นวัตกรรมต้นแบบเครื่องมือวัดกำลังรับน้ำหนักของถนนในท้องถิ่น

ถนน คือ หนึ่งปัจจัยหลักของการพัฒนาประเทศและมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับวิศวกรรม นับตั้งแต่การออกแบบ การก่อสร้าง การบริหารจัดการ หรือการควบคุมงาน  ปัจจุบันถนนลาดยางถูกสร้างขึ้นเป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะในท้องถิ่นต่าง ๆ  เพื่อรองรับปริมาณการจราจร ประกอบกับถนนลาดยางมีความเหมาะสมในหลายด้าน  ทั้งใช้งบประมาณการก่อสร้างต่ำ  สะดวกในการบำรุงรักษาหรือซ่อมแซมในภายหลัง  และมีความได้เปรียบในแง่ของคุณภาพการให้บริการในการขับขี่ เพราะโครงสร้างผิวทางเรียบ ไม่มีรอยต่อ มีสีเข้ม ไม่สะท้อนแสงมาก และยังมีความนุ่มนวลในการขับขี่

ขณะที่การบริหารจัดการให้สามารถใช้ถนนลาดยางอย่างเต็มประสิทธิภาพ ต้องอาศัยการออกแบบที่ดี การก่อสร้างที่เป็นไปตามมาตรฐาน การควบคุมน้ำหนักของประเภทรถบรรทุก และการประเมินสภาพผิวทาง ทั้งในแง่ความปลอดภัยและกำลังรับน้ำหนักซึ่งมีแนวโน้มเปลี่ยนแปลงไปตลอดอายุการใช้งาน  ทั้งนี้ตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบันได้มีความพยายามในการคิดค้นพัฒนาเครื่องมือและวิธีการประเมินหากำลังรับน้ำหนักของถนนลาดยางอย่างต่อเนื่อง  เดิมทีเครื่องมือที่นำมาใช้อย่างแพร่หลายในประเทศไทย คือ เบนเคลแมนบีม (Benkelman Beam หรือ BB) ซึ่งมีราคาประมาณ 150,000 – 300,000 บาท ต่อมาหน่วยงานหลักในประเทศด้านการทางก็ยกเลิกการใช้เครื่องมือนี้ เนื่องจากให้ผลทดสอบที่ไม่แน่นอน มีความล่าช้าในการทดสอบ  กีดขวางการจราจรและมีความเสี่ยงต่อชีวิตของผู้ปฏิบัติงาน เป็นต้น

ปัจจุบันมีการทดแทนด้วยเครื่องมือทดสอบที่ใช้เทคโนโลยีสูงกว่า เช่น เครื่องวัดค่าความยุบตัวจากตุ้มกระแทก (Falling Weight Deflectometer หรือ FWD) ซึ่งมีความแม่นยำและรวดเร็วสูงกว่า ไม่ต้องใช้รถบรรทุกจนกีดขวางการจราจร และปลอดภัยกับผู้ปฏิบัติงานมากกว่า และยังเหมาะกับการทดสอบถนนสายหลักที่มีปริมาณการจราจรสูง แต่เครื่อง FWD นี้ต้องนำเข้าจากต่างประเทศและมีราคาสูงมาก ประมาณ 15,000,000 – 20,000,000 บาท จึงทำให้มีใช้อยู่ในเพียงบางหน่วยงานหลักด้านการจราจรของประเทศไทยเท่านั้น และแทบจะไม่มีทางเป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้ที่จะสามารถจัดสรรงบประมาณให้หน่วยงานท้องถิ่นได้จัดหาเครื่องมือดังกล่าวไว้ใช้ประเมินสายทาง

ทั้งนี้ หากพิจารณาเฉพาะการทดสอบกำลังรับน้ำหนักของถนนลาดยางในท้องถิ่นแล้ว ข้อเสียเปรียบของเครื่องมือเบนเคลแมนบีมนั้นอาจจะลดน้อยลงอย่างมาก เนื่องจากถนนมีปริมาณจราจรน้อย (low-volume road) ทำให้ผิวทางมีความหนาไม่มาก แต่มีหลายงานวิจัยที่ผ่านมา พบว่า เครื่องมือเบนเคลแมนบีมแบบดั้งเดิมให้ค่าทดสอบที่มีความคลาดเคลื่อนสูง เนื่องจากการอ่านค่าด้วยตาเปล่าของผู้ปฏิบัติงาน และอ่านค่าการยุบตัวได้เพียงจุดเดียวไม่สามารถนำผลทดสอบมาวิเคราะห์ต่อเนื่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ดร.พุทธพล ทองอินทร์ดำ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์  มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี  พร้อมด้วยทีมวิจัย จึงมุ่งเน้นที่จะพัฒนาเครื่องมือเบนเคลแมนบีมให้สามารถก้าวข้ามปัญหาดังที่กล่าว เพื่อให้การนำไปใช้จริงมีประสิทธิภาพในการตรวจประเมินคุณภาพของถนนลาดยางในท้องถิ่น รวมไปถึงเป็นการผลิตเครื่องมือทดสอบแบบใหม่ที่มีต้นทุนต่ำ แต่ยังคงมีประสิทธิภาพอยู่ในเกณฑ์ดี  และลดการนำเข้าเครื่องมือจากต่างประเทศ การศึกษาวิจัยครั้งนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ

ดร.พุทธพล เปิดเผยว่า การพัฒนาเครื่องมือต้นแบบการวัดค่าการยุบตัวกึ่งอัตโนมัติ (Semi-Automatic Benkelman Beam) หรือเรียกย่อว่า SABB นี้ มีการพัฒนา 2 ส่วน  โดยส่วนที่ 1 พัฒนาต้นแบบอุปกรณ์ส่วนควบเพื่อใช้กับเบนเคลแมนบีมเชิงพาณิชย์ที่มีขายทั่วไป เพื่อนำผลมาใช้ในการปรับแก้ค่ายุบตัวเทียบกับอุณหภูมิมาตรฐาน พัฒนาระบบกำลังไฟฟ้าสำรองที่กะทัดรัด รวมทั้งการส่งผ่านข้อมูลผ่านระบบไร้สายเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์พกพา เพื่อลดขั้นตอนและระยะเวลาในการทดสอบ ซึ่งจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์วัดระยะแบบเส้นตรง อุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิ และกล่องควบคุม ทำให้สามารถอ่านค่าวัดได้อย่างรวดเร็ว ใช้ต้นทุนต่ำ และมีความถูกต้องอยู่ในเกณฑ์ที่รับได้

และส่วนที่ 2 พัฒนาต้นแบบโครงเครื่องมือเบนเคลแมนบีมกึ่งอัตโนมัติชุดสมบูรณ์ เพื่อออกแบบและสร้างโครงสร้างเครื่องมือใหม่ทั้งชุด เพื่อให้ตอบโจทย์ทั้งทางด้านขนาด น้ำหนัก ราคา และความสะดวกต่อการนำไปใช้จริง  ในเบื้องต้นใช้เหล็กและอลูมิเนียมเป็นวัสดุหลักในการออกแบบ โดยมีขนาดความยาวของคานส่วนหน้าและส่วนหลัง มีความยาว 210 และ 70 เซนติเมตร ตามลำดับ และเมื่อเทียบอัตราส่วนมีค่าเท่ากับ 3:1 จากนั้นได้สร้างเครื่องมือขึ้นตามที่ออกแบบ โดยใช้ท่อเหล็กขนาด ½ นิ้ว เป็นวัสดุหลักในการสร้างชุดเครื่องมือ และปรับเปลี่ยนวัสดุบางอย่างเป็นอลูมิเนียมเพื่อสะดวกต่อการขึ้นรูป ลดน้ำหนักของเครื่องมือ และเพื่อความทนทานในการใช้งาน  พร้อมทั้งติดรางเลื่อนสำหรับติดตั้งอุปกรณ์วัดค่าการยุบตัวที่ออกแบบขึ้นใหม่ให้มีความเหมาะสมกับเครื่องมือต้นแบบโดยเฉพาะ เมื่อประกอบเครื่องมือทั้งหมดเสร็จแล้วจะมีขนาดเท่ากับ 17.5 x 295.0 x 33.0 เซนติเมตร

จากการทดสอบเครื่องมือนี้บนถนนลาดยางจริงและพัฒนากระบวนการวิเคราะห์ผลทดสอบ พบว่า เครื่องมือนี้มีความละเอียดถูกต้องโดยรวมค่อนข้างดี โดยค่า R² จากการสอบเทียบมีค่าดีกว่า 0.95 และมีความคลาดเคลื่อนโดยเฉลี่ยน้อยกว่า 12 ไมครอน ความละเอียดถูกต้องของเซ็นเซอร์วัดค่าการยุบตัวในกรณีเปลี่ยนระยะวัดค่าออฟเซ็ทตามแนวรัศมีอยู่ในเกณฑ์พอใช้ โดยจากการทดสอบจาก 4 ระบบ พบว่ามีความเบี่ยงเบนมาตรฐานโดยเฉลี่ยเท่ากับ 0.015 มิลลิเมตร และการหาค่าการแอ่นตัวประสิทธิผลของโครงสร้างผิวทางจากผลทดสอบของเครื่องมือต้นแบบสามารถใช้ระบบสมการเชิงเส้นอย่างง่ายในการคำนวณและสามารถปรับใช้ได้โดยง่ายด้วยโปรแกรมคำนวณแบบ Spreadsheet ทั่วไป

ในอนาคตต่อจากนี้ ทีมวิจัยมุ่งหวังที่จะให้มีการศึกษาวิจัยต่อยอดเพื่อพัฒนาเครื่องมือต้นแบบนี้ให้เกิดผลประโยชน์ต่อการนำไปใช้ในการประเมินกำลังรับน้ำหนักของถนนลาดยางในท้องถิ่นที่เปิดใช้บริการแล้ว รวมทั้งสามารถประยุกต์ใช้ในสถานการณ์ต่าง ๆ ทางวิศวกรรมการทางต่อไป เช่น ใช้ควบคุมคุณภาพการก่อสร้าง  ดร.พุทธพล  กล่าว

นวัตกรรมต้นแบบเครื่องมือวัดการแอ่นตัวของถนนนี้ ตอบโจทย์ของการจัดหาเครื่องมือของหน่วยงานท้องถิ่นเกี่ยวกับการทางอย่างยิ่ง เพราะใช้งบประมาณน้อย มีต้นทุนต่อเครื่องโดยประมาณ 300,000 บาทเท่านั้น ผู้สนใจสามารถขอข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มทร.ธัญบุรี หรือโทร. 02 549 4697

อลงกรณ์  รัตตะเวทิน

นักประชาสัมพันธ์

กองประชาสัมพันธ์ มทร.ธัญบุรี