เสาเข็มกับการกระจายแรง

ต่อเนื่องจากบทความก่อนที่ว่า “ทำไมเสาเข็มต้นนิดเดียว ถึงรับแรงได้มากกว่าขนาดของตัวเองหลายเท่า?” ยังมีเทคนิคอีกอย่างหนึ่งที่ทำให้เสาเข็มสามารถรับน้ำหนักได้มหาศาล ซึ่งเป็นหลักพื้นฐานทางวิศวกรรมนั่นก็คือ.....

เทคนิคที่ทำให้เสาเข็มรับน้ำหนักได้มหาศาลอีกอย่างนั้นก็คือ การกระจายแรง โดยการสร้างฐานรากในรูปแบบของฐานรากแผ่กระจายอยู่ทั่วทุกจุดของโครงสร้าง เพื่อรับน้ำหนักจากโครงสร้างและสิ่งของด้านบนทั้งหมดมารวมไว้ที่ฐานราก แล้วกระจายออกไปตามฐานรากและลงสู่พื้นดินอีกทอดหนึ่ง ทำให้น้ำหนักที่กดลงบนดินไม่กระจุกอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่งมากเกินไป ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้โครงสร้างเกิดการทรุดตัวเพราะดินรับน้ำหนักบรรทุกไม่ไหวนั่นเอง

เพื่อให้เห็นภาพที่ใกล้ตัวมากขึ้น น้องเข็มเหล็ก จะขอยกตัวอย่างเรื่องการกระจายแรงด้วยเตียงตะปู ซึ่งใช้เป็นตัวอย่างที่ได้รับการยอมรับในการเรียนการสอนฟิสิกส์ไปทั่วโลก

ดูแล้วน่าหวาดเสียวไม่ใช่น้อยเลย แต่ก็ไม่มีใครได้รับอันตรายจากเตียงเหล่านี้ (หากสร้างโดยผ่านการคำนวณมาแล้ว) ที่เป็นเช่นนั้นเพราะน้ำหนักของคนที่กดลงที่ปลายตะปูจำนวนมากนั้น ถูกกระจายไปเท่าๆ กันตามจำนวนตะปูนับร้อยแท่งที่คนนอนทับอยู่ ทำให้ปลายตะปูแต่ละแท่งสามารถรับน้ำหนักของคนได้ ปลายตะปูจึงไม่สามารถเจาะทะลุเข้าไปในผิวหนังได้นั่นเอง

อธิบายด้วยหลักฟิสิกส์

ความดันคือแรงที่กระทำบนพื้นที่ที่กำหนดให้ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นที่นั้น (ความดัน = แรง/พื้นที่) มีหน่วยเป็น นิวตันต่อตารางเมตร (N/m2 ) หรือ ปาสกาล (Pa) ดังนั้นความดันเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่ เมื่อพื้นที่เพิ่มขึ้นความดันจะลดลง สำหรับเตียงตะปูมีตะปูจำนวนมากมายที่รองรับใต้ตัวผู้นอน เมื่ออยู่ในภาวะสมดุลน้ำหนักของตัวคนจะเฉลี่ยไปบนตะปูแต่ละตัว ทำให้ความดันที่ปลายตะปูกระทำกับผิวหนังลดลงจนปลายตะปูไม่ทำอันตรายต่อผิวหนัง

สำหรับเตียงตะปูสมการของความดันสามารถคิดได้ว่า ความดัน = แรง/จำนวนปลายตะปู (หรือ ความดันคือแรงต่อตะปู 1 ตัว) เมื่อจำนวนปลายตะปูเพิ่มขึ้นแรงจะกระจายไปบนจุดปลาย ตะปูที่เพิ่มขึ้นและกระจายไปบนผิวหนังที่กว้างขึ้น ผิวหนังแต่ละจุดที่สัมผัสปลายตะปูก็จะรับรู้ขนาดของแรงน้อยลงหรือความดันบนผิวหนังที่สัมผัสปลายตะปูน้อยลง ในทางกลับกันถ้าจำนวนตะปูน้อยลงผิวหนังแต่ละจุดที่สัมผัสปลายตะปูจะรับรู้ขนาดของแรงมากขึ้นหรือความดันบนผิวหนัง ที่สัมผัสปลายตะปูมากขึ้น ถ้าผิวหนังไม่เหนียวและหนาพอ ปลายตะปูอาจจะทะลุผิวหนังทำให้ได้รับบาดเจ็บ

อ้างอิง เตียงตะปู, สมนึก บุญพาไสว, 2550

ดังตัวอย่างข้างต้น จะเห็นได้ว่า

“ตัวตะปูก็เปรียบเสมือนกับเสาเข็ม

คนที่นอนบนเตียงก็เปรียบเสมือนกับอาคารต่างๆ”

หากวิศวกรที่ควบคุมงานก่อสร้างอาคารต่างๆ คำนวณการรับน้ำหนักโครงสร้างของเสาเข็มได้อย่างถูกต้อง อาคารหรือสิ่งปลูกสร้างต่างๆ จะสามารถคงอยู่ได้อย่างมั่นคงปลอดภัยแน่นอน และยิ่งฐานรากเสาเข็มของเข็มเหล็กมีลักษณะการออกแบบพิเศษ ทำให้สามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าเสาเข็มทั่วไป มั่นใจได้เลยว่าปลอดภัยหายห่วง

ตัวอย่างผลงานเพิ่มเติม >>>

เห็นแบบนี้แล้ว จะสร้างอะไรอย่าลืมให้เข็มเหล็กดูแลในส่วนของฐานรากนะครับ เพราะเราใส่ใจทุกขั้นตอน แม้รายละเอียดเล็กๆ ติดต่อเข็มเหล็กได้ที่ช่องทางต่อไปนี้เลย

- Chat website KEMREX

- โทร. 02-026-3140

- Facebook : @Kemrexfanpage

- Line@ : @KEMREX