ทำไมต้องทำ Floor Load Test?
ในงานปรับปรุงอาคาร (renovation) หรือติดตั้งเครื่องจักรใหม่ คำถามที่เจอบ่อยที่สุดคือ "พื้นเดิมรับน้ำหนักเครื่องจักร/การใช้งานใหม่ได้หรือไม่?" ปัญหาคือ:
- ไม่มีแบบก่อสร้างเดิม (as-built drawing) หรือแบบไม่ครบ
- ไม่ทราบกำลังคอนกรีตและปริมาณเหล็กเสริมที่แท้จริง
- อาคารมีอายุมาก สภาพวัสดุอาจเสื่อมจากที่ออกแบบไว้
- การใช้งานใหม่มีน้ำหนักมากกว่าที่ออกแบบเดิม
ในกรณีเหล่านี้ การวิเคราะห์ด้วยการคำนวณ (analytical evaluation) เพียงอย่างเดียวอาจไม่เพียงพอ เพราะมีตัวแปรที่ไม่ทราบมาก — Load Test คือการทดสอบโครงสร้างจริงในสภาพจริง จึงสะท้อนพฤติกรรมรับน้ำหนักที่แท้จริง รวมทั้งผลของวัสดุ การก่อสร้าง และความเสื่อมสภาพทั้งหมดในตัว
ในทางปฏิบัติมักทำควบคู่กับ Concrete Core Test (เจาะแกนคอนกรีต ตาม ASTM C42 / C39) เพื่อยืนยันคุณภาพวัสดุ + Load Test เพื่อยืนยันพฤติกรรมโครงสร้าง — สองวิธีนี้ส่งเสริมกัน
มาตรฐานอ้างอิง: ACI 318-19 Chapter 27
การทดสอบกำลังโครงสร้างด้วยน้ำหนักบรรทุก (Strength Evaluation by Load Test) กำหนดไว้ใน ACI 318-19 บทที่ 27 โดยแบ่งวิธีทดสอบเป็น 2 แบบ:
| วิธีทดสอบ | ลักษณะ | เหมาะกับ |
|---|---|---|
| Monotonic Load Test (27.5) | ใส่น้ำหนักขึ้นทางเดียวจนถึงค่าสูงสุด แล้วคงไว้ ≥ 24 ชม. | กรณีที่กังวลการวิบัติแบบ shear หรือ development of reinforcement — น้ำหนักที่คงค้างนานช่วยให้รอยร้าว/creep แสดงตัว |
| Cyclic Load Test (27.6, ตาม ACI 437.2) | ใส่–ถอนน้ำหนักเป็นรอบ เพิ่มระดับขึ้นเรื่อย ๆ | ต้องการดูความเป็น linear elastic และ permanency ของ deflection แต่ละรอบ |
สำหรับพื้นโรงงานทั่วไป วิธี Monotonic ด้วยการขังน้ำ (water ponding) เป็นที่นิยมที่สุด เพราะน้ำให้น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ (uniform load) ควบคุมง่าย ปลอดภัย และคำนวณน้ำหนักได้แม่นยำจากระดับน้ำโดยตรง (น้ำสูง 10 cm = 100 kg/m²)
โครงสร้างที่จะทดสอบต้องมีอายุ ไม่น้อยกว่า 56 วัน เว้นแต่เจ้าของ ผู้รับเหมา และวิศวกรผู้ออกแบบตกลงร่วมกันให้ทดสอบเร็วกว่านั้น
คำนวณน้ำหนักทดสอบ (Total Test Load, Tt) อย่างไร?
ตาม ACI 318-19 ข้อ 27.4.6.2 น้ำหนักทดสอบรวม (รวมน้ำหนักตัวพื้นที่มีอยู่แล้ว) ต้องไม่น้อยกว่าค่าที่มากที่สุดของ:
(b) Tt = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.0L + 1.6(Lr หรือ S หรือ R)
(c) Tt = 1.3(Dw + Ds) Dw = น้ำหนักตาย (ตัวพื้น) · Ds = superimposed dead load · L = น้ำหนักบรรทุกจร (live load)
ตัวอย่างจริง — พื้น ค.ส.ล. หนา 120 mm, น้ำหนักบรรทุกจรใช้งาน L = 300 kg/m²:
| รายการ | ค่า | ที่มา |
|---|---|---|
| น้ำหนักตาย Dw | 288 kg/m² | 0.12 m × 2,400 kg/m³ |
| Tt (สมการคุม a) | 768 kg/m² | 1.0(288) + 1.6(300) |
| น้ำหนักที่ต้องใส่จริง | 480 kg/m² | Tt − Dw (พื้นแบกตัวเองอยู่แล้ว) |
| แปลงเป็นระดับน้ำ | 48 cm | 480 ÷ 1,000 kg/m³ |
น้ำหนักที่ใส่จริง = Tt − น้ำหนักที่มีอยู่แล้วบนพื้น ไม่ใช่ใส่เต็ม Tt เพราะตัวพื้นเองนับเป็นส่วนหนึ่งของ test load อยู่แล้ว
ขั้นตอนการทดสอบ (Monotonic Water Ponding)
1. เตรียมบ่อขังน้ำ (Water Bund)
สร้างบ่อด้วยผนังไม้อัดค้ำยันด้วยนั่งร้าน/ตงเหล็กรับแรงดันน้ำ บุแผ่นกันซึม ขนาดบ่อครอบคลุมบริเวณวิกฤตของช่วงพื้นที่ต้องการทดสอบ
ต้องจัดวางน้ำหนักให้เกิด load effect สูงสุดในบริเวณวิกฤต — สำหรับพื้นช่วงเดียว จุดวิกฤตคือโมเมนต์กลางช่วง การวาง patch กึ่งกลางช่วงจึงให้ผลใกล้เคียงการใส่เต็มช่วงมาก (กรณีศึกษาด้านล่าง patch 4.0 m บน clear span 4.75 m ให้โมเมนต์กลางช่วง ~97.5% ของ full load)
2. ติดตั้งเครื่องมือวัด
- มาตรวัดการแอ่นตัว (dial gauge) ใต้ท้องพื้น อย่างน้อย 3 จุด โดยจุดกลางช่วงคือจุดวิกฤต
- ขาตั้ง gauge ต้อง อิสระจากโครงสร้างที่รับน้ำหนักทดสอบ ไม่เช่นนั้นค่าจะเพี้ยน
- อ่านค่า datum (ศูนย์อ้างอิง) ไม่เกิน 1 ชม. ก่อนใส่น้ำหนักขั้นแรก (27.5.2.2)
3. ใส่น้ำหนักเป็นขั้น
ตาม 27.5.1.1 ต้องใส่น้ำหนักอย่างน้อย 4 ขั้นเท่า ๆ กัน เช่น น้ำ 12 / 24 / 36 / 48 cm (ขั้นละ 25% ของ test load) แต่ละขั้นรอให้นิ่งแล้วจดค่าการแอ่นตัวทุกตัว พร้อมตรวจรอยร้าวด้วยสายตา
4. คงน้ำหนักเต็ม 24 ชั่วโมง
เมื่อถึงน้ำหนักเต็ม คงไว้ ไม่น้อยกว่า 24 ชม. (27.5.1.3) จดค่าที่ +30 นาที, +60 นาที แล้วทุก 1 ชม. พร้อมบันทึกอุณหภูมิและระดับน้ำจริง
5. ถอนน้ำหนักและวัด Recovery
หลังครบ 24 ชม. ถอนน้ำหนักออกโดยเร็ว (27.5.1.4) แล้ววัดค่า residual deflection ที่ 24 ชม. หลังถอนน้ำหนัก (27.5.2.4) — เว้นแต่เข้าเงื่อนไขยกเว้นตาม 27.5.3.6 (ดูหัวข้อเกณฑ์ผ่าน)
เกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่าน (Acceptance Criteria — 27.5.3)
| ข้อ | เกณฑ์ | ความหมาย |
|---|---|---|
| 27.5.3.1 | ไม่มี spalling / crushing ของคอนกรีต | ตรวจด้วยสายตาตลอดการทดสอบ |
| 27.5.3.2 | ไม่มีรอยร้าวที่บ่งชี้ shear failure ใกล้เกิด | รอยร้าวเฉียงยาว+กว้างขึ้นต่อเนื่อง = สัญญาณอันตราย |
| 27.5.3.5 | Δr ≤ Δl / 4 | การแอ่นตัวคงค้าง (residual) ต้องไม่เกิน 1 ใน 4 ของการแอ่นตัวสูงสุด |
| 27.5.3.6 | ถ้า Δl ≤ ค่าที่มากกว่าของ 0.05 in. หรือ ℓt²/(20,000h) | ยกเว้น (waive) ข้อ 27.5.3.5 ได้เลย เพราะโครงสร้างแข็งมากจนค่า recovery วัดแยกจาก error ภาคสนามไม่ได้ |
หากไม่ผ่านเกณฑ์ ยังสามารถ ทดสอบซ้ำ (retest) ได้ตาม 27.5.3.7 โดยต้องเริ่มไม่เร็วกว่า 72 ชม. หลังถอนน้ำหนักรอบแรก และใช้เกณฑ์ Δr ≤ Δ2/5 (27.5.3.8)
กรณีศึกษาจริง: พื้นชั้นใต้ดินโรงงาน เขตลาดกระบัง
โรงงานแห่งหนึ่งในเขตลาดกระบัง ต้องการติดตั้งระบบสาธารณูปโภคสำหรับเครื่องฉีด (injection machine) บนพื้น ค.ส.ล. ชั้นใต้ดินเดิม หนา 120 mm — SPN ได้รับมอบหมายให้ประเมินด้วย Core Test + Floor Load Test
ผล Core Test: กำลังอัดแกนคอนกรีต 2 ตัวอย่าง ≈ 212–214 ksc (≈ 21 MPa) — คุณภาพสม่ำเสมอ อยู่ในเกณฑ์ดี
การทดสอบ Floor Load Test: น้ำหนักทดสอบ Tt = 768 kg/m² (คุมโดยสมการ 1.0Dw + 1.6L, L = 300 kg/m²) ขังน้ำในบ่อ 4.0 × 4.0 m สูงสุด 48 cm แบ่งใส่ 4 ขั้น คงน้ำหนักเต็ม 24 ชม. วัด dial gauge 3 จุดใต้ท้องพื้น
| รายการ | ค่า |
|---|---|
| การแอ่นตัวสูงสุดกลางช่วง Δl | 1.53 mm (ที่เต็มโหลด +24 ชม.) |
| เกณฑ์ 27.5.3.6 = ℓt²/(20,000h) = 4,750²/(20,000×120) | 9.40 mm |
| ผล | 1.53 ≤ 9.40 mm → ผ่าน (ยกเว้นการวัด recovery ได้) |
ที่น่าสนใจคือพฤติกรรมการแอ่นตัว: ช่วง +6 ถึง +24 ชม. ค่าเพิ่มขึ้นเพียง ~0.16 mm — แสดงว่าการแอ่นตัว เข้าสู่สภาวะคงที่ (stabilized) พฤติกรรมเป็น elastic เป็นหลัก creep จำกัด และไม่พบรอยร้าวตลอดการทดสอบ (Δl ≈ ℓ/3,100 ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับเกณฑ์ทั่วไป ℓ/360)
พื้นมีความสามารถเพียงพอรองรับน้ำหนักบรรทุกจร 300 kg/m² สำหรับการติดตั้งระบบของเครื่องจักรตามแผน