การวิเคราะห์กำลังรับแรงทางด้านข้างของเสาเข็มในดินสองชั้นด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

บทคัดย่อ

บทความนี้นำเสนอถึงการวิเคราะห์กำลังรับแรงทางด้านข้างของเสาเข็มในชั้นดินที่มีคุณสมบัติของความแตกต่างกันสองชั้นโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) ในการศึกษาครั้งนี้ดำเนินการโดยการสร้างรูปแบบจำลอง 3 มิติของเสาเข็มยาวปลายอิสระที่อยู่ในดินสองชั้น(Pile-Soil Interface) เมื่อรับแรงทางด้านข้าง เพื่อศึกษาพฤติกรรมของแรงกระทำทางด้านข้าง (Lateral Load) ที่กระทำต่อเสาเข็มกับการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง (Lateral displacement) ของเสาเข็ม เมื่อกำหนดให้เสาเข็มมีคุณสมบัติคงที่และรูปแบบชั้นดินสองกรณีได้แก่ กรณีที่หนึ่งดินชั้นบนเป็นดินเหนียวและดินชั้นล่างเป็นดินทรายและกรณีที่สองดินชั้นบนเป็นดินทรายและดินชั้นล่างเป็นดินเหนียว โดยอัตราส่วนความยาวของเสาเข็มที่ฝังในดินชั้นบนต่อดินชั้นล่าง (L_u/L_b) มีค่าเท่ากับ 1, 2, 3, และ 4 กำหนดให้ดินเหนียวและดินทรายมีความแน่นปานกลางรวมทั้งมีค่าหน่วยน้ำหนักรวม (Total Unit Weight) เท่ากับ 19.5 kN/m³ และค่าโมดูลัสของดิน (Modulus of Elasticity of Soil) เท่ากับ 30 MPa

จากผลการศึกษาเบื้องต้นในกรณีที่อัตราส่วนความยาวของเสาเข็มที่ฝังในดินชั้นบนต่อดินชั้นล่าง ((L_u/L_b) มีค่าเท่ากับ 1 พบว่าการเคลื่อนตัวทางด้านข้างของเสาเข็มเป็นผลมาจากปัจจัยหลักในส่วนคุณสมบัติทางวิศวกรรมของดินที่สำคัญคือ ค่าโมดูลัสยืดหยุ่นของดิน (E_S) และจากการวิเคราะห์เริ่มต้นโดยใช้ค่าโมดูลัสยืดหยุ่นของดินระหว่างดินชั้นบน(E_S1)ต่อดินชั้นล่าง(E_S2) ในรูปแบบ E_S1/E_S2 เท่ากับ 1 จากนั้นจึงกำหนดค่าโมดูลัสของดินชั้นบนต่อดินชั้นล่างในสัดส่วนที่เพิ่มขึ้น E_S1/E_S2 เท่ากับ 2, 3, และสูงสุดที่ 4 จะได้ว่าดินชั้นบนที่มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่สูงกว่าดินชั้นล่างส่งผลให้การเคลื่อนตัวทางด้านข้างของหัวเสาเข็มมีแนวโน้มลดลง แสดงว่าเมื่อเสาเข็มอยู่ในดินสองชั้นใด ๆไม่ว่าจะเป็นดินทรายหรือดินเหนียวอยู่ด้านบน หากดินชั้นบนมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่สูงกว่าดินชั้นล่างจะทำให้การเคลื่อนตัวทางด้านข้างที่หัวของเสาเข็มมีแนวโน้มลดลงและส่งผลให้เสาเข็มมีกำลังรับแรงทางด้านข้างได้สูงขึ้นด้วย