August 20th, 2009 | Author: Administrator |

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 ซึ่งจัดแบ่งดินตามความเหมาะสมในการใช้เป็นวัสดุก่อสร้างถนน‚ 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 สำหรับพวกเม็ดหยาบเป็นพวกที่เม็ดคละหลาย

ขนาด (Well Graded) และเม็ดไม่คละ เนื่องจากมีเม็ดขนาดเดียวกันมากหรือขนาดเม็ดขาดช่วง (Poorly Grade)

3. แบ่งย่อยตามค่า Atterberg’s limits สำหรับพวกเม็ดละเอียด เรียกว่า Plasticity เช่น พวก

มีค่า 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 โดยที่เรียงลำดับจากความเหมาะสมในการใช้เป็นวัสดุก่อสร้างทาง

คือ 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

ระบบ Unified Soil Classification

SOIL A

เมื่อพิจารณาข้อมูลจากตารางที่ 3 และรูปที่ 1 และตารางที่ 1 จะจำแนกดิน SOIL A ตามขั้นตอน

ดังนี้

1. พิจารณาว่าเป็นดินเม็ดหยาบ เพราะขนาดที่เล็กกว่าตะแกรงเบอร์ 200 มีเพียง 1.5% เท่านั้น

2. เป็นดินทราย (Sand) เพราะขนาดที่เล็กกว่าตะแกรงเบอร์ 4 มีถึง 61.0%

3. เป็นดินทรายที่มีส่วนของเม็ดเล็ก (Fine)น้อย (น้อยกว่า 5% ผ่านตะแกรงเบอร์ 200) จึงเป็น

จำพวก 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% น้อยกว่า

35%

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

=

51.2 - 35

=

16.2 ใช้ 16

b

=

51.2 - 15

=

36.2 ใช้ 36

c

=

55.0 - 40

=

15.0 ใช้ 15

d

=

35.0 - 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