การทดสอบการรับแรงอัดของไม้ขนานและตั้งฉากเสี้ยนไม้
และกำลังต้านทานแรงดัดของไม้
ทฤษฎี
ไม้เป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญเป็นวัสดุที่ทำงานได้ง่ายมีความคงทนและสวยงาม
ไม่เป็นสนิม มีน้ำหนักเบา ไม้มีลักษณะเป็นวัสดุเส้นใย (Fiber Material) แบบท่อกลวงซึ่งเรียงซ้อนกันอยู่ เส้นใยของไม้จะมีความยาวขนานไปกับลำต้น ด้วยเหตุนี้ความแข็งแรงของไม้ในแนวต่าง
ๆ จึงไม่เท่ากัน ความแข็งแรงไม้ในแนวขนานเสี้ยน (Parallel to Grain) จึงแตกต่างกับความแข็งแรงของไม้ในแนวตั้งฉากเสี้ยน (Perpendicular
to Grain) เพื่อให้สามารถนำไม้มาใช้ในงานก่อสร้างได้อย่างเหมาะสม ดังนั้นการทดสอบนี้
จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาและทดสอบคุณสมบัติของไม้ทางกลศาสตร์ ได้แก่
การรับแรงอัดของไม้ทั้งขนานและตั้งฉากเสี้ยนไม้ และกำลังต้านทานแรงดัดของไม้
8.1 การทดสอบกำลังต้านทานแรงอัดของไม้ในแนวขนานเสี้ยน (Compression
Parallel to Grain Test of Wood)
แรงอัดของไม้ในแนวขนานเสี้ยนขึ้นอยู่กับความต้านทานของเส้นใยเล็กๆ
ที่รวมตัวกันขึ้นเป็นโครงสร้างไม้ เส้นใยแต่ละเส้นจะทำหน้าที่เสมือนเป็นเสากลวง (Hollow Column) เล็กๆ ดังรูปที่ 8.1 ที่ถูกค้ำจุนและให้ความค้ำจุนแก่เส้นใยอื่นๆ ที่อยู่รอบข้าง ถ้าหน่วยแรง (Stress) เพิ่มขึ้นจนถึงจุดแตกหัก (Failure)
เส้นใยที่ทำหน้าที่ค้ำจุนเหล่านี้จะโก่งหรืองอแบบเดียวกับการแตกหักของเสาที่มีขนาดใหญ่
รูปที่ 8.1 ลักษณะการเรียงตัวของเสี้ยนไม้
8.1.1 ลักษณะของความเสียหายของไม้ที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงกดในแนวขนานเสี้ยน
1.
บดอัด (Crushing)
เมื่อระนาบของการแตกหักอยู่ในแนวระดับ
2.
แบบรูปลิ่ม (Wedge Split) เส้นที่ถูกผ่าออกอาจเป็นไปได้ทั้งในแนววงปีหรือแนวสัมผัสกับวงปี
3.
แบบเฉือน (Shearing)
เกิดขึ้นเมื่อระนาบของการแตกทำมุมกับส่วนบนของชิ้นงาน
4.
แบบผ่า (Spliting)
เกิดขึ้นโดยลักษณะภายในของเนื้อไม้ไม่ดี ทำให้ไม้เกิดการแยกออกจากกัน
5.
การแตกหักโดยการถูกอัดและเฉือนขนานเสี้ยน (Compression and Shearing Parallel to Grain)การวิบัติในลักษณะนี้
จะวิบัติในลักษณะเฉือนออกขวางเสี้ยน ทำมุมประมาณ
กับแนวราบ พร้อมกับมีการปริแตกออกของเนื้อไม้
6. การแตกหักโดยการถูกบี้ตรงปลาย (Blooming or Rolling) การวิบัติลักษณะนี้
ส่วนปลายของไม้จะ อยู่และเห็นเสี้ยนไม้บริเวณปลายแตกออกเป็นเส้นๆ
รูปที่ 8.2 รูปแบบการวิบัติของไม้
8.1.2 วัตถุประสงค์
1.
เพื่อศึกษาเปรียบเทียบพฤติกรรมการรับแรงอัดของไม้ชนิดต่างๆ ในแนวขนานเสี้ยนไม้
2.
เพื่อศึกษาลักษณะการวิบัติของไม้ที่รับแรงอัดในขนานเสี้ยนไม้
3.
เพื่อศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่มีผลกระทำต่อกำลังการรับแรงอัดของไม้ในแนวขนานเสี้ยนไม้
4.
เพื่อหาคุณสมบัติของไม้รับแรงอัดในแนวขนานเสี้ยนไม้ ดังนี้
-
Elastic Strength
at Proportional Limit
-
Yield Strength
at 0.05% Offset
-
Ultimate
Strength
-
Modulus of
Elasticity
8.1.3 มาตรฐานอ้างอิง
-
ASTM D 143 Standard
Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber
8.1.4 เครื่องมือ
1.
เครื่องทดสอบแรงกด
2.
Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 mm และมีความละเอียดถึง
0.1 mm
3.
เครื่องชั่งที่มีความละเอียดถึง 0.1 gm
4.
เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge)
5.
ตลับเมตร
6.
ชิ้นตัวอย่างใช้ไม้ขนาด 2 x 2 x 8 นิ้ว จำนวน 3 ท่อน
8.1.5 วิธีการทดสอบ
1. เตรียมชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบให้มีขนาด 2 x 2 x 8 นิ้ว จำนวน 3 ท่อน
และเขียนเลขลำดับบนชิ้นตัวอย่าง
2. ปรับแต่งผิวหน้าของชิ้นตัวอย่างไม้แต่ละด้านให้มีความเรียบสม่ำเสมอและขนานกับด้านตรงข้ามโดยหน้าไม้แต่ละด้านต้องตั้งทำมุมฉากกันตลอดแนวความยาว
3. ทำการวัดขนาดภาคตัดขวาง (Cross-Section) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ โดยการวัดอย่างน้อยด้านละ 3 ตำแหน่ง คือ ปลายไม้ทั้งสองด้าน กึ่งกลางไม้อีกหนึ่งจุด
ให้มีระดับความละเอียดถึง 0.01 mm แล้วนำค่ามาเฉลี่ยกัน
4. ทำการวัดความยาว (Length) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ ปฏิบัติเช่นเดียวกันกับการวัดภาคตัดขวาง
5. ทำการกำหนดพิกัดความยาว (Gauge
Length) ที่ชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบให้มีพิกัดความยาวประมาณ 6 นิ้ว
6. ทำการชั่งน้ำหนักของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ ให้มีความละเอียดถึง 0.1 กรัม
7. ทำการสเก็ตช์รูปชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ และบันทึกตำหนิของไม้
8. นำชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบที่ได้เตรียมไว้วางบน Lower Bearing Plate ของเครื่องทดสอบในลักษณะที่ถูกต้อง
โดยให้แนวเสี้ยนปรากฏอยู่ตามความยาวของไม้และผิวปลายเสี้ยนตั้งฉากกับแกนความยาวด้วย
9. เลื่อน Upper Bearing ของเครื่องทดสอบลงมาสัมผัสกับผิวด้านบนของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ
10. ทำการปรับ Dial Gauge ของ
Compressometer และค่าแรงที่กระทำที่เครื่องทดสอบ
ให้อยู่ตำแหน่งที่ศูนย์
11. ออกแรงกดทีละน้อยตลอดการทดสอบด้วยความเร็วคงที่ ที่ทำให้ หัวกดเคลื่อนที่ 0.06 เซนติเมตรต่อนาที
12. บันทึกค่าการหดตัวของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบจาก Dial Gauge ของ Compressometer ทุกๆ
น้ำหนักกระทำเท่ากับ 500 กิโลกรัม
จนกระทั่งผ่านขีดจำกัดยืดหยุ่น (Proportional Limit) จึงถอด Compressometer
ออกแล้วให้น้ำหนักกระทำต่อไปจนกระทั่งถึงจุดวิบัติ
บันทึกค่าน้ำหนักกระทำสูงสุด (Ultimate Load) ไว้
13. บันทึกลักษณะการวิบัติพร้อมทั้งสเก็ตช์รูปไว้
14. นำชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบเข้าเตาอบที่อุณหภูมิ 80
เป็นเวลา 24 ชั่วโมง
15. เมื่อครบ 24 ชั่วโมง
นำชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบออกจากเตาอบ ผึ่งลมให้แห้ง แล้วนำไปชั่งน้ำหนักเพื่อหาค่า Moisture
Content
รูปที่
8.3 ตัวอย่างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดกับค่าการยุบตัวที่ไม่มีความคลาดเคลื่อน
รูปที่ 8.4 ตัวอย่างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดกับค่าการยุบตัวที่มีความคลาดเคลื่อน
กรณีนี้เกิดจากการวางไม้ มีช่องว่าง คือไม่แนบกับผิวสัมผัส
รูปที่ 8.5 ตัวอย่างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดกับค่าการยุบตัวที่มีความคลาดเคลื่อน
กรณีนี้เกิดจากการวางไดอัลเกจที่มีช่องว่างคือปลายไม่แตะกับผิวสัมผัส
8.1.7 ตารางบันทึกผลการทดสอบ
8.1.8 รูปแบบการวิบัติ
8.1.9 ตารางบันทึกแรงกระทำกับระยะการยุบตัว
8.1.10 ตารางสรุปผลการทดลอง
8.2 การทดสอบกำลังต้านทานแรงอัดของไม้แนวตั้งฉากเสี้ยน (Compression Perpendicular to Grain
Test of Wood)
หน่วยแรงอัดตั้งฉากเสี้ยน
เป็นคุณสมบัติทางกลที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างที่มีแรงกระทำเป็นจุด เช่น รูปที่ 8.6 แสดงการรับแรงอัดตั้งฉากเสี้ยนในระบบคาน
ตง พื้น กำลังรับแรงอัดตั้งฉากเสี้ยนนี้ยอมให้ใช้ได้ภายในขอบเขตของหน่วยงานที่ขีดยืดหยุ่น
เพราะหากเลยจุดนี้ไปแล้วผนังของเสี้ยนไม้จะยุบตัวมากโดยที่แรงอัดไม้เพิ่มขึ้น
จนกระทั่งการหดตัวของไม้มากจนความหนาเหลือเพียงหนึ่งในสามของความหนาเดิมเมื่อเสี้ยนไม่ยุบตัวจนเต็มโพรงเสี้ยนไม้หมด
แรงอัดจะเพิ่มขึ้นไม่มีที่สิ้นสุด และไม่อาจหาค่าของกำลังสูงสุดตั้งฉากเสี้ยนได้
แต่อย่างไรก็ตาม กำลังของแรงอัดตั้งฉากเสี้ยนไม้ที่มีค่าสูงๆ
ในช่วงหลังนี้อาจไม่นำมาใช้ประโยชน์ เพราะไม่ได้เกิดการวิบัติแล้ว
คือมีการยุบตัวและเสียรูปจนทำให้โครงสร้างที่ยืดหยุ่นหรือเกี่ยวข้องเกิดการทรุดตัวและเสียรูปตามไปด้วย
รูปที่ 8.6 แสดงการรับแรงอัดตั้งฉากเสี้ยนในระบบคาน
ตง พื้น
8.2.1 วัตถุประสงค์
1.
เพื่อศึกษาเปรียบเทียบพฤติกรรมการรับแรงอัดของไม้ชนิดต่างๆ
ในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้
2.
เพื่อศึกษาลักษณะการวิบัติของไม้ที่รับแรงอัดในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้
3.
เพื่อศึกษาปัจจัยต่างๆ
ที่มีผลกระทำต่อกำลังการรับแรงอัดของไม้ในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้
4.
เพื่อหาคุณสมบัติของไม้เมื่อรับแรงอัดในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้
-
Elastic Strength
at Proportional Limit
-
Yield Strength
at 0.05% Offset
-
Modulus of Elasticity
8.2.2 มาตรฐานอ้างอิง
-
ASTM D 143
Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber
8.2.3 เครื่องมือ
1.
เครื่องทดสอบแรงอัด
2.
Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 mm และมีความละเอียดถึง
0.1 mm
3.
เครื่องชั่งที่มีความละเอียดถึง 0.1 gm
4.
เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge)
5.
ตลับเมตร
6.
ชิ้นตัวอย่างใช้ไม้ขนาด 2 x 2 x 6 นิ้ว จำนวน 3 ท่อน
8.2.4 วิธีการทดสอบ
1.
เตรียมชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบให้มีขนาด 2 x 2 x 6 นิ้ว จำนวน 3 ท่อน
และเขียนเลขลำดับบนชิ้นตัวอย่าง
2.
ปรับแต่งผิวหน้าของชิ้นตัวอย่างไม้แต่ละด้านให้มีความเรียบสม่ำเสมอและขนานกับด้านตรงข้ามโดยหน้าไม้ แต่ละด้านต้องตั้งทำมุมฉากกันตลอดแนวความยาว
3.
ทำการวัดขนาดภาคตัดขวาง (Cross-Section) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ โดยการวัดอย่างน้อยด้านละ 3 ตำแหน่ง คือ ปลายไม้ทั้งสองด้าน กึ่งกลางไม้อีกหนึ่งจุด
ให้มีระดับความละเอียดถึง 0.01 mm แล้วนำค่า มาเฉลี่ยกัน
4.
ทำการวัดความยาว (Length) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ ปฏิบัติเช่นเดียวกันกับการวัดภาคตัดขวาง
5.
ทำการชั่งน้ำหนักของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ ให้มีความละเอียดถึง 0.1 กรัม
6.
ทำการสเก็ตช์รูปชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ และบันทึกตำหนิของไม้ด้วย
7.
นำชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบที่ได้เตรียมไว้วางบน Lower Bearing Plate ของเครื่องทดสอบในลักษณะวางตั้ง โดยให้ด้าน
Radial Surface เป็นด้านที่รับแรง
8.
วางแผ่นโลหะที่มีความกว้างประมาณ 2 นิ้ว ลงบนกึ่งกลางของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ
โดยวางให้แกนยาว ของไม้และแผ่นโลหะตั้งได้ฉากกัน
9.
เลื่อน Upper Bearing ของเครื่องทดสอบลงมาสัมผัสผิวด้านบนของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ
10. ทำการติดตั้ง Dial Gauge สำหรับวัดระยะหดตัวของตัวอย่างไม้ในขณะทำการทดสอบ แล้วทำการปรับ Dial
Gauge และค่าแรงกระทำที่เครื่อง Univrsal Testing Machine ให้อยู่ที่ตำแหน่งศูนย์
11. ออกแรงกดทีละน้อยตลอดการทดสอบด้วยความเร็วคงที่
โดยให้หัวกดเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 0.03 เซนติเมตรต่อนาที
12 .บันทึกค่าการหดตัวของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบจากเกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge) ทุกๆ น้ำหนักเท่ากับ 100
kg. จนกระทั่งผ่านขีดจำกัดยืดหยุ่น (Proportional Limit) จึงถอด เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge) ออกแล้วให้น้ำหนักกระทำต่อไปจนกระทั่งถึงจุดวิบัติ
บันทึกค่าน้ำหนักกระทำสูงสุด (Ultimate Load) ไว้
10.
บันทึกลักษณะการวิบัติพร้อมทั้งสเก็ตช์รูปไว้
11.
นำชิ้นตัวอย่างไม้ที่ใช้ทดสอบไปอบที่อุณหภูมิ 80
เป็นเวลา 24 ชั่วโมง
12.
เมื่อครบ 24 ชั่วโมง
แล้วนำไม้ออกจากเตาอบ ผึ่งลมให้แห้ง แล้วนำไปชั่งน้ำหนักเพื่อหาค่า Moisture Content.
8.2.6 ตารางบันทึกผลการทดสอบ
8.2.7 รูปแบบการวิบัติ
8.2.8 ตารางบันทึกแรงกระทำกับระยะการแอ่นตัว
8.2.9 ตารางสรุปผลการทดลอง
8.3 การทดสอบกำลังต้านทานแรงดัดของไม้ (Static Bending Test of Wood)
คุณสมบัติในการรับแรงดัดของไม้จัดเป็นสิ่งที่สำคัญมากเนื่องจากว่าชิ้นส่วนของโครงสร้างของโครงสร้างส่วนใหญ่จะรับแรงดัด
เช่น คาน ตง แม้กระทั่งเสา ซึ่งหน้าที่หลักก็คือรับแรงอัด แต่ในบางครั้งก็อาจจะต้องรับแรงดัดด้วย
ลักษณะของความเสียหายของงไม้ที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดัด มีลักษณะดังต่อไปนี้.
8.3.1 วัตถุประสงค์
1.
เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางกลของไม้ในการรับแรงดัด
2.
เพื่อศึกษาพฤติกรรมของไม้เมื่อรับน้ำหนักจนถึง Failure ได้แก่
-
Bending stress
at Proportional Limit, (
)
-
Modulus of
Rupture, (
)
-
Modulus of
Resilience, (R)
-
Maximum Shearing
Stress, (
)
-
Average Total
Work to Ultimate Load, (W)
-
Type of Failure
8.3.2 มาตรฐานอ้างอิง
-
ASTM D 143
Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber
8.3.3 เครื่องมือ
1.
เครื่องทดสอบแรงดัด
2.
Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 mm และมีความละเอียดถึง
0.1 mm
3.
เครื่องชั่งที่มีความละเอียดถึง 0.1 gm
4.
เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge)
5.
ตลับเมตร
6.
ชิ้นตัวอย่างใช้ไม้ขนาด 2 x 2 x 30 นิ้ว จำนวน 3 ท่อน
8.3.4 วิธีการทดสอบ
1.
ทำการวัดขนาดภาคตัดขวาง (Cross
Section) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ โดยวัดอย่างน้อยด้านละ 3 ตำแหน่ง คือ ปลายไม้ทั้งสองด้าน และกึ่งกลางไม้อีกหนึ่งจุด
ให้มีระดับความละเอียดถึง 0.01 mm แล้วนำ ค่ามาเฉลี่ยกัน
2.
ทำการวัดความยาว (Length) ของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ เช่นเดียวกันกับการวัดขนาดภาคตัดขวาง
3.
ทำการชั่งน้ำหนักของชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ ให้มีความละเอียดถึง 0.1 กรัม
4.
ทำการสเก็ตช์รูปชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบ พร้อมทั้งบันทึกตำหนิของไม้ด้วย
5.
จัดจุดรองรับ (Support) ให้ห่างกัน 45-50 เซนติเมตร
แล้ววางชิ้นตัวอย่างไม้ทดสอบลงบน Support โดย ให้ Tangential
Surface ด้านที่ใกล้แกนกลางอยู่บนเมื่อหัวกด
เคลื่อนที่ลงหรืออยู่ล่างเมื่อหัวกดเคลื่อนขึ้น
6.
ปรับเครื่องเกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge) และเครื่องทดสอบ Universal Testing Machine
ให้อยู่ที่ ตำแหน่งศูนย์
7.
ให้น้ำหนักลงอย่างช้าๆ เพื่อให้หัวกด เคลื่อนลงด้วยอัตราเร็ว 2.5 มิลลิเมตรต่อนาที บันทึกค่า Central Deflection ที่เกิดขึ้นทุกๆ ระยะที่น้ำหนักเพิ่มขึ้น 50 กิโลกรัม จนกระทั่ง Failure
8.
บันทึกลักษณะการวิบัติของไม้ที่ทำการทดสอบ
9.
ตัดชิ้นส่วนตรงบริเวณใกล้จุดที่เกิด Failure ที่เกิดขึ้น นำเข้าเตาอบที่อุณหภูมิ 80
เป็นเวลา 24 ชั่วโมง
10. เมื่อครบ 24 ชั่วโมง
นำไม้ออกจากเตาอบ ผึ่งลมให้แห้ง แล้วนำไปชั่งน้ำหนักเพื่อหาค่า Moisture Content
8.3.6 ตารางบันทึกผลการทดสอบ
8.3.7 ตารางบันทึกแรงกระทำกับระยะการแอ่นตัว
8.3.8 ตารางสรุปผลการทดลอง
วีดีโอสอนการทำทดลอง
ได้ความรู้มากครับ
ตอบลบ