การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การศึกษาและจาลองพฤติกรรมของท่อส่งนาใต้ดินโดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ นายชิตพล พรมวัง 1 นางสาวธันยธร ฉุนอิ่ม 2 1 E-mail : chitpon_23@hotmail.com 2 E-mail : Tvs_238@hotmail.com ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
บทคัดย่อ โครงงานวิจัยฉบับนี้เป็นการศึกษาและจาลองพฤติกรรมของท่อส่งน้าใต้ดินโดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ ซึ่งทาการ ทดสอบคุณสมบัติเบื้องต้นของท่อเพื่อหาความแตกต่างของการกดท่อแบบรับแรงอัด และ รับแรงดัด การจาลองดิน เหนียวอ่อนจะใช้กลีเบนที่ ประกอบด้วย กลีเซอรีนร้อยละ 42 ของเบนโทไนต์ ผสมกับน้าร้อยละ 7 ของกลีเบน บดอัด โดยวิธีมาตรฐาน โดยการกาหนดอัตราส่วนดังกล่าวมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ ดินจาลอง มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับดินคลอง ด่าน-บางบ่อ ซึ่งมีค่าความหนาแน่นของดินมีค่า 1.67 g/cm3 ส่วนพฤติกรรมของท่อจะทาการ ทดสอบในห้องปฏิบัติการ บนพื้นฐานของกฎการย่อส่วน (1g) แล้วนาผลการทดสอบดังกล่าว มาเปรียบเทียบกับผลการ วิเคราะห์ย้อนกลับโดยใช้ โปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ โดยจากการศึกษาพบว่าพารามิเตอร์ของดินที่ใช้ในการจาลองกาลังของดินจากทฤษฏี Mohr Coulomb ที่เหมาะสมคือ ค่า โมดูลัสอีลาสติก เท่ากับ 8000 kN/m2 และค่า ความเหนียว เท่ากับ 10.7 kN/m2 ซึ่ง แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ที่ผ่านการปรับเทียบจะถูกนา ไปวิเคราะห์ พฤติก รรมการเคลื่อนที่ของท่อกรณี เนื่องจาก รถบรรทุกขนาด 10 ล้อ 6 ล้อ และ 4 ล้อ จากผลการศึกษาพบว่าขนาดของรถบรรทุก บนท่อ ลอด และคุณสมบัติดินถม มี ผลต่อเสถียรภาพของท่อ นอกจากนี้ยังพบว่าการแตกของท่อนั้นน่าจะเกิดจากท่อรับแรงกดมากกว่าแรงดัด คาสาคัญ : พฤติกรรมของท่อส่งน้าใต้ดิน / ท่อส่งน้า / วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ 1. บทนา ในปี พ.ศ .2550 การประปาส่วนภูมิภาคใช้งบประมาณ ในการวางท่อขยายเขต 362 ล้านบาท และใช้ งบประมาณด้านการบารุงรักษาสูงถึง 421 ล้านบาท งบประมาณสาหรับการบารุงรักษานั้นแบ่งออก 2 กรณี คือ การบารุงรักษาทั่วไป และการ บารุงรักษาเนื่องจาก ท่อแตก ท่อรั่ว ท่อระเบิด สาเหตุที่ทาให้เกิดการแตกรั่ว นั้นแบ่งออกเป็น 3 กรณีคือ สภาพการใช้งานที่ยาวนาน หรือท่อหมด อายุ การใช้งาน แรงภายดันน้าภายในท่อ
และแรงภายนอกที่กระทาท่อรวมทั้งการทรุดตัวของดิน ใต้ท่อ [1] อนึ่งการแตกรั่วของท่อในกรณีที่ 1 และ 2 สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการควบคุมการจ่ายน้าและการ ออกแบบให้ครอบคลุมถึงปัจจัยดังกล่าว ส่วนกรณีที่ 3 จาเป็นต้องศึกษาเนื่องจาก ท่อส่งน้าใต้ดินดังกล่าวต้อง วางบนชั้นดินที่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งคุณสมบัติของดิน และความหนาของชั้นดิน ดังนั้นพฤติกรรมของแรง แบกทานของดินใต้ท่อ และการเคลื่อนที่ของท่อจึง มี ความสาคัญเพื่อใช้ในการออกแบบท่อต่อไป ใน
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
โครงงานวิจัยนี้จะศึกษาถึงอิทธิพลรับแรงแบกทานของ ดินใต้ ท่อโดยการสร้างแบบจาลองขนาดเล็กใน ห้องปฏิบัติการบนพื้นฐานของกฎย่อส่วน (1g) ซึ่งผล การทดสอบดังกล่าวจะนามาปรับเทียบกับผลการ วิเคราะห์แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ โดย วิเคราะห์แบบ plane strain และใช้ชิ้นส่วนที่มีลักษณะ เป็นรูปสามเหลี่ยม 15 node ส่วนแบบจาลองวัสดุ สาหรับดินเหนียวที่ใช้คือ แบบจาลอง Mohr Coulomb การปรับเทียบดังกล่าวเหมือนกับการวิเคราะห์ย้อนกลับ (Back Analysis) เพื่อกาหนดพารามิเตอร์ของดินเหนียว ที่เหมาะสมไปใช้ในการวิเคราะห์พฤติกรรมของท่อเมื่อ ขนาดของรถบรรทุกและชนิดของดินถมเปลี่ยนแปลง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
เพื่อศึกษาพฤติกรรมการดั ดของท่อสามารถแสดงผล การทดสอบได้ดังรูปที่ 3
ก) การทดสอบแรงกด
รูปที่ 1. แสดงการติดตั้งและทดสอบท่อ
Vertical Load,N
2. พฤติกรรมของท่อรับโมเมนต์และแรงกดแนวดิ่ง
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
Diameter 2 " Diameter 2.5" Diameter 3"
0
10 20 Vertical Strain,%
30
ก) แรงกดกับความเครียดแนวดิ่ง
Vertical Load,N
การศึกษาคุณสมบัติของท่อนั้นมีความสาคัญอย่าง ยิ่งยวด การทดสอบคุณสมบัติทางวิศวกรรมของท่อนั้น มีวัตถุประสงค์เพื่อหาค่าแรงกดและโมเมนต์สูงสุดที่ท่อ นั้นรับได้ก่อนเกิดการแตก ในการทดสอบประกอบไป ด้วยการทดสอบแรงกด และแรงดัด ดังรูปที่ 1 [2] โดย ทาการทดสอบกับท่อพีวีซี ขนาด 2 2.5 และ 3 นิ้ว และ ท่อดังกล่าวมีโมดูลัสอีลาสติกเท่ากับ 2.75 kN/mm2 ซึ่ง ผลการทดสอบสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 2 จากผลการ ทดสอบพบว่าท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่จะ รับแรงแนวดิ่งได้มากกว่าท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ขนาดเล็ก ซึ่งจะเห็นความแตกต่างจากอิทธิพลดังกล่าว ได้อย่างชัดเจนเมื่อร้อยละความเครียดแนวดิ่ง (Vertical Strain%) มีค่ามากกว่า ร้อยละ 10 ดังรูปที่ 2ก แต่เมื่อ นามาพิจารณาถึงการเสียรูปของท่อดังกล่าว โดยสังเกต จากอัตราส่วนของความเครียดแนวดิ่งและแ นวราบ พบว่า การเคลื่อนตัวของท่อที่มี เส้นผ่านศูนย์กลางที่ ใหญ่กว่าจะมีอัตรา ดังกล่าวมากกว่าท่อที่มีขนาดที่เล็ก กว่า ดังแสดงในรูปที่ 2ข โดย ท่อขนาดเส้นผ่าน ศูนย์กลาง 3 2.5 และ 2 นิ้ว จะมีอัตราส่วน ระหว่าง ความเครียดแนวดิ่งและความเครียดแนวราบ เท่ากับ 2.7 2.2 และ 2 ตามลาดับ ก่อนทีอ่ ัตราดังกล่าวจะมีใกล้เคียง กันเมื่อแรงแนวดิ่งเพิ่มมากขึ้น ส่วนการทดสอบแรงกด
ข)การทดสอบแรงดัด
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
Diameter 2 " Diameter 2.5" Diameter 3"
0
1
2
3
Vertical Strain/Horizontal Strain
ข) แรงกดกับอัตราส่วนความเครียดแนวดิ่งและราบ รูปที่ 2. ผลการทดสอบท่อกรณีทดสอบแรงกด
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
120.0
Vertical load,N
100.0
Diameter 2"-B
80.0
Diameter 2.5"-B
60.0
Diameter 3"-B Diameter 2"-T
40.0
Diameter 2.5"-T
20.0
Diameter 3"-T
0.0 0
10 20 30 Vertical Strain%
40
Vertical Strain at top %
ก) แรงกดกับอัตราส่วนความเครียดแนวดิ่ง 60.0 50.0 40.0 30.0 Diameter 2"
20.0
Diameter 2.5"
10.0
Diameter 3"
0.0 0 10 20 Vertical Strain at bottom %
ข) ความเครียดแนวดิ่งด้านบนและด้านล่าง 120.0
Diameter 2"-B
100.0
Diameter 2.5"-B
Vertical load,N
ในกรณีการทดสอบแรงดัดของท่อจะแตกต่างจากกรณี ทดสอบแรงกด โดยการทดสอบนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ สังเกตพฤติกรรมการเสียรูปของท่อที่ด้านบน ด้านล่าง และบริเวณกึ่งกลางระหว่างฐานรองรับทั้งสองด้าน จาก ผลการทดสอบพบว่าท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ กว่าจะรับแรงกดบริเวณจุดกึ่งกลางได้มากกว่าดังแสดง ในรูปที่ 3ก ซึ่งท่อที่มีขนาด 2 2.5 และ 3 นิ้วจะรับแรง กดสูงสุดได้เท่ากับ 39.2 N 69.4 N และ 99.92 N เมื่อ พิจารณาร้อยละความเครียดทางแนวดิ่ง ด้าน ล่าง (Vertical Strain) เท่ากับ 10% แต่เมื่อพิจารณา ความเครียดทางแนวดิ่งด้าน บนในอัตราเดียวกันจะ พบว่าท่อสามารถรับแรงกด มีค่า เพียง 26.7 N 38.77 N และ 42.8 N ตามลาดับ โดยผลการทดสอบดังกล่าว แสดงนัยสาคัญว่า การเสียรูปของท่อน่าจะเกิดบริเวณ ด้านบนมากด้านด้านล่างซึ่งถ้าพิจารณาจากรูปที่ 3ข แสดงให้ เห็นว่าความเครียด แนวดิ่งด้านบนท่อจะ มากกว่าแนวดิ่งล่างท่อประมาณร้อยละ 404.3 524 และ 555 ดังนั้นการออกแบบท่อกรณีรับแรงดัดควรพิจารณา การเสียรูปของท่อบริเวณผิวด้านบนซึ่งเป็นสาเหตุหลัก ในการแตกและปริของท่อ ส่วนการเปรียบเทียบ ระหว่างแรงดัดและแรงอัด ว่ากรณีใดมีผลต่ อการแตก และปริของท่อมากกว่ากัน โดยถ้าพิจารณาที่ร้อยละ ความเครียดที่เท่ากัน ท่ อที่ถูกกดเหมื อนกับ กรณี ทดสอบแรงอัดจะวิกฤตกว่ากรณีทดสอบแรงดัด ถึงแม้ นขนาดของท่อที่ใช้ในการทดสอบนี้แตกต่างจากท่อที่ ใช้จริง ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.4 เมตร ซึ่งขนาดดังกล่าวไม่สา มารถทดสอบได้ในห้องปฏิบัติ แต่เมื่อพิจารณาถึงขอบ เขตและเงื่อนไขการทดสอบ แล้ว พฤติกรรมของท่อขนาดที่ใช้จริงกับขนาดที่ใช้ ใน การทดสอบ ควรอยู่บนข้อเท็จจริงเดียวกัน โดยผลการ ทดสอบที่ได้จะเป็นประโยชน์ในการกาหนดทิศ ทางการกาหนดปัจจัย และสาเหตุ ของการแตก ปริ ของ ท่อว่าควรจะประกอบไปด้วยอะไรบ้าง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
Diameter 3"-B
80.0 60.0 40.0 20.0 0.0
0 5 10 15 20 Vertical Strain/Horizontal Strain
ค) แรงกดกับอัตราส่วนความเครียดแนวดิ่งและราบ รูปที่ 3. ผลการทดสอบท่อกรณีทดสอบแรงดัด
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
Mohr Coulomb และ การวิเ คราะห์ย้อนกลับ (Back Analysis) ด้วยวิธีไฟไนต์ เอลิเมนต์ 2 มิติจะถูกนามาใช้ ซึ่ง ขนาดและมิติทั้งของแบบจาลองไฟไนต์ เอลิเมนต์ และแบบจาลองในห้องปฏิบัติการจะเท่ากัน ส่วนผล การปรับเทียบสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 6 และ พารามิเตอร์ของดินแสดงดังตารางที่ 1
รูปที่ 4. ขั้นตอนการทดสอบและเตรียมกลีเบน
รูปที่ 5. แสดงการทดสอบในห้องปฏิบัติการ 25.000
Load, N/mm
3. แรงแบกทานของท่อบนชันดินเหนียว จากผลการทดสอบแรงดัดและแรงอัดของท่อที่กล่าวไป ในขั้นตอนนั้น เป็นเพียงการพิจารณาในส่วนของท่อ อย่างเดียว แต่ในความเป็นจริงท่อดังกล่าวจะอยู่บนชั้น ดิน โดยประเภทของดินที่ส่งผลให้เกิดการแตกหรือปริ ของท่อคื อดินเหนียว ดังนั้นในการทดสอบนี้จะ พิจารณาเพียงพฤติกรรมของดินใต้ท่อ ส่วนวัสดุที่ใช้ทา ท่อคืออลูมิเนียมอัลลอยด์เนื่องจากต้องการหลีกเลี่ยง การเสียรูปของท่อในช่วงการทดสอบ โดยดินที่ใช้ใน การทดสอบจะใช้เบนโทไนต์ผสมกับกลีเซอรีน รวม เรียกว่ากลีเบนซึ่งมีลักษณะบางประการใกล้เคียงกับดิน เหนียว คือ กลีเบนจะไม่มีการพัฒนากาลังเมื่อเวลาผ่าน ไป รวมทั้งวัสดุดังกล่าว ไม่ มีมุมเสียดทานภายใน [3] ดังนั้นการพิจารณาเลือกสัดส่วนของเบนโทไนต์และ กลีเซอรีนจะพิจารณาจากความหนาแน่น และกาลังรับ แรงเฉือน ของกลีเบน โดยเปรียบเทียบกับดินต้นแบบ คือ ดินเหนียวบริเวณคลองด่าน –บางบ่อ จังหวัด สมุทรปราการ ซึ่งมีค่าความหนาแน่นระหว่าง 1.6– 1.7 ton/m 3 โดยอัตราส่วน ที่เหมาะสมเพื่อไปใช้ในการ จาลองให้ห้องปฏิบัติการจะได้อัตราส่วนของกลีเซอรีน ร้อยละ 42 ของน้าหนักเบนโทไนต์ ผสมกับน้าร้อยละ 7 ของน้าหนักกลีเบน บดอัดด้วยวิ ธีมาตรฐาน [4] พร้อม บ่มด้วยอากาศเป็นระยะเวลา 5 วัน แล้วนาไปทดสอบ Unconfined Compression Test (UCS) [5] เพื่อกาหนด กาลังรับแรงเฉือนไม่ระบายน้า จากเหตุผลที่พิจารณา ช่วงเวลา ในการบ่มด้วยอากาศ ดังกล่าวเนื่องกลีเบนจะ ไม่มีการพัฒนากาลังเนื่องจากเวลาการบ่มที่มากขึ้ น[3] ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เหมาะสมสาหรับการเตรียมตัวอย่าง ดินที่มีความเสถียรในกาหนดความหนาแน่น โดยแสดง การเตรียมตัวอย่าง ดัง รูปที่ 4 หลังจากที่ทราบอัตรา ส่วนผสมของกลีเบน พลังงานใน การบดอัดจากการ ออกแบบเบื้องต้น ดินเหนียวจาลองดังกล่าวจะนามา เตรียมตัวอย่างในแบบท่อเพื่อทดสอบแรงแบกทานของ ท่อดังแสงรายละเอียดในรูปที่ 5 การทดสอบดังกล่าวมี วัตถุประสงค์เพื่อกาหนดพารามิเตอร์ของดินให้ สอดคล้องกับเงื่อนไขการทดสอบโดยใช้ แบบจาลอง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
20.000 15.000 10.000 Test FEM 2D
5.000 0.000 0
2
4
6
8
Vertical Displacement,mm
รูปที่ 6 ผลการวิเคราะห์ย้อนกลับ
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
10
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ตารางที่ 1. แสดงพารามิเตอร์ของ Mohr Coulomb E t (kN/m3) (kN/m2) 16.19
8000
0.32
c o (kN/m2) 10.7
23
o
รูปที่ 7. แสดงการวิเคราะห์กรณีท่อลอดคันทาง
10
4. การวิเคราะห์พฤติกรรมท่อเนื่องจากแรงภายนอก ในส่วนนี้จะทาการวิเคราะห์พฤติกรรมของท่อเนื่องจาก น้าหนักของรถบรรทุกโดยพิจารณา กรณีท่อลอดคัน ทาง ซึ่ง เงื่อนไขของขอบเขต และตาข่ายสาหรับ แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์สามารถ แสดงในรูปที่ 7ก และขนาดของหลุมที่ขุดเพื่อวางท่อสามารถแสดง รายละเอียดได้ในรูปที่ 7ข ส่วนคานิยามของจุดที่ พิจารณาสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 8 ส่วนคุณสมบัติของ ท่อสามารถแสดงได้ตังตารางที่ 2 และ น้าหนักของ รถบรรทุกที่จาแนกตามประเภทสามารถแสดง รายละเอียดได้ดังตารางที่ 3 [6] โดยวัสดุดินถมที่ใช้ใน การวิเคราะห์สามารถแสดงได้ดังตารางที่ 4 จาก คุณสมบัติของท่อ และดินถม รวมทั้งน้าหนักของ รถบรรทุกที่แสดงในตารางข้า งต้น ได้นามาใช้ใ นการ วิเคราะห์พฤติกรรมของท่อ เพื่อพิจารณาอิทธิเนื่อง น้าหนักของรถบรรทุกเปลี่ยนแปลง ต่อพฤติกรรมของ ท่อโดยชั้นดินถมจะพิจารณาเพียงดินชนิด SW เท่านั้น
รูปที่ 8. แสดงตาแหน่งบนท่อที่ใช้ในการวิเคราะห์ ตารางที่ 2 แสดงคุณสมบัติของท่อ EA (kN/m)
EI (kNm2/m)
W (kN/m/m)
2.084×105
20.078
19.130
0.250
ตารางที่ 3 แสดงน้าหนักของรถบรรทุกแต่ละประเภท ประเภทของ รถบรรทุก
ความยาว เพลา(inch)
10 ล้อ
76.18
น้าหนักรถถ่าย ลงพื้น (ton) 20
6 ล้อ 4 ล้อ
76.18 76.18
16.5 7
ตารางที่ 4 คุณสมบัติของดินถม
ก) ตาข่ายสาหรับแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ 2 มิติ
ข) ขนาดของหลุมขุดสาหรับท่อ
ประเภท dry ของดิน (kN/m3) GW 21.58 SW 18.84 SC 18.44
E (kN/m3)
o
13000 7000 7000
0.30 0.30 0.30
48 41 28
จากผลการวิเคราะห์สามารถแสดงได้ดังรูป ที่ 9 ซึ่งรูปที่ 9ก แสดงขนาดของแรงกดที่ตั้งฉากกับพื้นผิวของท่อ กับมุม, ที่แสดงตาแหน่งบนท่อ แรงกดดังกล่าวจะตั้ง ฉากกับพื้นผิวของท่อและมีค่ามากสุดเมื่อถูกน้าหนัก รถบรรทุก 10 ล้อกดทับ โดยบริเวณที่ท่อรับแรงกดมาก ที่สุดจะเกิดขึ้นบริเวณจุด Shoulder ( = 45o) ซึ่งบริเวณ
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
ดังกล่าวแรงกดเนื่องจากน้าหนักรถบรรทุก 10 ล้อ 6ล้อ และ 4 ล้อ เท่ากับ 67.92 63.70 และ 44.57 kN/m ตามลาดับ ส่วนอิทธิพลเนื่องจากน้าหนักของรถบรรทุก ที่มีต่อการเคลื่อนที่แนวดิ่งของท่อสามารถแสดงได้ดัง รูปที่ 9ข ซึ่งตาแหน่งที่มีการเคลื่อนตัวมากที่สุดคือ บริเวณจุ ด Crown ( = 0o) แต่การเคลื่อนที่บริเวณจุด Invert ( = 180o) จะมีการเคลื่อนตัวน้อยมาก จากผล การวิเคราะห์การเคลื่อนที่แนวดิ่งของท่อบริเวณจุด Crown เนื่องจากน้าหนักรถบรรทุก 10ล้อ 6ล้อ และ 4 ล้อ เท่ากับ 14 13 และ 8 mm ตามลาดับ ส่วนการ พิจารณาโ มเมนต์ดัดที่เกิดบน ผิวท่อจะพบว่า โมเมนต์ ดัดที่เกิดเนื่องจากน้าหนักรถบรรทุก 6 ล้อ และ 10 ล้อ มีค่าใกล้เคียงกัน โดยบริเวณโมเมนต์ดัดกระทามาก ที่สุดจะเกิดขึ้นที่จุด Crown ( = 0o) ซึ่งบริเวณดังกล่าว จะมีแรงเฉือนเท่ากับ 0 โดยโมเมนต์ดัดที่เกิดเนื่องจาก น้าหนักรถบรรทุก 10ล้อ 6ล้อ และ 4ล้อ จะมีค่าเท่ากับ 1.26 1.24 และ 0.61 kN-m/m จากผลการวิเคราะห์ดังที่ ได้กล่าวไปสามารถ สรุปได้ว่าพฤติกรรมของท่อ เนื่องจากน้าหนักรถบรรทุก 10ล้อ และ 6ล้อ จะแสดง พฤติกรรมรับแรงกด โมเมนต์ และการเคลื่อนที่ แตกต่างกันเพียงร้อยละ 1-7 เท่านั้น แต่ถ้าเปรียบเทียบ พฤติกรรมดังกล่าวของท่อเมื่อรับน้าหนักรถบรรทุก 10 ล้อ และ 4ล้อ จะเกิดความแตกต่างกันร้อยละ 52.3-106 ซึ่งเป็นความแตกต่างที่มาก ดังนั้น อิทธิพลของขนาด รถบรรทุกที่มีผลต่อพฤติกรรมของท่ออย่างแน่นอน ในส่วนนี้จะทาการวิเคราะห์พฤติกรรมของท่อเมื่อชนิด ของดินถมเปลี่ยนแปลง โดยชนิดของรถบรรทุกที่ใช้ใน การศึกษาคือรถบรรทุก 10ล้อ ซึ่งคุณสมบัติของ ดินถม ที่ใช้ในการวิเคราะห์ แสดงไว้ในตารางที่ 4 โดยผลการ วิเคราะห์จะพิจารณาเพียงจุดวิกฤติในแต่ละกรณีที่กล่าว มาแล้วข้างต้น จากผลการวิเคราะห์พบว่าถ้าวัสดุดินถม เป็นดินประเภท GW จะเพิ่มเสถียรภาพให้กับท่อโดย ดินถมประเภทดังกล่าวจะสามารถช่วย ลดระยะการ เคลื่อนที่แนวดิ่ง แรงกด และโมเมนต์ดัดให้กับท่อ ได้ ดีกว่าดินประเภท SW และ SC โดยเฉลี่ย ประมาณร้อย ละ 108.4 23.06 และ 133.33 ตามลาดับ ดังนั้นวัสดุดิน
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ถมและคุณภาพในการบดอัดชั้นดินที่ฝังกลบมีผลต่อ เสถียรภาพของท่อ มาก ซึ่งถ้าบดอัดไม่ดี หรือใช้วัสดุ ดินกลบที่มีกาลังรับแรงเฉือนและแรงแบกทานต่าก็จะ ทาให้โมเมนต์ แรงกด และการเคลื่อนที่แนวดิ่งของท่อ มีค่าเพิ่มขึ้ น ซึ่ง ส่งผลเสียต่อระยะเวลาในการใช้งาน ของท่อที่สั้นลงนั้นเอง 4 ล้อ SW
Axial force, kN/m
0 315°
6 ล้อ SW 10 ล้อ SW
0° 45°
-20 -40 -60
270°
-80
90°
225°
135° 180°
ก) แรงกระทาต่อท่อตามแนวแกน 4 ล้อ SW 6 ล้อ SW 10 ล้อ SW
Vertical displacement,m 0° -0.02 315°
-0.015
45°
-0.01 -0.005 270°
90°
225°
135° 180°
ข) ระยะการเคลื่อนที่แนวดิ่ง 4 ล้อ SW
Moment, kN-m/m
6 ล้อ SW
-1 315°
10 ล้อ SW
0°
0
45°
1 270°
2
225°
90°
135° 180°
ค) โมเมนต์ดัด รูปที่ 9. อิทธิพลน้าหนักบรรทุกต่อการแรงแนวแกน
จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
การนาเสนอบทความและการรายงานทางวิชาการ ประจาปีการศึกษา 2553
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
[6] http://doh.go.th/web/hwyorg31100/pic/ load02.pdf [April 20, 2010]
แรงกด kN/m
จุดพิจารณา, o
0°
45°
0°
GW
0.6
-56.8
-7.1
SW
1.3
-68.0
-13.6
SC
1.4
-69.9
-14.8
ระยะเคลื่อน แนวดิ่ง,mm
ประเภทของดิน
โมเมนต์ kN-m/m
ตารางที่ 5 พฤติกรรมท่อเนื่องจากคุณสมบัติดินถม
5. สรุปผลงานวิจัย การจาลองพฤติกรรมของท่อในห้องปฏิบัติการ 1g มา ปรับเทียบกับผลการวิเคราะห์โดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ให้ความเชื่อถือได้พอสมควร แต่ยังคงต้องปรับปรุงใน ส่วนของอิทธิพลเนื่องจากย่อขนาด ส่วนพฤติกรรมของ ท่อที่รับแรงกดโดยตรงจะวิกฤติกว่าท่อที่รับแรงดัด เนื่องจากความเครียดบริเวณจุด Crown ของกรณีท่อรับ แรงกดโดยตรงจะมีเสียรูปง่ายกว่ากรณีท่อรับแรงดัด ส่วนคุณภาพของดินถมและการบดอัดส่งผลโดยตรงต่อ เสถียรภาพของท่อเมื่อท่อดังกล่าวถูกกดทับด้วย รถบรรทุกในช่วงที่เปิดการใช้งาน 6. เอกสารอ้างอิง [1] http://mwa.co.th/waterlost.html [June 8, 2009]. [2] Moser, A.P. 2001. Buried Pipe Design. London: McGraw-Hill. [3] Turan A, Hinchberger, S.D and Naggar M.H.EI 2009. Mechnical Characterization of an Artificial Clay. Journal of Geotechnical and Geoenviron mental Engineering. Vol. 135. No 2. pp 281-290. [4] ASTM Standards 1991. Soil and Rock; Dimension Stone; Geosynthetics. Standard D 698, pp162166. [5] ASTM Standards 1991. Soil and Rock; Dimension Stone; Geosynthetics. Standard D 2166, pp264268. จัดทาโดย : ภาควิชาครุศาสตร์โยธา คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี