อิทธิพลร่วมระหว่างเส้นใยกับตาข่ายเสริมกำลังต่อสมบัติกำลังและการเสียรูปของทรายในการทดสอบแรงอัดสามแกนMutual Effect of Fibre and Geogrid on the Strength and Deformation Properties of Sand in Triaxial Compression Test

Abstract

โครงสร้างทางวิศวกรรมเทคนิคธรณีมักใช้ทรายเป็นวัสดุถมในหลายกรณี ทรายที่ใช้อาจมีความสามารถในการรับน้ำหนักที่ไม่เพียงพอหรืออาจมีการเสียรูปที่มากเกินไปจึงจำเป็นต้องทำการเสริมกำลังเสียก่อน การเสริมกำลังที่นิยมใช้มีด้วยกัน 2 รูปแบบ กล่าวคือ 1) การผสมทรายกับเส้นใย และ 2) การเสริมกำลังด้วยตาข่ายเสริมกำลังพอลิเมอร์เป็นชั้น ๆ งานวิจัยในอดีตส่วนใหญ่สนใจศึกษาอิทธิพลของการผสมทรายกับเส้นใย และอิทธิพลของการใช้ตาข่ายเสริมกำลังแยกกรณีกัน งานวิจัยนี้จึงสนใจศึกษาสมบัติกำลังและการเสียรูปของทรายที่ผสมกับเส้นใยและเสริมกำลังด้วยตาข่ายเสริมกำลังเข้าด้วยกันโดยทำการทดสอบแรงอัดสามแกนแบบระบายน้ำ ตัวอย่างทดสอบถูกทำให้อิ่มตัวด้วยน้ำด้วยระบบแรงดันสุญญากาศสองชั้นและใช้การอัดตัวอย่างจากภายในตัวอย่างด้วยแรงสุญญากาศบางส่วนเท่ากับ 30 60 และ 85 กิโลปาสคาล ตัวอย่างทดสอบจำแนกได้เป็น 4 ชนิด ได้แก่ 1) ทรายไม่เสริมกำลัง 2) ทรายเสริมกำลังด้วยเส้นใย 3) ทรายเสริมกำลังด้วยตาข่ายเสริมกำลัง และ 4) ทรายเสริมกำลังด้วยเส้นใยและตาข่ายเสริมกำลัง อัตราส่วนผสมเส้นใยที่ใช้เท่ากับร้อยละ 0 ถึง 1 โดยมวลแห้ง การเสริมกำลังด้วยตาข่ายเสริมกำลังใช้ตาข่ายจำนวน 3 ชั้น ผลการทดสอบนำมาวิเคราะห์ค่ากำลังรับแรงอัดสูงสุด ค่ามุมเสียดทานภายในทราย ค่าโมดูลัสซีแคนท์ (E’50) และค่าอัตราส่วนปัวซองเฉลี่ย (ν50) แล้วทำการเปรียบเทียบสมบัติกำลังและการเสียรูปจากการศึกษาพบว่า การผสมทรายกับเส้นใยจะทำให้ 1) ตัวอย่างเกิดการขยายตัวด้านข้างมากขึ้นเมื่อรับแรงอัดในแนวดิ่ง และ 2) ความเชื่อมแน่นและมุมเสียดทานภายในเพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อนำตาข่ายเสริมกำลังมาใช้ร่วมกันจึงทำให้ 1) เกิดแรงในตาข่ายเสริมกำลังที่มากขึ้นซึ่งจะทำให้เกิดแรงโอบรัดภายในมากขึ้น และ 2) มุมเสียดทานภายในที่มากขึ้นจะทำให้กำลังรับแรงอัดของทรายเสริมกำลังด้วยตาข่ายเสริมกำลังมีค่ามากขึ้น ดังนั้นการเสริมกำลังทรายด้วยการผสมกับเส้นใยร่วมกันการใช้ตาข่ายเสริมกำลังสามารถปรับปรุงสมบัติกำลังและการเสียรูปได้ดีกว่าการใช้การเสริมกำลังด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเพียงอย่างเดียว

Sand is a typical backfilling material for geotechnical engineering structures. However, in many cases, its bearing capacity is insufficient, or its deformation is excessive, and therefore a reinforcing method is necessary. There are generally two reinforcing methods, i.e., 1) mixing with fibre; and 2) reinforced with geogrids in layers. Most of the past studies have been performed to investigate effect of these two methods separately. This study interests on studying the strength and deformation properties of a sand mixed with fibre and reinforced with geogrid layers by conducting a series of Consolidated-Drained Triaxial Compression (CDTC) tests. CDTC test samples were fully saturated by a double-vacuuming technique and consolidated by applying partial vacuuming of either 30, 60 or 85 kPa from the sample’s inside. There are four sample types: 1) unreinforced sand; 2) sand mixed with fibre; 3) geogrid-reinforced sand; and 4) geogrid-reinforced sand mixed with fibre. Fibre contents were varied from 0 to 1% by dry mass. Three layers of reinforcing geogrid were used. Test results were analysed for compressive strength, internal friction angle, secant modulus (E’50) and average Poisson’s ratio (ν50), and then they were compared. It was found that mixing sand with fibre results in: 1) more lateral expansion upon applying the vertical compression; and 2) increase of cohesion and internal friction. Henceforth, when reinforcing the fibre-mixed sand with geogrid layers, the followings are resulted: 1) increase of the tensile force mobilised in geogrid which thus increases the confining stress; and 2) increase of compressive strength of geogrid-reinforced sand by the increasing internal friction angle. Therefore, reinforcing sand by mixing it with fibre and reinforcing it with geogrid layers mutually can improve its strength and deformation properties better than using only one of them alone.