงมาจากจานวนเท�ยวของน◌◌าหนกเพลาท�ม

ขนาดและชนดตางๆ กน โดยท�น◌◌าหนกเหลาน� จะมผลกระทบตอความเสยหายของโครงสรางช�น

ทางเทากน

Design Lane คอ ชองจราจรท�ม จานวน ESAL มากท�สด โดยปกตแลว Design Lane คอ

ชองทางใดชองทางหน� งในถนน 2 ชองจราจร แตถาเปนถนนท�มชองจราจรมากกวา 2 ชอง มกจะ

กาหนดชองซายสดเปน Design Lane เน�องจากในประเทศไทย ชองซายสดเปนชองจราจรท�รถ

หนกแลนผานมากท�สด

Design Period คอ จานวนปนบต�งแตเปดจราจรจนถงปท�คาดวาจะตองปรบปรงบรณะ

โครงสรางช�นทางเพ�อใหถนนใชการไดดอกคร� ง ผออกแบบไมควรสบสนวา Design Period น� คอ

Pavement Life เน�องจาก Pavement Life น�นจะไมส�นสดหากวามการปรบปรงหรอบรณะ

โครงสราง แต Pavement Life จะหมดไปเม�อคนทางหมดสภาพไปแลวหรอ แนวคนทาง

เปล�ยนไปเทาน�น

Initial Daily Traffic (IDT) คอ จานวนของรถทกชนดท�คาดวาจะมาใชถนนในปแรกท�เปดการจราจร เฉล�ยตอวนท�งสองทศทาง คา IDT ท�ใชในปจจบนไดจากการสารวจปรมาณการจราจร

และเกบสถตเปนระยะเวลานาน สามารถคนหาขอมลน� ไดจากกองวศวกรรมจราจร กรมทางหลวง

6

Initial Traffic Number (ITN) จานวนเท�ยวเฉล�ยตอวนของ ESAL ซ� งคาดวาจะมาใช

Design Lane ในชวงปแรกท�เปดการจราจร

Design Traffic Number (DTN) คอ จานวนเท�ยวเฉล�ยตอวนของ ESAL ท�คาดวาจะมาใช

Design Lane ตลอดชวงระยะเวลา Design Period

ข�นตอนการหา DTN

ข�นตอนในการหา DTN สามารถสรปไดดง รปท� 2 โดยมรายละเอยดดงน�

1. ประมาณคา IDT จากการสารวจปรมาณการจราจรหรอจากการเกบสถตการจราจร

ตดตอกนเปนเวลาหลายป หรอหาไดจากการศกษาวเคราะหความตองการการใช

โครงขายถนน ตามแบบจาลองทางจราจร

2. ประมาณคาเปอรเซนตของรถบรรทกหนก (A) ของปรมาณการจราจรท�งหมด

(เฉพาะ 6 ลอข�นไป) โดยการนบสารวจจากการจราจรจรงๆ หรอจากสถตของกองวศวกรรมจราจร กรมทางหลวง หรอจากการศกษา วเคราะห จากแบบจาลองทาง

จราจร หรอหากไมสามารถหาตวเลขการจราจรจรงได อาจใชคาประมาณดงตารางท� 1

ตารางท� 1 คาประมาณของเปอรเซนตรถบรรทกหนกของปรมาณการจราจรท�งหมด

ประเภทถนน เปอรเซนตรถบรรทกหนก

ถนนในเมองอยตางจงหวด 5%

ถนนในเมองหลวง 5-15%

ถนนระหวางจงหวดสาคญ 10-25%

3. คานวณหาเปอรเซนตรถบรรทกหนก (B) ใน Design Lane โดยไมรวมถง

รถบรรทกเลก เชน รถสองแถว ในประเทศไทยรถบรรทกหนกแลนชองซายมากกวา

ชองขวาดงน�นใหกาหนดชองซายสดเปน Design Lane ตารางท� 2 แสดงคาประมาณ

ของเปอรเซนตรถบรรทกท�แลนใน Design Lane

7

ตารางท� 2 คาประมาณของเปอรเซนตรถบรรทกท�แลนใน Design Lane

จานวนชองทาง เปอรเซนตรถบรรทกใน Design Lane

2

4

6 หรอมากกวา

50

45 (หรอ 35-48) 40 (หรอ 25-48)

4. คานวณหาจานวนรถบรรทกหนกใน Design Lane จานวนรถบรรทกหนก (N) =

(IDT)100

B

100

A ×× แลวกาหนดคาจานวนรถบรรทกหนกท�คานวณไดลงบนเสน C

ใน กราฟรปท� 3 หรอ แทนคาในสมการท� 1

5. ประมาณคาเฉล�ยน�าหนกรถบรรทก (Average Gross Weight of Heavy Truck)

จากขอมลการสารวจน�าหนกบรรทก สาหรบมาตรฐานน�าหนกบรรทกของกรมทางหลวงกาหนดใหรถบรรทก 2 เพลา บรรทกหนกไดไมเกน 21 ตน กาหนดคาท�ไดน�ลง

บนเสน D หรอในสมการท� 1

6. คานวณน�าหนกเพลาเด�ยวสงสด (Single Axle Load Limit) จากน�าหนกเฉล�ยของ

รถบรรทก สมมตน�าหนกเฉล�ยของรถบรรทกเทากบ 21.0 ตน จะไดน� าหนกเพลา

เด�ยวเทากบ 21.0x0.8x0.5 =8.4 ตน หรอ 18,000 ปอนด กาหนดคาท�ไดน� ลงบนเสน

E หรอในสมการท� 1

7. ใชขอมลจากขอ 1 ถง 6 คานวณหา ITN โดยใช Nomograph รปท� 3 และวธการหา

ไดแสดงรายละเอยดในภาพตามข�นตอนดงท�แสดงในรป หรออาจจะหาไดจาก

สมการท� 1 ดงตอไปน�

Log (ITN) = -10.68 + 3.4 log (S) + 1.33 log (W) + 1.05 log (N) (1)

เม�อ

S = น�าหนกพกดเพลาเด�ยว, ในหนวย 1,000 ปอนด

W=น�าหนกเฉล�ยของรถบรรทกต�งแต 2 เพลา (6 ลอข�นไป), ปอนด

N = จานวนรถบรรทก (Number of Heavy Trucks), คน

8

8. คา ITN ท�อานไดจาก Nomograph ดงกลาวถามคาต�ากวา 10 หมายถงมจานวนรถน�ง

และรถบรรทกเลกมเปอรเซนตสงมาก ดงน�นคา ITN ท�ไดจงจาเปนตองมการปรบแก

โดยใช รปท� 4

9. ประมาณอตราการเพ�มปรมาณการจราจร r หรอแนวโนมการเพ�มปรมาณการจราจร

ไดจากสถตขอมลท�เกบมาจากการนบรถในถนนสายตางๆ

10. กาหนด Design Period โดยปกตแลว Asphalt Institute กาหนดอายการออกแบบ

ไวท� 20 ป แตหากตองการลดอายการออกแบบลง เชน ทางหลวงจงหวดมอายการใช

งาน 7 ป แลวจงบรณะ หรอทางหลวงแผนดนมอายการใชงานกาหนดไวไมเกน 15 ป (ระหวาง 7-15 ป) จาเปนตองปรบแกคา ITN เพ�อลดความหนา T

A ลง โดยการใช

Adjustment Factor ซ� งมคาr

rn

20

1)1( −+=

โดยท� r คอ Growth Factor

n คอ Design Period

11. คานวณ DTN ไดจากสมการ (2)

ITNr

rDTN

n

×−+=20

1)1( (2)

ดวยข�นตอนดงกลาว ผออกแบบจะไดคา DTN ซ� งเปนตวแปรหน�งท�ตองใชในการออกแบบ

โดยปกตแลวเน�องจากกรมทางหลวงจะใชปรมาณการจราจรจรงท�สารวจโดยกองวศวกรรมจราจร ดงน�น จงทาให คา IDT, % ของจานวนรถบรรทกหนก และ แนวโนมการเพ�มของการจราจร จะม

ความถกตองคอนขางสง ทาใหผออกแบบไดคา DTN ท�ไดจากข�นตอนดงกลาวมความถกตอง

เช�อถอได

9

(4) หาจานวนรถบรรทกในDesignLane

(2)%รถบรรทกหนก

(1) IDT

(3) %รถบรรทกในDesign Lane

(5) AverageGross Weight

(9) AdjustmentFactor

ITN

(8) ITN > 10 ?

(10) ITN *Adjustment Factor

ใช รปท 4

DTN

END

(7) ITN

Yes

No

(6) Single AxleLoad limit

รปท� 2 ผงข�นตอนการหา DTN

10

รปท� 3 Nomograph สาหรบประมาณคา ITN

11

รปท� 4 การปรบแกคา Initial Traffic Number (ITN)

12

บทท� 3 ความแขงแรงของดนฐานราก

ตามคมอการออกแบบของ Asphalt Institute ฉบบท� 8 น�น ปจจยท�เก�ยวกบความแขงแรงของ

ดนฐานรากจะอยในรปของ CBR, Plate Bearing K-value, หรอ R value อยางใดอยางหน� ง ในท�ง 3

พารามเตอรน� คา CBR เปนท�นยมมากท�สด เน�องจากการทดสอบความแขงแรงของดนฐานรากเปน

เปอรเซนต CBR น�นไมยงยาก สามารถทาไดรวดเรว ดงน�นกรมทางหลวงจงไดเลอกใชเปอรเซนต CBR

ของดนฐานรากเปนตวแปรในการออกแบบโครงสรางถนนลาดยางโดยวธ Asphalt Institute ฉบบท� 8

ในบทน� จงขอกลาวถงวธการทดสอบ CBR อยางละเอยด สวนการทดสอบ Plate Bearing และ การ

ทดสอบหาคา R-value ผท�สนใจสามารถคนควาเพ�มเตมไดในหนงสอท�เก�ยวกบการทดสอบคณสมบต

ของดนท�วไป

การทดสอบ CBR

การทดสอบหาคาเปอรเซนต CBR เปนการทดสอบหาคาอตราสวนความแขงแรงของวสด

ทดสอบตอความแขงแรงของหนท�บดอดแนนมาตรฐาน การทดสอบน� เปนท�นยมใชกนอยางกวางขวาง

เน�องจากสามารถทาการทดสอบไดงาย ไมตองการบคลากรท�มความร ความเช�ยวชาญมากนก

การทดสอบสามารถทาไดดวยข�นตอนดงตอไปน� ดงรปท� 5

1. บดอดดนท�ตองการทดสอบท� Optimum Moisture Content (OMC)

2. หาคา Maximum Dry Density (γd) ของดนน�น

3. นาไปแชน�า 4 วน เพ�อใหดนอยในสภาพท� Soaked

4. นาดนไปกดดวยทอนเหลกมาตรฐาน และวดคาแรงเฉอนของดน ณ ระยะกดตาง ๆ กน

คาเปอรเซนต CBR สามารถทาการคานวณไดโดยการวด อานคาแรงเฉอนของดนท�บดอดแนน

ท� γd สงสด เม�อใชทอนเหลกทดสอบมาตรฐานท�มพ�นท�หนาตด 3 ตารางน�ว กดลงบนตวอยางดน

ดงกลาว ดวยอตราการทรดตวเทากบ 0.5 น�วตอนาท จากน�นนาคาแรงเฉอนท�อานได ณ ระยะกดลกท�กาหนด หารดวยคาแรงเฉอนมาตรฐานท�ไดจากการกดทอนเหลกดงกลาวบนหนท�บดอดแนน ตามระยะการทรดตวท�เทากน คาตวเลขท�ไดเรยกวา เปอรเซนต CBR ดงสมการท� 3 ตอไปน�

100%LoadUnitStandard

LoadUnitTestCBR ×= (3)

13

Standard Unit Load ซ� งคอแรงกดตอพ�นท� ไดจากการทดลองกดทอนเหลกมาตรฐานดงกลาว

บนหนบดอดแนนมาตรฐาน มคาดงตารางท� 3

ตารางท� 3 แสดงคาแรงกดมาตรฐาน ท�ระยะกดตางๆ

ระยะกดลก (น�ว) Standard Unit Load (ปอนด/ตร.น�ว)

0.1 1000

0.2 1500

0.3 1900

0.4 2300

0.5 2600

คาเปอรเซนต CBR โดยท�วไปแลวใชคาอตราสวนของแรงกดท�ความลก 0.1 น�ว แตถาผลปรากฏ

วาเปอรเซนต CBR ของแรงกดท� 0.2 น�ว สงกวาท� 0.1 น�ว การทดลองควรจะกระทาซ� าอกคร� ง และถา

เปอรเซนต CBR ยงคงเปนเชนเดม กใหใชคา CBR ท�ความลก 0.2 น�ว

%moisture

Dry

Weig

ht

Step 1Compact by static pressure

or by impact

Step 2Find Maximum density

Step 3Soak

Step 4Load

รปท� 5 ข�นตอนการหาคา % CBR

14

อน�ง คา CBR ท�ทดสอบไดในแตละสายทางมกจะมความแปรปรวนอยเสมอ Asphalt Institute

แนะนาใหใชคา 90 Percentile ของคาท�ทดสอบไดท� งหมดในถนนชวงน�นๆ อยางไรกตาม จาก

ประสบการณการออกแบบของกรมทางหลวง แนะนาใหใชท� คา 80 Percentile

ตอไปน�แสดงตวอยางการหาคา %CBR ท�ใชออกแบบ จากขอมลการทดสอบคาเปอรเซนต CBR

ดนฐานรากของทางหลวงสายหน�ง โดยมขอมลดงตอไปน�

KM %CBR KM %CBR KM %CBR KM %CBR

0+000

1+000

2+000

3+200

4+000

4+500

5+000

5+800

-

-

-

6.4

8.9

20.7

7.9

4.3

6+000

7+000

8+000

9+000

10+000

11+000

12+000

13+000

8.5

6.4

8.55

11.5

10

9

9.4

17.7

14+000

15+000

16+000

17+000

18+000

19+000

20+000

21+000

7.9

5.6

7.7

3.7

9.4

7.6

27.7

11.2

22+300

23+400

24+000

25+000

26+000

27+000

28+000

29+000

114

16.5

4.3

16.8

4.9

6.7

7.2

26.7

นาขอมลในตารางไปพลอตหาคา %CBR ท�คา Percentile ตางๆ จะไดคา %CBR สาหรบใช

ออกแบบท� 80 Percentile เทากบ 6.0%

การหาคา %CBR ท�ใชออกแบบ

01020

3040506070

8090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

CBR (%)

% ม

าก

กวาห

รอ

เทาก

บ

15

บทท� 4 การออกแบบความหนาโครงสรางถนนลาดยาง

การออกแบบความหนา TA

ดงท�กลาวมาแลววาความหนาท�ออกแบบไดจะเปนความหนาของ Full Depth Asphalt

Thickness (TA) แลวจงแปลงความหนาของพ�นทางท�ไดน� เปนโครงสรางช�นทางท�มหลายช�น การ

ออกแบบความหนาดงกลาวตามวธ Asphalt Institute ฉบบท� 8 สามารถทาไดโดยงาย หากเพยง

ผออกแบบทราบคาพารามเตอรท�สาคญ 2 ตว คอ DTN และ ความสามารถในการรบแรงของดนฐาน

ราก ซ�งตวแปรท�ง 2 น�ไดกลาวอยางละเอยดแลวในบทท�ผานมา

ความหนา TA สามารถหาไดจาก การใชสมการพ�นฐานท�พฒนามาจากการทดลอง หรอ ใช

Nomograph ท�สรางข�นมาจากสมการขางตน สมการพ�นฐานท�ใชในการออกแบบมอย 3 สมการ

ดวยกน ดงแสดงในสมการ 4 ถง 6 การท�จะเลอกใชสมการใดน�นกข�นอยกบผออกแบบ วาทราบความสามารถในการรบแรงของดนฐานรากในรปแบบใด ถาผออกแบบความแขงแรงของดนฐาน

รากในรปของ เปอรเซนต CBR ใหใชสมการท� 4 แตถาอยในรปของ R-value กใชสมการท� 5 หรอ

6 ข�นอยกบคา DTN โดยคาท�ไดจากสมการ (5)-(6) จะมหนวยเปนน�ว

� เม�อทราบคา CBR

� 0.4A

(CBR)

DTNlog3.979.19T

+= (น�ว) (4.)

� เม�อทราบคา R-value

� ในกรณท�คา DTN ≤ 20

12)(RDTN0.0893DTNlog2.756.37T 0.119

A−−+= (น�ว) (5)

� ในกรณท�คา DTN > 20

12)(RDTN0.117DTNlog2.756.37T 0.0279

A−−+= (น�ว) (6)

TA = ความหนาของแอสฟสทคอนกรตเหนอดนคนทาง

16

นอกจากสมการดงกลาว ผออกแบบสามารถใช Nomograph ในรปท� 6-7 ออกแบบความ

หนา TA ไดเชนกน เชนเดยวกบการเลอกใชสมการ การเลอกใช Nomograph น�นกข�นอยกบ

รปแบบของคาความสามารถในการรบแรงของดนฐานรากท�ผออกแบบทราบ หากวาผออกแบบทราบคา CBR ใหใชรปท� 6 และถาทราบคา R-value ใหใชรปท� 7 การออกแบบโดยการใช

Nomograph น�สะดวกมาก ไมจาเปนตองใชการคานวณใดๆ เพยงแตผออกแบบกาหนดคา DTN

และความสามารถในการรบแรงของดนฐานราก ลงไปใน Nomograph จากน�นลากเสนตดจดท�ได

กาหนดท�ง 2 จดน� ผานไปตดแกนคา TA กจะไดคาความหนาออกมา

TA ท�ไดจากท�งการใชสมการและการใช Nomographs จะอยในหนวยน�ว ดงน�น

ผออกแบบจงควรเปล�ยนเปนหนวย SI น�นคอเปน เซนตเมตร โดยการคณผลท�ไดจาก กราฟ หรอ

สมการ ดวย 2.54 กจะได TA ในหนวยเซนตเมตรตามตองการ เม�อไดคา T

A แลวผออกแบบ

จาเปนตองเปล�ยนโครงสรางท�เปนช�นเดยวน� เปนโครงสรางถนนหลายช�น การแปลงความหนาดงกลาวจะกลาวถงตอไป

การแปลงความหนาโครงสรางถนน

การแปลงความหนาของ TA ทาไดโดยการใช Substitution Ratios ซ� งแสดงในตารางท� 4

Substitution Ratios น� เปนอตราสวนท� Asphalt Institute แนะนาเพ�อใชแปลงความหนาของวสด

ทดแทนอ�นๆ เปนความหนาของ TA โดยใชอตราสวนเหลาน�หารความหนาของวสดทดแทน เพ�อ

แปลงใหเปนความหนาของ TA

ตวอยางเชน ถาตองการใชวสดพ�นทางหนคลกท�ม CBR > 80% แทน วสด Asphalt โดยท�

ช�นหนคลกน�มความหนาเทากบ 20 น�ว จากตารางท� 4 Substitution Ratio ของวสดชนดน� เทากบ 2

ดงน�น ช�นหนคลกน�จะสามารถแทน TA ไดเทากบ 20/2 = 10 น�ว น�นเอง อยางไรกตามในทาง

ปฏบตแลวจะไมแทน TA ดวยวสดเพยงชนดเดยว ดงน�นผออกแบบควรจะสมมตความหนาของ

โครงสรางช�นทางท�เหมาะสม ท�ประกอบดวยช�นพ�นทาง ช�นรองพ�นทาง ช�นวสดคดเลอกแลวจงทา

การตรวจสอบวาเพยงพอหรอไม

การตรวจสอบดงกลาวสามารถทาไดโดยนาเอาความหนาของช�นทางท�ไดออกแบบไวของแตละช�นหารดวย Substitution Ratio ของแตละวสด จากน�นนาเอาผลรวมของความหนาของวสด

17

ท�หารดวย Substitution Ratio แลวน�น เปรยบเทยบกบคา TA ท�ไดจากสมการหรอ Nomographs

หากวาผลรวมดงกลาวมากกวา TA แสดงวาโครงสรางช�นทางท�ไดออกแบบมความแขงแรงเพยงพอ

โดยจะตองทาการตรวจสอบเชนน� เหนอทกช�นความหนา

รปท� 6 Nomograph สาหรบใชประมาณคาความหนาของ TA จากคา %CBR หรอ Plate Bearing Value

18

รปท� 7 Nomograph สาหรบใชประมาณคา T

A จากคา R-Value

ตารางท� 4 แสดงคา Substitution Ratios ของวสดคณภาพตางๆ กน

วสด Substitution Ratio

แอสฟสทคอนกรต 1.0

Hot-mix Sand Asphalt Base 1.3

Emulsified Asphalt Base 1.4

หนคลกช�นพ�นทาง (CBR ≥ 80%) 2.0

วสดมวลรวม (CBR ≥ 25%) 2.7

วสดคดเลอก ก (CBR ≥ 10%)* 3.0

วสดคดเลอก ข (CBR ≥ 6%)* 3.5

*คาสาหรบวสดคดเลอก ก และข ทาง AI มไดแนะนา แตเปนคาท�กรมทางหลวงเลอกใชจากประสบการณ

19

ความหนาข�นต�าของผวทางแอสฟลทคอนกรต

AI ไดกาหนดความหนาต�าสดของ Asphalt Concrete (TA)ตามปรมาณการจราจรตางๆ

(DTN) ดงตารางตอไปน�

ตารางท� 5 ความหนาข�นต�าของผวทางแอสฟลทคอนกรต ท� Asphalt Institute กาหนด

Design Traffic Number ความหนาต�าสดท�ตองการ (TA) (น�ว)

10 (Light Traffic) 4

10-100 (Medium Traffic) 5

100-1000 (Heavy Traffic) 6

>1000 (Heavy Traffic) 7

นอกจากน�น AI ไดกาหนดความหนาข�นต�าของผวทางซ� งมพ�นทางเปนวสดแทนแอสฟลท

ดงรปท� 8 ซ� งคณภาพของวสดท�ใชทาพ�นทางแสดงในตารางท� 6

ตารางท� 6 คณสมบตของวสดท�ใชทาพ�นทาง

วธการทดสอบ คาผลทดลองท�กาหนด

วสดคณภาพต�า วสดคณภาพสง

CBR , Min 20 100

R-value, Min 55 80

Liquid Limit, Max 25 25

Plasticity Index, Max 6 NP

Sand Equivalent, Min 25 50

Passing No.200 Sieve, Max 12 7

20

รปท� 8 ความหนาข�นต�าของผวทางซ� งมพ�นทางเปนหนคลก

อยางไรกตาม หากออกแบบตามขอกาหนดดงกลาว คากอสรางจะมราคาสงมาก จากการ

พจารณาออกแบบกอสรางของกรมทางหลวงและพจารณาเปรยบเทยบกบวธการออกแบบของ

องกฤษ ออสเตรเลย และ AASHTO เหนควรใหพจารณาลดขอกาหนดท�สงเกนไปน� โดยให

พจารณาออกแบบระยะส� นแทน โดยท�วไปลกษณะของโครงสรางช�นทางในประเทศไทยจะมลกษณะดงตอไปน�

ผวทางแอสฟสทคอนกรต 5-10 ซม.

พ�นทางหนคลก 20 ซม.

รองพ�นทาง 15-30 ซม.

ขนาดความหนาของแตละช�นจะข�นอยกบปรมาณการจราจรและสภาพความแขงแรงของดนฐานรากเปนสาคญ แลวนาขอมลท�งสองไปออกแบบตามข�นตอนท�แสดงท�ไดกลาวมาในคมอ เพ�อใหเขาใจถงการออกแบบโครงสรางช�นทางตามวธของ Asphalt Institute ฉบบท� 8 มากย�งข�น

จงขอกลาวถงตวอยางการออกแบบโครงสรางช�นทางตอไป

21

บทท� 5 ตวอยางการออกแบบโครงสรางช �นทาง

ตอไปน� เปนตวอยางการออกแบบของถนนสายหน� ง ซ� งมปรมาณการจราจรดงแสดงในตาราง เปนถนน 4 ชองจราจร จากการสารวจดนฐานรากพบวา CBR สาหรบออกแบบเทากบ 5%

ตองการออกแบบใหใชงานได 15 ป โดยคาดวาจะมชวงท�ตองรอการกอสรางประมาณ 3 ป หลงจาก

ออกแบบ ซ� งสามารถพจารณาออกแบบไดดงตอไปน�

Years

Average Daily Traffic by Type Percent

of Heavy

Truck

Car &

Taxi

Light Bus Heavy Bus Light

Truck

Medium

Truck

Heavy

Truck

Total

2001

2002

2003

5609 500 261 2248 473 620 9711

10342

11014

13.94

(Traffic Growth Rate = 6.50%)

คานวณ Design Traffic Number (ดตามข�นตอนในบทท� 2)

(1) Initial Daily Traffic (IDT) = 11,014 คน/วน

(2) Percent of Heavy Trucks = 13.94 %

(3) Percent of Traffic in Design Lane = 0.45 (จากตารางท� 2)

(4) Number of Heavy Trucks = 11,014 x 13.94/100 x 0.45

= 691 คน

(5) Average Gross Weight of Heavy Trucks = 25.5 ตน (ปกตใช 21.0 ตน)

= 56,202 ปอนด

(6) Single Axle Load Limit = 10.2 ตน

= 22,480 ปอนด

(7) จากสมการท� 1 หรอ รปท� 3

Initial Traffic Number (ITN) = 1798

(8) ไมจาเปนตองปรบแก

(9) จากขอมลจะได Traffic Growth Rate = 6.5 %

22

(10) ITN Adjustment Factor = 1.209

Design Traffic Number (DTN) = 1798 x 1.209

= 2,174

ประมาณคาความหนา TA

(อางองจากบทท� 4)

ความหนาของแอสฟลทคอนกรตท�งหมดท�ตองการ จากรปท� 6 หรอ สมการท� 4 ได

TA = 29.94 น�ว

แปลงความหนา

ทดลองออกแบบโครงสรางช�นทาง ดงตอไปน� ช�นผวทางแอสฟสทคอนกรต 8 ซม.

ช�นพ�นทางหนคลก, CBR ≥ 80% 20 ซม.

ช�นรองพ�นทาง, CBR ≥ 25% 15 ซม.

ช�นวสดคดเลอก ก., CBR ≥ 10% 20 ซม.

แปลงความหนาช�นตางๆ ใหเปนความหนาแอสฟสท โดยใช Subtitution Ratio ดงแสดงในตาราง

ช�น

(1)

วสด

(2)

Designed

Thickness

(cm.),(3)

Substitution

Ratio

(4)

Equivalent AC

Thickness

(cm), (3)/(4)

ผวทาง

ช นพ นทาง

ช นรองพ นทาง

ช นวสดคดเลอก ก

AC

หนคลก, CBR ≥ 80%

วสดมวลรวม, CBR ≥ 25%

ดนถมคนทาง, CBR ≥ 10%

8

20

15

20

1

2

2.7

3.0

8

10

5.56

6.67

ตรวจสอบความหนาของ TA เหนอ ช�นดนเดม (Subgrade), CBR=5%

TA ท�ตองการ

cm

x

9429

5

2174973199

542

A

T40

.

))(

log..(. .

=

+=

TA ท�โครงสรางช "นทางท�ออกแบบเหนอช "น Subgrade มคาดงน "

OKcmcm 94292230

676565108TA

..

..

>=+++=

23

ตรวจสอบความหนาของ TA เหนอ ช�นวสดคดเลอก ก, CBR > 10%

TA ท�ตองการ

cm

x

6922

10

2174973199

542AT

40

.

))(log..

(. .

=

+=

TA ท�โครงสรางช "นทางท�ออกแบบเหนอช "น วสดคดเลอก ก มคาดงน "

OKcmcm 69225623

565108TA

..

.

>=++=

ตรวจสอบความหนาของ TA เหนอ ช�นรองพ�นทาง (Subbase), CBR >.25%

TA ท�ตองการ

cm

x

7315

25

2174973199

542

A

T40

.

))(log..

(. .

=

+=

TA ท�โครงสรางช "นทางท�ออกแบบเหนอช "น Subbase มคาดงน "

OKcmcm 73150018

108TA

.. >=+=

จากการตรวจสอบความหนา TA ท�ตองการเหนอแตละช�น พบวา โครงสรางช�นทางท�

ออกแบบไวมความหนาเพยงพอ โดยสรปการออกแบบโครงสรางช�นทางเปนดงรปท� 9

ผวทาง Asphaltic Concrete

พ�นทางหนคลกCBR>80%

รองพ�นทาง วสดมวลรวมCBR > 25%

วสดคดเลอก กCBR > 10%

ดนคนทางCBR > 5%

80 mm

200 mm

150 mm

200 mm

รปท� 9 รปตดความหนาช�นทางของตวอยางถนนท�ออกแบบ

24

บรรณานกรม

ธระชาต ร�นไกรฤกษ, การออกแบบโครงสรางถนนลาดยาง (Flexible Pavement Design),

ศนยวจยและพฒนางานทาง, กรมทางหลวง

จรพฒน โชตกไกร, การออกแบบทาง Pavement Design, สานกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร,

พมพคร� งท� 2, พ.ศ. 2543

The Asphalt Institute, Thickness Design (MS-1), 1970