ข้อที่: 1
โจทย์: จงหาจำนวนรถบรรทุกที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างทาง
ตลอดอายุการใช้งาน 7 ปี โดยรถบรรทุกมีอัตราการเพิ่มขึ้น
5 % คงที่ทุกปี (Growth Factor = 8.14 ) กำหนดให้ในปีแรก
คาดว่าจะมีจำนวนรถทั้งหมดทุกประเภทวันละ
ADT = 20,000 คัน/วัน Directional Value = 60 %
จำนวนรถบรรทุกคิดเป็น 15 % ของรถทั้งหมด และรถบรรทุก
จำนวน 90 % วิ่งอยู่ในช่องทางที่ใช้ออกแบบ
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 1.3 x 104 คัน
คำตอบ 2: 3.2 x 106 คัน
คำตอบ 3: 4.8 x 106 คัน
คำตอบ 4: 8.0 x 106 คัน
อธิบายคำตอบ:
การคำนวณจำนวนรถบรรทุกในปีแรก = จำนวนวันใน 1 ปี x ADT x Directional Value x จำนวนรถบรรทุกทั้งหมด x จำนวนรถบรรทุกที่วิ่งอยู่ในช่องทางที่ใช้ออกแบบ
จำนวนรถบรรทุกในปีแรก = 365 x 20,000 x 0.60 x 0.15 x 0.90
= 591,300 คัน
การคำนวณจำนวนรถบรรทุกตลอดอายุออกแบบ = จำนวนรถบรรทุกในปีแรก x Growth Factor
จำนวนรถบรรทุกตลอดอายุออกแบบ = 591,300 x 8.14
= 4,813,182 คัน
= 4.8x106 คัน
วันเสาร์ที่ 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2554
ข้อ 2
ข้อที่: 2
โจทย์: จงหาปริมาณของเหล็กตะแกรงตามความยาวของผิวทาง
คอนกรีตขนาด 2 ช่องทาง แผ่นคอนกรีตหนา 20 cm.
ความกว้างของแต่ละช่องทางเท่ากับ 3.50 m. ระยะห่าง
ระหว่างรอยต่อ15 m. กำหนดให้ใช้เหล็กตะแกรงสำเร็จรูป
fs = 2,700 ksc ความหนาแน่นคอนกรีต = 2400 kg/m3
และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน, f มีค่า 1.50
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 4.0 cm2/m
คำตอบ 2: 2.0 cm2/m
คำตอบ 3: 1.5 cm2/m
คำตอบ 4: 1.0 cm2/m
อธิบายคำตอบ:
โจทย์: จงหาปริมาณของเหล็กตะแกรงตามความยาวของผิวทาง
คอนกรีตขนาด 2 ช่องทาง แผ่นคอนกรีตหนา 20 cm.
ความกว้างของแต่ละช่องทางเท่ากับ 3.50 m. ระยะห่าง
ระหว่างรอยต่อ15 m. กำหนดให้ใช้เหล็กตะแกรงสำเร็จรูป
fs = 2,700 ksc ความหนาแน่นคอนกรีต = 2400 kg/m3
และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน, f มีค่า 1.50
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 4.0 cm2/m
คำตอบ 2: 2.0 cm2/m
คำตอบ 3: 1.5 cm2/m
คำตอบ 4: 1.0 cm2/m
อธิบายคำตอบ:
ข้อ 3
ข้อที่: 3
โจทย์: ข้อมูลด้านการจราจรที่นำมาใช้ในการออกแบบความหนา
ของถนนลาดยางของกรมทางหลวงคือข้อใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Initial Daily Traffic
คำตอบ 2: Traffic Signalization
คำตอบ 3: Hourly Traffic
คำตอบ 4: Critical Lane Volume
อธิบายคำตอบ:
โครงสร้างถนนลาดยางสามารถออกแบบได้หลากหลายวิธี โดยสามารถแบ่งอย่างกว้างๆ ได้ 2 ประเภท คือ การออกแบบเชิงประสบการณ์ และการออกแบบเชิงวิเคราะห์ การออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางตามวิธีของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 (ค.ศ. 1970) นี้เป็นวิธีเชิงประสบการณ์วิธีหนึ่ง ซึ่งกรมทางหลวงได้เลือกใช้ออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางในประเทศไทยมายาว นานกว่า 25 ปี เพราะสามารถออกแบบได้สะดวก รวดเร็ว และต้องการ การทดสอบวัสดุที่ไม่ยุ่งยากมากนัก ดังนั้นคู่มือฉบับนี้จึงจัดทำขึ้นเพื่อให้ผู้ที่สนใจ และเจ้าหน้าที่ผู้รับผิดชอบในการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางเข้าใจตรงกันถึงหลักการและกระบวนการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางในประเทศไทย และให้สามารถออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางได้อย่างมั่นใจ
หลักการออกแบบ
การออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางโดยวิธี ของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 เป็นวิธีเชิงประสบการณ์ ซึ่งนำเอาข้อมูลจากผลการทดลองในถนนทดสอบ AASHTO Road Test, WASHO Road Test, British Road Test, และประสบการณ์จากงานจริง มาสร้างเป็นความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรต่างๆ กับ ความหนาของชั้นพื้นทางที่ต้องการ โดยวัสดุในชั้นพื้นทางที่ได้ตามความสัมพันธ์นี้จะเป็น Asphalt ทั้งหมด หรือที่เรียกว่า Full-Depth Asphalt Thickness (TA) อย่างไรก็ตาม ราคาค่าก่อสร้าง Full-Depth Asphalt Pavement ค่อนข้างสูงมาก และไม่สามารถเลือกใช้วัสดุท้องถิ่นได้อย่างเต็มที่ ดังนั้น Asphalt Institute จึงได้กำหนดค่าคงที่มาจำนวนหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า Substitution Ratio เพื่อใช้แปลงความหนาของวัสดุทดแทนอื่นให้เป็นความหนาของชั้น Asphalt ทำให้ผู้ออกแบบสามารถเลือกใช้วัสดุอื่นที่ถูกกว่าทดแทนและสามารถกำหนดให้โครงสร้างถนนลาดยางให้มีลักษณะเป็นชั้นๆได้ จากการศึกษาพบว่า ขนาดหน่วยแรงอัดในแนวดิ่งที่เกิดในโครงสร้างชั้นทางจะมีการเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับความลึก ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยหน่วยแรงอัดในแนวดิ่งดังกล่าวจะมีความเข้มข้นสูงบริเวณที่ใกล้กับผิวจราจร และจะลดน้อยลงตามลำดับเมื่อระดับความลึกมากขึ้น ดังนั้นหากต้องการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางให้คุ้มค่าจึงมักออกแบบใช้วัสดุที่มีคุณภาพดีที่สุดไว้ใกล้กับผิวจราจร และวัสดุที่มีคุณภาพรองลงมาให้ใช้ในชั้นลึกลงไป
องค์ประกอบข้อมูลในการออกแบบ
องค์ประกอบข้อมูลพื้นฐานในการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางตามวิธีของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 ประกอบด้วย ปริมาณการจราจร และ ความแข็งแรงของดินฐานราก ปริมาณการจราจรจัดให้อยู่ในรูปของ Design Traffic Number (DTN) และความแข็งแรงของดินฐานรากให้อยู่ในรูปของค่า CBR, Plate Bearing k-value,หรือ ค่า R-value ค่าใดค่าหนึ่ง องค์ประกอบข้อมูลทั้งสองนี้จะกล่าวอย่างละเอียดในบทที่ 2 และบทที่ 3 ตามลำดับ นอกจากนั้นอัตราส่วนความแข็งแรงของวัสดุต่างๆ ในโครงสร้างชั้นทาง (Substitution Ratios) ก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่สำคัญ ที่ใช้ในการแปลงความหนาของ Full Depth Asphalt Pavement ให้เป็นถนนที่มีโครงสร้างทางเป็นชั้นๆ โดย Substitution Ratios จะกล่าวในส่วนของการแปลงความหนาโครงสร้างชั้นทางในบทที่ 4
ปริมาณการจราจร
ปริมาณการจราจรที่ใช้ในการออกแบบตามวิธี Asphalt Institute ฉบับที่ 8 จะอยู่ในรูปของ Design Traffic Number (DTN) โดยค่า DTN นั้นหมายถึง จำนวนเที่ยวเฉลี่ยต่อวัน ของจำนวนรถที่มีน้ำหนักเพลามาตรฐานเท่ากับ 18,000 ปอนด์ (Equivalent Single Axle Loads, ESAL) ที่แปลงมาจากจำนวนรถที่มีชนิดและน้ำหนักเพลาต่างๆกัน ซึ่งคาดว่าจะมาใช้ในช่องจราจรที่ออกแบบตลอดช่วงระยะเวลาที่ออกแบบ การประมาณค่าของ DTN ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัวด้วยกัน เช่น ระยะเวลาออกแบบ จำนวนรถบรรทุกหนัก อัตราการเพิ่มของรถบรรทุก ฯลฯ ดังนั้นเพื่อให้ทำความเข้าใจในการหาค่า DTN ง่ายยิ่งขึ้นจึงขอให้คำจำกัดความของตัวแปรต่างๆ ที่จำเป็นต้องทราบดังนี้ Equivalent 18,000-Pound Single-Axle Loads (ESAL) คือ จำนวนเที่ยวของน้ำหนักเพลาเดี่ยวมาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ที่เปรียบเทียบแปลงมาจากจำนวนเที่ยวของน้ำหนักเพลาที่มีขนาดและชนิดต่างๆ กัน โดยที่น้ำหนักเหล่านี้จะมีผลกระทบต่อความเสียหายของโครงสร้างชั้นทางเท่ากัน
Design Lane คือ ช่องจราจรที่มี จำนวน ESAL มากที่สุด โดยปกติแล้ว Design Lane คือ ช่องทางใดช่องทางหนึ่งในถนน 2 ช่องจราจร แต่ถ้าเป็นถนนที่มีช่องจราจรมากกว่า 2 ช่อง มักจะกำหนดช่องซ้ายสุดเป็น Design Lane เนื่องจากในประเทศไทย ช่องซ้ายสุดเป็นช่องจราจรที่รถหนักแล่นผ่านมากที่สุด
Design Period คือ จำนวนปีนับตั้งแต่เปิดจราจรจนถึงปีที่คาดว่าจะต้องปรับปรุงบูรณะโครงสร้างชั้นทางเพื่อให้ถนนใช้การได้ดีอีกครั้ง ผู้ออกแบบไม่ควรสับสนว่า Design Period นี้คือ
Pavement Life เนื่องจาก Pavement Life นั้นจะไม่สิ้นสุดหากว่ามีการปรับปรุงหรือบูรณะโครงสร้าง แต่ Pavement Life จะหมดไปเมื่อคันทางหมดสภาพไปแล้วหรือ แนวคันทางเปลี่ยนไปเท่านั้น
Initial Daily Traffic (IDT) คือ จำนวนของรถทุกชนิดที่คาดว่าจะมาใช้ถนนในปีแรกที่เปิดการจราจร เฉลี่ยต่อวันทั้งสองทิศทาง ค่า IDT ที่ใช้ในปัจจุบันได้จากการสำรวจปริมาณการจราจรและเก็บสถิติเป็นระยะเวลานาน สามารถค้นหาข้อมูลนี้ได้จากกองวิศวกรรมจราจร กรมทางหลวง 4
Initial Traffic Number (ITN) จำนวนเที่ยว เฉลี่ยต่อวันของ ESAL ซึ่งคาดว่าจะมาใช้ Design Lane ในช่วงปีแรกที่เปิดการจราจร
Design Traffic Number (DTN) คือ จำนวนเที่ยวเฉลี่ยต่อวันของ ESAL ที่คาดว่าจะมาใช้ Design Lane ตลอดช่วงระยะเวลา Design Period
โจทย์: ข้อมูลด้านการจราจรที่นำมาใช้ในการออกแบบความหนา
ของถนนลาดยางของกรมทางหลวงคือข้อใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Initial Daily Traffic
คำตอบ 2: Traffic Signalization
คำตอบ 3: Hourly Traffic
คำตอบ 4: Critical Lane Volume
อธิบายคำตอบ:
โครงสร้างถนนลาดยางสามารถออกแบบได้หลากหลายวิธี โดยสามารถแบ่งอย่างกว้างๆ ได้ 2 ประเภท คือ การออกแบบเชิงประสบการณ์ และการออกแบบเชิงวิเคราะห์ การออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางตามวิธีของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 (ค.ศ. 1970) นี้เป็นวิธีเชิงประสบการณ์วิธีหนึ่ง ซึ่งกรมทางหลวงได้เลือกใช้ออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางในประเทศไทยมายาว นานกว่า 25 ปี เพราะสามารถออกแบบได้สะดวก รวดเร็ว และต้องการ การทดสอบวัสดุที่ไม่ยุ่งยากมากนัก ดังนั้นคู่มือฉบับนี้จึงจัดทำขึ้นเพื่อให้ผู้ที่สนใจ และเจ้าหน้าที่ผู้รับผิดชอบในการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางเข้าใจตรงกันถึงหลักการและกระบวนการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางในประเทศไทย และให้สามารถออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางได้อย่างมั่นใจ
หลักการออกแบบ
การออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางโดยวิธี ของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 เป็นวิธีเชิงประสบการณ์ ซึ่งนำเอาข้อมูลจากผลการทดลองในถนนทดสอบ AASHTO Road Test, WASHO Road Test, British Road Test, และประสบการณ์จากงานจริง มาสร้างเป็นความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรต่างๆ กับ ความหนาของชั้นพื้นทางที่ต้องการ โดยวัสดุในชั้นพื้นทางที่ได้ตามความสัมพันธ์นี้จะเป็น Asphalt ทั้งหมด หรือที่เรียกว่า Full-Depth Asphalt Thickness (TA) อย่างไรก็ตาม ราคาค่าก่อสร้าง Full-Depth Asphalt Pavement ค่อนข้างสูงมาก และไม่สามารถเลือกใช้วัสดุท้องถิ่นได้อย่างเต็มที่ ดังนั้น Asphalt Institute จึงได้กำหนดค่าคงที่มาจำนวนหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า Substitution Ratio เพื่อใช้แปลงความหนาของวัสดุทดแทนอื่นให้เป็นความหนาของชั้น Asphalt ทำให้ผู้ออกแบบสามารถเลือกใช้วัสดุอื่นที่ถูกกว่าทดแทนและสามารถกำหนดให้โครงสร้างถนนลาดยางให้มีลักษณะเป็นชั้นๆได้ จากการศึกษาพบว่า ขนาดหน่วยแรงอัดในแนวดิ่งที่เกิดในโครงสร้างชั้นทางจะมีการเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับความลึก ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยหน่วยแรงอัดในแนวดิ่งดังกล่าวจะมีความเข้มข้นสูงบริเวณที่ใกล้กับผิวจราจร และจะลดน้อยลงตามลำดับเมื่อระดับความลึกมากขึ้น ดังนั้นหากต้องการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางให้คุ้มค่าจึงมักออกแบบใช้วัสดุที่มีคุณภาพดีที่สุดไว้ใกล้กับผิวจราจร และวัสดุที่มีคุณภาพรองลงมาให้ใช้ในชั้นลึกลงไป
องค์ประกอบข้อมูลในการออกแบบ
องค์ประกอบข้อมูลพื้นฐานในการออกแบบโครงสร้างถนนลาดยางตามวิธีของ Asphalt Institute ฉบับที่ 8 ประกอบด้วย ปริมาณการจราจร และ ความแข็งแรงของดินฐานราก ปริมาณการจราจรจัดให้อยู่ในรูปของ Design Traffic Number (DTN) และความแข็งแรงของดินฐานรากให้อยู่ในรูปของค่า CBR, Plate Bearing k-value,หรือ ค่า R-value ค่าใดค่าหนึ่ง องค์ประกอบข้อมูลทั้งสองนี้จะกล่าวอย่างละเอียดในบทที่ 2 และบทที่ 3 ตามลำดับ นอกจากนั้นอัตราส่วนความแข็งแรงของวัสดุต่างๆ ในโครงสร้างชั้นทาง (Substitution Ratios) ก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่สำคัญ ที่ใช้ในการแปลงความหนาของ Full Depth Asphalt Pavement ให้เป็นถนนที่มีโครงสร้างทางเป็นชั้นๆ โดย Substitution Ratios จะกล่าวในส่วนของการแปลงความหนาโครงสร้างชั้นทางในบทที่ 4
ปริมาณการจราจร
ปริมาณการจราจรที่ใช้ในการออกแบบตามวิธี Asphalt Institute ฉบับที่ 8 จะอยู่ในรูปของ Design Traffic Number (DTN) โดยค่า DTN นั้นหมายถึง จำนวนเที่ยวเฉลี่ยต่อวัน ของจำนวนรถที่มีน้ำหนักเพลามาตรฐานเท่ากับ 18,000 ปอนด์ (Equivalent Single Axle Loads, ESAL) ที่แปลงมาจากจำนวนรถที่มีชนิดและน้ำหนักเพลาต่างๆกัน ซึ่งคาดว่าจะมาใช้ในช่องจราจรที่ออกแบบตลอดช่วงระยะเวลาที่ออกแบบ การประมาณค่าของ DTN ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัวด้วยกัน เช่น ระยะเวลาออกแบบ จำนวนรถบรรทุกหนัก อัตราการเพิ่มของรถบรรทุก ฯลฯ ดังนั้นเพื่อให้ทำความเข้าใจในการหาค่า DTN ง่ายยิ่งขึ้นจึงขอให้คำจำกัดความของตัวแปรต่างๆ ที่จำเป็นต้องทราบดังนี้ Equivalent 18,000-Pound Single-Axle Loads (ESAL) คือ จำนวนเที่ยวของน้ำหนักเพลาเดี่ยวมาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ที่เปรียบเทียบแปลงมาจากจำนวนเที่ยวของน้ำหนักเพลาที่มีขนาดและชนิดต่างๆ กัน โดยที่น้ำหนักเหล่านี้จะมีผลกระทบต่อความเสียหายของโครงสร้างชั้นทางเท่ากัน
Design Lane คือ ช่องจราจรที่มี จำนวน ESAL มากที่สุด โดยปกติแล้ว Design Lane คือ ช่องทางใดช่องทางหนึ่งในถนน 2 ช่องจราจร แต่ถ้าเป็นถนนที่มีช่องจราจรมากกว่า 2 ช่อง มักจะกำหนดช่องซ้ายสุดเป็น Design Lane เนื่องจากในประเทศไทย ช่องซ้ายสุดเป็นช่องจราจรที่รถหนักแล่นผ่านมากที่สุด
Design Period คือ จำนวนปีนับตั้งแต่เปิดจราจรจนถึงปีที่คาดว่าจะต้องปรับปรุงบูรณะโครงสร้างชั้นทางเพื่อให้ถนนใช้การได้ดีอีกครั้ง ผู้ออกแบบไม่ควรสับสนว่า Design Period นี้คือ
Pavement Life เนื่องจาก Pavement Life นั้นจะไม่สิ้นสุดหากว่ามีการปรับปรุงหรือบูรณะโครงสร้าง แต่ Pavement Life จะหมดไปเมื่อคันทางหมดสภาพไปแล้วหรือ แนวคันทางเปลี่ยนไปเท่านั้น
Initial Daily Traffic (IDT) คือ จำนวนของรถทุกชนิดที่คาดว่าจะมาใช้ถนนในปีแรกที่เปิดการจราจร เฉลี่ยต่อวันทั้งสองทิศทาง ค่า IDT ที่ใช้ในปัจจุบันได้จากการสำรวจปริมาณการจราจรและเก็บสถิติเป็นระยะเวลานาน สามารถค้นหาข้อมูลนี้ได้จากกองวิศวกรรมจราจร กรมทางหลวง 4
Initial Traffic Number (ITN) จำนวนเที่ยว เฉลี่ยต่อวันของ ESAL ซึ่งคาดว่าจะมาใช้ Design Lane ในช่วงปีแรกที่เปิดการจราจร
Design Traffic Number (DTN) คือ จำนวนเที่ยวเฉลี่ยต่อวันของ ESAL ที่คาดว่าจะมาใช้ Design Lane ตลอดช่วงระยะเวลา Design Period
ข้อ 4
ข้อที่: 4
โจทย์: Traffic Data in Year 1993 ADT = 1987 vpd
Finish Design in Year 1995
Start Construction in Year 1996
Finish Construction and Start Operation in 1998
จงหา ADT in Year 1998 เมื่อ Traffic Growth Rate = 6%
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2233 vpd
คำตอบ 2: 2367 vpd
คำตอบ 3: 2509 vpd
คำตอบ 4: 2659 vpd
อธิบายคำตอบ:
จากสมการ Y = X(1+r)n
X = ADT = 1987 vpd
r = Traffic Growth Rate = 0.06
n = Finish Construction and Start Operation in 1998 - Traffic Data in Year 1993
= 1998 – 1993 = 5
Y = 1987(1+0.06)5 = 2659 vpd
โจทย์: Traffic Data in Year 1993 ADT = 1987 vpd
Finish Design in Year 1995
Start Construction in Year 1996
Finish Construction and Start Operation in 1998
จงหา ADT in Year 1998 เมื่อ Traffic Growth Rate = 6%
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2233 vpd
คำตอบ 2: 2367 vpd
คำตอบ 3: 2509 vpd
คำตอบ 4: 2659 vpd
อธิบายคำตอบ:
จากสมการ Y = X(1+r)n
X = ADT = 1987 vpd
r = Traffic Growth Rate = 0.06
n = Finish Construction and Start Operation in 1998 - Traffic Data in Year 1993
= 1998 – 1993 = 5
Y = 1987(1+0.06)5 = 2659 vpd
ข้อ 5
ข้อที่: 5
โจทย์: ข้อใดเป็นแบบขยายรอยต่อเพื่อการก่อสร้าง
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1:
คำตอบ 2:
คำตอบ 3:
คำตอบ 4:
อธิบายคำตอบ:
ช่วงของรอยต่อก่อสร้าง spacing of constructionjoint or interval of construction joint ช่องว่างของรอยต่อก่อสร้างประมาณ 1 ซม. ok. แต่ระยะห่างของรอยต่อก่อสร้าง ขึ้นกับว่าคุณจะหยุดก่อสร้างที่ตำแหน่งใด โดยปกติ เราก็ให้มันเท่าๆกับรอยต่อเพื่อป้องกันการยืดหดตัว Contraction joint (ต่างกับรอยต่อก่อสร้างตรงที่ เราเทคอนกรีตต่อเนื่องไปเรื่อยๆแล้วมาตัดรอยต่อทีหลัง โดยมีเหล็กเดือยเหมือนกัน แต่ของก่อสร้างเราหยุดให้หน้าตัดเป็นแนวดิ่งตั้งฉากโดยมีเหล็กเดือยโผล่ไว้ เมื่อทำงานต่อ ก็เทคอนกรีตต่อไปเลย โดยระยะห่างของรอยต่อทั่วไปทุก 10 เมตร) ส่วนรอยต่อเพื่อการขยายตัว expansion joint นั้น ระยะห่างของรอยต่อประมาณ 150-250 เมตร ขึ้นกับว่าอุณหภูมิ ต่างกันสูงมากน้อยเพียงใด ระหว่างกลางคืนกับกลางวัน ส่วนช่องเว้นของรอยต่อก็ราว 10-15 มม.
โจทย์: ข้อใดเป็นแบบขยายรอยต่อเพื่อการก่อสร้าง
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1:
คำตอบ 2:
คำตอบ 3:
คำตอบ 4:
อธิบายคำตอบ:
ช่วงของรอยต่อก่อสร้าง spacing of constructionjoint or interval of construction joint ช่องว่างของรอยต่อก่อสร้างประมาณ 1 ซม. ok. แต่ระยะห่างของรอยต่อก่อสร้าง ขึ้นกับว่าคุณจะหยุดก่อสร้างที่ตำแหน่งใด โดยปกติ เราก็ให้มันเท่าๆกับรอยต่อเพื่อป้องกันการยืดหดตัว Contraction joint (ต่างกับรอยต่อก่อสร้างตรงที่ เราเทคอนกรีตต่อเนื่องไปเรื่อยๆแล้วมาตัดรอยต่อทีหลัง โดยมีเหล็กเดือยเหมือนกัน แต่ของก่อสร้างเราหยุดให้หน้าตัดเป็นแนวดิ่งตั้งฉากโดยมีเหล็กเดือยโผล่ไว้ เมื่อทำงานต่อ ก็เทคอนกรีตต่อไปเลย โดยระยะห่างของรอยต่อทั่วไปทุก 10 เมตร) ส่วนรอยต่อเพื่อการขยายตัว expansion joint นั้น ระยะห่างของรอยต่อประมาณ 150-250 เมตร ขึ้นกับว่าอุณหภูมิ ต่างกันสูงมากน้อยเพียงใด ระหว่างกลางคืนกับกลางวัน ส่วนช่องเว้นของรอยต่อก็ราว 10-15 มม.
ข้อ 6
ข้อที่: 6
โจทย์: จงหาหน่วยแรงที่เกิดในถนนคอนกรีตที่จุดกึ่งกลางความยาวถนน
จากแรงฝืดเมื่อถนนเป็นแผ่นคอนกรีตหนา 20 ซม. ยาว 15 เมตร
สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างแผ่นคอนกรีตกับพื้นทาง
เท่ากับ 1.5
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2.70 กก/ตร.ซม.
คำตอบ 2: 3.50 กก/ตร.ซม
คำตอบ 3: 4.30 กก/ตร.ซม.
คำตอบ 4: 5.40 กก/ตร.ซม
อธิบายคำตอบ:
โจทย์: จงหาหน่วยแรงที่เกิดในถนนคอนกรีตที่จุดกึ่งกลางความยาวถนน
จากแรงฝืดเมื่อถนนเป็นแผ่นคอนกรีตหนา 20 ซม. ยาว 15 เมตร
สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างแผ่นคอนกรีตกับพื้นทาง
เท่ากับ 1.5
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2.70 กก/ตร.ซม.
คำตอบ 2: 3.50 กก/ตร.ซม
คำตอบ 3: 4.30 กก/ตร.ซม.
คำตอบ 4: 5.40 กก/ตร.ซม
อธิบายคำตอบ:
ข้อ 7
ข้อที่: 7
โจทย์: ในการจำลองโครงสร้างทางแบบยึดหยุ่น (Flexible) เป็นโครงสร้าง
3 ชั้น ดังรูป Stresses / Strains ที่วิกฤตในการออกแบบ
โครงสร้างทาง คือ ข้อใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น
Bituminous bound layer
คำตอบ 2: Tensile stresses ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Compressive strains ที่ด้านบนของชั้น Subgrade
คำตอบ 3: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ด้านบนของ
ชั้น Subgrade
คำตอบ 4: Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Tensile stresses ด้านบนของชั้น Subgrade
อธิบายคำตอบ:
Mechanical properties คือ พฤติกรรมอย่างหนึ่งของวัสดุ ที่สามารถแสดงออกมาเมื่อมีแรงจากภายนอกมากระทำ โดยแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะคือ ความเค้น (stress) และความเครียด(stain)
ความเค้น (Stress)
เป็นลักษณะของแรงต้านที่อยู่ภายในวัสดุทางโครงสร้าง ที่มีความพยายามในการต้านทานต่อแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัสดุนั้นๆ โดยพิจารณาจาก อัตราส่วนระหว่างแรงทั้งหมดที่กระทำต่อผิววัตถุต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
ชนิดของความเค้น
- Tensile Stress ความเค้นแรงดึงเป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดึง(Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Compressive Stress ความเค้นแรงกด หรือ ความเค้นแรงอัด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงกด ( Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Shear Stress ความเค้นแรงเฉือน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงเฉือน (Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Bending Stress ความเค้นแรงดัน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดัน (Bendins Force)ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Torsion Stress ความเค้นแรงบิด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงบิด(Torque) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- ความเครียด (Stain)
เป็นแรงที่มากระทำต่อโครงสร้าง จนโครงสร้างเกิดรับแรงนั้นไว้ไม่ไหว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างไปในทิศทางของแรงที่มากระทำ เช่น เกิดการยืดตัวออก (Elongation) หรือหดตัวเข้า(Contraction)โดยขนาดของความเครียดนี้พิจารณาจากอัตราส่วนระหว่างระยะยืด/หดที่เปลี่ยนแปลงต่อความยาวเดิมของโครงสร้าง
ชนิดของความเครียด
- Tensile Stain ความเครียดแรงดึงเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงดึง (Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Compressive Stain ความเครียดแรงกด หรือ ความเครียดแรงอัดเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงกด (Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Shear Stain ความเครียดแรงเฉือน เป็นความเครียดที่เกิดจากแรงเฉือน(Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
คุณสมบัติของวัสดุโครงสร้าง
วัสดุที่เลือกใช้ทางโครงสร้างมีความจำเป็นที่ผู้ออกแบบต้องรู้คุณสมบัติทางโครงสร้างของวัสดุแต่ละชนิดเพื่อเลือกใช้ให้เหมาะสม
Elastic – Plastic behavior
คุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างซึ่งถูกแรงกระทำแล้วสามารถทำให้แรงนั้นหายไปอย่างรวดเร็วเรียกว่า elastic behavior เหมือนการดึงยาง เมื่อไม่มีแรงกระทำก็คืนสู่สภาพเดิม
วัสดุทางโครงสร้างทุกชนิดถึงแม้ว่าจะมีความยืดหยุ่นสูงแต่ก็มีขอบเขต วัสดุที่ถูกแรงกระทำเกินขีดจำกัดจะเกิดการเสียรูปไป โดยคุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างที่เสียรูปไปนี้ เรียกว่าplastic behavior เหมือนกับการดึงยางจนยึดและให้คืนสู่สภาพเดิม
ลักษณะของวัสดุที่ทนแรง elastic behavior จนถึงขีดสุด เรียกจุดที่วัสดุเปลี่ยนจากสถานภาพจาก elastic นี้ว่าจุดคราก (yield point) และเมื่อผ่านจุดนี้ไปแล้วจะเกิดการเปลี่ยนรูปที่เรียกว่า plastic behavior
สมบัติทางโครงสร้างที่ได้จากการทดสอบแรงดึงของวัสดุ มีดังนี้
1. โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก (Modulus of elasticity)
2. ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก (Stress and strain at yield)
3. ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Ultimate tensile stress)
4. เปอร์เซ็นต์การยืดตัว (Percent elongation)
Modulus of elasticity
โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก : เป็นค่าความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุ เมื่อได้รับแรงกระทำ สามารถพิจารณาได้จากความชันของกราฟระหว่างความเค้น (stress) และความเครียด (strain) ของวัสดุในระยะแรก ที่ยังแสดงคุณสมบัติยืดหยุ่น (elastic) อยู่
เมื่อออกแรงดึงเส้นวัสดุโดยไม่ให้ขนาดของแรงดึงเกินขีดจำกัดการแปรผันตรงของวัสดุ ความเค้นจะแปรผันตรงกับความเครียด นั่นคืออัตราส่วนระหว่างความเค้นและความเครียดของวัสดุชนิดหนึ่งๆ จะมีค่าคงตัว เรียกค่าคงที่นี้ว่ามอดูลัสของยัง (Young’s modulus) แทนด้วยสัญลักษณ์ Y
Stress and strain at yield
ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก : เป็นค่าความเค้นและความเครียดของวัสดุ ณ จุดที่เปลี่ยน คุณสมบัติจากอิลาสติก (elastic) ไปเป็นพลาสติก (plastic) หรืออีกนัยหนึ่ง วัสดุนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวรเมื่อความเค้นหรือความเครียดมีค่ามากกว่านี้
Ultimate tensile strength
ความต้านทานแรงดึงดูด : คือความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุ
Percent elongation (%)
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว : เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุทางโครงสร้างตัวอย่างภายใต้แรงดึงเมื่อเทียบกับระยะการวัด (gage length) ของวัสดุทดสอบ และยังเป็นค่าที่ใช้บอกถึงความอ่อน (ductile) ของวัสดุ โดยทั่วไปโลหะยิ่งอ่อนยิ่งมีค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดมากแสดงว่าโลหะนั้นเปลี่ยนรูปมาก
Material constants and safety factor
การเลือกใช้วัสดุทางโครงสร้างต่างชนิดกันก็มีการเสียรูปเมื่อมีแรงมากระทำที่ไม่เหมือนกัน เช่น ลวดเหล็กยาว 5 เมตร เมื่อรับน้ำหนัก 1000 กิโลกรัม ลวดจะมีความยาวเพิ่ม 2/3 เซนติเมตร ลวดอลูมิเนียมมีความยาวและน้ำหนักเท่ากันจะมีความยาวเพิ่ม 2 เซนติเมตร แล้วแต่คุณสมบัติของวัสดุนั้นๆ
เหตุนี้ทำให้เราต้องรู้ถึงโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุอย่างถูกต้อง
โจทย์: ในการจำลองโครงสร้างทางแบบยึดหยุ่น (Flexible) เป็นโครงสร้าง
3 ชั้น ดังรูป Stresses / Strains ที่วิกฤตในการออกแบบ
โครงสร้างทาง คือ ข้อใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น
Bituminous bound layer
คำตอบ 2: Tensile stresses ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Compressive strains ที่ด้านบนของชั้น Subgrade
คำตอบ 3: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ด้านบนของ
ชั้น Subgrade
คำตอบ 4: Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Tensile stresses ด้านบนของชั้น Subgrade
อธิบายคำตอบ:
Mechanical properties คือ พฤติกรรมอย่างหนึ่งของวัสดุ ที่สามารถแสดงออกมาเมื่อมีแรงจากภายนอกมากระทำ โดยแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะคือ ความเค้น (stress) และความเครียด(stain)
ความเค้น (Stress)
เป็นลักษณะของแรงต้านที่อยู่ภายในวัสดุทางโครงสร้าง ที่มีความพยายามในการต้านทานต่อแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัสดุนั้นๆ โดยพิจารณาจาก อัตราส่วนระหว่างแรงทั้งหมดที่กระทำต่อผิววัตถุต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
ชนิดของความเค้น
- Tensile Stress ความเค้นแรงดึงเป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดึง(Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Compressive Stress ความเค้นแรงกด หรือ ความเค้นแรงอัด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงกด ( Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Shear Stress ความเค้นแรงเฉือน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงเฉือน (Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Bending Stress ความเค้นแรงดัน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดัน (Bendins Force)ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Torsion Stress ความเค้นแรงบิด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงบิด(Torque) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- ความเครียด (Stain)
เป็นแรงที่มากระทำต่อโครงสร้าง จนโครงสร้างเกิดรับแรงนั้นไว้ไม่ไหว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างไปในทิศทางของแรงที่มากระทำ เช่น เกิดการยืดตัวออก (Elongation) หรือหดตัวเข้า(Contraction)โดยขนาดของความเครียดนี้พิจารณาจากอัตราส่วนระหว่างระยะยืด/หดที่เปลี่ยนแปลงต่อความยาวเดิมของโครงสร้าง
ชนิดของความเครียด
- Tensile Stain ความเครียดแรงดึงเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงดึง (Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Compressive Stain ความเครียดแรงกด หรือ ความเครียดแรงอัดเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงกด (Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Shear Stain ความเครียดแรงเฉือน เป็นความเครียดที่เกิดจากแรงเฉือน(Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
คุณสมบัติของวัสดุโครงสร้าง
วัสดุที่เลือกใช้ทางโครงสร้างมีความจำเป็นที่ผู้ออกแบบต้องรู้คุณสมบัติทางโครงสร้างของวัสดุแต่ละชนิดเพื่อเลือกใช้ให้เหมาะสม
Elastic – Plastic behavior
คุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างซึ่งถูกแรงกระทำแล้วสามารถทำให้แรงนั้นหายไปอย่างรวดเร็วเรียกว่า elastic behavior เหมือนการดึงยาง เมื่อไม่มีแรงกระทำก็คืนสู่สภาพเดิม
วัสดุทางโครงสร้างทุกชนิดถึงแม้ว่าจะมีความยืดหยุ่นสูงแต่ก็มีขอบเขต วัสดุที่ถูกแรงกระทำเกินขีดจำกัดจะเกิดการเสียรูปไป โดยคุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างที่เสียรูปไปนี้ เรียกว่าplastic behavior เหมือนกับการดึงยางจนยึดและให้คืนสู่สภาพเดิม
ลักษณะของวัสดุที่ทนแรง elastic behavior จนถึงขีดสุด เรียกจุดที่วัสดุเปลี่ยนจากสถานภาพจาก elastic นี้ว่าจุดคราก (yield point) และเมื่อผ่านจุดนี้ไปแล้วจะเกิดการเปลี่ยนรูปที่เรียกว่า plastic behavior
สมบัติทางโครงสร้างที่ได้จากการทดสอบแรงดึงของวัสดุ มีดังนี้
1. โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก (Modulus of elasticity)
2. ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก (Stress and strain at yield)
3. ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Ultimate tensile stress)
4. เปอร์เซ็นต์การยืดตัว (Percent elongation)
Modulus of elasticity
โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก : เป็นค่าความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุ เมื่อได้รับแรงกระทำ สามารถพิจารณาได้จากความชันของกราฟระหว่างความเค้น (stress) และความเครียด (strain) ของวัสดุในระยะแรก ที่ยังแสดงคุณสมบัติยืดหยุ่น (elastic) อยู่
เมื่อออกแรงดึงเส้นวัสดุโดยไม่ให้ขนาดของแรงดึงเกินขีดจำกัดการแปรผันตรงของวัสดุ ความเค้นจะแปรผันตรงกับความเครียด นั่นคืออัตราส่วนระหว่างความเค้นและความเครียดของวัสดุชนิดหนึ่งๆ จะมีค่าคงตัว เรียกค่าคงที่นี้ว่ามอดูลัสของยัง (Young’s modulus) แทนด้วยสัญลักษณ์ Y
Stress and strain at yield
ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก : เป็นค่าความเค้นและความเครียดของวัสดุ ณ จุดที่เปลี่ยน คุณสมบัติจากอิลาสติก (elastic) ไปเป็นพลาสติก (plastic) หรืออีกนัยหนึ่ง วัสดุนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวรเมื่อความเค้นหรือความเครียดมีค่ามากกว่านี้
Ultimate tensile strength
ความต้านทานแรงดึงดูด : คือความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุ
Percent elongation (%)
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว : เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุทางโครงสร้างตัวอย่างภายใต้แรงดึงเมื่อเทียบกับระยะการวัด (gage length) ของวัสดุทดสอบ และยังเป็นค่าที่ใช้บอกถึงความอ่อน (ductile) ของวัสดุ โดยทั่วไปโลหะยิ่งอ่อนยิ่งมีค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดมากแสดงว่าโลหะนั้นเปลี่ยนรูปมาก
Material constants and safety factor
การเลือกใช้วัสดุทางโครงสร้างต่างชนิดกันก็มีการเสียรูปเมื่อมีแรงมากระทำที่ไม่เหมือนกัน เช่น ลวดเหล็กยาว 5 เมตร เมื่อรับน้ำหนัก 1000 กิโลกรัม ลวดจะมีความยาวเพิ่ม 2/3 เซนติเมตร ลวดอลูมิเนียมมีความยาวและน้ำหนักเท่ากันจะมีความยาวเพิ่ม 2 เซนติเมตร แล้วแต่คุณสมบัติของวัสดุนั้นๆ
เหตุนี้ทำให้เราต้องรู้ถึงโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุอย่างถูกต้อง
ข้อ 8
ข้อที่: 8
โจทย์: ในช่องจราจรออกแบบของทางหลวงสายหนึ่ง รถบรรทุกที่ 1 คัน
เทียบเท่ากับเพลามาตรฐานวิ่ง1.15 ครั้ง ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน
100 คันต่อวัน และรถบรรทุกมีอัตราการเพิ่มร้อยละ 4 ต่อปี
ถ้าอายุออกแบบ (Design life) = 5 ปี น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบ
โครงสร้างทางจะเท่ากับเท่าใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2.2 x 105 เที่ยว
คำตอบ 2: 4.9 x 104 เที่ยว
คำตอบ 3: 2.09 x 105 เที่ยว
คำตอบ 4: 2.45x 104 เที่ยว
อธิบายคำตอบ:
การวิเคราะห์ด้านจราจร กำหนดให้น้ำหนักเพลามาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ยวดยานที่มาใช้ถนนให้เปลี่ยนเป็น Equivalent 18,000-lb Single Axle Load(EAL)โดยทำเป็นขั้นตอน ดังนี้
1. คำนวณหาจำนวนปริมาณการจราจรของยวดยานประเภทต่างๆ(T) เช่น รถยนต์นั่ง รถบรรทุก รถโดยสาร ที่จะมาแล่นบนถนนในช่วงอายุการใช้งาน
T = { (1+r)n-1 )}Ti
r
กำหนดให้ Ti = ปริมาณการจราจรในปีแรกที่เปิดใช้ถนน
r = อัตราเพิ่มของการจราจร
n = จำนวนปีที่กำหนดใช้งาน
(1+r)n-1 = Growth Factor
r
2. คำนวณหาเปอร์เซ็นต์รถบรรทุกที่คาดว่าจะมาใช้ถนนใน Design lane ซึ่งอาจได้จากการเก็บข้อมูลในสนาม หรือประมาณได้จากตารางที่ 1
ตารางที่ 1 เปอร์เซ็นต์ของรถบรรทุกใน Design Lane
3. คำนวณหา Truck Factor หรือหาค่าเฉลี่ยเทียบเท่าเพลาเดี่ยวมาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ของยานพาหนะชนิดต่างๆซึ่งค่า Truck Factor นี้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักบรรทุกของยานพาหนะ
Truck Factor (TF) =
(No.of Axle x Load Equivalency Factor)
No.of vehicles
ซึ่ง TF ประเทศไทย ยังจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์หาข้อมูลให้มากกว่านี้ ค่า TF สำหรับรถบรรทุก 10 ล้อ (3เพลา)ที่เหมาะสมสำหรับประเทศไทยควรอยู่ระหว่าง 2.0-2.6 โดยการเลือกใช้ค่าให้ยึดหลักดังนี้
ก.ถนนนอกเมือง ถนนประเภท Through Traffic ใช้ค่า 2.0
ข.ถนนรอบเมืองใหญ่ เช่น กรุงเทพมหานครที่มีการจราจรคับคั่ง และหรือถนนที่มีการจราจรสูงควรใช้ค่า 2.3-2.6 ขึ้นอยู่กับดุลพินิจของผู้ออกแบบ
4. EAL ออกแบบ = (จำนวน X Truck Factor X Growth Factor )
5. ค่า EAL ออกแบบอาจจะคำนวณได้จาก DTN ในช่วง 20 ปี ซึ่งอ่านค่ามาจาก nomograph ตามวิธี Asphalt Institute (1970)
EAL ออกแบบ = DTN X 7300
จากโจทย์ ในช่องจราจรออกแบบของทางหลวงสายหนึ่ง รถบรรทุกที่ 1 คันเทียบเท่ากับเพลามาตรฐานวิ่ง1.15 ครั้ง ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน 100 คันต่อวัน และรถบรรทุกมีอัตราการเพิ่มร้อยละ 4 ต่อปี ถ้าอายุออกแบบ (Design life) = 5 ปี น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบโครงสร้างทางจะเท่ากับเท่าใด
วิธีทำ ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน 360X100 = 36,000 คันต่อปี
EAL (จำนวน X TF) = 36,000X1.15 = 41,400
ดังนั้น EAL ใช้ออกแบบ = {(1+0.04)5-1}41,400
0.04
= 224,235 เที่ยว
= 2.2X105 เที่ยว
คำตอบ น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบโครงสร้างทางเท่ากับ 2.2X105 เที่ยว
โจทย์: ในช่องจราจรออกแบบของทางหลวงสายหนึ่ง รถบรรทุกที่ 1 คัน
เทียบเท่ากับเพลามาตรฐานวิ่ง1.15 ครั้ง ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน
100 คันต่อวัน และรถบรรทุกมีอัตราการเพิ่มร้อยละ 4 ต่อปี
ถ้าอายุออกแบบ (Design life) = 5 ปี น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบ
โครงสร้างทางจะเท่ากับเท่าใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: 2.2 x 105 เที่ยว
คำตอบ 2: 4.9 x 104 เที่ยว
คำตอบ 3: 2.09 x 105 เที่ยว
คำตอบ 4: 2.45x 104 เที่ยว
อธิบายคำตอบ:
การวิเคราะห์ด้านจราจร กำหนดให้น้ำหนักเพลามาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ยวดยานที่มาใช้ถนนให้เปลี่ยนเป็น Equivalent 18,000-lb Single Axle Load(EAL)โดยทำเป็นขั้นตอน ดังนี้
1. คำนวณหาจำนวนปริมาณการจราจรของยวดยานประเภทต่างๆ(T) เช่น รถยนต์นั่ง รถบรรทุก รถโดยสาร ที่จะมาแล่นบนถนนในช่วงอายุการใช้งาน
T = { (1+r)n-1 )}Ti
r
กำหนดให้ Ti = ปริมาณการจราจรในปีแรกที่เปิดใช้ถนน
r = อัตราเพิ่มของการจราจร
n = จำนวนปีที่กำหนดใช้งาน
(1+r)n-1 = Growth Factor
r
2. คำนวณหาเปอร์เซ็นต์รถบรรทุกที่คาดว่าจะมาใช้ถนนใน Design lane ซึ่งอาจได้จากการเก็บข้อมูลในสนาม หรือประมาณได้จากตารางที่ 1
ตารางที่ 1 เปอร์เซ็นต์ของรถบรรทุกใน Design Lane
จำนวนช่องจราจร | เปอร์เซ็นต์รถบรรทุกใน Design Lane |
2 4 ≥ 6 | 50 45(หรือ 35- 48) 40 (หรือ 25-48) |
3. คำนวณหา Truck Factor หรือหาค่าเฉลี่ยเทียบเท่าเพลาเดี่ยวมาตรฐาน 18,000 ปอนด์ ของยานพาหนะชนิดต่างๆซึ่งค่า Truck Factor นี้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักบรรทุกของยานพาหนะ
Truck Factor (TF) =
(No.of Axle x Load Equivalency Factor) No.of vehicles
ซึ่ง TF ประเทศไทย ยังจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์หาข้อมูลให้มากกว่านี้ ค่า TF สำหรับรถบรรทุก 10 ล้อ (3เพลา)ที่เหมาะสมสำหรับประเทศไทยควรอยู่ระหว่าง 2.0-2.6 โดยการเลือกใช้ค่าให้ยึดหลักดังนี้
ก.ถนนนอกเมือง ถนนประเภท Through Traffic ใช้ค่า 2.0
ข.ถนนรอบเมืองใหญ่ เช่น กรุงเทพมหานครที่มีการจราจรคับคั่ง และหรือถนนที่มีการจราจรสูงควรใช้ค่า 2.3-2.6 ขึ้นอยู่กับดุลพินิจของผู้ออกแบบ
4. EAL ออกแบบ = (จำนวน X Truck Factor X Growth Factor )
5. ค่า EAL ออกแบบอาจจะคำนวณได้จาก DTN ในช่วง 20 ปี ซึ่งอ่านค่ามาจาก nomograph ตามวิธี Asphalt Institute (1970)
EAL ออกแบบ = DTN X 7300
จากโจทย์ ในช่องจราจรออกแบบของทางหลวงสายหนึ่ง รถบรรทุกที่ 1 คันเทียบเท่ากับเพลามาตรฐานวิ่ง1.15 ครั้ง ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน 100 คันต่อวัน และรถบรรทุกมีอัตราการเพิ่มร้อยละ 4 ต่อปี ถ้าอายุออกแบบ (Design life) = 5 ปี น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบโครงสร้างทางจะเท่ากับเท่าใด
วิธีทำ ในปีแรกมีรถบรรทุกผ่าน 360X100 = 36,000 คันต่อปี
EAL (จำนวน X TF) = 36,000X1.15 = 41,400
ดังนั้น EAL ใช้ออกแบบ = {(1+0.04)5-1}41,400
0.04
= 224,235 เที่ยว
= 2.2X105 เที่ยว
คำตอบ น้ำหนักจราจรที่ใช้ออกแบบโครงสร้างทางเท่ากับ 2.2X105 เที่ยว
ข้อ 9
ข้อที่: 9
โจทย์: การที่แผ่นพื้นคอนกรีตรับความร้อนในตอนกลางวันและการคาย
ความร้อนในตอนกลางคืน มีผลให้อุณหภูมิภายในผืนคอนกรีต
ไม่เท่ากัน (มี Temperature gradient) จึงทำให้แผ่นพื้นคอนกรีต
โก่ง (Curl or Warp) ตอนกลางวัน แผ่นพื้นคอนกรีตโก่งลง
ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง (Tensile stresses) เนื่องจาก
Temperature gradient ขึ้น ณ ที่ใดในแผ่นพื้นและกระจาย
อย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวล่างของแผ่นพื้น
คำตอบ 2: เกิดที่ผิวล่างของแผ่นพื้น และมีค่ามากสุดที่กลางผืน
คำตอบ 3: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวบนของแผ่นพื้น
คำตอบ 4: เกิดที่ผิวบนของแผ่นพื้น และมากที่สุดที่กลางผืน
อธิบายคำตอบ:
การเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีต (Curling of Concrete Slabs)
การโก่งงอของพื้นคอนกรีตเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของแผ่นพื้นคอนกรีตที่เทบนพื้น ไม่ว่าจะเป็นการเทคอนกรีตใหม่บนดินหรือเทคอนกรีตใหม่ทับพื้นเดิม โดยจะส่งผลทำให้ปลายหรือส่วนกลางของแผ่นพื้น โก่งขึ้น สาเหตุเนื่องมาจากการที่แผ่นพื้นคอนกรีตมีความชื้นและอุณหภูมิที่แตกต่างกันมาก ระหว่างผิวหน้าด้านบนและด้านล่างคอนกรีต การโก่งงอนี้อาจจะเกิดการยกตัวขึ้นจากพื้นที่รองรับบริเวณปลายแผ่นหรือบริเวณกลางแผ่นก็ได้ ซึ่งจะส่งผลให้พื้นคอนกรีตบริเวณช่องว่างนั้นเกิดการแตกร้าวเมื่อต้องรับน้ำหนักบรรทุกในสภาวะดังกล่าว โดยทั่วไปการเกิดการโก่งงอจะพบเห็นได้หลังเทคอนกรีตได้ไม่นานอย่างไรก็ตาม บางกรณีอาจเกิดขึ้นในภายหลังจากการใช้งานไปซักระยะก็เป็นไปได้
สาเหตุของการเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีต
การเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีตนี้ มีสาเหตุมาจากการหดตัวของคอนกรีตที่ไม่เท่ากัน (Differential Drying Shrinkage) ระหว่างผิวบนและผิวล่างของพื้นคอนกรีต ซึ่งขึ้นอยู่กับความชื้นและความแตกต่างของอุณหภูมิในแผ่นพื้นเป็นหลัก การโก่งงอนี้สามารถสังเกตเห็นได้อย่างเด่นชัดจากบริเวณด้านข้างและตรงบริเวณมุมของแผ่นพื้น โดยที่ความรุนแรงในการโก่งงอของคอนกรีตจะมีความสัมพันธ์กับการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) นั่นคือหากคอนกรีตเกิดการหดตัวแบบแห้งมากขึ้นเท่าใด การโก่งงอก็มีแนวโน้มมากขึ้นตามไปด้วย
กรณีส่วนใหญ่การเกิดการโก่งงอจะเกิดขึ้นเมื่อผิวหน้าคอนกรีตแห้งและหดตัวมากกว่าด้านล่าง จะทำให้เกิดการโก่งบริเวณปลายของแผ่นพื้นโดยจะงอขึ้นด้านบน ( ดังรูป A ) โดยอาจเกิดขึ้นภายหลังจากการเทคอนกรีต ส่วนใหญ่มักพบในกรณีที่ไม่มีการบ่มคอนกรีตที่ดีเพียงพอ ปล่อยให้ผิวหน้าคอนกรีตสูญเสียความชื้นเร็วเกินไป มีการเยิ้มบริเวณผิวหน้าคอนกรีตมากจนเกินไปเนื่องจากในส่วนผสมใช้น้ำมาก หรือมีการสลัดน้ำจนมากเกินไป เพื่อให้ง่ายในการแต่งผิวหน้าคอนกรีต ซึ่งการบ่มคอนกรีตที่ไม่ถูกต้องและเพียงพอนั้นเป็นสาเหตุของการเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) บริเวณผิวหน้าคอนกรีต
สาเหตุของการเกิดการเยิ้มที่มากเกินบางครั้งอาจเกิดจากการเทคอนกรีตบนแผ่นกันความชื้นประเภทพลาสติก (Polyethylene Sheet) หรือการเทคอนกรีตทับหน้าคอนกรีตเก่า สำหรับกรณีนี้ถ้าพื้นดินที่รองรับมีลักษณะเป็นดินที่มีความอุ้มน้ำสูง การหดตัวของผิวคอนกรีตด้านบนก็จะยิ่งแตกต่างกับด้านล่างมาก สำหรับสาเหตุอีกประการก็คือ อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างผิวด้านบนกับด้านล่างของคอนกรีต โดยเกิดจากความร้อนจากการที่ผิวหน้าของคอนกรีตสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง แต่พื้นดินที่รองรับตรงบริเวณนั้นมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามาก สภาพเช่นนี้ก็จะทำให้พื้นคอนกรีตเกิดการโก่งแบบคว่ำ ( ดังรูป B ) ในบางกรณีอุณหภูมิที่หนาวเย็นในช่วงเวลากลางคืน อาจทำให้พื้นคอนกรีตมีอุณหภูมิลดต่ำลง ขณะที่ผิวด้านล่างของแผ่นพื้นคอนกรีตกลับต้องสัมผัสกับพื้นดินที่รองรับที่มีอุณหภูมิอบอุ่นกว่า ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมินี้เป็นอีกสาเหตุหนึ่งของการโก่งงอแบบยกตัวบริเวณส่วนปลายของแผ่นพื้นได้
วิธีการป้องกันการเกิดการโก่งงอบริเวณปลายพื้นคอนกรีต
สาเหตุเบื้องต้นที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดของแผ่นพื้นซึ่งส่งผลให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้น ได้แก่ การเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) วิธีการทำงาน ความชื้นหรือน้ำใต้ดินของชั้นดินที่รองรับ และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืน ส่วนวิธีการต่อไปนี้คือวิธีที่จะช่วยทำให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นลดลงได้
- ใช้ปริมาณน้ำในส่วนผสมคอนกรีตให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
- มวลรวมที่ใช้ควรเลือกใช้ที่มีขนาดโตสุดเท่าที่เป็นไปได้ และ/หรือออกแบบให้คอนกรีตมีปริมาณมวลรวมให้มากที่สุดเพื่อลดปัญหาการเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) ในคอนกรีต
- ระมัดระวังไม่ให้คอนกรีตเกิดการเยิ้มมากจนเกินไป
- หลีกเลี่ยงส่วนผสมคอนกรีตที่ใช้ปริมาณปูนซีเมนต์มากจนเกินไป ถ้าจำเป็นอาจเลือกใช้วัสดุประเภทปอซโซลานทดแทน
- ควรบ่มคอนกรีตอย่างทั่วถึง โดยเฉพาะรอยต่อและบริเวณปลายแผ่นพื้น ในกรณีที่ใช้สารเคมีบ่มคอนกรีต (Curing Compound) อาจฉีดพ่นซ้ำบริเวณมุมและขอบของแผ่นพื้นซ้ำอีกครั้ง
- ในกรณีที่ต้องการให้เกิดการโก่งงอน้อยที่สุด ระยะในการทำรอยต่อคอนกรีตไม่ควรเกิน 24 เท่าของความหนาของแผ่นพื้น
- ในกรณีเทคอนกรีตทับหน้าที่มีความหนาน้อยๆ อาจเพิ่มการยึดเกาะและเชื่อมประสานระหว่างคอนกรีตเก่ากับคอนกรีตใหม่บริเวณมุมแผ่นพื้น ด้วยการทำความสะอาดให้เรียบร้อยและใช้ตะปูคอนกรีตตอกให้ทั่วบริเวณแล้วจึงใช้ลวดพันสลับไปมาระหว่างตะปูให้รอบ
- เลือกใช้ความหนาของพื้นให้มากขึ้นกว่าเดิม หรือเพิ่มความหนาเฉพาะบริเวณปลายแผ่นพื้น
- ควรออกแบบเสริมเหล็กอย่างเหมาะสม การใส่อุปกรณ์ถ่ายแรง (Load Transfer) บริเวณรอยต่อก่อสร้าง (Construction Joint) จะช่วยลดการเคลื่อนตัวในแนวดิ่งระหว่างแผ่นพื้นได้
ในกรณีที่ไม่สามารถยอมให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นเลย อาจทำได้โดยการใช้สารเคมีลดการหดตัวในคอนกรีต, การใช้คอนกรีตที่ออกแบบใช้มีการชดเชยการหดตัว, การใช้พื้นคอนกรีตอัดแรง หรือการใช้สุญญากาศดูดเอาน้ำส่วนเกินในคอนกรีตออกไป ซึ่งวิธีการเหล่านี้ล้วนแต่เป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง
สำหรับวิธีการซ่อมแซมการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นอาจทำได้โดยการทำรอยต่อ (Contraction Joint) ด้วยวิธีการใช้เลื่อยตัด (Saw cut) เพิ่มเติม จากนั้นขัดพื้นบริเวณที่โก่งขึ้นมาให้เรียบเสมอกันแล้วจึงทำการอุดช่องว่างด้วยซีเมนต์เพสต์ หรือ Epoxy บริเวณช่องว่างใต้แผ่นพื้นให้เต็ม
พื้นที่ยิ่งบางก็จะยิ่งมีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดการโก่งงอของพื้น หากหลีกเลี่ยงการเทพื้นแบบบางไม่ได้ ควรเพิ่มการยึดรั้งระหว่างพื้นที่เทใหม่กับพื้นที่รอง ด้วยการทำความสะอาดพื้นที่รองเดิมเสียก่อนและเพิ่มความขรุขระให้กับพื้นที่รองเดิมถ้าทำได้ รวมถึงการทำรอยต่อให้ถี่ขึ้น วิธีการเหล่านี้จะสามารถลดการเสี่ยงต่อการโก่งงอของพื้นได้เป็นอย่างดี
http://www.youtube.com/watch?v=MFzyMtjA2gs&feature=mfu_in_order&list=UL
โจทย์: การที่แผ่นพื้นคอนกรีตรับความร้อนในตอนกลางวันและการคาย
ความร้อนในตอนกลางคืน มีผลให้อุณหภูมิภายในผืนคอนกรีต
ไม่เท่ากัน (มี Temperature gradient) จึงทำให้แผ่นพื้นคอนกรีต
โก่ง (Curl or Warp) ตอนกลางวัน แผ่นพื้นคอนกรีตโก่งลง
ทำให้เกิดหน่วยแรงดึง (Tensile stresses) เนื่องจาก
Temperature gradient ขึ้น ณ ที่ใดในแผ่นพื้นและกระจาย
อย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวล่างของแผ่นพื้น
คำตอบ 2: เกิดที่ผิวล่างของแผ่นพื้น และมีค่ามากสุดที่กลางผืน
คำตอบ 3: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวบนของแผ่นพื้น
คำตอบ 4: เกิดที่ผิวบนของแผ่นพื้น และมากที่สุดที่กลางผืน
อธิบายคำตอบ:
การเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีต (Curling of Concrete Slabs)
การโก่งงอของพื้นคอนกรีตเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของแผ่นพื้นคอนกรีตที่เทบนพื้น ไม่ว่าจะเป็นการเทคอนกรีตใหม่บนดินหรือเทคอนกรีตใหม่ทับพื้นเดิม โดยจะส่งผลทำให้ปลายหรือส่วนกลางของแผ่นพื้น โก่งขึ้น สาเหตุเนื่องมาจากการที่แผ่นพื้นคอนกรีตมีความชื้นและอุณหภูมิที่แตกต่างกันมาก ระหว่างผิวหน้าด้านบนและด้านล่างคอนกรีต การโก่งงอนี้อาจจะเกิดการยกตัวขึ้นจากพื้นที่รองรับบริเวณปลายแผ่นหรือบริเวณกลางแผ่นก็ได้ ซึ่งจะส่งผลให้พื้นคอนกรีตบริเวณช่องว่างนั้นเกิดการแตกร้าวเมื่อต้องรับน้ำหนักบรรทุกในสภาวะดังกล่าว โดยทั่วไปการเกิดการโก่งงอจะพบเห็นได้หลังเทคอนกรีตได้ไม่นานอย่างไรก็ตาม บางกรณีอาจเกิดขึ้นในภายหลังจากการใช้งานไปซักระยะก็เป็นไปได้
สาเหตุของการเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีต
การเกิดการโก่งงอของพื้นคอนกรีตนี้ มีสาเหตุมาจากการหดตัวของคอนกรีตที่ไม่เท่ากัน (Differential Drying Shrinkage) ระหว่างผิวบนและผิวล่างของพื้นคอนกรีต ซึ่งขึ้นอยู่กับความชื้นและความแตกต่างของอุณหภูมิในแผ่นพื้นเป็นหลัก การโก่งงอนี้สามารถสังเกตเห็นได้อย่างเด่นชัดจากบริเวณด้านข้างและตรงบริเวณมุมของแผ่นพื้น โดยที่ความรุนแรงในการโก่งงอของคอนกรีตจะมีความสัมพันธ์กับการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) นั่นคือหากคอนกรีตเกิดการหดตัวแบบแห้งมากขึ้นเท่าใด การโก่งงอก็มีแนวโน้มมากขึ้นตามไปด้วย
กรณีส่วนใหญ่การเกิดการโก่งงอจะเกิดขึ้นเมื่อผิวหน้าคอนกรีตแห้งและหดตัวมากกว่าด้านล่าง จะทำให้เกิดการโก่งบริเวณปลายของแผ่นพื้นโดยจะงอขึ้นด้านบน ( ดังรูป A ) โดยอาจเกิดขึ้นภายหลังจากการเทคอนกรีต ส่วนใหญ่มักพบในกรณีที่ไม่มีการบ่มคอนกรีตที่ดีเพียงพอ ปล่อยให้ผิวหน้าคอนกรีตสูญเสียความชื้นเร็วเกินไป มีการเยิ้มบริเวณผิวหน้าคอนกรีตมากจนเกินไปเนื่องจากในส่วนผสมใช้น้ำมาก หรือมีการสลัดน้ำจนมากเกินไป เพื่อให้ง่ายในการแต่งผิวหน้าคอนกรีต ซึ่งการบ่มคอนกรีตที่ไม่ถูกต้องและเพียงพอนั้นเป็นสาเหตุของการเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) บริเวณผิวหน้าคอนกรีต
สาเหตุของการเกิดการเยิ้มที่มากเกินบางครั้งอาจเกิดจากการเทคอนกรีตบนแผ่นกันความชื้นประเภทพลาสติก (Polyethylene Sheet) หรือการเทคอนกรีตทับหน้าคอนกรีตเก่า สำหรับกรณีนี้ถ้าพื้นดินที่รองรับมีลักษณะเป็นดินที่มีความอุ้มน้ำสูง การหดตัวของผิวคอนกรีตด้านบนก็จะยิ่งแตกต่างกับด้านล่างมาก สำหรับสาเหตุอีกประการก็คือ อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างผิวด้านบนกับด้านล่างของคอนกรีต โดยเกิดจากความร้อนจากการที่ผิวหน้าของคอนกรีตสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง แต่พื้นดินที่รองรับตรงบริเวณนั้นมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามาก สภาพเช่นนี้ก็จะทำให้พื้นคอนกรีตเกิดการโก่งแบบคว่ำ ( ดังรูป B ) ในบางกรณีอุณหภูมิที่หนาวเย็นในช่วงเวลากลางคืน อาจทำให้พื้นคอนกรีตมีอุณหภูมิลดต่ำลง ขณะที่ผิวด้านล่างของแผ่นพื้นคอนกรีตกลับต้องสัมผัสกับพื้นดินที่รองรับที่มีอุณหภูมิอบอุ่นกว่า ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมินี้เป็นอีกสาเหตุหนึ่งของการโก่งงอแบบยกตัวบริเวณส่วนปลายของแผ่นพื้นได้
วิธีการป้องกันการเกิดการโก่งงอบริเวณปลายพื้นคอนกรีต
สาเหตุเบื้องต้นที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดของแผ่นพื้นซึ่งส่งผลให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้น ได้แก่ การเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) วิธีการทำงาน ความชื้นหรือน้ำใต้ดินของชั้นดินที่รองรับ และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืน ส่วนวิธีการต่อไปนี้คือวิธีที่จะช่วยทำให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นลดลงได้
- ใช้ปริมาณน้ำในส่วนผสมคอนกรีตให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
- มวลรวมที่ใช้ควรเลือกใช้ที่มีขนาดโตสุดเท่าที่เป็นไปได้ และ/หรือออกแบบให้คอนกรีตมีปริมาณมวลรวมให้มากที่สุดเพื่อลดปัญหาการเกิดการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) ในคอนกรีต
- ระมัดระวังไม่ให้คอนกรีตเกิดการเยิ้มมากจนเกินไป
- หลีกเลี่ยงส่วนผสมคอนกรีตที่ใช้ปริมาณปูนซีเมนต์มากจนเกินไป ถ้าจำเป็นอาจเลือกใช้วัสดุประเภทปอซโซลานทดแทน
- ควรบ่มคอนกรีตอย่างทั่วถึง โดยเฉพาะรอยต่อและบริเวณปลายแผ่นพื้น ในกรณีที่ใช้สารเคมีบ่มคอนกรีต (Curing Compound) อาจฉีดพ่นซ้ำบริเวณมุมและขอบของแผ่นพื้นซ้ำอีกครั้ง
- ในกรณีที่ต้องการให้เกิดการโก่งงอน้อยที่สุด ระยะในการทำรอยต่อคอนกรีตไม่ควรเกิน 24 เท่าของความหนาของแผ่นพื้น
- ในกรณีเทคอนกรีตทับหน้าที่มีความหนาน้อยๆ อาจเพิ่มการยึดเกาะและเชื่อมประสานระหว่างคอนกรีตเก่ากับคอนกรีตใหม่บริเวณมุมแผ่นพื้น ด้วยการทำความสะอาดให้เรียบร้อยและใช้ตะปูคอนกรีตตอกให้ทั่วบริเวณแล้วจึงใช้ลวดพันสลับไปมาระหว่างตะปูให้รอบ
- เลือกใช้ความหนาของพื้นให้มากขึ้นกว่าเดิม หรือเพิ่มความหนาเฉพาะบริเวณปลายแผ่นพื้น
- ควรออกแบบเสริมเหล็กอย่างเหมาะสม การใส่อุปกรณ์ถ่ายแรง (Load Transfer) บริเวณรอยต่อก่อสร้าง (Construction Joint) จะช่วยลดการเคลื่อนตัวในแนวดิ่งระหว่างแผ่นพื้นได้
ในกรณีที่ไม่สามารถยอมให้เกิดการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นเลย อาจทำได้โดยการใช้สารเคมีลดการหดตัวในคอนกรีต, การใช้คอนกรีตที่ออกแบบใช้มีการชดเชยการหดตัว, การใช้พื้นคอนกรีตอัดแรง หรือการใช้สุญญากาศดูดเอาน้ำส่วนเกินในคอนกรีตออกไป ซึ่งวิธีการเหล่านี้ล้วนแต่เป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง
สำหรับวิธีการซ่อมแซมการโก่งงอบริเวณปลายแผ่นพื้นอาจทำได้โดยการทำรอยต่อ (Contraction Joint) ด้วยวิธีการใช้เลื่อยตัด (Saw cut) เพิ่มเติม จากนั้นขัดพื้นบริเวณที่โก่งขึ้นมาให้เรียบเสมอกันแล้วจึงทำการอุดช่องว่างด้วยซีเมนต์เพสต์ หรือ Epoxy บริเวณช่องว่างใต้แผ่นพื้นให้เต็ม
พื้นที่ยิ่งบางก็จะยิ่งมีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดการโก่งงอของพื้น หากหลีกเลี่ยงการเทพื้นแบบบางไม่ได้ ควรเพิ่มการยึดรั้งระหว่างพื้นที่เทใหม่กับพื้นที่รอง ด้วยการทำความสะอาดพื้นที่รองเดิมเสียก่อนและเพิ่มความขรุขระให้กับพื้นที่รองเดิมถ้าทำได้ รวมถึงการทำรอยต่อให้ถี่ขึ้น วิธีการเหล่านี้จะสามารถลดการเสี่ยงต่อการโก่งงอของพื้นได้เป็นอย่างดี
http://www.youtube.com/watch?v=MFzyMtjA2gs&feature=mfu_in_order&list=UL
ข้อ 10
ข้อที่: 10
โจทย์: การที่แผ่นพื้นคอนกรีตรับความร้อนในตอนกลางวันและการคาย
ความร้อนในตอนกลางคืน มีผลให้อุณหภูมิภายในผืนคอนกรีต
ไม่เท่ากัน (มี Temperature gradient) จึงทำให้แผ่นพื้นคอนกรีต
โก่ง (Curl or warp) ตอนกลางคืน แผ่นพื้นคอนกรีตโก่งขึ้น ทำให้
เกิดหน่วยแรงดึง(Tensile stresses) เนื่องจาก Temperature
gradient ขึ้น ณ ที่ใดในแผ่นพื้นและกระจายอย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวล่างของแผ่นพื้น
คำตอบ 2: เกิดที่ผิวล่างของแผ่นพื้น และมีค่ามากสุดที่กลางผืน
คำตอบ 3: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวบนของแผ่นพื้น
คำตอบ 4: เกิดที่ผิวบนของแผ่นพื้น และมากที่สุดที่กลางผืน
อธิบายคำตอบ: คำถามเหมือนข้อ 9 ดังนั้น คำตอบจึงเหมือนกัน
โจทย์: การที่แผ่นพื้นคอนกรีตรับความร้อนในตอนกลางวันและการคาย
ความร้อนในตอนกลางคืน มีผลให้อุณหภูมิภายในผืนคอนกรีต
ไม่เท่ากัน (มี Temperature gradient) จึงทำให้แผ่นพื้นคอนกรีต
โก่ง (Curl or warp) ตอนกลางคืน แผ่นพื้นคอนกรีตโก่งขึ้น ทำให้
เกิดหน่วยแรงดึง(Tensile stresses) เนื่องจาก Temperature
gradient ขึ้น ณ ที่ใดในแผ่นพื้นและกระจายอย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวล่างของแผ่นพื้น
คำตอบ 2: เกิดที่ผิวล่างของแผ่นพื้น และมีค่ามากสุดที่กลางผืน
คำตอบ 3: เกิดสม่ำเสมอตลอดผิวบนของแผ่นพื้น
คำตอบ 4: เกิดที่ผิวบนของแผ่นพื้น และมากที่สุดที่กลางผืน
อธิบายคำตอบ: คำถามเหมือนข้อ 9 ดังนั้น คำตอบจึงเหมือนกัน
ข้อ 11
ข้อที่: 11
โจทย์: เมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นพื้นคอนกรีตลดลงและต้องการจะหดตัว
แต่เนื่องจากมีดิน Subgrade เหนี่ยวรั้งไว้ การเหนี่ยวรั้งของ
Subgrade ในกรณีนี้จะทำให้เกิด Stresses ประเภทใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Tensile Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 2: Compressive Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 3: Flexible Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 4: Bending Stresses ในแผ่นพื้น
อธิบายคำตอบ:
การแตกร้าวของถนนนั้นมักจะ เกิดขึ้นขณะที่คอนกรีตกำลังแข็งตัว หรือเป็นที่รู้จักกันในเชิงวิชาการคอนกรีตว่า การแตกร้าวเนื่องจากการหดตัวแบบพลาสติก (Plastic Shrinkage Cracking) ซึ่งนอกจากมีโอกาสสูงที่จะเกิดกับงานถนนแล้ว ยังเกิดกับงานประเภทพื้นที่อยู่กลางแจ้งอื่นได้อีกด้วย อาทิ พื้นอาคาร, ดาดฟ้า และลานประเภทต่างๆ เป็นต้น การแตกร้าวในลักษณะนี้จะไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ต่างกับการแตกร้าวเนื่องจากคอนกรีตหดตัวแบบแห้งซึ่งจะเป็นเส้นค่อนข้างตรง และยาวที่มักจะเกิดขึ้นเมื่อไม่มีการตัดรอยต่อที่ถูกต้อง
โจทย์: เมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นพื้นคอนกรีตลดลงและต้องการจะหดตัว
แต่เนื่องจากมีดิน Subgrade เหนี่ยวรั้งไว้ การเหนี่ยวรั้งของ
Subgrade ในกรณีนี้จะทำให้เกิด Stresses ประเภทใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Tensile Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 2: Compressive Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 3: Flexible Stresses ในแผ่นพื้น
คำตอบ 4: Bending Stresses ในแผ่นพื้น
อธิบายคำตอบ:
การแตกร้าวของถนนนั้นมักจะ เกิดขึ้นขณะที่คอนกรีตกำลังแข็งตัว หรือเป็นที่รู้จักกันในเชิงวิชาการคอนกรีตว่า การแตกร้าวเนื่องจากการหดตัวแบบพลาสติก (Plastic Shrinkage Cracking) ซึ่งนอกจากมีโอกาสสูงที่จะเกิดกับงานถนนแล้ว ยังเกิดกับงานประเภทพื้นที่อยู่กลางแจ้งอื่นได้อีกด้วย อาทิ พื้นอาคาร, ดาดฟ้า และลานประเภทต่างๆ เป็นต้น การแตกร้าวในลักษณะนี้จะไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ต่างกับการแตกร้าวเนื่องจากคอนกรีตหดตัวแบบแห้งซึ่งจะเป็นเส้นค่อนข้างตรง และยาวที่มักจะเกิดขึ้นเมื่อไม่มีการตัดรอยต่อที่ถูกต้อง
สาเหตุของการแตกร้าวเนื่องจากการหดตัวแบบพลาสติก
การ ที่คอนกรีตเกิดการแตกร้าวแบบนี้ มีสาเหตุมาจากคอนกรีตหดตัวอย่างเฉียบพลันในช่วงที่ยังอยู่ในสภาพยังไม่แข็ง ตัว (Pre-hardened Stage) ซึ่งคอนกรีตในช่วงนี้แทบจะไม่มีความสามารถในการรับแรงเค้นที่เกิดจากแรงดึง (Tensile Stress) ซึ่งแรงเค้นเกิดขึ้นขณะที่คอนกรีตมีการหดตัว เมื่อแรงเค้นนี้เกิดมากเกินกว่าที่คอนกรีตสามารถรับได้ ก็จะเกิดการแตกร้าว ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 1
การ ที่คอนกรีตเกิดการแตกร้าวแบบนี้ มีสาเหตุมาจากคอนกรีตหดตัวอย่างเฉียบพลันในช่วงที่ยังอยู่ในสภาพยังไม่แข็ง ตัว (Pre-hardened Stage) ซึ่งคอนกรีตในช่วงนี้แทบจะไม่มีความสามารถในการรับแรงเค้นที่เกิดจากแรงดึง (Tensile Stress) ซึ่งแรงเค้นเกิดขึ้นขณะที่คอนกรีตมีการหดตัว เมื่อแรงเค้นนี้เกิดมากเกินกว่าที่คอนกรีตสามารถรับได้ ก็จะเกิดการแตกร้าว ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 1
รูปที่ 1 - รอยแตกร้าวเนื่องจากการหดตัวแบบพลาสติก
ส่วนปัจจัยที่ส่งผลให้คอนกรีตเกิดการแตกร้าวแบบนี้มีอยู่ด้วยกันมากมาย แต่จะสรุปเป็นข้อได้ 6 ปัจจัยหลักดังนี้
1. อุณหภูมิอากาศ – เมื่อเข้าฤดูร้อนอุณหภูมิอากาศเริ่มสูงขึ้น ส่งผลให้คอนกรีตมีการสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้คอนกรีตที่ผิวหน้ามีการหดตัวอย่างเฉียบพลัน จึงเสี่ยงกับการแตกร้าว
2. น้ำยาผสมคอนกรีต – การใช้น้ำยาหน่วงที่มากเกินความจำเป็นจะทำให้ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นชะลอตัวลง มากเกินไป ซึ่งส่งผลให้คอนกรีตพัฒนากำลังดึง (Tensile Strength Development) ได้ไม่ทันกับการหดตัวของคอนกรีตที่ผิวหน้า
3. ความชื้นสัมพัทธ์ – การมีความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยที่สูงในประเทศไทยช่วยให้คอนกรีตสูญเสียน้ำให้ กับสิ่งแวดล้อมช้าลง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่คอนกรีตจะเกิดการแตกร้าว แต่ในช่วงฤดูหนาวอากาศจะมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า จึงทำให้คอนกรีตอาจสูญเสียน้ำให้กับสิ่งแวดล้อมเร็วขึ้น จึงเสี่ยงกับการแตกร้าวได้ง่าย
4. ลม – ลมเป็นปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมอีกอย่างหนึ่ง นอกเหนือจากอุณหภูมิของอากาศและความชื้นสัมพัทธ์ที่กล่าวมา สำหรับลมซึ่งมีความเร็วกว่า 8 กม./ชม. จะส่งผลกระทบกับการสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าคอนกรีตได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับอุณหภูมิอากาศที่ร้อนจัดหรือความชื้นสัมพัทธ์ ที่ต่ำ
5. ปริมาณปูนซีเมนต์ – ปริมาณของปูนซีเมนต์ในส่วนผสมที่มีมากเกินไป จะส่งผลกระทบต่อการแตกร้าวของคอนกรีตได้สองลักษณะ โดยในลักษณะแรกจะทำให้คอนกรีตมีความร้อนสูงจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ซึ่งเป็นผลให้น้ำที่อยู่ในคอนกรีตระเหยไปอย่างรวดเร็ว ในลักษณะที่สองอนุภาคของปูนซีเมนต์ซึ่งมีขนาดเล็กมาก สามารถสร้างความทึบน้ำของคอนกรีตได้ค่อนข้างดี จะส่งผลให้น้ำที่อยู่ในส่วนข้างล่างของพื้นถนนขึ้นมาชดเชยน้ำที่เสียไปจาก ผิวหน้าได้ช้าจนอาจไม่ทันการณ์ หรืออัตราการระเหยของน้ำมากกว่าอัตราการชดเชย
6. ปริมาณน้ำ – ปริมาณน้ำในคอนกรีตเป็นตัวแปรที่สำคัญกับกำลังอัดและการหดตัวของคอนกรีต เมื่อปริมาณน้ำในส่วนผสมมีมากเกินไปก็จะส่งผลให้คอนกรีตมีกำลังอัดลดลง และยังทำให้คอนกรีตมีการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) สูงขึ้นด้วย ในทางกลับกันหากปริมาณน้ำในส่วนผสมมีน้อยจนเกินไป ก็ทำให้คอนกรีตมีน้ำไม่เพียงพอที่จะขึ้นมาชดเชยน้ำที่เสียไปจากผิวหน้า
7. ปริมาณเถ้าลอย – การใช้เถ้าลอยเป็นส่วนผสมในคอนกรีตมีผลดีมากกว่าผลเสียหากเถ้าลอยที่ใช้มี คุณภาพดี ซึ่งทำให้การพัฒนากำลังอัดหลัง 50 วันเพิ่มขึ้น ทำให้คอนกรีตทึบน้ำขึ้น และยังทำให้ความทนทานต่อซัลเฟตกับคลอไรด์เพิ่มมากขึ้น แต่เมื่อใช้ในปริมาณที่สูงจะทำให้หน่วงการก่อตัวของคอนกรีต ซึ่งเป็นเหตุให้ระยะเวลาของการพัฒนากำลังอัดในช่วงแรกยาวขึ้น กำลังอัดในระยะแรกต่ำลง และความทนทานต่อการขัดสีลดลง หากต้องการใช้เถ้าลอยในงานถนน ควรทำการบ่มคอนกรีตให้ถูกวิธีเพื่อช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำ โดยเฉพาะในระยะเวลาที่คอนกรีตยังไม่ก่อตัว
การป้องกันการแตกร้าวแบบ Plastic Shrinkage
การป้องกันปัญหาการแตกร้าวอาจแยกความรับผิดชอบได้เป็นสองส่วน ในส่วนของผู้ผลิตสามารถทำได้หลายแนวทาง ดั้งนี้
แนวทางแรกคือการกำหนดมาตรฐานการผลิตคอนกรีตสำหรับเทงานพื้นกลางแจ้งที่คอนกรีต มีโอกาสสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าในปริมาณมากอย่างรวดเร็ว โดยใช้ปริมาณน้ำในการผสมที่พอเหมาะ คือมีอัตราส่วนของน้ำต่อวัสดุประสานโดยน้ำหนักที่อยู่ระหว่าง 0.38 ถึง 0.45 และหลีกเลี่ยงการใช้น้ำยาผสมคอนกรีตที่มีคุณสมบัติในการหน่วงการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน (น้ำยาผสม Type D) และหากเป็นไปได้ไม่ควรใช้น้ำยาผสม Type Gเพราะออกแบบปริมาณการใช้ให้เหมาะกับงานได้ยาก แต่หากมีความจำเป็นต้องรักษาความสามารถในการเทได้ ต้องออกแบบคอนกรีตให้มีระยะเวลาการก่อตัวที่ไม่ยาวเกินไป โดยพิจารณาการสูญเสียค่ายุบตัวคอนกรีตให้สอดคล้องกับอัตราการเทคอนกรีต
แนวทางที่สองคือการวางแผนการจัดส่งคอนกรีตให้มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยการลดเวลาในการจัดส่งให้เหลือน้อยที่สุด ไม่ว่าจะเป็นการขออนุญาตตั้งโรงงานผสมชั่วคราวภายในบริเวณโครงการก่อสร้าง หรือใกล้ที่หน้างาน หรือการขอความอนุเคราะห์จากลูกค้าให้ปรับปรุงเส้นทางสัญจรเพื่ออำนวยความ สะดวกแก่รถโม่ ซึ่งเป็นการลดเวลาที่ใช้ในการเดินทาง
แนวทางที่สามคือ ส่วนผสมที่ใช้ต้องเชื่อมั่นได้ว่าใช้ปูนซีเมนต์ในปริมาณที่น้อยที่สุด แต่ต้องมีคุณสมบัติครบถ้วนตามข้อกำหนด และสามารถทำงานได้ดีในขณะเท
แนว ทางที่สี่คือการหลีกเลี่ยงการใช้ทรายที่มีความละเอียดมาก ซึ่งทรายที่ละเอียดมากจะไปขัดขวางช่องทางเดินของน้ำ ทำให้น้ำที่อยู่ส่วนล่างของพื้นขึ้นมาชดเชยน้ำที่สูญเสียไปจากผิวหน้าได้ยาก ขึ้น
แนวทางที่ห้าคือการนำวัสดุหรือสารผสมเพิ่มเข้ามาช่วยโดยเฉพาะวัน ที่มีอากาศร้อนจัดมาก แต่วัสดุหรือสารผสมเพิ่มเหล่านี้มีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับส่วนผสมตัว หลัก อาทิ การใช้ Polypropylene Fiber เพื่อเพิ่ม Tensile Strength ให้กับคอนกรีต โดยใช้ในอัตราส่วนร้อยละ 0.1 โดยน้ำหนักของปูนซีเมนต์ หรือการใช้ Methylcellulose เพื่อเพิ่มความสามารถในการอุ้มน้ำของคอนกรีต โดยใช้ในอัตราส่วนร้อยละ 0.02 โดยน้ำหนักของปูนซีเมนต์
ในส่วนของผู้บริโภคสามารถทำได้หลายแนวทาง ดั้งนี้
แนวทางแรกคือการวางแผนงานให้มีประสิทธิภาพในการทำงานอย่างสูงสุด และใช้เครื่องมือเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพและเพียงพอกับปริมาณและอัตรา การเทของคอนกรีตที่สั่ง รวมถึงการจ้างแรงงานที่มีความชำนาญในจำนวนที่พอเพียง เพื่อให้การเทคอนกรีตเป็นไปอย่างรวดเร็วและคอนกรีตยังคงอยู่ในสภาพสด
แนวทางที่สองคือการเอื้ออำนวยความสะดวกให้กับรถโม่ที่จัดส่งคอนกรีต เพื่อให้รถใช้เวลาในการรับส่งน้อยที่สุด หากเป็นโครงการขนาดใหญ่ที่มีความต้องการคอนกรีตในปริมาณที่สูงและภายใน โครงการมีเนื้อที่ว่างพอ ควรพิจารณาอนุญาตให้บริษัทฯสามารถติดตั้งโรงงานผสมคอนกรีตภายในบริเวณ โครงการเป็นการชั่วคราว
แนวทางที่สามคือการควบคุมการทำงานให้เป็นไปตาม มาตรฐานและข้อกำหนด เช่นอาจมีการใช้น้ำยาบ่มฉีดที่ผิวหน้าหากคอนกรีตอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่ รุนแรงนัก แต่หากคอนกรีตอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง เช่นลมที่พัดด้วยความเร็วเกิน 8 กม./ชม. การใช้น้ำยาบ่มอาจเป็นมาตราการป้องกันที่ไม่พอเพียง ควรใช้แผ่นพลาสติกคลุมปิดผิวคอนกรีตทันทีหลังการปาดหน้า หากไม่สามารถหาแผ่นพลาสติกได้ อาจใช้กระสอบป่านชื้นคลุมแทน เช่นที่แสดงไว้ในรูปที่ 2
รูปที่ 2 – การบ่มคอนกรีตโดยกระสอบป่าน
แนวทางที่สี่คือการวางแผนงานให้ลดความรุนแรงที่มีผลกระทบมาจากสิ่งแวดล้อมได้ มากที่สุด ในกรณีของโครงการนี้ อาจมีการศึกษาพฤติกรรมของลมว่าพัดจากทิศใด ช่วงเวลาใดจะสงบที่สุดและอุณหภูมิอากาศที่ไม่สูงมาก และวางแผนการเทให้สอดคล้องกับช่วงเวลานั้น
แนวทางที่ห้า ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่มีความสำคัญที่สุด ในขณะเดียวกันอาจมีความเป็นไปได้น้อยที่สุด คือการเปิดโอกาสให้บริษัทฯ ออกแบบส่วนผสมที่เหมาะสมกับการใช้งานของโครงการ โดยมีข้อกำหนดแค่คุณสมบัติหรือความสามารถ (Performance-based Specification) ของคอนกรีต
ข้อสรุป การแตกร้าวของถนนหรือพื้นคอนกรีตนั้น เป็นเรื่องที่สามารถป้องกันมิให้เกิดขึ้นได้โดยไม่ยาก แต่ก็ควรมีการร่วมมือกันทั้งผู้ผลิตคอนกรีตและผู้บริโภค และเมื่อมีการแตกร้าวเกิดขึ้นก็มิได้หมายความว่าโครงสร้างนั้นจะไม่ทนทานตาม ที่ผู้ออกแบบได้กำหนดเอาไว้ ส่วนใหญ่การแตกร้าวแบบนี้เป็นการแตกร้าวโดยผิวเผิน หรือ Cosmetic ซึ่งไม่มีความจำเป็น
ส่วนปัจจัยที่ส่งผลให้คอนกรีตเกิดการแตกร้าวแบบนี้มีอยู่ด้วยกันมากมาย แต่จะสรุปเป็นข้อได้ 6 ปัจจัยหลักดังนี้
1. อุณหภูมิอากาศ – เมื่อเข้าฤดูร้อนอุณหภูมิอากาศเริ่มสูงขึ้น ส่งผลให้คอนกรีตมีการสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้คอนกรีตที่ผิวหน้ามีการหดตัวอย่างเฉียบพลัน จึงเสี่ยงกับการแตกร้าว
2. น้ำยาผสมคอนกรีต – การใช้น้ำยาหน่วงที่มากเกินความจำเป็นจะทำให้ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นชะลอตัวลง มากเกินไป ซึ่งส่งผลให้คอนกรีตพัฒนากำลังดึง (Tensile Strength Development) ได้ไม่ทันกับการหดตัวของคอนกรีตที่ผิวหน้า
3. ความชื้นสัมพัทธ์ – การมีความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยที่สูงในประเทศไทยช่วยให้คอนกรีตสูญเสียน้ำให้ กับสิ่งแวดล้อมช้าลง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่คอนกรีตจะเกิดการแตกร้าว แต่ในช่วงฤดูหนาวอากาศจะมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า จึงทำให้คอนกรีตอาจสูญเสียน้ำให้กับสิ่งแวดล้อมเร็วขึ้น จึงเสี่ยงกับการแตกร้าวได้ง่าย
4. ลม – ลมเป็นปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมอีกอย่างหนึ่ง นอกเหนือจากอุณหภูมิของอากาศและความชื้นสัมพัทธ์ที่กล่าวมา สำหรับลมซึ่งมีความเร็วกว่า 8 กม./ชม. จะส่งผลกระทบกับการสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าคอนกรีตได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับอุณหภูมิอากาศที่ร้อนจัดหรือความชื้นสัมพัทธ์ ที่ต่ำ
5. ปริมาณปูนซีเมนต์ – ปริมาณของปูนซีเมนต์ในส่วนผสมที่มีมากเกินไป จะส่งผลกระทบต่อการแตกร้าวของคอนกรีตได้สองลักษณะ โดยในลักษณะแรกจะทำให้คอนกรีตมีความร้อนสูงจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ซึ่งเป็นผลให้น้ำที่อยู่ในคอนกรีตระเหยไปอย่างรวดเร็ว ในลักษณะที่สองอนุภาคของปูนซีเมนต์ซึ่งมีขนาดเล็กมาก สามารถสร้างความทึบน้ำของคอนกรีตได้ค่อนข้างดี จะส่งผลให้น้ำที่อยู่ในส่วนข้างล่างของพื้นถนนขึ้นมาชดเชยน้ำที่เสียไปจาก ผิวหน้าได้ช้าจนอาจไม่ทันการณ์ หรืออัตราการระเหยของน้ำมากกว่าอัตราการชดเชย
6. ปริมาณน้ำ – ปริมาณน้ำในคอนกรีตเป็นตัวแปรที่สำคัญกับกำลังอัดและการหดตัวของคอนกรีต เมื่อปริมาณน้ำในส่วนผสมมีมากเกินไปก็จะส่งผลให้คอนกรีตมีกำลังอัดลดลง และยังทำให้คอนกรีตมีการหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage) สูงขึ้นด้วย ในทางกลับกันหากปริมาณน้ำในส่วนผสมมีน้อยจนเกินไป ก็ทำให้คอนกรีตมีน้ำไม่เพียงพอที่จะขึ้นมาชดเชยน้ำที่เสียไปจากผิวหน้า
7. ปริมาณเถ้าลอย – การใช้เถ้าลอยเป็นส่วนผสมในคอนกรีตมีผลดีมากกว่าผลเสียหากเถ้าลอยที่ใช้มี คุณภาพดี ซึ่งทำให้การพัฒนากำลังอัดหลัง 50 วันเพิ่มขึ้น ทำให้คอนกรีตทึบน้ำขึ้น และยังทำให้ความทนทานต่อซัลเฟตกับคลอไรด์เพิ่มมากขึ้น แต่เมื่อใช้ในปริมาณที่สูงจะทำให้หน่วงการก่อตัวของคอนกรีต ซึ่งเป็นเหตุให้ระยะเวลาของการพัฒนากำลังอัดในช่วงแรกยาวขึ้น กำลังอัดในระยะแรกต่ำลง และความทนทานต่อการขัดสีลดลง หากต้องการใช้เถ้าลอยในงานถนน ควรทำการบ่มคอนกรีตให้ถูกวิธีเพื่อช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำ โดยเฉพาะในระยะเวลาที่คอนกรีตยังไม่ก่อตัว
การป้องกันการแตกร้าวแบบ Plastic Shrinkage
การป้องกันปัญหาการแตกร้าวอาจแยกความรับผิดชอบได้เป็นสองส่วน ในส่วนของผู้ผลิตสามารถทำได้หลายแนวทาง ดั้งนี้
แนวทางแรกคือการกำหนดมาตรฐานการผลิตคอนกรีตสำหรับเทงานพื้นกลางแจ้งที่คอนกรีต มีโอกาสสูญเสียน้ำที่ผิวหน้าในปริมาณมากอย่างรวดเร็ว โดยใช้ปริมาณน้ำในการผสมที่พอเหมาะ คือมีอัตราส่วนของน้ำต่อวัสดุประสานโดยน้ำหนักที่อยู่ระหว่าง 0.38 ถึง 0.45 และหลีกเลี่ยงการใช้น้ำยาผสมคอนกรีตที่มีคุณสมบัติในการหน่วงการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน (น้ำยาผสม Type D) และหากเป็นไปได้ไม่ควรใช้น้ำยาผสม Type Gเพราะออกแบบปริมาณการใช้ให้เหมาะกับงานได้ยาก แต่หากมีความจำเป็นต้องรักษาความสามารถในการเทได้ ต้องออกแบบคอนกรีตให้มีระยะเวลาการก่อตัวที่ไม่ยาวเกินไป โดยพิจารณาการสูญเสียค่ายุบตัวคอนกรีตให้สอดคล้องกับอัตราการเทคอนกรีต
แนวทางที่สองคือการวางแผนการจัดส่งคอนกรีตให้มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยการลดเวลาในการจัดส่งให้เหลือน้อยที่สุด ไม่ว่าจะเป็นการขออนุญาตตั้งโรงงานผสมชั่วคราวภายในบริเวณโครงการก่อสร้าง หรือใกล้ที่หน้างาน หรือการขอความอนุเคราะห์จากลูกค้าให้ปรับปรุงเส้นทางสัญจรเพื่ออำนวยความ สะดวกแก่รถโม่ ซึ่งเป็นการลดเวลาที่ใช้ในการเดินทาง
แนวทางที่สามคือ ส่วนผสมที่ใช้ต้องเชื่อมั่นได้ว่าใช้ปูนซีเมนต์ในปริมาณที่น้อยที่สุด แต่ต้องมีคุณสมบัติครบถ้วนตามข้อกำหนด และสามารถทำงานได้ดีในขณะเท
แนว ทางที่สี่คือการหลีกเลี่ยงการใช้ทรายที่มีความละเอียดมาก ซึ่งทรายที่ละเอียดมากจะไปขัดขวางช่องทางเดินของน้ำ ทำให้น้ำที่อยู่ส่วนล่างของพื้นขึ้นมาชดเชยน้ำที่สูญเสียไปจากผิวหน้าได้ยาก ขึ้น
แนวทางที่ห้าคือการนำวัสดุหรือสารผสมเพิ่มเข้ามาช่วยโดยเฉพาะวัน ที่มีอากาศร้อนจัดมาก แต่วัสดุหรือสารผสมเพิ่มเหล่านี้มีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับส่วนผสมตัว หลัก อาทิ การใช้ Polypropylene Fiber เพื่อเพิ่ม Tensile Strength ให้กับคอนกรีต โดยใช้ในอัตราส่วนร้อยละ 0.1 โดยน้ำหนักของปูนซีเมนต์ หรือการใช้ Methylcellulose เพื่อเพิ่มความสามารถในการอุ้มน้ำของคอนกรีต โดยใช้ในอัตราส่วนร้อยละ 0.02 โดยน้ำหนักของปูนซีเมนต์
ในส่วนของผู้บริโภคสามารถทำได้หลายแนวทาง ดั้งนี้
แนวทางแรกคือการวางแผนงานให้มีประสิทธิภาพในการทำงานอย่างสูงสุด และใช้เครื่องมือเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพและเพียงพอกับปริมาณและอัตรา การเทของคอนกรีตที่สั่ง รวมถึงการจ้างแรงงานที่มีความชำนาญในจำนวนที่พอเพียง เพื่อให้การเทคอนกรีตเป็นไปอย่างรวดเร็วและคอนกรีตยังคงอยู่ในสภาพสด
แนวทางที่สองคือการเอื้ออำนวยความสะดวกให้กับรถโม่ที่จัดส่งคอนกรีต เพื่อให้รถใช้เวลาในการรับส่งน้อยที่สุด หากเป็นโครงการขนาดใหญ่ที่มีความต้องการคอนกรีตในปริมาณที่สูงและภายใน โครงการมีเนื้อที่ว่างพอ ควรพิจารณาอนุญาตให้บริษัทฯสามารถติดตั้งโรงงานผสมคอนกรีตภายในบริเวณ โครงการเป็นการชั่วคราว
แนวทางที่สามคือการควบคุมการทำงานให้เป็นไปตาม มาตรฐานและข้อกำหนด เช่นอาจมีการใช้น้ำยาบ่มฉีดที่ผิวหน้าหากคอนกรีตอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่ รุนแรงนัก แต่หากคอนกรีตอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง เช่นลมที่พัดด้วยความเร็วเกิน 8 กม./ชม. การใช้น้ำยาบ่มอาจเป็นมาตราการป้องกันที่ไม่พอเพียง ควรใช้แผ่นพลาสติกคลุมปิดผิวคอนกรีตทันทีหลังการปาดหน้า หากไม่สามารถหาแผ่นพลาสติกได้ อาจใช้กระสอบป่านชื้นคลุมแทน เช่นที่แสดงไว้ในรูปที่ 2
รูปที่ 2 – การบ่มคอนกรีตโดยกระสอบป่าน
แนวทางที่สี่คือการวางแผนงานให้ลดความรุนแรงที่มีผลกระทบมาจากสิ่งแวดล้อมได้ มากที่สุด ในกรณีของโครงการนี้ อาจมีการศึกษาพฤติกรรมของลมว่าพัดจากทิศใด ช่วงเวลาใดจะสงบที่สุดและอุณหภูมิอากาศที่ไม่สูงมาก และวางแผนการเทให้สอดคล้องกับช่วงเวลานั้น
แนวทางที่ห้า ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่มีความสำคัญที่สุด ในขณะเดียวกันอาจมีความเป็นไปได้น้อยที่สุด คือการเปิดโอกาสให้บริษัทฯ ออกแบบส่วนผสมที่เหมาะสมกับการใช้งานของโครงการ โดยมีข้อกำหนดแค่คุณสมบัติหรือความสามารถ (Performance-based Specification) ของคอนกรีต
ข้อสรุป การแตกร้าวของถนนหรือพื้นคอนกรีตนั้น เป็นเรื่องที่สามารถป้องกันมิให้เกิดขึ้นได้โดยไม่ยาก แต่ก็ควรมีการร่วมมือกันทั้งผู้ผลิตคอนกรีตและผู้บริโภค และเมื่อมีการแตกร้าวเกิดขึ้นก็มิได้หมายความว่าโครงสร้างนั้นจะไม่ทนทานตาม ที่ผู้ออกแบบได้กำหนดเอาไว้ ส่วนใหญ่การแตกร้าวแบบนี้เป็นการแตกร้าวโดยผิวเผิน หรือ Cosmetic ซึ่งไม่มีความจำเป็น
วันศุกร์ที่ 25 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2554
ข้อ 12
ข้อที่: 12
โจทย์: ในการออกแบบถนนคอนกรีต เราพิจารณาออกแบบรองรับ
Stresses เนื่องจากอุณหภูมิอย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: ออกแบบแผ่นพื้นให้หนาเพียงพอที่จะรับ Stresses นี้ได้
คำตอบ 2: ใส่เหล็กเสริมรับหน่วยแรงดัดเพิ่มขึ้น
คำตอบ 3: ตัดซอยคอนกรีตเป็นผืนเล็กเพื่อลด Stresses ให้เหลือน้อย
คำตอบ 4: ปรับอุณหภูมิแผ่นพื้นให้คงที่มากที่สุด
อธิบายคำตอบ:
หลักการทํางานของถนนคอนกรีต
ถนนคอนกรีตจัดเป็นถนนประเภททางผิวแข็ง(Rigid pavement) เนื่องจากโครงสร้างผิวทางคอนกรีตมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่น(Modulus of Elasticity) สูง ส่งผลให้มีการแอ่นตัวน้อยมากเมื่อมีน้ำหนักกระทําบนผิวทาง โครงสร้างถนนคอนกรีตประกอบด้วย ชั้นผิวทางคอนกรีตวางอยู่บนชั้นดินเดิม (Subgrade) ผิวคอนกรีตจะรับน้ำหนักเป็นส่วนของโครงสร้างเช่นเดียวกับแผ่นพื้น(Plate) เนื่องจากความแข็งแกร่งของผิวทางคอนกรีต ทําให้โครงสร้างทางสามารถกระจายน้ำหนักจากล้อยานพาหนะลงสู่ดินคันทางเป็นเนื้อที่กว้างมีผลให้หน่วยแรง (Stress) ที่เกิดขึ้นในดินคันทางมีค่าต่ำ ในกรณีที่อาจมีปัญหาเรื่องน้ำท่วม การระบายน้ำหรือดินคันทางมีคุณภาพไม่ดีพอ อาจเพิ่มชั้นพื้นทางและชั้นรองพื้นทางได้ ลักษณะเฉพาะของถนนคอนกรีตที่สําคัญคือจะมีรอยต่อ(Joint)ระหว่างแผ่นคอนกรีตทั้งตามขวางและตามยาวของถนนเพื่อช่วยให้แผ่นคอนกรีตสามารถหดและขยายตัวได้
หน่วยแรงที่เกิดในถนนคอนกรีต
แผ่นคอนกรีตที่ใช้เป็นผิวทางมีความหนาไม่มาก เมื่อเปรียบเทียบกับชั้นดินที่รองรับ แต่มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงมาก ดังนั้นการรับน้ำหนักของล้อยานพาหนะจึงมาจากตัวแผ่นคอนกรีตเกือบทั้งหมด การคํานวณหาหน่วยแรงที่เกิดขึ้นในโครงสร้างทางคอนกรีต จึงเน้นพิจารณาในตัวแผ่นคอนกรีต ปัจจัยสําคัญที่ทําให้เกิดหน่วยแรงในตัวแผ่นคอนกรีต ได้แก่น้ำหนักจากล้อยานพาหนะ, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, แรงฝัดระหว่างคอนกรีตกับผิวดิน, แรงเกิดในร่องรอยต่อ ค่าหน่วยแรงต่างๆที่เกิดขึ้นในแผ่นคอนกรีต จากปัจจัยต่างๆส่วนใหญ่แล้วจะต้องนํามารวมกัน ผลรวมที่ได้จะต้องไม่มากเกินกว่าหน่วยแรงที่ผิวทางคอนกรีตจะรับได้
โจทย์: ในการออกแบบถนนคอนกรีต เราพิจารณาออกแบบรองรับ
Stresses เนื่องจากอุณหภูมิอย่างไร
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: ออกแบบแผ่นพื้นให้หนาเพียงพอที่จะรับ Stresses นี้ได้
คำตอบ 2: ใส่เหล็กเสริมรับหน่วยแรงดัดเพิ่มขึ้น
คำตอบ 3: ตัดซอยคอนกรีตเป็นผืนเล็กเพื่อลด Stresses ให้เหลือน้อย
คำตอบ 4: ปรับอุณหภูมิแผ่นพื้นให้คงที่มากที่สุด
อธิบายคำตอบ:
หลักการทํางานของถนนคอนกรีต
ถนนคอนกรีตจัดเป็นถนนประเภททางผิวแข็ง(Rigid pavement) เนื่องจากโครงสร้างผิวทางคอนกรีตมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่น(Modulus of Elasticity) สูง ส่งผลให้มีการแอ่นตัวน้อยมากเมื่อมีน้ำหนักกระทําบนผิวทาง โครงสร้างถนนคอนกรีตประกอบด้วย ชั้นผิวทางคอนกรีตวางอยู่บนชั้นดินเดิม (Subgrade) ผิวคอนกรีตจะรับน้ำหนักเป็นส่วนของโครงสร้างเช่นเดียวกับแผ่นพื้น(Plate) เนื่องจากความแข็งแกร่งของผิวทางคอนกรีต ทําให้โครงสร้างทางสามารถกระจายน้ำหนักจากล้อยานพาหนะลงสู่ดินคันทางเป็นเนื้อที่กว้างมีผลให้หน่วยแรง (Stress) ที่เกิดขึ้นในดินคันทางมีค่าต่ำ ในกรณีที่อาจมีปัญหาเรื่องน้ำท่วม การระบายน้ำหรือดินคันทางมีคุณภาพไม่ดีพอ อาจเพิ่มชั้นพื้นทางและชั้นรองพื้นทางได้ ลักษณะเฉพาะของถนนคอนกรีตที่สําคัญคือจะมีรอยต่อ(Joint)ระหว่างแผ่นคอนกรีตทั้งตามขวางและตามยาวของถนนเพื่อช่วยให้แผ่นคอนกรีตสามารถหดและขยายตัวได้
หน่วยแรงที่เกิดในถนนคอนกรีต
แผ่นคอนกรีตที่ใช้เป็นผิวทางมีความหนาไม่มาก เมื่อเปรียบเทียบกับชั้นดินที่รองรับ แต่มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงมาก ดังนั้นการรับน้ำหนักของล้อยานพาหนะจึงมาจากตัวแผ่นคอนกรีตเกือบทั้งหมด การคํานวณหาหน่วยแรงที่เกิดขึ้นในโครงสร้างทางคอนกรีต จึงเน้นพิจารณาในตัวแผ่นคอนกรีต ปัจจัยสําคัญที่ทําให้เกิดหน่วยแรงในตัวแผ่นคอนกรีต ได้แก่น้ำหนักจากล้อยานพาหนะ, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ, แรงฝัดระหว่างคอนกรีตกับผิวดิน, แรงเกิดในร่องรอยต่อ ค่าหน่วยแรงต่างๆที่เกิดขึ้นในแผ่นคอนกรีต จากปัจจัยต่างๆส่วนใหญ่แล้วจะต้องนํามารวมกัน ผลรวมที่ได้จะต้องไม่มากเกินกว่าหน่วยแรงที่ผิวทางคอนกรีตจะรับได้
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)