ดินเป็นวัสดุที่ประกอบขึ้นด้วยสิ่งต่าง ๆ หลายอย่าง เช่น กรวด, ทราย, ดินเหนียว, อินทรียสาร |
เนื่องจากมีผู้เกี่ยวข้องกับดินอยู่หลายสาขาด้วยกัน การจำแนกประเภทดินจึงแตกต่างกันออกไป
แล้วแต่วัตถุประสงค์ในการใช้งานในแต่ละสาขา เช่น ทางด้านเกษตรศาสตร์ จะจำแนกดินตามความอุดมสมบูรณ์ของธาตุสารที่พืชจะนำไปใช้ประโยชน์ ทางด้านธรณีวิทยาอาศัยลักษณะหินต้นกำเนิด และการกัดกร่อนผุพัง เป็นปัจจัยในการจำแนก สำหรับทางวิศวกรรมโยธา พิจารณาคุณสมบัติทางฟิสิกส์และกลศาสตร์ของดินเป็นหลัก เช่น ขนาดของเม็ดดิน, แรงยึดเกาะของมวลดิน เป็นต้น ทั้งนี้เพื่อให้สอดคล้องกับประโยชน์ใช้สอยทางวิศวกรรมแต่ละหมวดหมู่ของดิน ที่จัดเข้าไว้ 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, |
วิธี Unified Soil Classification
ในทางอุดมคติเท่านั้นในการทำ piping stress analysis underground pipeline นั้นจะต้องได้คุณสมบัติของดินจาก geotechnical engineer เพื่อที่จะสามารถใส่ค่า K1, P1, & K2 ลงใน piping model (ค่าเหล่านี้ก็ไม่ได้แสดงใน soil report ) ค่าที่แสดงใน laboratory tests และ รายงานในภาคสนามจะมีค่าดังนี้ครับ
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
ส่วนอักษรที่สอง จะบอกลักษณะของดิน ซึ่งหาได้จากการกระจายของเม็ดดินและการทดสอบหาค่าความข้นเหลวของเม็ดดิน( Atterberg’s Limit ) เช่น
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) ทําโดยการนําดินมาละลายน้ําแล้วใส่ลงไปในหลอดแก้วให้เม็ดดินหรือตะกอนกระจัด กระจายแขวนตัวลอยอยู่ในน้ำ แล้วใช้ไฮโดรมิเตอร์วัดอัตราการตกตะกอน หรือวัดค่าความถ่วงจําเพาะของเม็ดดินที่แขวนลอยอยู่ในน้ําตามความลึกที่ กําหนด ที่ช่วงเวลาต่างๆ โดยอาศัย Stoke’s Law ที่ว่า ความเร็วของการตกตะกอนจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเม็ดดิน ความ หนาแน่นของของเหลว ความหนืดของของเหลวและขนาดของเม็ดดิน กล่าวคือ ดินเม็ดใหญ่จะตกตะกอนเร็วกว่าดินเม็ด เล็ก ดังนั้น เมื่อทราบความเร็วของการตกตะกอนก็สามารถคํานวณหาขนาดของตะกอนได้
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) |