DynamicLoadTest

Dynamic Load Test คือ การทดสอบเพื่อประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของเสาเข็มด้วยวิธีทางพลศาสตร์ (Dynamic Method) โดยใช้การวิเคราะห์คลื่นความเค้น (Stress Wave) จากการตอกตุ้มน้ำหนักลงบนหัวเสาเข็ม ตามมาตรฐาน ASTM D4945 (แตกต่างจาก Seismic Test ที่จะใช้หาความสมบูรณ์ของเสาเข็ม) ด้วยวิธีการใช้ตุ้มน้ำหนักกระแทกลงที่บริเวณหัวเข็ม และใช้เซ็นเซอร์วัดแรงที่เกิดขึ้นในเสาเข็มพร้อมทั้งระยะทรุดตัวของเสาเข็ม ซึ่งข้อมูลที่ได้จากการวัดจากเซ็นเซอร์ทั้งสองจะถูกนำมาคำนวณ ด้วย Wave Equation เพื่อคำนวณหาค่าแรงต้านทานของเสาเข็มทั้งที่ผิวและที่ปลายเข็ม (Pile Resistance) คลิ๊กเพื่อตรวจสอบราคาทดสอบ Dynamic Load Test

วิธีการวิเคราะห์ค่ารับน้ำหนักของเสาเข็ม

            การวิเคราะห์ข้อมูลจาก Dynamic Test ทำได้โดยการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่าง แรงที่กระทำในเสาเข็ม ซึ่งได้มาจากการแปลงสัญญาณความเครียดจาก Strain Transducer และ ความเร็วของอนุภาคเสาเข็มที่แปลงอยู่ในรูปของแรงด้วยการคูณด้วยค่าอิมพิแดนซ์ของเสาเข็ม โดยความสัมพันธ์ระหว่างค่าที่แรงที่กระทำในเสาเข็มและความเร็วของอนุภาคจะแสดงไว้เทียบกับในแต่ละช่วงเวลา วิธีการเหล่านี้เป็นผลงานวิจัยของทีมงานจากมหาวิทยาลัย Case Western Reserve University ที่มลรัฐ Ohio สหรัฐอเมริกา ซึ่งมี 2 วิธีคือ

 (1) Case Method

เป็นวิธีที่ที่สามารถวิเคราะห์ได้อย่างรวดเร็วในสนาม แบบจำลองที่ใช้จะกำหนดให้แรงต้านทั้งหมดเกิดขึ้นที่เข็ม การวัดค่าแรง และความเร็วของอนุภาคจากกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรง และความเร็ว ตัวอย่างการคำนวณแสดงในรูป มีสูตรการคำนวณดังนี้

เมื่อ     RTL      =   Total static and dynamic resistance on a pile.

            F          =   Force measured at gauge location.

            V         =   Velocity measured at gauge location.

            t₁          =   เวลาตกกระทบ

            t₂          =   เวลาที่คลื่นสะท้อนกลับจากปลายเสาเข็ม (t₁+ 2L/C)

            E          =   Elastic modulus ของเสาเข็ม

            C         =   ความเร็วของคลื่นที่เดินทางในเสาเข็ม

            A         =   พื้นที่หน้าตัดเสาเข็มบริเวณติด gauge.

            L          =   ความยาวเสาเข็มวัดจากจุดติด gauge.

            ค่า Static pile capacity RSP สามารถคำนวณได้โดยค่า Damping หรือ Dynamic resistance ลบจากค่า RTL

RSP   =  RTL  –  J[V(t₁) EA/C  +  F(t₁)  +  RTL]

  เมื่อ    J           =  CASE damping factor บริเวณปลายเสาเข็ม

(2) CAPWAP Method (CASE Pile Wave Analysis Program)

วิธีนี้ใช้ Input ค่าที่วัดจากสนามลงใน Pile Wave Analysis Model ซึ่งแสดงในรูป เพื่อให้ได้ค่า Output ที่ออกมาใกล้เคียงกับค่าที่วัดจริงในสนามให้มากที่สุด Pile Wave Analysis Model จะทำการแบ่งเข็มและดินโดยรอบออกเป็น Element และแต่ละ Elements ก็จะมีค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น Shaft Resistance, End Bering Resistance, Damping Factor, Displacement เป็นต้น การปรับค่าพารามิเตอร์เหล่านี้ จะส่งผลต่อค่า Output ที่ได้จากการคำนวณ โดยขั้นตอนการคำนวณสามารถเลือกทำได้ 2 วิธีดังนี้

• ใช้ข้อมูลป้อนเข้าเป็นค่าแรงที่เกิดขึ้นในเสาเข็มเป็น Input ของโมเดล ทำการปรับค่าพารามิเตอร์ในแต่ล่ะ Elements เพื่อให้ได้ Output ออกมาเป็นค่าความเร็วของอนุภาค และนำค่าความเร็วของอนุภาคดังกล่าวไปเปรียบเทียบกับค่าความเร็วของอนุภาคที่ทำการเก็บข้อมูลจาก Accelerometer และทำการ Iteration ปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ไปจนกว่าจะได้ค่า Output ที่ใกล้เคียงกับค่าที่วัดจริงในสนาม
• ใช้ Input เป็นค่าความเร็วของอนุภาคที่เก็บข้อมูลจาก Accelerometer และทำการปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เพื่อให้ได้ Output ที่เป็นค่าแรงที่เกิดขึ้นในเสาเข็ม และนำค่าที่ได้จากการคำนวณนั้นไปเทียบกับค่าแรงในเสาเข็มที่ได้จาก Strain Transducer และทำการ Iteration ปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ไปจนกว่าจะได้ค่า Output ที่ใกล้เคียงกับค่าที่วัดจริงในสนาม

ด้วยเหตุนี้ ความแม่นยำของการคำนวณโดยวิธีนี้ จะใช้ค่า Match Quality เป็นตัวแสดง ซึ่ง Match Quality นี้เป็น ค่าความคลาดเคลื่อนของค่า Output เทียบกับค่าจริงที่วัดได้ในสนาม ค่าที่แนะนำสำหรับใช้ในการวิเคราะห์ผลคือ ต้องทำการ Iteration ให้ได้ค่า Match Quality น้อยกว่า 3%

วิธีการทดสอบ Dynamic Load Test

Dynamic Load Test นี้เป็นการทดสอบเพื่อประเมินการรับน้ำหนักของเสาเข็ม โดยเป็นการทดสอบระหว่างตอกเสาเข็ม มีการวัดค่าแรง (Force) และความเร็ว (Velocity) จากสัญญาณสะท้อนคลื่นความเค้น (Stress Wave) ขณะที่ลูกตุ้มเหล็กกระแทกหัวเสาเข็ม แล้วประเมินกำลังรับน้ำหนัก โดยวิธี Case Pile Wave Analysis Method ตามมาตรฐานการทดสอบ ASTM D 4945-07 และมยผ.1252-51

            การทดสอบเริ่มจาก การยึดติดตั้ง Strain Transducers  และ Accelerometer Transducers  กับผิวด้านข้างของเสาเข็มทดสอบ 2 ด้าน ที่ระยะห่างจากหัวเข็มไม่น้อยกว่า 1.00 เท่าของขนาดเสาเข็ม  หลังจากนั้นจึงทำการปรับ Calibrate ตัววัดสัญญาณเครื่องมือทดสอบให้อยู่ในช่วงค่าที่เหมาะสมแล้ว ในขั้นตอนถัดไปจึงทำตอกทดสอบโดยตอกตุ้มเหล็ก ระยะยก 0.20-0.50 เมตร ลงบนเสาหัวเข็มที่รองรับแรงกระแทกด้วยหมวกครอบหัวเสาเข็ม หรือแผ่นยาง ในการตอกแต่ละครั้งก็ตรวจสอบสัญญาณที่เกิดขึ้นว่าถูกต้องหรือไม่ (ไม่มี Bending เกิดขึ้นในขณะตอก) และวัดค่าการทรุดตัวในแต่ละครั้งที่ทำการทดสอบตอกเสาเข็ม นำสัญญาณที่ทดสอบในสนามที่ถูกต้อง และมีระยะการทรุดตัวเหมาะสมมาทำการวิเคราะห์โดยวิธี Case Method และ Case Pile Wave Analysis Method เพื่อสรุปหาค่ากำลังรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มที่ถูกต้องในขณะนั้น ในห้องปฏิบัติการต่อไป

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการทดสอบ Dynamic Load Test (FAQ)

1. การทดสอบ Dynamic Load Test กับ Static Load Test ต่างกันอย่างไร?

คำตอบ: ความแตกต่างหลักอยู่ที่ “วิธีการ” และ “เวลา” ครับ

• Static Load Test (แบบดั้งเดิม): ใช้น้ำหนักจริง (เช่น ก้อนคอนกรีต หรือแม่แรงไฮดรอลิก) กดลงบนเสาเข็มช้าๆ เพื่อดูการทรุดตัว มีความแม่นยำสูงที่สุดแต่ใช้เวลานาน (หลายวันต่อต้น) และค่าใช้จ่ายสูง
• Dynamic Load Test (แบบพลศาสตร์): ใช้การตอกด้วยลูกตุ้มน้ำหนักแล้ววิเคราะห์จากคลื่นความเค้น (Stress Wave) สามารถทดสอบได้รวดเร็ว (หลายต้นใน 1 วัน) ประหยัดค่าใช้จ่ายกว่า และให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำใกล้เคียงกับวิธี Static ถึง 85-95% หากวิเคราะห์ด้วยวิธี CAPWAP

2. ใช้เวลานานแค่ไหนในการทดสอบ Dynamic Load Test?

คำตอบ: การติดตั้งเซนเซอร์และการตอกทดสอบจริงใช้เวลาเพียง 15-30 นาทีต่อต้น เท่านั้นครับ ทำให้ใน 1 วันสามารถทดสอบเสาเข็มได้จำนวนมาก (ประมาณ 5-10 ต้น ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนย้ายปั้นจั่นหรือตุ้มตอก) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการที่ต้องการความรวดเร็วเพื่อดำเนินงานก่อสร้างส่วนถัดไป

3. มาตรฐานวิศวกรรมที่ใช้รองรับคืออะไร?

คำตอบ: การทดสอบของเราดำเนินการตามมาตรฐานสากลและมาตรฐานในประเทศที่เข้มงวด ได้แก่:

• ASTM D4945: มาตรฐานสากลสำหรับการทดสอบ High-Strain Dynamic Testing of Piles
• มยผ. 1252-51: มาตรฐานกรมโยธาธิการและผังเมือง ว่าด้วยการทดสอบหาความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกของเสาเข็มด้วยวิธีพลศาสตร์
• มาตรฐาน วสท.: ข้อกำหนดโดยวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์

4. ผลการทดสอบ Dynamic Load Test บอกอะไรเราได้บ้าง?

คำตอบ: นอกเหนือจากกำลังรับน้ำหนักสูงสุดของเสาเข็ม (Ultimate Capacity) แล้ว การทดสอบนี้ยังบอกถึง:

• Integrity: ความสมบูรณ์ของเนื้อคอนกรีตตลอดความยาวเสาเข็ม
• Driving Stresses: ความเค้นที่เกิดขึ้นในเสาเข็มขณะตอก เพื่อป้องกันเสาเข็มแตกหัก
• Hammer Performance: ประสิทธิภาพของปั้นจั่นหรือตุ้มตอกที่ใช้