В дороге вы, вероятно, больше думаете о пункте назначения, чем о тротуаре, по которому едете. Но строительство дорог требует множества инженерных подвигов: от разработки подходящих материалов для дорожного покрытия до использования тяжелой техники для его укладки. Чем лучше они построены, тем дольше служат дороги и тем меньше задержек на строительстве приходится терпеть водителям.

Я инженер, который занимается исследованием материалов, используемых в дорогах. Ученые в моей области работают над разработкой материалов, которые сделают дороги прочнее и прослужат дольше.

Дорожные материалы

Итак, из чего на самом деле состоят дороги? Простой ответ заключается в том, что они сделаны из типичных строительных материалов, таких как заполнители — почвы и камни, а также асфальтового вяжущего и портландцемента , которые действуют как клей, скрепляя все это вместе.

Асфальтовое вяжущее получают из сырой нефти . Из сырой нефти нефтепереработчики сначала извлекают бензин, керосин и нефть, а то, что остается на дне, становится асфальтом. Портландцемент производится с использованием нескольких различных ингредиентов, включая известняк, песок, глину, кремнезем и глинозем.

Инженеры уплотняют смесь асфальтового вяжущего и заполнителей при повышенной температуре, около 300°F (150°C), в результате чего заполнители склеиваются в конечный продукт, называемый асфальтобетоном .

Если для склеивания заполнителей используется портландцемент, а не асфальтовое вяжущее, инженеры отверждают смесь цемента и заполнителей водой посредством процесса, называемого гидратацией .

Гидратация связывает цемент с заполнителями, делая продукт, называемый портландцементным бетоном, более прочным. При этом процессе внешний нагрев не требуется.

Структура дорожного покрытия

Структура асфальтобетонного покрытия обычно состоит из трех основных слоев: базового слоя, промежуточного слоя и поверхностного слоя.

Инженеры называют существующую площадку, где проходит тротуар, земляным полотном . Поверх земляного полотна укладывается новый слой несвязанной почвы и камня, где заполнители не склеены между собой. Это называется подбазой или несвязанной совокупной базой.

Базовый слой может состоять либо из камней, упакованных вместе без какого-либо связующего вещества, либо из комбинации камня и асфальтового вяжущего.

После того, как строители дороги построили основание, пришло время возводить слои асфальтобетона: базовый слой, промежуточный слой и верхний слой. Все эти слои содержат заполнители — куски камня и песка, — склеенные тем или иным образом асфальтовым вяжущим.

Инженеры определяют, сколько слоев нужно построить и какой толщины должен быть каждый слой, определяя, какой объем трафика будет проезжать по дороге. Чем больше трафика, тем толще должно быть тротуар. Например, на автомагистралях между штатами глубина слоев может составлять 20 дюймов (51 сантиметр) и более.

Строим прочную дорогу

Дорожники укладывают материал на дорогу с помощью асфальтоукладчика, называемого асфальтоукладчиком. Оператор управляет асфальтоукладчиком, который забирает материалы из грузовика и укладывает их на дорогу. После этого мощные катки уплотняют его, укрепляют и подготавливают к транспортировке.

Чтобы дорога была прочной и долговечной, инженеры сначала выбирают лучшее земляное полотно или место, поверх которого можно построить тротуар. Если земляное полотно слишком слабое, дорога может треснуть и разрушиться, даже если для покрытия использованы лучшие материалы.

Сначала дорожники используют катки для уплотнения земляного полотна. После уплотнения земляного полотна они кладут каменные заполнители прямо на земляное полотно и уплотняют их. Это заполнительное основание земляного полотна обеспечивает прочную основу для слоев асфальта.

Если строители дороги не используют подходящие материалы, неправильно их соединяют или не проектируют конструкцию покрытия с учетом ожидаемого движения транспорта, дорога может треснуть, образовать колеи и выйти из строя .

Растрескивание происходит либо при экстремально низких температурах, либо в результате неоднократного проезда по дороге тяжелых грузовиков и автобусов. Колейность, то есть заметные вмятины на поверхности дороги, возникает в основном во время летней жары под тяжелыми грузовиками или на перекрестках дорог.

Выбоины — большая дорожная проблема, с которой вы, вероятно, уже сталкивались. Они часто появляются весной после того, как вода, попавшая в тротуар, замерзает зимой, а затем тает весной. Этот процесс плавления ослабляет дорогу, делая ее более хрупкой. Затем, когда по нему проезжают транспортные средства, они могут образовывать выбоины.

Прежде чем построить дорогу, материалы проходят испытания в лаборатории, чтобы убедиться, что они выдерживают нагрузки от дорожного движения и окружающей среды.

Инженеры лаборатории подвергают материалы дорожного покрытия воздействию как низких, так и очень высоких температур, чтобы убедиться, что они выдержат любую погоду. Они также подвергают материалы дорожного покрытия воздействию воды, чтобы гарантировать, что материалы не развалятся в случае дождя или наводнения.