การทดสอบเพื่อหาค่าแรงอัดแกนเดียว (Unconfined Compression Test) เป็นหนึ่งในวิธีการทดสอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมธรณีวิทยา เพื่อประเมินความแข็งแรงของดินเหนียวที่ไม่มีแรงอัดด้านข้าง (confining pressure) บทความนี้จะนำเสนอรายละเอียดของการทดสอบ Unconfined Compression Test และความหมายของค่า Uc และ Su พร้อมทั้งความสำคัญของการทดสอบนี้ในงานวิศวกรรม
การทดสอบ Unconfined Compression Test คืออะไร?
การทดสอบ Unconfined Compression Test เป็นการทดสอบที่วัดความสามารถในการรับแรงอัดของดินโดยไม่ใช้แรงอัดด้านข้าง การทดสอบนี้เป็นวิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการหาค่าความแข็งแรงของดินเหนียวที่อิ่มน้ำ
วิธีการทดสอบ
- เตรียมตัวอย่างดิน: การทดสอบเริ่มจากการเตรียมตัวอย่างดินที่มีรูปร่างเป็นกระบอกตรง ซึ่งมีความสูงประมาณสองเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง ตัวอย่างดินจะถูกตัดและตกแต่งให้เป็นรูปร่างที่ถูกต้อง
- การทดสอบแรงอัด: ตัวอย่างดินจะถูกวางในเครื่องทดสอบแรงอัด (compression machine) และจะถูกบีบอัดในแนวตั้งด้วยอัตราความเร็วที่คงที่ จนกระทั่งตัวอย่างดินเกิดการเสียรูป (deformation) อย่างชัดเจน
- การวัดค่าแรง: ในระหว่างการทดสอบ จะมีการบันทึกค่าแรงอัด (compressive force) และการเสียรูป (deformation) ที่เกิดขึ้น โดยจะมีการสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงอัดและการเสียรูป
การคำนวณค่า Uc และ Su
ค่า Uc (Unconfined Compressive Strength): ค่า Uc คือค่าความแข็งแรงสูงสุดที่ดินสามารถรับได้ก่อนที่จะเกิดการแตกหัก (failure) โดยค่า Uc สามารถคำนวณได้จากสูตร:
ค่า Su (Undrained Shear Strength): ค่า Su หรือ Undrained Shear Strength คือค่าความแข็งแรงเฉือนของดินในสภาพที่ไม่ได้ระบาย (undrained condition) โดยค่า Su จะเป็นครึ่งหนึ่งของค่า Uc เนื่องจากการทดสอบ Unconfined Compression Test ทดสอบแรงอัดในแนวดิ่ง ค่า Su สามารถคำนวณได้จากสูตร:
ความหมายและความสำคัญของค่า Uc และ Su
ค่า Uc (Unconfined Compressive Strength)
ค่า Uc แสดงถึงความสามารถในการรับแรงอัดของดินในสภาพที่ไม่มีแรงอัดด้านข้าง (unconfined condition) ค่า Uc ที่สูงแสดงถึงดินที่มีความแข็งแรงและความสามารถในการรับน้ำหนักได้มาก ซึ่งมีความสำคัญในการประเมินความมั่นคงของโครงสร้างที่ตั้งอยู่บนดิน เช่น ฐานรากของอาคาร ถนน และเขื่อน
ค่า Su (Undrained Shear Strength)
ค่า Su แสดงถึงความแข็งแรงเฉือนของดินในสภาพที่ไม่ได้ระบาย ค่า Su ที่สูงแสดงถึงดินที่มีความแข็งแรงและความสามารถในการต้านทานแรงเฉือนได้ดี ซึ่งมีความสำคัญในการออกแบบโครงสร้างที่ต้องรับแรงเฉือน เช่น ผนังกันดิน และกำแพงกันดิน
ความสำคัญของการทดสอบ Unconfined Compression Test
การทดสอบ Unconfined Compression Test มีความสำคัญอย่างมากในงานวิศวกรรม เนื่องจากช่วยในการประเมินความแข็งแรงของดินและความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน นอกจากนี้ยังช่วยในการออกแบบและวางแผนการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ เพื่อให้มั่นใจว่าโครงสร้างมีความมั่นคงและปลอดภัย
ตัวอย่างการใช้งานในภาคสนาม
- การก่อสร้างฐานราก: การทราบค่า Uc และ Su ช่วยในการประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน ซึ่งมีผลต่อการออกแบบฐานรากของอาคารและโครงสร้างต่างๆ
- การก่อสร้างถนน: การทราบค่า Uc และ Su ช่วยในการประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของดินในสภาพที่ไม่ได้ระบาย ซึ่งมีผลต่อการออกแบบชั้นดินรองของถนน
- การก่อสร้างเขื่อน: การทราบค่า Uc และ Su ช่วยในการประเมินความมั่นคงของดินในสภาพที่ต้องรับแรงเฉือน ซึ่งมีผลต่อการออกแบบและก่อสร้างเขื่อนและกำแพงกันดิน
การทดสอบเพื่อหาค่าแรงอัดแกนเดียว (Unconfined Compression Test) เป็นการทดสอบที่ใช้ในการประเมินความแข็งแรงของดินในสภาพที่ไม่มีแรงอัดด้านข้าง การทดสอบนี้ช่วยให้เราทราบค่า Uc (Unconfined Compressive Strength) และ Su (Undrained Shear Strength) ซึ่งมีความสำคัญในการออกแบบและวางแผนการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ การทราบค่า Uc และ Su ช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกวัสดุและวิธีการก่อสร้างที่เหมาะสมกับสภาพดินในพื้นที่นั้นๆ เพื่อให้โครงสร้างมีความมั่นคงและปลอดภัยในระยะยาว