Geotechnical Characterisation of Subgrade and Sub-Base Materials for Road Pavement Design in Kasese District, Western Uganda

道路は単なるアスファルトの帯ではありません。それは、土という生きている、呼吸する基礎の上に築かれた複雑な構造物なのです。土木工学の世界では、道路の真下にある地面は「路床（subgrade）」と呼ばれ、その直上に置かれる材料の層は「路盤（sub-base）」と呼ばれます。これらの層は舗装システム全体の基盤として機能し、車両の重い荷重を分散させて、路面がひび割れたり沈下したりするのを防ぎます。しかし、大地は一様ではありません。乾燥して強い場所もあれば、湿っていて柔らかく、水に浸かると膨張しやすい場所もあります。もしエンジニアが地元の土壌の特定の挙動を理解せずに道路を建設すれば、道路は早期に崩壊し、絶え間ない高価な修理を必要とする、でこぼこで危険な道へと変わってしまうでしょう。これは、降雨量が多く季節的な洪水に見舞われる地域において特に重要であり、そこでは水が固い地面を弱く不安定な泥状に変えてしまうことがあります。

ウガンダ西部のカセセ地区では、研究チームがこの活気ある地域を結ぶ道路の真下に正確には何があるのかを理解するために調査を行いました。カセセは、近くのルウェンゾリ山脈やクイーン・エリザベス国立公園への観光客を呼び込むとともに、鉱業やコンゴ民主共和国との国境を越えた貿易の重要な回廊としても機能している活動の拠点です。その重要性にもかかわらず、ここでの道路は頻繁に早期故障に見舞われています。この地区は多量の降雨があり、ナムバンバ川やムブク川のような河川による洪水が発生しやすく、それらがしばしば道路の基礎を冠水させます。これを解決するために、研究者たちは推測や一般的な仮定を超えた対策を必要としました。彼らは、地元の環境に耐えうる道路を設計するための明確な科学的根拠に基づいたガイドを提供することを目指し、土壌のプロファイルをマッピングし、その強度を測定するための詳細な調査を実施しました。

チームはまず、地区内に30箇所のテストホールを掘り、深さ2メートルまで到達することで、地表の下にどのような材料が横たわっているのかを確認することから始めました。彼らは一定の間隔で土壌サンプルを採取し、研究所に持ち込んで一連の試験を行いました。これらの試験では、土壌がどれだけの水を保持できるか、その重さはどのくらいか、そして押しつぶされたり浸水したりしたときにどのように振る舞うかを測定しました。また、粒子のサイズも調査し、細かい粘土、シルト、砂、礫を区別しました。このプロセスにより、地面の組成に関する明確なイメージを構築することができました。彼らは、地表から約0.45メートルの深さまでの最上層が、暗褐色の有機粘土で構成されていることを見出しました。この層は柔らかすぎて不安定なため、道路建設には適していません。0.45メートルから1.2メートルの間には、低〜中程度の可塑性を持つシルト質粘土の層がありました。最後に、1.2メートルから2.0メートルの深さでは、土壌は水はけの良い、礫が混じった不均等な砂へと変化しました。

これらの材料の分析により、路面を直接支える層である路床に関する懸念すべき詳細が明らかになりました。この地域の土壌は主にシルト質粘土であり、驚くほど高い自然含水率（平均28.1パーセント）を保持しています。安定した道路建設のために、エンジニアは通常、5〜15パーセントの含水率を好みます。土壌が非常に湿っているため、理想よりも強度が低くなっています。研究者たちは標準的な工学システムを用いて土壌を分類し、62パーセントのサンプルが「不良〜普通」と判定されました。これは、助けなしでは重交通を支えるのが困難であることを意味します。 「良好〜優良」と判定されたのはわずか38パーセントでした。この弱さの主な要因は、膨張性粘土の存在です。これらは水を吸収すると著しく膨張し、乾燥すると収縮する土壌であり、地面にひび割れや隆起を引き起こします。調査の結果、土壌の膨張能はかなり高く、一部のサンプルでは、その上に直接建設された道路を容易に損傷させる可能性のある膨張性を示しました。

地面が実際にどの程度の強度を持っているかを測定するために、チームはカリフォルニア貫入比（CBR）と呼ばれる、土壌が破壊される前にどの程度の圧力を受けることができるかをシミュレートする試験を行いました。彼らは、自然の状態と、洪水の状況を模して48時間浸水させた状態の両方で土壌をテストしました。結果は、浸水した土壌は非常に弱く、強度の値は5パーセントから32パーセントの範囲にあり、平均はわずか8.6パーセントでした。これは未舗装路に通常求められる閾値を大きく下回っており、介入が行われなければ、車両の重みの下で道路が沈下したり轍（わだち）ができたりする可能性が高いことを示しています。研究者たちは地面の剛性も計算しましたが、比較的柔らかいことが判明し、これは堅牢な設計の必要性をさらに裏付けています。

しかし、物語は弱さだけではありません。チームは、弱い路床の上に置かれ、荷重を分散させるための層である路盤に使用できる材料についても調査しました。彼らはキレンベやヒマなどのエリアにある承認済みの採取地から土壌を調べました。これらの材料は、砂に加えていくらかの礫と適度な量の微粒子で構成されており、道路建設用として「優良〜良好」に分類されました。テストの結果、これらの材料は浸水状態で18〜42パーセントの強度を示し、路盤としての最低要件を満たしていました。しかし、これらの優れた材料にも脆弱性がありました。浸水すると、強度が12〜58パーセント減少したのです。これは、たとえ最高の現地の材料であっても、水が長時間滞留することを許せば失敗するという重要な点を浮き彫りにしています。

これらの知見に基づき、研究者たちは将来の道路に向けた具体的な設計を提案しました。彼らは、350〜400ミリメートルの全舗装厚を推奨しました。この構造には、最上部の薄いアスファルト層、それに続く厚い砕石層、そしてより優れた現地材料で作られた粒状の路盤が含まれます。極めて重要な点として、彼らは最上部の0.45メートルの有機土壌を完全に除去し、安定した基礎の上に道路が位置するように、選定された埋戻し層（selected fill layer）に置き換えるよう助言しました。高い降雨量と洪水のリスクに対処するため、設計は排水を重視しています。路盤は、水が捕捉されるのではなく、速やかに流れることができる粗い粒状材料で作られるべきです。研究者たちはまた、水が道路の基礎から離れるように、エッジドレーン（側溝）や横断カルバートを一定の間隔で設置することも提案しました。土壌が柔らかすぎる、あるいは膨張しやすい最も脆弱な箇所については、地面を強化し膨張傾向を抑えるために、石灰やセメントによる土壌改良を行うことを推奨しました。

本研究は、カセセ地区の道路が過去に失敗したのは、努力が足りなかったからではなく、現地の土壌に関する具体的な知識が欠けていたためであると結論付けています。研究者たちは、地面の詳細な特性を明らかにすることで、明確な進むべき道を示しました。データは、自然の地面はしばしば直接道路を支えるには弱すぎ、湿りすぎているものの、適切な厚み、排水、および材料の選択を組み合わせることで管理可能であることを示しています。より厚い舗装と粗い粒状層、そして強化された排水システムを使用するという推奨されるアプローチは、この地域の洪水問題に対する実用的な解決策を提供します。この取り組みは、将来の道路が、自らが立っている地面を理解した基礎の上に築かれることを保証し、西ウガンダの人々にとって、より安全で長持ちするインフラへとつながっていくのです。