การวิเคราะห์หาขนาดเม็ดดินโดยวิธีร่อนตะแกรง...

หองปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตรศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

1

การวิเคราะหห์าขนาดเมด็ดินโดยวิธีรอ่นตะแกรง (Particle-Size Analysis – Sieve Analysis)

อ้างอิง ASTM D 2487 - 69

วตัถปุระสงค ์ เพื�อหาการกระจายตัวของเม็ดดินและใช้เป็นข้อมูลในการจําแนกดินตามระบบ Unified Soil

Classification System (USCS) และ ระบบ AASHTO

ทฤษฎี มวลดินใดมวลดินหนึ�ง อาจประกอบไปด้วยเม็ดดินหลากหลายขนาด เช่น มีขนาดตั �งแต่ 0.0002

มลิลิเมตรไปจนกระทั �งถงึ 10 เซนติเมตร เป็นต้น โดยเม็ดดนิที�มีขนาดเล็กมาก ๆ อาจไม่สามารถ

มองเหน็ไดด้ว้ยตาเปล่า โดยคุณสมบตัทิางฟิสกิส์ของมวลดนิจะขึ�นอยู่กบัขนาดของเม็ดดนิอย่างมาก เช่น มวลดนิที�มขีนาดเมด็ใหญ่กว่าตะแกรงเบอร ์200 (0.075 มลิลเิมตร) ส่วนมากจะไม่มคีวามเหนียวหรอืไม่มแีรงยดึเกาะระหว่างเมด็ดนิ ซึ�งเราอาจเรยีกวา่เป็นดนิที�ไม่มแีรงเชื�อมแน่น (Granular soil) เช่น ดนิทราย หรอืดนิตะกอนทราย เป็นตน้ ส่วนดนิที�มขีนาดเลก็กวา่ตะแกรงเบอร ์200 จะเป็นดนิที�เรยีกว่า

ดนิที�มแีรงเชื�อมแน่น (Cohesive soil) เช่น ดนิเหนียว เป็นตน้ และเป็นที�ทราบกนัดวี่า ขนาดของเมด็ดนิมอีทิธพิลกบัคา่พลาสตกิซติี� คา่ความซมึนํ�า กาํลงัรบัแรงเฉือน อตัราการทรดุตวั และคณุสมบตัอิื�น ๆ อกีมากมาย

การหาขนาดและการกระจายตวัของเม็ดดินมีอยู่ด้วยกันหลากหลายวิธี แต่ที�นิยมปฏิบัติกนัอย่างแพรห่ลาย คอื วธิกีารร่อนผ่านตะแกรงที�ตะแกรงแต่ละชั �นจะมชี่องขนาดต่าง ๆ กนั และใชส้ําหรบัการหาขนาดเมด็ดนิที�มขีนาดใหญ่กว่า 0.075 มลิลเิมตร (ตะแกรงเบอร ์200) ขึ�นไป ส่วนวธิตีกตะกอนหรอื Hydrometer จะเหมาะกบัเม็ดดนิขนาด 0.2 มลิลเิมตร ถงึ 0.0002 มิลลเิมตร ซึ�งทั �งสองวิธนีี�อาจใช้

รว่มกนัในการวเิคราะหห์าขนาดเมด็ดนิของตวัอยา่งเดยีวกนัได ้

การกระจายตวัของเมด็ดนิแสดงไดโ้ดยการใชก้ราฟแสดงความสมัพนัธ์ระหว่างขนาดเมด็ดนิ (แกน X) ในสเกล Logarithmic scale และเปอรเ์ซน็ต์โดยนํ�าหนักของเมด็ดนิที�มขีนาดเลก็กว่าที�ระบุ (Percent finer) ซึ�งเราเรยีกกราฟความสมัพนัธ์นี�ว่า กราฟการกระจายตวัของเมด็ดนิ (Grain size distribution

curve) ลกัษณะกราฟการกระจายตวัของขนาดเม็ดดนิ สามารถแบ่งออกไดเ้ป็นสองประเภทใหญ่ ๆ ไดแ้ก่

1. ดนิที�มขีนาดเมด็คละกนัด ี(Well graded soil) คอื ดนิมเีมด็ขนาดต่าง ๆ คละกนัด ีโดยพจิารณาจากช่วงของกราฟ เรยีกวา่ Coefficient of Uniformity (Cu) หรอืค่าสมัประสทิธิ �ความสมํ�าเสมอ

10

60

D

DCu

และความโคง้งอของเสน้กราฟ เรยีกว่า คา่สมัประสทิธิ �ความคละกนั (Coefficient of Gradation, Cc)

6010

230

DD

DCc

หองปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตรศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

2

เมื�อ Di = ขนาดเสน้ผ่านศนูยก์ลางของเมด็ดนิที�ม ีi เปอรเ์ซน็ตโ์ดยนํ�าหนกัมขีนาดเลก็กวา่นี� เช่น D60 ในรปูกราฟตวัอยา่ง (แบบ Well graded) มคีา่เท่ากบั 0.85 มลิลเิมตร, D30 ในรปูกราฟตวัอย่าง (แบบ Well graded) มคีา่เท่ากบั 0.12 มลิลเิมตร และ D10 ในรปูกราฟตวัอยา่ง (แบบ Well graded) มคีา่เท่ากบั 0.008 มลิลเิมตร

และตามระบบ USCS ดนิจะมคีณุสมบตัคิละกนัดตี่อเมื�อมคีณุสมบตัดิงันี�

เช่น จากกราฟรปู ก (well graded) เราสามารถคาํนวณคา่ Cu = 106 และคา่ Cc = 2.11 จงึเป็นลกัษณะ

ของทรายที�คละกนัด ี(Well graded sand)

Cu Cc

หนิ / กรวด (Gravel) มากกวา่ 4 1 – 3

ทราย (Sand) มากกวา่ 6 1 – 3

หองปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตรศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

3

2. ดนิที�มขีนาดเมด็คละกนัไมด่ ี(Poorly graded soil) สามารถแบ่งออกไดเ้ป็นสองประเภท

คอื

ดนิที�มขีนาดเมด็ขาดชว่ง (Gap graded) เช่น ในรปูกราฟ ค มกีารขาดช่วงของขนาดเมด็ดนิขนาดประมาณ 0.01 – 0.04 มลิลเิมตร กราฟจงึเป็นเสน้ระนาบแนวนอน

ดนิที�มเีมด็ขนาดเดยีว (Uniform graded) เช่น รปูกราฟ ก จะเหน็ว่าเมด็ดนิขนาดประมาณ 1 – 2 มลิลเิมตรมอียูถ่งึกวา่ 80 เปอรเ์ซน็ต ์

การจําแนกดนิตามระบบ Unified (ระบบเอกภาพ) และระบบ AASHTO อาศยัขอ้มูลพื�นฐานในการจาํแนกคล้าย ๆ กนั คอื การกระจายตวัของขนาดเมด็ดนิ คา่ Atterberg’ s limit สแีละกลิ�น

การจําแนกดนิตามระบบ Unified จะใชอ้กัษรยอ่ 2 ตวั ทาํใหจ้ดจํางา่ยและมคีวามหมายในตวัเอง เช่น

สญัลกัษณ์แทนชนิดของดนิ ไดแ้ก่ G = Gravel (กรวด), S = Sand (ทราย), M = Silt (ดนิ

ตะกอนทราย), C = Clay (ดนิเหนียว)

สญัลกัษณ์แทนการคละกนัของดนิ ไดแ้ก่ W = Well graded (คละกนัด)ี, P = Poorly graded (คละกนัไม่ด)ี ซึ�งสามารถแบ่งออกเป็น Gap graded / Skip graded และ Uniform Graded

ตวัอยา่งการจําแนก GW = กรวดที�มขีนาดคละกนัด ี

SP = ทรายที�มขีนาดคละกนัไม่ด ี

การทดลอง

นํ�าหนกัดนิแหง้ที�พอดทีี�จะใชไ้ดใ้นการทดลองนี�ขึ�นอยูก่บัขนาดของเมด็ดนิที�ใหญ่ที�สุด ดงัแสดงไดต้ามตาราง

ขนาดเมด็ดนิที�

ใหญ่ที�สดุ (นิ�ว) 3/8 3/4 1 1 1/2 2 3

นํ�าหนกัตวัอยา่ง

ดนิอยา่งน้อย (กรมั)

500 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000

1. เตรยีมตวัอยา่งดนิแหง้ประมาณ 1,500 กรมั ถา้ดนิเกาะตวักนัเป็นกอ้น ใหใ้ชค้อ้นยางทบุดนิออกให้

แยกจากกนัก่อนทุกครั �ง 2. เตรยีมตะแกรง (Sieve) 1 ชุด โดยมจีาํนวนตะแกรงไมเ่กนิ 7 ตะแกรงและตอ้งมตีะแกรงละเอยีด

เบอร ์200 ถาดและฝาปิดอยูด่ว้ยทุกครั �ง 3. นําตะแกรงแต่ละตะแกรงไปชั �ง และบนัทกึคา่นํ�าหนกัของแต่ละตะแกรง 4. นําตะแกรงทั �งหมดมาเรยีงกนั โดยเรยีงลําดบัใหต้ะแกรงที�มขีนาดตระแกรงใหญ่สดุอยูด่า้นบนและไล่

ลาํดบัความละเอยีดลงมา ทั �งนี�ตอ้งมฝีาปิดอยูด่า้นบนสดุ และมถีาดรองอยูด่า้นล่างสดุ จากนั �นนําตะแกรงไปประกอบเขา้เครื�องเขยา่

หองปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตรศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

4

5. ใส่ตวัอยา่งดนิแหง้ลงในชุดตะแกรง ปิดฝา จากนั �นเขยา่ประมาณ 8-10 นาท ี6. ชั �งดนิที�คา้งอยูใ่นแตล่ะตะแกรงรวมทั �งนํ�าหนักตะแกรง จากนั �นนําไปคาํนวณหาคา่ % ผา่น (%

Passing) ต่อไป