342 ทำไมฐานรากถึงต้องใช้คอนกรีตเสริมเหล็ก? (เพราะคอนกรีตรับแรงอัดได้ดี ส่วนเหล็กรับแรงดึง)
เหตุผลสำคัญที่ฐานรากต้องใช้ คอนกรีตเสริมเหล็ก เนื่องจากเป็นวัสดุสองชนิดที่ทำงานร่วมกันได้อย่างสมบูรณ์แบบเพื่อรับน้ำหนักมหาศาลของอาคาร โดยมีรายละเอียดดังนี้ครับ:
- การเสริมจุดแข็งและลบจุดด้อยของกันและกัน: คอนกรีต มีกำลังรับแรงอัดสูงมากจึงช่วยป้องกันการแตกยุบเมื่อโดนกดทับ แต่มีข้อเสียคือมีความเปราะและรับแรงดึงได้ต่ำมาก ในขณะที่ เหล็ก มีคุณสมบัติเด่นในการรับแรงดึง ช่วยป้องกันการฉีกขาดหรือปริแตกเมื่อฐานรากเกิดการแอ่นตัวหรือดัดตัว
- การรับแรงจากการดัดตัว (Bending): เมื่อมีแรงกดลงจากเสาและแรงต้านจากดินด้านล่าง จะทำให้ฐานรากเกิดพฤติกรรมการแอ่นตัวคล้ายคานยื่น เหล็กเสริมจะทำหน้าที่ดึงรั้งไม่ให้เนื้อคอนกรีตที่อยู่บริเวณผิวที่ยืดออกเกิดการแตกร้าว
- คุณสมบัติทางกายภาพที่เข้ากันได้: วัสดุทั้งสองชนิดมี อัตราการขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนใกล้เคียงกัน ทำให้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป โครงสร้างจะไม่เกิดความเครียดภายในจนแตกร้าว
- ความทนทานและการปกป้อง: เนื้อคอนกรีตทำหน้าที่เป็นเกราะ (Covering) ช่วย ป้องกันเหล็กเสริมจากการกัดกร่อนและสนิม ที่อาจเกิดจากความชื้นหรือสารเคมีในดิน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานใต้ดินของฐานราก
ตำแหน่งการเสริมเหล็กตามพฤติกรรมการรับแรง:
- ฐานรากเดี่ยว (Isolated Footing): แรงดันดินจะทำให้ฐานรากแอ่นตัวขึ้นด้านบน จึงต้อง ใส่เหล็กเสริมไว้ที่บริเวณด้านล่าง เพื่อรับแรงดึงที่เกิดขึ้น
- ฐานรากร่วม (Combined Footing): มีพฤติกรรมการรับแรงที่ซับซ้อนกว่า โดยจะแอ่นตัวใต้ตำแหน่งเสาและโก่งตัวบริเวณกลางช่วงระหว่างเสา วิศวกรจึงต้องระบุให้ เสริมเหล็กทั้งตะแกรงบนและตะแกรงล่าง เพื่อความปลอดภัย