30
มิ.ย.
10

การวิเคราะห์ขนาดของเม็ดดิน กลุ่ม 2/9 sec2

บทความเกี่ยวกับ Eng Software ต่างๆ

การจำแนกดินตามระบบ ASTM

การวิเคราะห์หาขนาดของเม็ดดินก็คือ ความพยายามที่จะหาความสัมพันธ์เป็นสัดส่วนของเม็ดดินขนาดต่าง ๆ ที่มีอยู่ในมวลดินนั้นๆการเก็บตัวอย่างดินมาทดสอบจะต้องเก็บคละกันมาให้เป็นข้อมูลที่น่าเชื่อถือได้ว่าเป็นตัวแทนของมวลดินทั้งหมด ในความเป็นจริงแล้วเราไม่สามารถหามวลเม็ดดินแต่ละเม็ดได้

การจําแนกประเภทของดินทางด้านวิศวกรรม โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้ตามมาตรฐาน Unified Soil Classification System ASTM D-2487 ซึ่งนิยมใช้กับงานฐานรากทั่วไป และ underground pipeline

การจําแนกดินตามมาตรฐานนี้จะทําการจําแนก ดินเสียก่อนว่าเป็นดินชนิดเม็ดหยาบ หรือดินชนิดเม็ดโดยอาศัยข้อมูลจากทดสอบ Sieve Analysis โดยดูว่ามีดินค้างอยู่ บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 อยู่เท่าไร

– ถ้ามีดินค้างอยู่บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 เกิน 50 % by weight ถือว่าเป็นดินจําพวกเม็ดหยาบ Coarse Grained Soils ดินจําพวกนี้ได้แก่ Gravelly Soils , Sandy Soils

– ถ้ามีดินค้างอยู่บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 น้อยกว่า 50 % by weight ถือว่าเป็นดินจําพวกเม็ดละเอียด Fine Grained Soils ดินจําพวกนี้ได้แก่ ตะกอนทราย (Silt ) หรือดินเหนียว(Clay )เราสามารถทราบ ชนิดของดินโดยดูจาก อักษรตัวหน้าของดิน เช่น

  • กรวด ( Gravel ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “G” มีดินค้างอยู่ บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 4 เกิน 50 %
  • ทราย ( Sand ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “S” มีดินค้างอยู่ บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 4 น้อยกว่า 50 %
  • ตะกอนทราย (Silt) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “M”
  • ดินเหนียว ( Clay ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “C”
  • ดินมีสารอินทรีย์ปน(Organic) “O”
  • Peat อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “Pt”ส่วนอักษรที่สอง จะบอกลักษณะของดิน ซึ่งหาได้จากการกระจายของเม็ดดินและการทดสอบหาค่าความข้นเหลวของเม็ดดิน( Atterberg’s Limit ) เช่น
  • ดินเม็ดหยาบมีขนาดเม็ดคละกันดี ( Well graded) ตัวอักษรที่สองเป็น “W”
  • ดินเม็ดหยาบมีขนาดเม็ดคละกันไม่ดี ( Poorly graded ) ตัวอักษรที่สองเป็น “P”
  • ดินเม็ดละเอียดที่มีพลาสติกซิตี้สูง ( High Plastic ) ตัวอักษรที่สองเป็น “H”
  • ดินเม็ดละเอียดที่มีพลาสติกซิตี้ต่ำ ( Low Plastic ) ตัวอักษรที่ สองเป็น “L”การทดสอบ Grain Size Analysis
  • เป็นการทดสอบหาขนาดเม็ดของดินและการกระจายขนาดของเม็ดดิน (Grain Size Distribution) เพื่อประโยชน์ในการจําแนกดิน (Soil Classification) และเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของดิน การทดสอบ สามารถแบ่งเป็น 2 วิธี ขึ้นอยู่กับขนาดเม็ดดิน ได้แก่

1.ดินที่มีเม็ดดินหยาบ การทดสอบทําโดยวิธีร่อนด้วยตะแกรง (Sieve Analaysis หรือMechanical analysis) ทําโดยนําดินที่ต้องการหาขนาดใส่ลงในตะแกรงมาตรฐาน และเขย่า ตะแกรงที่ใช้ร่อนมีหลายขนาด ตั้งแต่เบอร์ 4 (ขนาด 4.75 มม.) ถึง เบอร์ 200 (ขนาด 0.075 มม.) โดยเรียงตั้งแต่ขนาดใหญ่ไปจนถึงขนาดเล็กสุด เมื่อร่อนและนํามาชั่งก็จะคํานวณหาส่วนที่ค้างหรือผ่านตะแกรงขนาดต่างๆ เป็นเปอร์เซนต์กับ น้ำหนักทั้งหมด ในการทดลองเราเพียงแต่กระจายขนาดของเม็ดดินออกไปเป็นส่วนๆ โดยการนำดินมาร่อนผ่านตะแกรงที่มีช่องเปิดขนาดต่าง ๆ กัน ถ้าขนาดเม็ดดินโตกว่าช่องเปิดก็จะค้างบนตะแกรงถ้าเล็กกว่าก็จะผ่านลงไป ตะแกรงที่ว่านี้ทำจากลวดทองเหลืองถักเป็นเหลี่ยมขนาดช่องเปิดตั้งแต่ 101.6ม .ม.(4 นิ้ว) จนถึง 0.038 ม.ม. (No. 400)

ตารางที่ 1 ตามมาตรฐานอเมริกันและเปรียบเทียบกับมาตรฐานอื่น ๆ


ก่อน ค.ศ. 1970 ปัจจุบัน
4 นิ้ว (101.6 ม.ม.)

1 1/2 นิ้ว (38.1 ม.ม.)

1/4 นิ้ว (6.35 ม.ม.)

เบอร์ 20 (0.81 ม.ม.)

เบอร์100 (0.149 ม.ม.)

เบอร์ 200 (0.074 ม.ม.)

100 ม.ม.

3.75 ม.ม.

6.30 ม.ม.

0.85 ม.ม.

0.15 ม.ม.

0.075 ม.ม.

ดังตารางแสดงให้เห็นขนาดตะแกรงเบอร์ต่างๆกัน ตามมาตรฐานอเมริกันและเปรียบเทียบกับมาตรฐานอื่น ๆ ในทางปฏิบัติถือเอาตะแกรงเบอร์ 200 เป็นขนาดเล็กที่สุดตะแกรงที่มีขนาดเล็กกว่าเบอร์ 200 ใช้เฉพาะงานทางวิชาการเท่านั้น ขนาดตะแกรงตามตารางเป็นขนาดของตะแกรงล่าสุดของมาตรฐาน ASTM ซึ่งขนาดของตะแกรงรุ่นใหม่จะมีขนาดช่องเปิดเล็กกว่ารุ่นเก่าเล็กน้อย แต่ยังคงมีใช้อยู่บ้างในปัจจุบัน นักศึกษาควรจะใช้ขนาดตามของใหม่

การจำแนกดินทุกระบบจะใช้ขนาดของ Sieve เบอร์ 200 เป็นจุดแบ่งในการจำแนกดิน เช่น ดินนี้มีขนาดโตกว่าเบอร์ 200 เป็นจำนวนเท่าไร แต่ก็มีบ้างโอกาสที่ต้องการทราบขนาดของเม็ดดินที่เล็กกว่าเบอร์ 200 ลงไปอีก ซึ่งก็มีอีกวิธีหนึ่ง

การที่นำดินมาร่อนผ่านตะแกรงนี้ไม่สามารถบอกลักษณะรูปร่างของเม็ดดินได้ว่า เม็ดดินเหล่านั้นมีลักษณะเป็นเหลี่ยมหรือกลมบอกได้เพียงว่ามีขนาดเล็กกว่าหรือโตกว่าขนาดของเบอร์ตะแกรงที่เท่าไรนั้น ข้อมูลที่ได้จาการวิเคราะห์หาขนาดของเม็ดดินนี้สามารถนำมาแสดงในรูปของกราฟเส้นโค้งได้ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบและพิจารณาการกระจายตัวของเม็ดดิน โดยการนำเปอร์เซ็นต์ของดินที่ผ่านตะแกรง และขนาดของตะแกรงมาเขียนในกราฟ Semi – log ให้เปอร์เซ็นต์ของดินที่ผ่านตะแกรงอยู่ในแกนตั้งใช้สเกลปกติ และขนาดของตะแกรงเป็นแกนนอนใช้สเกล Simi-log

การกระจายตัวของเม็ดดินตามที่เขียนกราฟนั้นเป็นเพียงค่าโดยประมาณเท่านั้นเพราะว่าดินที่เก็บมาทดลองนั้นไม่มากนักอาจจะไมใช่ตัวแทนของดินทั้งหมด และตะแกรงที่นำมาร่อนก็นำมาเป็นบางขนาดเท่านั้น อีกอย่างหนึ่งช่องเปิดของตะแกรงทำไว้สำหรับร่อนดินที่มีรูปร่างไม่แน่นอน บางทีเม็ดดินที่มีขนาดโตแต่เป็นลักษณะกลมอาจผ่านตะแกรงไปได้ แต่เม็ดดินที่มีขนาดเล็กแต่ยาวอาจไม่ผ่านตะแกรงก็เป็นไปได้ถ้าหากการเรียงตัวของเม็ดดินในตะแกรงไม่เอื้ออำนวย

ในทางปฏิบัติวิธีการวิเคราะห์การกระจายตัวของเม็ดดินที่นิยมใช้กันก็คือ นำดินไปอบให้แห้งแล้วใช้ค้อนยางทุบก้อนดินให้กระจายตัว (ระวังอย่าทุบแรงจนเกินไปจะทำให้เม็ดดินแตกละเอียด วัตถุประสงค์ของการทุบก็คือ ต้องการให้เม็ดดินที่จับกันเป็นก้อนกระจาออกเท่านั้นเอง) แล้วนำไปร่อนผ่านตะแกรงขนาดต่าง ๆ ตามที่กำหนด ถ้าร่อนแล้วพบว่าดินที่ร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 200 เกิน 4-5% ก็ให้นำดินชนิดนั้นไปล้างเสียก่อนแล้วค่อยนำมาร่อนใหม่ โดยการนำดินไปอบให้แห้งแล้วใส่ในตะแกรงเบอร์ 200 แล้วเปิดน้ำประปาล้าง แล้วเอาส่วนที่เหลือค้างตะแกรงไปอบอีกครั้งหนึ่ง เมื่อแห้งแล้วก็นำมาร่อนผ่านตะแกรงตามข้อกำหนด การกระทำเช่นนี้จะช่วยให้ข้อมูลที่ถูกต้องขึ้น เพราะเม็ดดินที่มีขนาดเล็ก ๆ ที่มักจะเกาะติดกับเม็ดโต และเม็ดดินที่หายไประหว่างการล้างก็คิดเสียว่าเป็นเม็ดดินที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 ไป

การนำดินมาล้างก่อนที่จะทำการทดลองวิเคราะห์หากระจายตัวของขนาดเม็ดดินนี้ มักจะไม่ทำ หากเป็นดินเม็ดหยาบที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 10 น้อยกว่า 10-15 % และผ่านตะแกรงเบอร์ 100 เพียง 5-10 % ในกรณีของดินเม็ดละเอียดก็ไม่ต้องกระทำเช่นกัน ชุดของตะแกรงที่นำมาร่อนดินจะมีจำนวน 6-7 อัน ในขนาดต่าง ๆ กัน โดยประมาณเอาว่าขนาดของช่องเปิดอันที่อยู่บนสุดต้องโตกว่าอันที่อยู่ล่าง 2 เท่า เช่น 6, 12, 24 หรือ 0.075 , 0.150 , 0.300 ม.ม. เพื่อความสะอาดและผลของการปฏิบัติการเรียงตะแกรงควรจะต้องมีขนาดเหล่านี้ไว้เสมอคือเบอร์ 4 , เบอร์ 100 และ เบอร์200

จากโค้งของกราฟการกระจายของเม็ดดิน ขนาดของเม็ดดินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่าง ๆ เช่น D60 , D30 , D10 สามารถที่หามาได้จากกราฟ ตัว D หมายถึง เส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดดิน ตัวเลขที่กำกับ หมายถึง เปอร์เซ็นต์ที่น้อยกว่า เช่น D10 จากกราฟ หมายความว่า 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของดินตัวอย่างมีขนาดเล็กกว่า 0.15 ม.ม. และขนาดที่ D10 นี้เรียกว่า Effective Size ของดิน

มวลดินที่มีอยู่ในทั่วไปตามธรรมชาติ ประกอบไปด้วยเม็ดดินที่มีขนาดต่าง ๆ กัน นอกจากนี้มวลดินที่ประกอบไปด้วยเม็ดดินต่างชนิดกัน ยังมีคุณสมบัติทางวิศวกรรมแตกต่างกันออกไปอีกด้วย ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องมีระบบและวิธีการที่จะแบ่งชนิดของดินทางวิศวกรรม การแบ่งชนิดของดินทางวิศวกรรมนี้มีอยู่หลายระบบ บางระบบจะต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติทางวิศวกรรมของดินซึ่งหาได้ในห้องปฏิบัติการ การที่เราจะแยกดินออกตามระบบไหนขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน ว่าเราจะนำดินไปใช้ในงานอะไรบ้าง เช่น งานถนน งาน เขื่อน

จากผลการวิเคราะห์ขนาดของเม็ดดิน นำมาเขียนกราฟ โดยค่าเปอร์เซ็นต์ผ่านตะแกรงอยู่ในแนวแกนตั้งต่อขนาดลอดช่องตะแกรงในแนวนอนในสเกล log ตามมาตรฐานอังกฤษนิยมจัดเสกลขนาดตะแกรงใหญ่อยู่ทางขวามือ ส่วนมาตรฐานอเมริกันนิยมจัดเสกลใหญ่อยู่ทางซ้ายมือ จุดที่ Plot ไว้ลากต่อด้วยเส้นโค้งเรียบ การเขียนเส้นโค้งการกระจายของเม็ดดินนี้จะทำให้วิศวกรสามารถเห็นลักษณะของการกระจายของเม็ดดินได้ทันทีดีกว่าการรายงานผลในรูปของการเขียนตาราง

ในด้านวิศวกรรม วัสดุเม็ดหยาบที่นำไปใช้ในการก่อสร้าง คุณสมบัติที่ดีอย่างหนึ่งก็คือ ต้องมีขนาดเม็ดคละกันดี ความคละของเม็ดดินสามารถดูได้จากความโค้งของกราฟหาขนาดของเม็ดดินเมื่อเปรียบเทียบกัน โค้งที่ยาวตลอดขนาดเสกล แสดงลักษณะดินที่มีขนาดเม็ดคละกันดี ในทางตรงกันข้ามถ้าโค้งมีลักษณะเป็นตัว S สั้นเกือบตั้งตรง ลักษณะเม็ดดินจะเป็นเม็ดดินที่มีขนาดสม่ำเสมอ ส่วนโค้งที่มีลักษณะเป็นชั้น ๆ จะเป็นดินที่มีลักษณะที่เรียกว่ามีขนาดขาดช่วง เพื่อที่จะให้หลักการพิจารณาการกระจายของเม็ดดินเป็นมาตรฐาน จึงได้มีการกำหนดสูตรการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์สำหรับการกระจายของเม็ดดิน ( เฉพาะเม็ดดินหยาบ ) ไว้ดังต่อไปนี้

1.1 ดินที่มีขนาดคละกันดี ( Well Graded Soil ) คือ ดินที่มีขนาดต่าง ๆ คละกันอย่างเหมาะสม ตั้งแต่ขนาดใหญ่ไปจนถึงขนาดเล็ก ดินชนิดนี้จะมี กำลังและเสถียรภาพดี เส้นกราฟ (ช่วง Range) จะแผ่อย่างราบเรียบสม่ำเสมอ จากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง พิจารณาของช่วงกราฟที่เรียกว่า Coefficient of Uniformity ( Cu ) ซึ่งจะแสดงถึงการกระจายตัวของเม็ดดิน ว่ามีขนาดคละกัน ( Grade ) หรือสม่ำเสมอ ( Uniform )

ตารางที่ 2 แสดง ลักษณะของดินที่มีขนาดคละกันดี


ชนิดของดิน

Cu

Cc

กรวด

ทราย

มากกว่า 4

มากกว่า 6

1  –  3

1  –  3

1.2 ดินที่มีขนาดคละกันไม่ดี ( Poorly Graded Soil ) แบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ ดังนี้

1 ดินที่มีขนาดเม็ดดินสม่ำเสมอ ( Uniform Grade ) คือเม็ดดินที่มีขนาดเดียวกันเป็นส่วนใหญ่ เส้นกราฟจะมีลักษณะเกือบเป็นเส้นดิ่ง ช่วงกราฟแคบ

2 ดินที่มีขนาดเม็ดดินขาดช่วง ( Skip หรือ Gap Grade ) คือดินที่มีแต่ขนาดเม็ดใหญ่และขนาดเม็ดเล็ก ขาดขนาดปานกลางไป หรือขาดขนาดใดขนาดหนึ่งไป เส้นกราฟจะมีลักษณะเป็นเส้นราบในช่วงที่ขนาดเม็ดดินขาดหายไปดินที่มีขนาดคละกันไม่ดีนี้ ค่า Cu และ Cc จะไม่เป็นตามตาราง

ข้อควรระวัง

1. ถ้าเป็นดินชนิดเกิดในที่ เช่น ดินที่เกิดการผุกร่อนของหิน ควรระมัดระวังการทดสอบเป็นพิเศษ เพราะดินชนิดนี้แตกตัวได้ง่ายและควรที่จะทำเป็นแบบเปียก เพื่อทำการแยกเม็ดละเอียดออก

2. การคัดเลือกตัวอย่างควรใช้เครื่องแบ่งตัวอย่างหรือวิธีการเก็บตัวอย่างแบบแบ่ง 4 เพื่อให้ได้ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของกองวัสดุจริง ๆ

2.ดินที่มีเม็ดละเอียด ใช้การวิเคราะห์ไฮโดรมิเตอร์(Hydrometer Analysis) เป็นการวิเคราะห์ขนาดดินที่มีเม็ดเล็กกว่าตะแกรงเบอร์ 200 ซึ่งจะต้องทดสอบภายใต้สมมติฐานที่ว่าเม็ดดินมีขนาดกลม แต่ เม็ดดินจริงอาจมีลักษณะแบนทั้งนี้ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์จากการคำนวณ การนำผลการวิเคราะห์ไปใช้ จะต้องคำนึงถึงความเป็นจริงข้อนี้ด้วย

การวิเคราะห์ด้วยวิธีนี้จะอาศัยหลักการตกตะกอนของเม็ดดินใน น้ำ เมื่อดินเกิดการแยกตัวออกในน้ำ เม็ดดินจะเกิดการตกตะกอนด้วยความเร็วที่ต่างกัน ซึ่งจะขึ้นอยู่กับ รูปร่าง ขนาด น้ำหนักและ ค่าความหนืดของน้ำ เพื่อให้เกิดความง่าย จะสมมติว่าลักษณะเม็ดดินมีรูปร่างทรงกลมและความเร็วของเม็ดดิน สามารถที่จะแสดงได้โดยใช้กฎของ Stoke (Stoke ’s Law)

มาตรฐานที่ใช้ในการทดสอบ

ASTM D4221-99 Standard Test Method for Dispersive Characteristics of Clay Soil by  Double Hydrometer

การเตรียมตัวอย่างการทดสอบ

ตัวอย่างดินที่ใช้ในการทดสอบได้จากการเก็บตัวอย่างดินตาม ธรรมชาติที่ร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 200 หรือดินที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 จากการทดสอบการร่อนผ่านตะแกรงมาตรฐาน ประมาณ 100 กรัม

ขั้นตอนการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 1 เตรียมสารช่วยเม็ดดินกระจายตัว (Dispersing Agent) ความเข้มข้น 4% โดยนำผง Sodium Hexa – Metaphosphate มาละลายในน้ำ โดยใช้อัตราส่วน 4 กรัม ละลายน้ำ 100 ลบ.ซม แล้วตั้งทิ้งไว้ โดย ASTM แนะนำว่าควรทิ้งไว้ไม่น้อยกว่า 16 ชั่วโมง

ขั้นตอนที่ 2 นำตัวอย่างดินแห้งที่เตรียมไว้ประมาณ 50 กรัม ผสมเข้ากับ สารช่วยเม็ดดินกระจายตัว (4% Sodium Hexa – Metaphosphate) โดยใช้เครื่องกวนดินไฟฟ้าปั่นส่วนผสมดินประมาณ 10 นาที แล้วเทลงในกระบอกตกตะกอน ใช้น้ำกลั่นฉีดดินออกจากเครื่องผสมให้หมดแล้วเติมน้ำจนถึงขีดบอกปริมาตร 1000 ลบ.ซม.

ขั้นตอนที่ 3 ใส่น้ำกลั่นในกระบอกตกตะกอนอีกอันหนึ่ง เพื่อใช้ล้างน้ำโคลนที่อาจติดไฮโดรมิเตอร์มาหลังจากการวัด (โดยจับที่ก้านไฮโดรมิเตอร์จุ่มลงไปในน้ำแล้วหมุนไปมา) และแช่ไฮโดรมิเตอร์ในระหว่างที่ไม่ใช้วัด

ขั้นตอนที่ 4 ใช้จุกยางปิดปากกระบอกตกตะกอนที่มีส่วนผสมดิน แล้วเขย่าส่วนผสมให้เข้ากันประมาณ 1 นาที จากนั้นวางลงแล้วเริ่มจับเวลาทันที

ขั้นตอนที่ 5 หย่อนไฮโดรมิเตอร์ลงในน้ำโคลนเพื่ออ่านค่า R ที่เวลา , , 1 และ 2 นาที ตามลำดับ (15 วินาที , 30 วินาที , 1 นาที ,2 นาที) โดยไม่ต้องยกไฮโดรมิเตอร์ออกขณะที่อ่านค่าตามเวลาดังกล่าว เมื่ออ่านค่าเวลาครบแล้วจึงยกไฮโดรมิเตอร์ออกแล้วทำการวัดอุณหภูมิของน้ำ โคลนด้วย

ขั้นตอนที่ 6 เขย่ากระบอกอีกครั้งตามขั้นตอนที่ 4 แล้ววัดค่า R ที่ 2 , 5 , 10 , 20 , ….. นาที (เพิ่มระยะเวลาอ่านครั้งต่อไปประมาณ 2 เท่า) จนกระทั้งค่าที่อ่านได้คงที่โดยประมาณจึงหยุดการทดลอง โดยทุกครั้งที่อ่านค่า R ให้วัดอุณหภูมิของส่วนผสมน้ำโคลน หลังจากเสร็จการอ่านค่าแต่ละครั้งให้ยกไฮโดรมิเตอร์ออกไปจุ่มไว้ในกระบอกน้ำ เปล่าที่เตรียมไว้และปิดปากกระบอกน้ำโคลนด้วยจุกยาง

ขั้นตอนที่ 7 หลังจากการทดสอบเสร็จสิ้นแล้วให้เขย่ากระบอก เทน้ำโคลนออกจากกระบอกใส่ภาชนะโดยต้องล้างดินที่ก้นกระบอกออกให้หมด แล้วนำไปอบเพื่อหาน้ำหนักของดินแห้ง

30
มิ.ย.
10

การจำแนกดิน (2/8)

การจำแนกดินทางวิศวกรรม Soil Classification
อ้างอิง : (ASTM D 2487-69)
ดินเป็นวัสดุที่ประกอบขึ้นด้วยสิ่งต่าง ๆ หลายอย่าง เช่น กรวด, ทราย, ดินเหนียว, อินทรียสาร
เป็นต้น ทั้งนี้เนื่องจากอิทธิพลของ หินต้นกำเนิด, การกัดกร่อนผุพัง, การพัดพา และการตกตะกอนทับถม เพื่อที่จะจัดหมวดหมู่ของดินที่มีคุณสมบัติเฉพาะคล้ายกันเข้าอยู่ในพวกเดียวกัน ตามวัตถุประสงค์ในการใช้งาน การจำแนกประเภทของดินจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง

เนื่องจากมีผู้เกี่ยวข้องกับดินอยู่หลายสาขาด้วยกัน การจำแนกประเภทดินจึงแตกต่างกันออกไป
แล้วแต่วัตถุประสงค์ในการใช้งานในแต่ละสาขา เช่น ทางด้านเกษตรศาสตร์ จะจำแนกดินตามความอุดมสมบูรณ์ของธาตุสารที่พืชจะนำไปใช้ประโยชน์ ทางด้านธรณีวิทยาอาศัยลักษณะหินต้นกำเนิด และการกัดกร่อนผุพัง เป็นปัจจัยในการจำแนก สำหรับทางวิศวกรรมโยธา พิจารณาคุณสมบัติทางฟิสิกส์และกลศาสตร์ของดินเป็นหลัก เช่น ขนาดของเม็ดดิน, แรงยึดเกาะของมวลดิน เป็นต้น ทั้งนี้เพื่อให้สอดคล้องกับประโยชน์ใช้สอยทางวิศวกรรมแต่ละหมวดหมู่ของดินที่จัดเข้าไว้ จะมีอักษรย่อเฉพาะซึ่งจะเป็นที่เข้าใจได้โดยง่ายในหมู่วิศวกร หรือบุคคลที่เกี่ยวข้อง

ในวงการวิศวกรรมโยธา การจำแนกดินมีหลายระบบ ขึ้นอยู่กับหน่วยงานที่เกี่ยวข้องและประโยชน์
ใช้สอย เช่น งานด้านถนนใช้ระบบ AASHO Classification ซึ่งจัดแบ่งดินตามความเหมาะสมในการใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง
ถนน‚ งานสนามบินใช้ระบบของ FAA Classification และระบบ Unified Soil Classification ซึ่งใช้กับงานวิศวกรรมทั่ว ๆ ไป และนิยมแพร่หลายกว่าระบบอื่น ๆ ในบทนี้จะขอกล่าวถึงรายละเอียดการจำแนกดินเพียง 2 ระบบ คือ
1. ระบบ Unified Soil Classification
2. ระบบ AASHO Classification
ทั้ง 2 ระบบ อาศัยข้อมูลพื้นฐานในการจำแนกคล้าย ๆ กัน คือ การกระจายและขนาดของเม็ดดิน,
ค่า Atterberg’s limits (L.L.‚ P.L.‚ P.I)‚ สีกลิ่น และการจับตัวของเม็ดดิน รวมทั้งอินทรียสารที่เจือปน

รูปที่ 1 แผนภูมิการจำแนกประเภทดินโดยระบบ Unified Soil

ตารางที่ 1 การจำแนกโดยระบบ Unified Soil Classification system

การจำแนกโดยระบบ Unified Soil Classification
ใช้อักษรย่อ 2 ตัว ทำให้จดจำง่าย และมีความหมายในตัวเอง เช่น G = Gravel (กรวด)‚
S = Sand (ทราย)‚ M = Silt (ดินทราย)‚ C = Clay (ดินเหนียว)‚ W = Well Graded (เม็ดคละ)‚ P = Poorly Grade (เม็ดไม่คละ)‚ H = High Liquid Limit (L.L. มีค่าสูง)‚ L = Low Liquid Limit (L.L. มีค่าต่ำ) หรือ O = Organic (ดินมีอินทรียสารปนมาก) ดังแสดงในรูปที่ 1 และตารางที่ 1

ขั้นตอนในการจำแนกอาจทำได้ดังนี้
1. แบ่งตามลักษณะขนาดเม็ดดิน เป็นพวกเม็ดหยาบได้แก่ กรวด (Gravel) และทราย(Sand) และพวกเม็ดละเอียด ได้แก่ ดินเหนียว (Clay) และดินทราย (Silt)

2. แบ่งย่อยตามลักษณะการกระจายของเม็ดดิน
สำหรับพวกเม็ดหยาบเป็นพวกที่เม็ดคละหลายขนาด (Well Graded) และเม็ดไม่คละ เนื่องจากมีเม็ดขนาดเดียวกันมากหรือขนาดเม็ดขาดช่วง (Poorly Grade)
3. แบ่งย่อยตามค่า Atterberg’s limits สำหรับพวกเม็ดละเอียด เรียกว่า Plasticity เช่น พวกมีค่า L.L. และ P.I สูง เรียกว่า High Liquid Limit เป็นต้น

เมื่อถึงขั้นสุดท้าย จะมีอักษรย่อแทน 2 ตัว (ในกรณีก้ำกึ่งใช้ 4 ตัว) เช่น CH‚ GW‚ SP หรือ GM-GC‚ ML-CL

การจำแนกโดยระบบ AASHO Classification

ใช้อักษรย่อจาก A-1 ถึง A-7 โดยที่เรียงลำดับจากความเหมาะสมในการใช้เป็นวัสดุก่อสร้างทางคือ A-1 ถึง A-3 เหมาะสมมาก ส่วน A-4 ถึง A-7 พอใช้ถึงใช้ไม่ได้ นอกจากนั้นยังมีการแบ่งย่อยลงไปอีกสำหรับกรุ๊ป A-1‚ A-2‚ A-7 เช่น A-1-a‚ A-1-b‚ A-2-4‚ A-2-7‚ A-7-5 เป็นต้น ดังแสดงในตารางที่ 2

ขั้นตอนในการจำแนกอาจทำได้ดังนี้

1. แบ่งตามการกระจายของเม็ดดิน

2. แบ่งตามค่า Atterberg’s Limits

3. แบ่งตามค่า Group Index (G.I.)

เมื่อถึงขั้นตอนสุดท้าย จะมีอักษรต่อ 2 หรือ 3 และมีวงเล็บต่อท้ายด้วยค่า Group Index เช่น

A-1-a(0)‚ A-3(0)‚ A-7-b(12)

วิธีการจำแนก

เพื่อให้เป็นการง่ายต่อการเข้าใจในการจำแนกดินตามขั้นตอนต่าง ๆ จึงขอยกตัวอย่างข้อมูลจาก

การหาขนาดเม็ดดิน และ Atterberg’s limits สัก 3 ตัวอย่าง คือ SOIL A‚ B‚ C ในตารางที่ 3

ตารางที่ 2 รายละเอียดการจำแนกดินระบบ AASHO Classification


รูปที่ 2 กราฟสำหรับหาค่า Group Index และกราฟการจำแนกย่อยของกรุ๊ป A-4 ถึง A-7

ตารางที่ 3 ตัวอย่างข้อมูลเพื่อการจำแนกดิน

SOIL A

เมื่อพิจารณาข้อมูลจากตารางที่ 3 และรูปที่ 1 และตารางที่ 1 จะจำแนกดิน SOIL A ตามขั้นตอนดังนี้

1. พิจารณาว่าเป็นดินเม็ดหยาบ เพราะขนาดที่เล็กกว่าตะแกรงเบอร์ 200 มีเพียง 1.5% เท่านั้น

2. เป็นดินทราย (Sand) เพราะขนาดที่เล็กกว่าตะแกรงเบอร์ 4 มีถึง 61.0%

3. เป็นดินทรายที่มีส่วนของเม็ดเล็ก (Fine)น้อย (น้อยกว่า 5% ผ่านตะแกรงเบอร์ 200) จึงเป็นจำพวก SW หรือ SP

4. พิจารณาการกระจายของเม็ดดินจากรูปที่ 3

ดังนั้น ดินตัวอย่าง SOIL A เป็น SW (Well graded sand‚ with little fine) สำหรับ SOIL B และ
SOIL C ได้รวมการจำแนกและเหตุผลในตารางที่ 4

รูปที่ 3 กราฟการกระจายของเม็ดดินจากตัวอย่าง SOIL A‚ SOIL B‚ และ SOIL C

ตารางที่ 4 ขั้นตอนการจำแนกตัวอย่างดิน SOIL B และ C

โดยระบบ Unified Soil Classification

2. ระบบ AASHO Classification

SOIL A

โดยการนำข้อมูลจากตารางที่ 3 นำไปพิจารณาเปรียบเทียบกับตารางที่ 2 ซึ่งมีมาตรฐานการ
จำแนกดินในระบบนี้ ตามขั้นตอนต่อไปนี้

1. เป็นจำพวก Granular Material เพราะส่วนที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 มีเพียง 1.5% น้อยกว่า35%

2. จากการกระจายของเม็ดทำให้ทราบว่าตัวอย่างดินอาจจะอยู่ในจำพวก A-1 หรือ A-2 เนื่องจาก

ข้อมูลส่วนที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 10‚ 40‚ และ 200 สอดคล้องกัน

3. พิจารณาข้อมูลจาก Atterberg’s limit; L.L. = 33.2‚ P.I = 6.8 ตรงกับคุณสมบัติของจำพวก

A-2-4 คือ L.L. ไม่เกิน 40‚ และ P.I ไม่เกิน 10

4. หาค่า Group Index จากรูปที่ 2 หรือสมการข้างล่าง

G.I. = 0.2a + 0.005 a.c + 0.01 b.d สมการที่ 1

เมื่อ a = % ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 ส่วนที่เกิน 35% แต่ต่ำกว่า 75% ใช้เลขจำนวนเต็ม

เมื่อ b = % ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 ส่วนที่เกิน 15% แต่ต่ำกว่า 55% ใช้เลขจำนวนเต็ม

เมื่อ c = ค่า L.L. ส่วนที่เกิน 40% แต่ต่ำกว่า 60% ใช้เลขจำนวนเต็ม

เมื่อ d = ค่า P.I ส่วนที่เกิน 10% แต่ต่ำกว่า 30% ใช้เลขจำนวนเต็ม

หมายเหตุ : ในกรณีที่ค่า a‚ b‚ c หรือ d มีค่าเกิน 40‚ 40‚ 20 และ 20 ตามลำดับ ให้ใช้ค่าสูงสุด คือ

40‚ 40‚ 20 และ 20

ในกรณี SOIL A

a = 0‚ b = 0‚ c = 0‚ d = 0

ดังนั้นค่า G.I (SOIL A) = 0

แต่ในกรณี SOIL B

a = 51.12 – 35 = 16.2 ใช้ 16

b = 51.2 – 15  = 36.2 ใช้ 36

c = 55 – 40    = 15.0 ใช้ 15

d = 35 – 10   = 25.0 ใช้ 20 เพราะเกินกว่าค่าสูงสุด

ดังนั้น G.I. (SOIL B) = 0.2(16) + 0.005(16)(15) + 0.01(36)(20) = 11.6 ใช้ 12

5. สัญลักษณ์จากการจำแนก SOIL A คือ A-2-4 (0) โดยที่ตัวเลขในวงเล็บคือค่า Group Index

สำหรับ SOIL B และ C ได้รวมการจำแนกและเหตุผลในตารางที่ 5

ตารางที่ 5 ขั้นตอนการจำแนกตัวอย่างดิน SOIL B และ C โดยระบบ AASHO Classification

23
มิ.ย.
10

การจำแนกดิน ในระบบ ASTM (กลุ่ม2/10)

 Material: Unified Soil Classification System ASTM D-2487
Unified Soil Classification System ASTM D-2487,Sieve Analysis

              ในทางอุดมคติเท่านั้นในการทำ piping stress analysis underground pipeline นั้นจะต้องได้คุณสมบัติของดินจาก geotechnical engineer เพื่อที่จะสามารถใส่ค่า K1, P1, & K2 ลงใน piping model (ค่าเหล่านี้ก็ไม่ได้แสดงใน soil report ) ค่าที่แสดงใน laboratory tests และ รายงานในภาคสนามจะมีค่าดังนี้ครับ

  unit weight (g)

  water content

  relative compaction

  undrained shear strength (Su)

  cohesion (c)

  angle of internal friction (f)

  angle of friction of soil against pipe face (d)
            คุณสมบัติเหล่านี้สามารถนำไปสร้างความสัมพันธ์ restraint force-displacement สำหรับดินรอบๆท่อที่ฝังใต้ดิน เป็นการที่ดีที่ piping designer มีความเข้าใจคุณสมบัติของดิน และสามารถประเมิณหาค่าที่ต้องการได้ด้วยตนเอง ดังนั้นอย่างแรกเลย piping designer จะต้องสามารถจําแนกประเภทของดินทางด้านวิศวกรรม โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้ตามมาตรฐาน Unified Soil Classification System ASTM D-2487 ซึ่งนิยมใช้กับงานฐานรากทั่วไป และ underground pipeline
การจําแนกดินตามมาตรฐานนี้ จะทําการจําแนก ดินเสียก่อนว่าเป็นดินชนิดเม็ดหยาบ หรือดินชนิดเม็ดโดยอาศัยข้อมูลจากทดสอบ Sieve Analysis โดยดูว่ามีดินค้างอยู่ บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 อยู่เท่าไร
ถ้ามีดินค้างอยู่บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 เกิน 50 % by weight ถือว่าเป็นดินจําพวกเม็ดหยาบ Coarse Grained Soils ดินจําพวกนี้ได้แก่ Gravelly Soils , Sandy Soils
ถ้ามีดินค้างอยู่บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 200 น้อยกว่า 50 % by weight ถือว่าเป็นดินจําพวกเม็ดละเอียด Fine Grained Soils ดินจําพวกนี้ได้แก่ ตะกอนทราย (Silt ) หรือดินเหนียว(Clay )

เราสามารถทราบ ชนิดของดินโดยดูจาก อักษรตัวหน้าของดิน เช่น

  กรวด ( Gravel ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “G” มีดินค้างอยู่ บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 4 เกิน 50 %

  ทราย ( Sand ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “S” มีดินค้างอยู่บนตะแกรงมาตรฐานเบอร์ 4 น้อยกว่า50 %

  ตะกอนทราย (Silt) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “M

  ดินเหนียว ( Clay ) อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “C

  ดินมีสารอินทรีย์ปน(Organic) “O

  Peat อักษรตัวหน้าก็จะเป็น “Pt



Gravel , G

Sand , S

Silt , M

 
 

Clay , C

Organic , O

 

ส่วนอักษรที่สอง จะบอกลักษณะของดิน ซึ่งหาได้จากการกระจายของเม็ดดินและการทดสอบหาค่าความข้นเหลวของเม็ดดิน( Atterberg’s Limit ) เช่น

  ดินเม็ดหยาบมีขนาดเม็ดคละกันดี ( Well graded) ตัวอักษรที่สองเป็น “W

  ดินเม็ดหยาบมีขนาดเม็ดคละกันไม่ดี ( Poorly graded ) ตัวอักษรที่สองเป็น “P

  ดินเม็ดละเอียดที่มีพลาสติกซิตี้สู ( High Plastic ) ตัวอักษรที่สองเป็น “H

  ดินเม็ดละเอียดที่มีพลาสติกซิตี้ต่ำ ( Low Plastic ) ตัวอักษรที่ สองเป็น “L

การทดสอบ Grain Size Analysis
            เป็นการทดสอบหาขนาดเม็ดของดินและการกระจายขนาดของเม็ดดิน (Grain Size Distribution) เพื่อประโยชน์ในการจําแนกดิน (Soil Classification) และเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของดิน การทดสอบ สามารถแบ่งเป็น 2 วิธี ขึ้นอยู่กับขนาดเม็ดดิน ได้แก่

            1 สําหรับดินที่มีเม็ดดินหยาบ การทดสอบทําโดยวิธีร่อนด้วยตะแกรง (Sieve Analaysis หรือMechanical analysis) ทําโดยนําดินที่ต้องการหาขนาดใส่ลงในตะแกรงมาตรฐาน และเขย่า ตะแกรงที่ใช้ร่อนมีหลายขนาด ตั้งแต่เบอร์ 4 (ขนาด 4.75 มม.) ถึง เบอร์ 200 (ขนาด 0.075 มม.) โดยเรียงตั้งแต่ขนาดใหญ่ไปจนถึงขนาดเล็กสุด เมื่อร่อนและนํามาชั่งก็จะคํานวณหาส่วนที่ค้างหรือผ่านตะแกรงขนาดต่างๆ เป็นเปอร์เซนต์กับ น้ำหนักทั้งหมด

             2. สําหรับดินเม็ดละเอียด ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า 0.075 มม. เช่น ดินเหนียว (Clay) ดินเหนียวปนตะกอนทราย(Silty Clay) หรือดินตะกอนทราย (Silt) ใช้วิธีตกตะกอน (Hydrometer Analysis) ทําโดยการนําดินมาละลายน้ำแล้วใส่ลงไปในหลอดแก้วให้เม็ดดินหรือตะกอนกระจัดกระจายแขวนตัวลอยอยู่ในน้ำ แล้วใช้ไฮโดรมิเตอร์วัดอัตราการตกตะกอน หรือวัดค่าความถ่วงจําเพาะของเม็ดดินที่แขวนลอยอยู่ในน้ำตามความลึกที่กําหนด ที่ช่วงเวลาต่างๆ โดยอาศัย Stoke’s Law ที่ว่า ความเร็วของการตกตะกอนจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเม็ดดิน ความ หนาแน่นของของเหลว ความหนืดของของเหลวและขนาดของเม็ดดิน กล่าวคือ ดินเม็ดใหญ่จะตกตะกอน

ชอขอบคุณที่มา:http://www.4uengineer.com/modules.php?name=News&file=article&sid=286

ข้อมูลเพิ่มเติม:http://www.gerd.eng.ku.ac.th/Cai/Ch06/ch061_Pre.htm

                       http://www.cte.kmutt.ac.th:8080/civillabpro/soillab6.htm

                       http://www.denichsoiltest.com/Soil-Classification.html


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10
มิ.ย.
10

อ.วังม่วง จ.สระบุรี : Geology 1st Group3 Sec.2

เขื่อนป่าสักชลสิทธิ์

            ภาพจาก Google earth : สันเขื่อนป่าสักชลสิทธิ์ อ.วังม่วง จ.สระบุรี

           ภาพถ่าย : แผนที่กรมทหาร อ.วังม่วง จ.สระบุรี

           จากแผนที่ประเทศไทย มาตราส่วน 1:50,000 WGS84 ที่ได้จัดเตรียมจากกรมแผนที่ทหาร ทางกลุ่มได้รับมอบหมายเป็นพื้นที่ อ.วังม่วง จ.สระบุรี ลำดับชุด L7018 ระวาง 5238IV ซึ่งได้เลือกจุดที่มองเห็นได้ชัดเจน(Well Point Defind) เป็นบริเวณสันเขื่อนป่าสักชลสิทธิ์ ค่าพิกัดที่อ่านได้จากแผนที่คือ 14-52-57.99E ,101-02-88N และค่าพิกัดที่อ่านได้จาก Google earth คือ 14-51-41.59E ,101-03-58.49N ซึ่งยังมีความคลาดเคลื่อนอยู่ เนื่องจากการวัดมีความคลาดเคลื่องแฝงอยู่ และในแผนที่กรมทหารแสดงรยละเอียดมีแค่บางส่วนเท่านั้น เช่น แหล่งดิน ผืนน้ำ และถนน ส่วนมากใช้สัญลักษณ์แทนสถานที่สำคัญต่างๆ ซึ่งต่างจากภาพที่ได้จาก Google earth ที่เป็นลักษณะภูมิประทศ มองเห็นสถานที่ได้ชัดเจน โดยมีความใกล้เคียงความจริงมากที่สุด….

 

Civil Engineering :Geology 1st

Group:3 Sec.2

ข้อมูลเกี่ยวกับเขื่อนป่าสักชลสิทธิ์(เพิ่มเติม) : http://www.moohin.com/011/011k002.shtml

10
มิ.ย.
10

Hello world!

Welcome to WordPress.com. This is your first post. Edit or delete it and start blogging!