ถนนที่เสริมด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (Geogrid) ช่วยลดการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการจราจรได้อย่างไร

การลดแรงต้านการกลิ้งของยานพาหนะผ่านผิวจราจรที่เสถียรภาพด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (Geogrid)

การลดการเปลี่ยนรูปของผิวจราจรและการสูญเสียพลังงานระหว่างยางกับผิวถนน

เมื่อเราเสริมความแข็งแรงของฐานทางด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (geogrids) จะช่วยยึดวัสดุกรวดหินให้อยู่ในตำแหน่งเดิม และป้องกันไม่ให้วัสดุเหล่านั้นเคลื่อนตัวไปทางข้าง ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อความทนทานของถนนเมื่อมียานพาหนะสัญจรผ่าน ปัญหาการเกิดร่องลึก (rutting) จึงลดลงอย่างมาก เนื่องจากยางรถไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากในการไต่ขึ้นเนินเล็กๆ ที่เกิดจากพื้นผิวถนนที่ไม่เรียบสม่ำเสมอ งานวิจัยเกี่ยวกับพฤติกรรมของวัสดุแสดงให้เห็นว่า ถนนที่เรียบขึ้นสามารถลดแรงกดระหว่างยางกับผิวจราจรได้ประมาณ 28% ซึ่งหมายความว่าพลังงานที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนขณะขับขี่จะลดลงตามไปด้วย งานศึกษาต่างๆ ระบุว่า สิ่งนี้นำไปสู่การลดการใช้เชื้อเพลิงของยานพาหนะลงประมาณ 5–7% เนื่องจากยางเกิดการเปลี่ยนรูปน้อยลง และสร้างความร้อนน้อยลงบริเวณจุดสัมผัสกับผิวถนน อีกข้อได้เปรียบหนึ่งคือ การยึดเกาะที่แข็งแรงระหว่างชั้นแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคช่วยป้องกันไม่ให้ดินใต้ผิวถนนเคลื่อนตัว ทำให้ผิวถนนคงสภาพที่ดูดีและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในระยะยาว

การกระจายแรงบรรทุกและการยับยั้งการเกิดร่องลึก (Rutting) ส่งเสริมประสิทธิภาพเชิงพลศาสตร์

เมื่อติดตั้งกริดภูมิเทคนิค (geogrids) แล้ว จะช่วยกระจายแรงน้ำหนักจากเพลาของยานพาหนะไปยังพื้นผิวดินบริเวณด้านล่างที่กว้างขึ้น ซึ่งช่วยลดจุดความเครียดสูงแบบเฉียบพลันลงได้เกือบครึ่งหนึ่ง ในช่วงที่ถนนมีรถบรรทุกสัญจรหนาแน่นเป็นพิเศษ หลักการทำงานของกริดเหล่านี้ยังทำให้เกิดร่องลึกบนผิวถนนน้อยลงเมื่อเทียบกับผิวจราจรแบบทั่วไป ส่งผลให้ผิวถนนเรียบและสม่ำเสมอมากขึ้น ถนนจึงคงสภาพดีได้นานขึ้น ซึ่งหมายความว่ายางรถจะสัมผัสกับผิวถนนได้อย่างมีประสิทธิภาพอยู่เสมอ ส่งผลให้แรงต้านการหมุนลดลง และประหยัดเชื้อเพลิงขณะที่ยานพาหนะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า งานวิจัยชี้ว่า ถนนที่เสริมความแข็งแรงด้วยกริดภูมิเทคนิคมีแรงต้านการหมุน (rolling resistance) ต่ำลงประมาณ 22% ตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด สำหรับบริษัทขนส่งทางถนน นี่แปลความหมายเป็นการประหยัดค่าเชื้อเพลิงจริงจังในเชิงเศรษฐกิจ นอกจากนี้ ยังมีแรงกระแทกต่อชิ้นส่วนระบบกันสะเทือนน้อยลง เนื่องจากผิวถนนไม่สั่นหรือกระเด้งมากนัก

การยืดอายุการใช้งานของถนนเพื่อลดการใช้พลังงานที่เกิดจากการบำรุงรักษา

การเสริมแรงด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (Geogrid) ช่วยยืดอายุการใช้งานของผิวจราจรโดยการเพิ่มความมั่นคงให้กับฐานทางและกระจายแรงที่กระทำ ซึ่งส่งผลให้การล้มเหลวของโครงสร้างเกิดขึ้นช้าลง และลดความถี่ของโครงการปรับผิวใหม่ที่ใช้พลังงานสูง

การลดจำนวนครั้งของการปรับผิวใหม่ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากยานพาหนะก่อสร้างและต้นทุนพลังงานที่เกิดจากความแออัดของการจราจร

เมื่อการบำรุงรักษาถูกเลื่อนออกไป ก็หมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วยดีเซล เช่น เครื่องกลิ้งและเครื่องปูผิว ซึ่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าประมาณ 8 ถึง 12 กิโลกรัม ต่อการปูแอสฟัลต์ 1 ตัน นอกจากนี้ การปิดถนนก็เป็นปัญหาใหญ่อีกประการหนึ่ง เพราะเมื่อการจราจรติดขัด รถยนต์จะจอดนิ่งอยู่และเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงในอัตรา 1.2 ถึง 3.1 ลิตรต่อชั่วโมง ขณะติดอยู่ในภาวะจราจรติดขัด ยกตัวอย่างเช่น ทางหลวง หากเลื่อนการปรับผิวใหม่เพียงครั้งเดียว ก็อาจช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่า 1,200 ตันเมตริกภายในระยะเวลาเพียงห้าปี โดยการหลีกเลี่ยงระยะทางเพิ่มเติมที่ผู้ขับขี่ต้องขับรถไปรอบๆ เส้นทางเลี่ยง และลดระยะเวลาที่เครื่องจักรก่อสร้างต้องทำงานโดยไม่จำเป็น

การเสริมความมั่นคงของชั้นดินรองรับ (Subgrade Stabilization) ยืดอายุการออกแบบออกอีก 40–60% (AASHTO 2022)

กริดภูมิเทคนิค (Geogrids) ทำหน้าที่โดยการป้องกันไม่ให้วัสดุแผ่กระจายออกไปทางด้านข้าง และยับยั้งไม่ให้น้ำซึมผ่านลงไปยังชั้นดินด้านล่าง ซึ่งส่งผลให้ฐานถนนมีความแข็งแรงมากยิ่งขึ้น ถนนที่สร้างด้วยกริดเหล่านี้สามารถใช้งานได้นานประมาณ 10 ถึง 15 ปีภายใต้สภาวะจราจรหนาแน่นก่อนเริ่มเสื่อมสภาพ ในขณะที่ถนนที่ไม่มีการเสริมความแข็งแรงเลยจะใช้งานได้เพียง 6 ถึง 9 ปีเท่านั้น ตามรายงานขององค์กร AASHTO ซึ่งเป็นหน่วยงานกำหนดมาตรฐานทางหลวงทั่วประเทศสหรัฐอเมริกา แนวทางปฏิบัติล่าสุดของพวกเขาในปี ค.ศ. 2022 ยืนยันผลที่เราสังเกตเห็นนี้ โดยระบุว่าถนนที่ใช้กริดภูมิเทคนิคมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถนนที่ไม่ได้ใช้กริดถึง 40–60% นอกจากนี้ ถนนที่ต้องการการซ่อมแซมบ่อยครั้งน้อยลงยังหมายความว่าเราไม่จำเป็นต้องนำวัสดุใหม่เข้ามาใช้งานซ้ำบ่อยครั้งนัก ลองพิจารณาดู: ทุกครั้งที่เราหลีกเลี่ยงการเทชั้นผิวจราจรเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่ง เราจะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการขุดหิน การผลิตแอสฟัลต์ และการขนส่งวัสดุเหล่านั้นทั่วประเทศ

การประหยัดวัสดุและพลังงานแฝงจากการใช้ผิวจราจรที่บางลงและเสริมแรงด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (Geogrid)

ลดความหนาของแอสฟัลต์และวัสดุกรวดหินโดยไม่ลดประสิทธิภาพในการใช้งาน

เมื่อถนนได้รับการเสริมความแข็งแรงด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (geogrids) วิศวกรสามารถลดความหนาของชั้นแอสฟัลต์และชั้นกรวดได้จริง โดยไม่ส่งผลเสียต่อคุณภาพของถนน ผลการศึกษาที่ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ PLAXIS 3D และยืนยันภายหลังผ่านการทดสอบในโลกจริง แสดงให้เห็นว่า การวางแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคไว้ภายในชั้นฐานแบบเกรนูลาร์ (granular base layer) ช่วยลดความหนาของชั้นแอสฟัลต์ได้ระหว่าง 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของดินหรือพื้นดินที่ใช้ในการก่อสร้างเป็นสำคัญ สาเหตุที่วิธีนี้ได้ผลดีมากคือ แผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคช่วยกระจายแรงกดลงบนพื้นผิวถนนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และลดการเคลื่อนตัวแบบข้าง (lateral movement) ของวัสดุในโครงสร้างถนน ซึ่งส่งผลให้เกิดหลุมบ่อบนผิวถนนน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป จากมุมมองด้านความยั่งยืน นักวิจัยพบว่าการออกแบบถนนที่มีความหนาน้อยลงนี้มีอายุการใช้งานเทียบเท่าถนนแบบทั่วไป แต่ประหยัดทรัพยากรธรรมชาติได้มาก เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุใหม่สำหรับโครงการก่อสร้างในปริมาณมาก

ใช้วัสดุรวม (aggregate) น้อยลงสูงสุดถึง 30% และลดคาร์บอนฝังตัว (embodied carbon) ลง (FHWA 2023)

เมื่อโครงข่ายภูมิเทคนิค (geogrids) ยึดติดกับชั้นดินและวัสดุกรวดหินอย่างแน่นหนาผ่านกลไกทางกายภาพ มันจะช่วยให้วิศวกรสามารถลดความหนาของชั้นฐาน (base course) ได้จริง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถประหยัดวัสดุกรวดหินโดยรวมได้ประมาณ 30% จากผลการศึกษาตลอดอายุการใช้งาน (lifecycle studies) พบว่า การประหยัดวัสดุดังกล่าวส่งผลให้ปริมาณคาร์บอนที่ปล่อยออกมารวมลดลงระหว่าง 6% ถึง 24% สำนักงานบริหารทางหลวงแห่งสหรัฐอเมริกา (Federal Highway Administration) ยืนยันข้อสรุปนี้ในรายงานล่าสุดปี 2023 ที่วิเคราะห์วัสดุภูมิเทคนิคที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งระบุว่ามีความจำเป็นลดลงในการทำเหมืองหิน (quarry operations) การขนส่งวัสดุหนักจำนวนมาก และพลังงานที่ใช้ในการอัดแน่นวัสดุทั้งหมด ซึ่งเหตุผลนี้ก็สมเหตุสมผลดีเมื่อพิจารณาโดยละเอียด

การยืนยันจากโลกแห่งความเป็นจริง: การวัดการประหยัดพลังงานและเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นจริงบนถนนที่ใช้โครงข่ายภูมิเทคนิค (geogrid roads)

ข้อมูลจากการทดสอบภาคสนามจริงยืนยันสิ่งที่หลายคนสงสัยเกี่ยวกับถนนที่เสริมด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิค (geogrid) ในแง่ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เมื่อพิจารณาช่วงทดลองที่ติดตั้งเครื่องมือวัดแล้ว มักพบว่ารถบรรทุกหนักใช้เชื้อเพลิงน้อยลงประมาณร้อยละ 5 ถึง 7 เมื่อเปรียบเทียบกับช่วงถนนปกติ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเพราะพื้นผิวที่มีความมั่นคงซึ่งสร้างขึ้นโดยการเสริมด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคลดแรงต้านการกลิ้ง (rolling resistance) ลง ผลประหยัดค่าเชื้อเพลิงจึงแปลงเป็นการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานโดยตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิบัติการโลจิสติกส์ที่คับคั่ง ซึ่งต้องวิ่งระยะทางหลายพันไมล์ต่อสัปดาห์ เมืองต่าง ๆ ที่เฝ้าสังเกตถนนสายหลักในเขตภูมิอากาศปานกลาง พบว่าถนนที่เสริมด้วยแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคมีสภาพพื้นผิวดีกว่าถนนมาตรฐานเฉลี่ยประมาณสามถึงห้าปี ซึ่งหมายความว่าทีมงานจะต้องเข้ามาดำเนินการปรับปรุงผิวจราจร (resurfacing) ที่มีค่าใช้จ่ายสูงน้อยลง น่าสนใจยิ่งไปกว่านั้นคือ ผลลัพธ์จากโลกแห่งความเป็นจริงสอดคล้องกับผลการศึกษาในห้องปฏิบัติการได้ค่อนข้างดี วิธีการกระจายแรงน้ำหนักผ่านชั้นของแผ่นตาข่ายภูมิเทคนิคสามารถลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นบริเวณจุดสัมผัสระหว่างยางรถกับพื้นผิวถนนได้จริง หลายเมืองที่เปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีนี้รายงานการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของรอยเท้าคาร์บอน (carbon footprint) ด้านการบำรุงรักษาถนนโดยรวม แสดงให้เห็นว่าการประหยัดพลังงานแบบนี้มีความเป็นไปได้จริงและสามารถขยายผลได้ในระดับชุมชนทั่วโลก

คำถามที่พบบ่อย

Geogrid คืออะไร?

Geogrid คือวัสดุประเภท geosynthetic ที่ใช้เสริมความแข็งแรงของดินและวัสดุที่คล้ายคลึงกัน โดยมักใช้เพื่อเพิ่มความมั่นคงให้กับผิวทาง (roadbed) ผ่านการกระจายแรงบรรทุกและป้องกันไม่ให้วัสดุเคลื่อนตัวออกไปในแนวข้าง

Geogrid ช่วยลดแรงต้านการกลิ้งได้อย่างไร?

Geogrid ช่วยเพิ่มความมั่นคงให้กับโครงสร้างฐานทาง (roadbase) ลดการเปลี่ยนรูปของผิวจราจร และกระจายแรงบรรทุกอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้ผิวทางเรียบเนียนขึ้นและสูญเสียพลังงานน้อยลงบริเวณที่ยางสัมผัสกับผิวทาง ซึ่งโดยรวมแล้วช่วยลดแรงต้านการกลิ้ง

Geogrid ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะหรือไม่?

ใช่ ถนนที่เสริมด้วย Geogrid ช่วยลดแรงต้านการกลิ้งและปรับปรุงการสัมผัสระหว่างยางกับผิวทาง ทำให้ยานพาหนะใช้เชื้อเพลิงน้อยลงประมาณร้อยละ 5 ถึง 7

Geogrid มีผลต่อต้นทุนการบำรุงรักษาถนนอย่างไร?

การเสริมความแข็งแรงด้วย Geogrid ช่วยยืดอายุการใช้งานของถนน ลดความถี่ของการทำผิวทางใหม่ และลดต้นทุนการบำรุงรักษา เนื่องจากลดความจำเป็นในการใช้วัสดุใหม่และการปฏิบัติงานของเครื่องจักร ซึ่งยังส่งผลให้ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย