กลไกการเกิดแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวกับวัสดุโครงสร้าง

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวกับวัสดุโครงสร้าง รวมถึงผลของการลดแรงเสียดทานด้วยสารหล่อลื่น โดยทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วยเครื่องมือทดสอบที่ดัดแปลงมาจากเครื่องมือทดสอบ Direct Shear ทำการทดสอบแบบอัดตัวคายน้ำเฉือนแบบไม่ระบายน้ำ ที่หน่วยแรงกดทับในแนวดิ่ง 1, 2 และ 3 ksc ตัวอย่างดินที่ใช้ในงานวิจัยนี้เป็นตัวอย่างดินเหนียวที่ทำขึ้นเองด้วยวิธี Reconstitued ให้น้ำหนักกดทับในแนวดิ่ง 1 ksc โดยใช้ตัวอย่างดินเหนียวอ่อนบริเวณกรุงเทพฯ แบบแปลงสภาพ ที่ระดับความลึก 1-3 เมตรจากผิวดิน วัสดุโครงสร้างที่ใช้ทดสอบ ได้แก่ คอนกรีตและเหล็ก ซึ่งวัสดุแต่ละชนิดแบ่งออกเป็นผิวหยาบและผิวเรียบ สำหรับการทดสอบลดแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสด้วยสารหล่อลื่นนั้น จะใช้สารละลายเบนโทไนต์เป็นสารหล่อลื่นโดยทดสอบกับคอนกรีตผิวหยาบและเหล็กผิวเรียบ ทุกการทดสอบจะเสียบแท่งดินสอลงไปในตัวอย่างดินก่อนทำการเฉือนเพื่อศึกษาถึงขอบเขตและเส้นทางการวิบัติที่เกิดขึ้นในตัวอย่างดิน ผลการวิจัยพบว่า ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อหน่วยแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวกับวัสดุโครงสร้าง ได้แก่ หน่วยแรงกดทับในแนวดิ่ง, ชนิดของวัสดุโครงสร้าง และสภาพความขรุขระของพื้นผิวสัมผัส ในการทดสอบแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสของคอนกรีตผิวหยาบ, คอนกรีตผิวเรียบ และเหล็กผิวหยาบนั้นเกิดการเฉือนขึ้นในตัวอย่างดินแทนการเฉือนที่ผิวสัมผัส ทำให้ค่าที่ได้ใกล้เคียงกับกำลังรับแรงเฉือนของดินเหนียว แต่ในการทดสอบแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสของเหล็กผิวเรียบนั้นจะเกิดการเฉือนขึ้นที่ผิวสัมผัส หน่วยแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสจึงมีค่าน้อยกว่ากำลังรับแรงเฉือนของดินเหนียว ซึ่งสอดคล้องกับสภาพภายหลังการเฉือนของแท่งดินสอที่เสียบอยู่ภายในตัวอย่างดิน คือถ้าการทดสอบนั้นเกิดการเฉือนขึ้นในตัวอย่างดินจะทำให้แท่งดินสอเกิดการงอขึ้น แต่ถ้าการทดสอบนั้นเกิดการเฉือนขึ้นที่ผิวสัมผัสแล้วแท่งดินสอจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของตัวอย่างดินขณะทำการเฉือนพบว่า ในตอนแรกตัวอย่างดินจะค่อนข้างคงที่หรือขยายตัวขึ้นเล็กน้อย หลังจากนั้นตัวอย่างดินจะเกิดการทรุดตัวอย่างต่อเนื่อง โดยระยะการทรุดตัวจะแปรผันตามหน่วยแรงกดทับในแนวดิ่ง ชนิดและความหยาบของพื้นผิววัสดุ สำหรับการทดสอบลดแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสด้วยสารหล่อลื่นพบว่า สารละลายเบนโทไนต์สามารถช่วยลดแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวกับวัสดุโครงสร้าง รวมทั้งระยะการทรุดตัวของตัวอย่างดินขณะทำการเฉือนได้ประมาณ 30%