An Experimental Study on the Stabilization of Sub-Base Layers & Design of Flexible Pavement as per Irc-37 2018 Guidelines

हर सड़क की शुरुआत उसके नीचे की जमीन से होती है। बुनियादी ढांचे के निर्माण के विज्ञान में, इंजीनियरों को उस मिट्टी को समझना चाहिए जिस पर वे काम कर रहे हैं, क्योंकि सभी मिट्टी एक समान नहीं होती। कुछ मिट्टी मजबूत और स्थिर होती है, जो भारी ट्रकों के वजन और यातायात के निरंतर प्रवाह को सहने के लिए तैयार होती है। अन्य मिट्टी कमजोर होती है, जो गीली होने पर फूलने और सूखने पर सिकुड़ने की प्रवृत्ति रखती है, जिससे वाहन के दबाव के प्रति बहुत कम प्रतिरोध मिलता है। जब ऐसी अस्थिर जमीन पर सड़क बनाई जाती है, तो उसके ऊपर का पक्का मार्ग (पेवमेंट) समय से पहले दरारें खाने, गड्ढे बनने और विफल होने के लिए ही नियत होता है। इसे ठीक करने के लिए, इंजीनियर 'स्थिरीकरण' (स्टेबिलाइजेशन) नामक एक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, जहाँ वे कमजोर मिट्टी को अन्य सामग्रियों के साथ मिलाते हैं ताकि उसे एक ठोस आधार में बदला जा सके। पारंपरिक रूप से, यह बड़ी मात्रा में सीमेंट या चूने के साथ किया जाता रहा है, लेकिन ये विधियाँ महंगी और पर्यावरण के लिए भारी हो सकती हैं। एक नया दृष्टिकोण विशेष रासायनिक योजकों (एडिटिव्स) का उपयोग करना है जो बहुत कम सामग्री के साथ मिट्टी के कणों को आपस में बांध देते हैं, जिससे कम लागत में और कम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ मजबूत सड़कें बनाने का मार्ग प्रशस्त होता है।

कर्नाटक क्षेत्र, भारत में पाई जाने वाली लाल मिट्टी पर केंद्रित एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के उद्देश्य से शोध किया कि क्या एक विशिष्ट व्यावसायिक रासायनिक स्टेबलाइजर कमजोर, चिकनी मिट्टी वाली जमीन को लचीले पेवमेंट्स (फ्लेक्सिबल पेवमेंट्स) के लिए एक विश्वसनीय आधार में बदल सकता है। लचीले पेवमेंट्स सबसे आम प्रकार की सड़क सतह हैं, जो डामर (एस्फाल्ट) और एग्रीगेट की परतों से बनी होती हैं जो भार के तहत एक कठोर स्लैब की तरह कार्य करने के बजाय थोड़ा मुड़ सकती हैं। टीम ने स्थानीय लाल मिट्टी का लक्षण वर्णन (कैरेक्टराइजेशन) करके शुरुआत की, जिसमें उन्होंने पाया कि यह अत्यधिक प्लास्टिक और कमजोर है। अपनी प्राकृतिक अवस्था में, यह मिट्टी सड़क का भार नहीं उठा सकती थी; गीली होने पर यह अपना आकार बनाए रखने में विफल रही और दबाव पड़ने पर बिखर गई। इसके बाद शोधकर्ताओं ने प्रयोगों की एक श्रृंखला शुरू की, जिसमें उन्होंने मिट्टी को वर्गीकृत एग्रीगेट्स, सीमेंट और रासायनिक स्टेबलाइजर की विभिन्न मात्राओं के साथ मिलाकर एक आदर्श मिश्रण खोजने का प्रयास किया। वे एक ऐसे मिश्रण की तलाश में थे जो घना, मजबूत और टिकाऊ हो, ताकि वर्षों के यातायात और मौसम का सामना बिना टूटे कर सके।

शोधकर्ताओं ने कई अलग-अलग संयोजनों का परीक्षण किया, जिसमें मिट्टी से पत्थर के अनुपात और उपयोग किए गए सीमेंट एवं रासायनिक योजकों की मात्रा को समायोजित किया गया। उन्होंने पाया कि एक विशिष्ट मिश्रण सबसे अच्छा काम करता है: स्थानीय लाल मिट्टी का सत्तर प्रतिशत और वर्गीकृत एग्रीगेट्स का तीस प्रतिशत, जिसे तीन प्रतिशत सीमेंट और रासायनिक स्टेबलाइजर की एक सटीक खुराक के साथ उपचारित किया गया था। जब उन्होंने नियंत्रित वातावरण में इन नमूनों को सुखाया (क्योरिंग), तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। उपचारित मिट्टी अनुपचारित संस्करण की तुलना में काफी घनी और बहुत अधिक मजबूत हो गई। अट्ठाईस दिनों की क्योरिंग के बाद, इस मिश्रण ने संपीड़न शक्ति (कंप्रेसिव स्ट्रेंथ) प्राप्त की जो सड़क निर्माण में उप-आधार (सब-बेस) परत के रूप में उपयोग के लिए सख्त आवश्यकताओं को पूरा करती है। महत्वपूर्ण रूप से, रासायनिक योजकों ने मिट्टी को पानी के हानिकारक प्रभावों का प्रतिरोध करने में मदद की। जब शोधकर्ताओं ने कठोर मौसम का अनुकरण करने के लिए नमूनों को बार-बार भिगोने और सुखाने के चक्रों के अधीन किया, तो उपचारित मिट्टी ने अपने द्रव्यमान का बहुत कम नुकसान किया और अपनी अधिकांश शक्ति बनाए रखी, जबकि अनुपचारित मिट्टी पूरी तरह से नष्ट हो जाती।

एक स्थिर सामग्री हाथ में आने के बाद, टीम एक पूर्ण सड़क संरचना को डिजाइन करने की ओर बढ़ी। उन्होंने एक पारंपरिक सड़क डिजाइन की तुलना किया, जो भार को फैलाने के लिए कुचले हुए पत्थर और बजरी की मोटी परतों पर निर्भर करता है, बनाम एक नए डिजाइन के साथ जिसने उन भारी परतों को उनके अनुकूलित, रासायनिक रूप से उपचारित मिट्टी से बदल दिया। भारी ट्रकों के वजन के तहत सड़क कैसे व्यवहार करेगी, इसका मॉडल बनाने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि नया डिजाइन न केवल सुरक्षित था बल्कि कई मायनों में श्रेष्ठ भी था। उपचारित मिट्टी की परत यातायात के भार को वहन करने के लिए पर्याप्त मजबूत थी, जिससे इंजीनियरों को सड़क की कुल संरचना की मोटाई को एक तिहाई से अधिक कम करने की अनुमति मिली। सामग्री की इस कमी का अर्थ था कि नई सड़क के लिए कम खुदाई, भारी एग्रीगेट्स के परिवहन में कमी और सतह की परतों के लिए कम बिटुमेन (डामर) की आवश्यकता थी।

अंतिम विश्लेषण ने आर्थिक पक्ष को देखा। शोधकर्ताओं ने पारंपरिक पद्धति का उपयोग करके एक किलोमीटर लंबी दो-लेन वाली सड़क बनाने की लागत की तुलना अपनी नई तकनीक से की। उन्होंने पाया कि उपचारित मिट्टी के मिश्रण का उपयोग करके, प्रारंभिक निर्माण लागत में लगभग तेरह प्रतिशत की गिरावट आई, जिससे प्रत्येक निर्मित किलोमीटर के लिए काफी पैसा बचा। यह बचत आयातित पत्थर को लाने के बजाय सस्ती स्थानीय मिट्टी का उपयोग करने और आवश्यक सामग्रियों के समग्र आयतन को कम करने से हुई। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि यह दृष्टिकोण कमजोर, चिकनी उप-सतह (सबग्रेड) पर सड़कें बनाने के लिए एक व्यवहार्य, टिकाऊ और किफायती विकल्प प्रदान करता है। एक समस्याग्रस्त स्थानीय संसाधन को उच्च प्रदर्शन वाली निर्माण सामग्री में बदलकर, शोधकर्ताओं ने अधिक टिकाऊ और सस्ती बुनियादी ढांचा विकास की दिशा में एक मार्ग प्रदर्शित किया।