เสริมแกร่งเสาอาคารเก่าต้านแผ่นดินไหว

โดย รองศาสตราจารย์ ดร. อมร พิมานมาศ รองเลขาธิการสภาวิศวกร

อาจารย์ประจำสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

 

ในเหตุการณ์แผ่นดินไหว 6.3 ริกเตอร์ที่ อ.พาน จังหวัดเชียงรายเมื่อวันที่ 5 พค. 2557 ที่ผ่านมาก่อให้เกิดความเสียหายแก่โครงสร้างบ้านเรือนอย่างมากมาย ความเสียหายของโครงสร้างที่เกิดจากแผ่นดินไหวสามารถจำแนกได้เป็น 4 ระดับคือ

ระดับที่ 1 เล็กน้อย เกิดรอยร้าวในผนังเท่านั้น

ระดับที่ 2 ปานกลาง เกิดรอยร้าวในโครงสร้าง เช่น คาน และ เสา

ระดับที่ 3 มาก รอยร้าวเกิดกระจายไปทั่ว คอนกรีตกะเทาะหลุดออกมา เหล็กเสริมเสียรูป ดุ้งหรือขาด

ระดับที่ 4 โครงสร้างพังถล่มโดยสิ้นเชิง

สำหรับความเสียหายระดับที่ 1 และ 2 สามารถซ่อมแซมได้ โดยใช้ปูนเกร๊าทอัดหรือฉีดเข้าไปในรอยร้าวหรือฉีดด้วยกาวอีพอกซี ส่วนระดับที่ 3 ให้พิจารณาว่าคอนกรีตกะเทาะหลุดล่วงออกมา หากเหล็กเสริมยังไม่บิดเบี้ยวเสียรูป ยังถือว่าซ่อมได้โดยการผสมปูนซีเมนต์กับทรายและน้ำให้หมาดๆแล้วนำไปฉาบหรืออุดบริเวณคอนกรีตที่กะเทาะหลุดออกมา แต่หากเหล็กเสริมดุ้ง ผิดรูปอย่างมากหรือเหล็กเสริมขาด แปลว่าโครงสร้างใช้งานไม่ได้แล้ว ต้องทุบทิ้งแล้วสร้างใหม่ ส่วนระดับที่ 4 ซึ่งเป็นระดับที่โครงสร้างพังถล่มอย่างสิ้นเชิง ก็ไม่สามารถซ่อมและใช้งานได้อีกต่อไป ต้องรื้อซากอาคารทิ้งแล้วก่อสร้างใหม่จะดีที่สุด

 

จากเหตุการณ์แผ่นดินไหวในครั้งนี้ ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า เสาเป็นโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของอาคาร เพราะเสาเป็นโครงสร้างที่รองรับน้ำหนักของอาคารทั้งหลัง ดังนั้นความแข็งแรงของเสาจึงเป็นเรื่องที่สำคัญที่สุดของอาคารในการต้านแผ่นดินไหว แต่สำหรับอาคารเก่าที่ก่อสร้างมานานแล้ว เสาอาจจะมีกำลังรับน้ำหนักไม่พอ จึงต้องหาแนวทางเสริมความแข็งแรงให้แก่เสาอาคารต่อไป

 

สำหรับบทความนี้ ผมขอนำเสนอวิธีการเสริมความแข็งแรงเสาอาคารเก่า 3 วิธี ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของผลงานวิจัยในโครงการวิจัยเพื่อลดภัยพิบัติจากแผ่นดินไหวระยะที่ 1 – 3 ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนการทำวิจัยจากสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย โดยในงานวิจัยนี้ผมได้เสนอแนวทางในการทำให้เสาแข็งแรงขึ้นด้วยการหุ้มเสาด้วยวัสดุเสริมแรงประเภทต่างๆ ดังนี้

 

วิธีที่ 1 การหุ้มเสาด้วยคอนกรีตเสริมเหล็ก

วิธีนี้เหมาะสำหรับอาคารหลังเล็กๆ เช่น บ้านเดี่ยว ตึกแถว อาคารที่สูงไม่เกิน 3 ชั้น หรือที่มีเสาขนาดไม่เกิน 30 ซม. การหุ้มด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กให้เสริมเหล็กยืนขนาด 12 หรือ 16 มม. เพิ่มเติมที่มุมทั้ง 4 ของเสา จากนั้นพันรอบเหล็กยืนด้วยเหล็กปลอกขนาด 9 มม. ให้มีความถี่ของเหล็กปลอกไม่เกิน 5.0-7.5 ซม. จากนั้นพันด้วยลวดตาข่าย (หรือลวดกรงไก่) จากนั้นฉากปิดด้วยปูนซีเมนต์ วิธีนี้ราคาประหยัดที่สุดต้นทุนเพียงหลักพันบาทสำหรับเสา 1 ต้น

 

วิธีที่ 2 การหุ้มเสาด้วยแผ่นเหล็ก

วิธีนี้เหมาะสำหรับอาคารขนาดใหญ่ เสาสะพาน อพารต์เมนต์ คอนโดมีเนียม อาคารสูง ที่มีเสาขนาดใหญ่เกิน 50 ซม. ขึ้นไป การหุ้มเสาด้วยแผ่นเหล็กให้พับเหล็กแผ่นเป็นรูปตัวแอล เข้ามุมด้านตรงกันข้ามของเสา จากนั้นเชื่อมแผ่นเหล็กทั้งสองแผ่นให้ติดกันที่ตรงมุม โดยปล่อยให้มีช่องว่างระหว่างแผ่นเหล็กกับเสาเดิมประมาณ 3 ซม. จากนั้นกรอกปูนเกร๊าทลงไปในช่องว่างนี้เพื่อยึดแผ่นเหล็กให้ติดแน่นกับเสาเดิม รอจนกว่าปูนเก๊ราทจะแข็งตัว วิธีนี้ราคาประหยัดเหมาะสำหรับเสาที่มีขนาดใหญ่ เป็นวิธีที่ให้ความแข็งแรงสูงมาก แต่การทำงานค่อนข้างยาก เนื่องจากต้องใช้แรงงานในการพับและเชื่อมติดแผ่นเหล็กเข้าด้วยกัน

 

วิธีที่ 3 การหุ้มเสาด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

 การหุ้มเสาด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เป็นเทคโนโลยีใหม่ล่าสุด ที่เพิ่งมีไม่นานมานี้ เหมาะสำหรับเสาในอาคารที่มีขนาดใหญ่เช่น เสาสะพาน อพารต์เมนต์ คอนโดมีเนียม อาคารสูง เช่นเดียวกับการหุ้มเสาด้วยแผ่นเหล็ก สำหรับแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เป็นแผ่นที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนที่มีกำลังรับน้ำหนักสูงมาก คือมากกว่าเหล็กแผ่นทั่วไปถึง 10 เท่า แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์มีความบางสามารถนำไปพันรอบเสาได้โดยใช้กาวอีพอกซีเป็นตัวยึดให้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ติดกับเสา เมื่อพันเสร็จเรียบร้อยแล้วจะได้เสาที่มีกำลังรับน้ำหนักสูงมาก สามารถต้านแผ่นดินไหวได้เป็นอย่างดี แต่มีข้อเสียคือแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ยังมีราคาแพงอยู่ แต่มีข้อดีคือการก่อสร้างทำได้สะดวกและรวดเร็วกว่าการใช้แผ่นเหล็กหุ้มมาก สำหรับการหุ้มเสาด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์นั้นพบว่า มีประสิทธิภาพเป็นอย่างดี จากผลการทดสอบพบว่าเมื่อเปรียบเทียบระหว่างเสาที่ไม่ได้หุ้มด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์พบว่ามีความเสียหายอย่างรุนแรงที่บริเวณโคนเสา แต่เมื่อหุ้มเสาด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แล้ว พบว่าเสาแข็งแรงขึ้นอย่างมากและไม่เกิดการวิบัติที่โคนเสา

 

 

รูปที่ 1 การหุ้มเสาด้วยคอนกรีตเสริมเหล็ก

รูปที่ 2 การหุ้มเสาด้วยแผ่นเหล็ก

 

 

รูปที่ 3 การหุ้มเสาด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

 

 รูปที่ 4 เปรียบเทียบผลการทดสอบเสาที่ไม่ได้หุ้มด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ (ซ้าย) และเสาที่หุ้มด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ (ขวา)