การออกแบบงานวิศวกรรมลมและแผ่นดินไหว (WIND & SEISMIC ENGINEERING DESIGN หรือ WSE)
หัวข้อในวันนี้จะเกี่ยวข้องกันกับหัวข้อ การออกแบบงานวิศวกรรมลมและแผ่นดินไหว (WIND & SEISMIC ENGINEERING DESIGN หรือ WSE) นะครับ
หัวข้อวันนี้จะสั้นๆ และค่อนข้างที่จะกระชับหน่อยนะครับ แต่ ก็ยังคงมีความสำคัญอยู่เช่นเดิม นั่นก็คือเรื่อง ข้อมูลทางด้านคุณสมบัติของชั้นดิน นั่นเองนะครับ
เพื่อนๆ หลายๆ คนได้อ่านก็อาจจะรู้สึกงงๆ ว่า เอ๊ะ เรื่องนี้มันไม่น่าที่จะเกี่ยวข้องกับเรื่อง การออกแบบงานวิศวกรรมลมและแผ่นดินไหว เลยนะเนี่ย แต่ ผมจะบอกว่าเกี่ยวกันมากๆ เลยนะครับ
เพื่อนๆ ทราบหรือไม่ครับว่าคุณสมบัติของชั้นดินนั้นจะมีผลอย่างมากๆ เลยต่อการออกแบบโครงสร้างรับแรงแผ่นดินไหว ?
โดยหากชั้นดินของเรานั้นเป็นชั้นดินที่มีความแข็งแรงมากๆ หรือ มีความสามารถในการรับ นน ที่ดีมากเท่าใด ก็จะยิ่งทำให้ “แรง” ที่ใช้ในการออกแบบรับแรงแผ่นดินไหวนั้นน้อยลงไปเท่านั้น เรามาดูรูป ตย กันดีกว่านะครับ
ในรูปเป็นแผนภูมิ DESIGN SPECTRA ตามข้อกำหนดของมาตรฐานการออกแบบ IS:1893-2002 โดยในแกน X จะเป็นค่า คาบเวลาการสั่นตัวตามธรรมชาติของโครงสร้าง (NATURAL PERIOD) และ แกน Y จะเป็นค่า ความเร่งเชิงเสปคตรัม (SPECTRAL ACCELERATION) นะครับ
โดยจากแผนภูมินี้เราจะสามารถสังเกตเห็นได้ว่า หากว่าโครงสร้างของเรานั้นมีระดับของความเหนียว (DUCTILITY) ความหน่วง (DAMPING) และ ค่าความสามารถในการเสียรูปในรูปแบบไม่เชิงเส้น (INELASTIC DEFORMATION) ที่ถือว่าเท่าๆ กันแล้ว ยิ่งชั้นดินที่ทำหน้าที่รองรับโครงสร้างของเรานั้นมีความอ่อนแอมากเพียงใด ผู้ออกแบบก็จะยิ่งจะต้องใช้แรงในการออกแบบโครงสร้างมากเท่านั้น เพราะ เราทราบดีตามกฎของนิวตันที่ว่า
F = M A
ในเมื่อ
F คือ แรง
M คือ มวล
A คือ ความเร่ง
ในทำนองเดียวกันเราทราบว่าในแกน Y จะเป็นค่า ความเร่งเชิงเสปคตรัม (SPECTRAL ACCELERATION) ดังนั้นหากค่า ความเร่งมีค่ามาก ก็จะทำให้แรงมีค่ามากตามไปด้วย เช่น หากผมสมมติให้โครงสร้างของเราเป็นอาคารประมาณ 20 ชั้น คาบเวลาโดยประมาณจะเท่ากับ 0.1N = 0.10×20 = 2 วินาที หากว่าดินของเราเป็น “ดินอ่อน” ค่าความเร่งเชิงเสปคตรัมที่ต้องใช้ในการออกแบบจะมีค่าโดยประมาณเท่ากับ 0.80g และ หากว่าดินของเราเป็น “ดินแข็งมาก” ค่าความเร่งเชิงเสปคตรัมที่ต้องใช้ในการออกแบบจะมีค่าโดยประมาณเท่ากับ 0.50g ซึ่งค่าทั้งสองนี้จะแตกต่างกันถึง 1.6 เท่าเลยนะครับ เป็นต้น
ดังนั้นหากเราต้องทำการ ออกแบบ หรือ ก่อสร้าง อาคารหนึ่งๆ ที่มีความเสี่ยงภัยต่อแรงกระทำจากแผ่นดินไหวเมื่อใด ข้อมูลดินจึงถือว่าเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากๆ เพราะ หากเราไม่ทราบว่าชั้นดินของเรานั้นมีความ แข็งแรง หรือ อ่อนแอ อยู่ในระดับใดแล้ว เราก็จะไม่มีทางทราบข้อมูลว่า แรงกระทำ อันเนื่องมาจากคลื่นแผ่นดินไหวที่อาคารของเรานั้นมีความเสี่ยงภัยอยู่นั้นจะมากหรือน้อยเพียงใด
เรื่องๆ นี้ไม่ใช่เรื่องเล่นๆ หรือ เรื่องที่จะมานั่งเดาสุ่มกันเล่นๆ ได้นะครับ ยังไงผมก็ขอฝากให้เพื่อนๆ ทุกๆ คนได้คิดและรับทราบเอาไว้ในโอกาสนี้ด้วยอีกครั้งหนึ่งนะครับว่า ขั้นตอนของการทดสอบดินนั้นถือได้ว่ามีความสำคัญมากๆ เพื่อนๆ อย่าได้คิดที่จะประหยัดค่าใช้จ่ายในการทดสอบดินโดยเด็ดขาด เพราะ มันจะไม่มีทาง “คุ้มค่า” เลยกับการที่เพื่อนๆ จะออกแบบหรือก่อสร้างอาคารหนึ่งๆ โดยปราศจากข้อมูลความแข็งแรงจริงๆ ของดินนั่นเองนะครับ
หวังว่าความรู้เล็กๆ น้อยๆ ที่ผมได้นำมาฝากแก่เพื่อนๆ ทุกๆ ท่านในวันนี้จะมีประโยชน์ต่อทุกๆ ท่านไม่มากก็น้อย และ จนกว่าจะพบกันใหม่นะครับ
