ผศ.ดร.สุริยะ ทองมุณี ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ ... Lab direction

ENGINEERING SOIL TESTS:

Volume I ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ

ภาควชาวศวกรรมโยธา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเชยงใหม

แนะน ำวชำ CE 372 Engineering Soil Tests

ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ ii

ค าน า

มวลดนถกน ำมำใชในงำนวศวกรรมโยธำในสองรปแบบคอกำรใชเปนวสดฐำนรำกโดยไมมกำรเคลอนยำยมวล

ดน และใชเปนวสดถมโดยกำรเคลอนยำยจำกแหลงหนงมำสอกแหลงหนง มวลดนเปนวสดทมคณสมบตไมแนนอน

ขนอยกบวธกำรก ำเนดของมวลดน สภำพอำกำศ กำรพดพำ วธกำรยอยสลำย เปนตน ดวยเหตผลดงกลำวกำรใช

คณสมบตของมวลดนในแหลงอนแทนมวลดนทอยในโครงกำรกอสรำงไมเปนทนยมส ำหรบวศวกรโยธำ ดงนนจงเปน

ทจ ำเปนอยำงยงทจะตองทรำบถงวธกำรทดสอบคณสมบตของมวลดนทถกตองเพอใหไดผลทนำเชอถอ และน ำไปใช

ประโยชนทำงวศวกรรมตอไป

เอกสำรฉบบนจดท ำขนเพอแสดงถงวธกำรทดสอบคณสมบตทำงวศวกรรมของมวลดนเบองตน ซงประกอบ

กำรประเมนคำควำมชนของมวลดน กำรประเมนคำหนวยน ำหนกมวลดน กำรทดสอบเพอประเมนคำควำม

ถวงจ ำเพำะของดน กำรประเมนขนำดและปรมำณของเมดดนในมวลดนคละโดยวธรอนผำนตะแกรง กำรทดสอบ

เพอประเมนขนำดและปรมำณของเมดดนในมวลดนเมดละเอยดโดยวธไฮโดรมเตอร กำรประเมนคำสมประสทธกำร

เคลอนทของน ำผำนมวลดนในหองปฏบตกำร นอกจำกน ยงใชประกอบกำรสอนในรำยวชำ 251-372 กำรทดสอบ

คณสมบตของมวลดน (CE372 Engineering Soil Tests)

ผเรยบเรยงหวงวำเอกสำรฉบบนจะเปนประโยชนตอนกศกษำ และผทสนใจ หำกมขอผดพลำดประกำรใด ผ

เรยบเรยงยนดรบค ำตชม เพอใหเกดควำมสมบรณมำกยงขน

ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ iii

สารบญ

หนำ

ค ำน ำ ii

รำยละเอยดประกอบกำรแนะน ำ iv

แผนกำรสอน ix

กำรทดสอบท 1 คำควำมชนของมวลดน และทดสอบคำหนวยน ำหนกมวลดน 1

กำรทดสอบท 2 คำควำมถวงจ ำเพำะของดน 8

กำรทดสอบท 3 ขนำดและปรมำณของเมดดนในมวลดนคละโดยวธรอนผำนตะแกรง 16

กำรทดสอบท 4 ขนำดและปรมำณของเมดดนในมวลดนเมดละเอยดโดยวธไฮโดรมเตอร 28

กำรทดสอบท 5 คำพกดสถำนะควำมคงตวของมวลดน 45

กำรทดสอบท 6 คำสมประสทธกำรเคลอนทของน ำผำนมวลดนในหองปฏบตกำร 64


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ iv

รายละเอยดประกอบการแนะน า

CE 372 ENGINEERING SOIL TESTS

1. การจดการเรยนการสอน กำรเรยนภำคปฏบต ซงในแตละตอนจะแบงนกศกษำออกเปนกลมยอย กลมละ 4-6 คน นกศกษำทกคนใน

แตละกลมจะชวยกนท ำกำรทดลองแตละเรอง จนเสรจสนกำรทดลองในเรองนน กำรทดลองบำงหวขอ จ ำเปนตอง

ท ำกำรทดลอง และ/หรอ บนทกขอมลผลกำรทดลอง ตอเนองนอกเวลำตำมตำรำงสอนปกต ซงนกศกษำจะตอง

รบผดชอบจดเวรผลดเปลยนมำท ำกำรทดลองหรอบนทกขอมลใหครบถวน ในกำรทดลองบำงหวขอ นกศกษำทก

กลมจะปฏบตทดลองในหวขอเดยวกนพรอมๆกน แตในบำงหวขอ จะมกำรแยกปฏบตทดลองตำงเรองกนตำม

ก ำหนดกำรเรยนทแจงใหทรำบลวงหนำ ในกำรเขำเรยนแตละครง ใหนกศกษำทกคนเตรยมตวเขำเรยน โดยกำรอำน,

ศกษำ,หรอคนควำเกยวกบเนอหำของเรองทจะท ำกำรปฏบตทดลองในแตละครงมำลวงหนำ พรอมทจะปฏบต

ทดลองไดดวยตนเอง โดยอำจำรยผควบคมจะบรรยำยสรปเรองทจะปฏบตทดลองในชวงเวลำนน ๆ อยำงสน ๆ

เพอใหนกศกษำมเวลำปฏบตทดลองไดอยำงพอเพยง

2. หวขอการสอน

2.1 MOISTURE CONTENT DETERMINATION เปนกำรทดลองเพอประเมนคำควำมชนของตวอยำงดน โดย

ใชเตำอบไฟฟำอบดนใหแหง และ DETERMINATION OF TOTAL UNIT WEIGHT OF SOILS เปนกำร

ทดสอบเพอประเมนคำหนวยน ำหนกมวลดนโดยใชวงแหวน

2.2 SPECIFIC GRAVITY TEST เปนกำรทดลองเพอประเมนคำ Specific Gravity ของตวอยำงดนเมดละเอยด

โดยใช ขวดแกว (volumetric flask) ควำมจ 500 cc เปนขวดหำ ถ.พ. (Pycnometer)

2.3 GRAIN SIZE ANALYSIS หรอ PARTICLE SIZE ANALYSIS เปนกำรทดลองเพอประเมนปรมำณของ

เมดดนขนำดตำงๆในตวอยำงมวลดนคละ (particle size distribution) ส ำหรบตวอยำงมวลดนคละเมดหยำบ

จะทดลองโดยวธกล (mechanical method) หรอ SIEVING TEST โดยกำรน ำตวอยำงมวลคละทงหมดไปลำงน ำ

ผำนตะแกรง No.200 (wash sieving) แลวน ำดนสวนทคำงบนตะแกรง No.200 ไปรอนผำนชดตะแกรงหยำบ

แบบแหง (dry sieving) สวนตวอยำงมวลดนคละเมดละเอยด (รอนผำนตะแกรง No.200) จะทดลองดวยวธ

HYDROMETER TEST โดยอำศยหลกกำรตกตะกอนของ Stokes’ Law ในกำรประเมนขนำดของเมดดน และใช

hydrometer ในกำรประเมนปรมำณของเมดดนขนำดตำงๆทลอยอยในหลอดทดลอง

2.4 ATTERBERG LIMITS TEST เปนกำรทดลองเพอประเมนคำ Atterberg Limits หรอ Consistency Limits

ของตวอยำง ดนเมดละเอยด (เมดดนทรอนผำนตะแกรง No.40) ประกอบดวยกำรทดลองประเมนคำ Liquid

Limit (LL), Plastic Limit (PL), และ Shrinkage Limit (SL) ของตวอยำงดน และรวมไปถงกำรทดลองเพอ

ประเมนคำ Linear Shrinkage (LS) ของตวอยำงดนดวย

2.5 PERMEABILITY TEST เปนกำรทดลองเพอศกษำประสทธภำพกำรไหลของน ำผำนมวลดนโดยกำร

ประเมนคำ Coefficient of Permeability (k) ของตวอยำงดนในหองปฏบตกำร โดยวธ constant head method

และวธ variable head หรอ falling head method


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ v

2.6 SOIL COMPACTION TEST เปนกำรทดลอง เพอศกษำถงควำมสมพนธระหวำงควำมชนของมวลดนท

น ำมำบดอด กบ ควำมหนำแนนแหงของมวลดนนนเมอบดอดแลว โดยใชพลงงำนในกำรบดอดเปนคำคงทคำ

หนง และเพอประเมนหำคำควำมชนเหมำะสม (Optimum Moisture Content, OMC) ทจะท ำใหสำมำรถบดอด

มวลดนคละนนไดควำมหนำแนนแหงสงสด (Maximum Dry Density) ภำยใต compaction energy ทก ำหนดให

นน

2.7 FIELD DENSITY TEST เปนกำรทดลองเพอประเมนคำควำมหนำแนนแหง (dry density) ของมวลดนท

บดอดแลวในสนำมเพอน ำมำเปรยบเทยบกบคำควำมหนำแนนแหงสงสด (Maximum Dry Density) ของมวล

ดนนนทบดอดโดยวธมำตรฐำนในหองปฏบตกำร ท ำกำรทดลองโดยวธ sand replacement method หรอกำร

แทนทดวยทรำย ซงรวมไปถงกำร calibrate อปกรณกำรทดลอง (sand cone calibration) เพอประเมนคำ

ควำมหนำแนนคงทของทรำย ทใชเปนตวกลำงในกำรทดลองน

2.8 CONSOLIDATION TEST หรอ OEDOMETER TEST เปนกำรทดลองเพอศกษำคณสมบตกำรยบอดตว

ของมวลดนแบบ One Dimensional Consolidation ตำมทฤษฎของ Terzaghi และประเมนคำสมประสทธตำงๆ

ทเปนคณสมบตกำรยบอดตวของมวลดน ตวอยำงดนทใชทดลองจะเปน undisturbed soil sample ซงเปน

ตวอยำงดนทคงคณสมบตเหมอนมวลดนในสภำพธรรมชำต กำรเรยนหวขอนจะใชเวลำ 2 สปดำห โดย

สปดำหแรก จะเปนกำรปฏบตกำรทดลองโดยใช Oedometer เรยนรกำรเตรยมตวอยำงทดลอง กำรอำนคำ

และบนทกผลกำรทดลอง และในสปดำหท 2 จะน ำตวอยำงขอมลทไดจำกกำรทดลองเตมรปแบบ มำท ำกำร

ค ำนวณ และวเครำะห สรปผลกำรทดลอง

2.9 SHEAR STRENGTH TESTS เปนกำรทดลองเพอศกษำคณสมบตรบแรงเฉอน (Shear Strength

Properties) ของตวอยำงดน เปนกำรทดลองเพอประเมนคำ Shear Strength Parameters ของตวอยำงดน ซง

ประกอบดวยคำ Cohesion, c และคำ Angle of Internal Friction หรอ Friction Angle, ในทนจะศกษำทดลอง

3 วธคอ

2.9.1 DIRECT SHEAR TEST เปนกำรทดลองโดยใชอปกรณเรยกวำ shear box ซงไดก ำหนด

ระนำบของ failure plane หรอ shear plane ไวลวงหนำ ใหแรงกระท ำตอตวอยำงดนจนตวอยำง

ดนถงจดวบต (failure) ทง normal stress และ shear stress บน failure plane โดยตรง ใชทดลอง

ไดกบตวอยำงดนทกชนดทกประเภทแตนยมใชทดลองกบทรำย หรอกบตวอยำงดนเหนยวประเภท

remolded sample กำรทดลองวธน ไมสำมำรถวดคำควำมดนน ำภำยในตวอยำงดน (pore water

pressure) ในระหวำงท ำกำรทดลองได จงวเครำะหประเมนไดเพยงคำ total stress shear strength

parameters

2.9.2 TRIAXIAL COMPRESSION TEST เปนกำรทดลองตวอยำงดนรปทรงกระบอก ปกตใช

ทดลองตวอยำงดนเหนยว โดยตดตงแทงตวอยำงดนใน cell ทสำมำรถควบคมควำมดนภำยใน cell

ตำมทตองกำรได เพอใหมแรงกระท ำตอตวอยำงดนไดในทกทศทำง เรยกวำ confining stress หรอ

cell pressure หรอ all-round pressure ใหแรงกระท ำตอตวอยำงดนจนถง failure ในรปของ

principal stresses โดยไมมกำรก ำหนดระนำบของกำรวบต (failure plane) ไวลวงหนำ สำมำรถ

ทดลองกบตวอยำงดนภำยใตวธกำรควบคมไดทง drained และ undrained condition รวมทงม

อปกรณวดคำควำมดนน ำ (pore water pressure) ภำยในตวอยำงดนระหวำงกำรทดลอง จง

สำมำรถวเครำะหประเมนไดทง total stress shear strength parameters และ effective stress

shear strength parameters


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ vi

2.9.3 UNCONFINED COMPRESSION TEST เปนกำรทดลอง Triaxial Compression Test แบบพเศษคอ ม

แตแรงกดในแนวดงกระท ำตอตวอยำงดนเพยงระนำบเดยว สวนแรงกดบนระนำบรำบ (confining stress หรอ

all-round pressure) ทกระท ำตอตวอยำงดน จะมคำเปนศนย ใชทดลองกบตวอยำงดนภำยใตสมมตฐำนทวำ

ตวอยำงดนทมคณสมบตเปน saturated cohesive soil ภำยใตกำรควบคมแบบ Undrained loading และ

วเครำะหประเมนผลดวยวธ total stress analysis จะมคำ total stress, undrained friction angle, u=0

3. การเขาชนเรยนปฏบตการ

3.1 กำรเรยนภำคปฏบตแตละครง จะอยในควำมรบผดชอบของอำจำรย โดยมผชวยวชำกำรเปนผ

ควบคมดแลและแนะน ำวธกำรปฏบตทดลอง รวมไปถงกำรสงกำรเพอรกษำระเบยบตำงๆ ภำยในชวงเวลำ

กำรเรยนภำคปฏบตตำมทอำจำรยผควบคมก ำหนดไว

3.2 ผทขาดเรยนภำคปฏบตมากกวา 2 คาบเวลำ จะมเวลำเรยนไมถงรอยละ 80 ตำมประกำศมหำวทยำลย

เชยงใหม ผสอนจะไมอนญำตใหเขำท ำกำรสอบไล

3.3 นกศกษำทขำดเรยนภำคปฏบตหวขอใด คะแนนภำคปฏบตในหวขอนน รวมทงคะแนนรำยงำนจะเปนศนย

3.4 กำรเขำเรยนภำคปฏบต ตองแตงกำยใหเรยบรอยรดกม เพอปองกนอนตรำยทอำจเกดขน โดยเฉพำะ

อยำงยงใหใสรองเทำหมสนทปดมดชด ผทแตงกำยไมเรยบรอย อำจำรยหรอผชวยวชำกำรทควบคมอย อำจ

ไมอนญำตใหเขำเรยนหรอท ำกำรปฏบตตอไปได และจะถอวำขำดกำรเรยนในคำบเวลำนนๆ

3.5 ในกรณทมเหตจ ำเปนตองขำดกำรเรยนในหวขอใด จะตองเขำเรยนทดแทน (make up) หวขอนน ๆ ในวน

อน (ในกรณทยงมกำรเรยนในหวขอนนในตอนอน ๆ) ทงนจะตองไดรบอนญำตจำกอำจำรยผรบผดชอบกำร

เรยนในหวขอนนกอน ถำไมสำมำรถ make up ได จะถอวำขำดเรยนในหวขอนน

4. การท ารายงาน

กำรท ำรำยงำนผลปฏบตกำรในแตละหวขอกำรทดลองเพอสงอำจำรยผสอน ใหนกศกษำแตละกลมยอย ท ำ

รำยงำนผลปฏบตกำรแตละหวขอกำรทดลอง ตามทอาจารยผควบคมก าหนด น ำสงทผชวยวชำกำรในโรงประลอง

กอนเขำชนเรยนในสปดำหถดไป หรอตำมทอำจำรยผควบคมก ำหนด เนอหำหลกในรำยงำนโดยทวไปจะ

ประกอบดวย

4.1 บทน ำ (Introduction)

4.2 วตถประสงคของกำรทดลอง (purposes)

4.3 ทฤษฎและหลกกำรทเกยวของกบกำรทดลอง (related principles and theories)

4.4 วสดและอปกรณทใชท ำกำรทดลอง (samples, lab. materials and equipment)

4.5 วธกำรทดลองตำมทปฏบตจรง (experimental procedures)

4.6 ขอมลทไดจำกกำรทดลอง กำรค ำนวณและกำรน ำเสนอผลกำรทดลอง (data, calculations, presentation

of calculation results, graphical presentations)

4.7 สรปผลกำรทดลอง (summary of test results)

4.8 บทวเครำะหวจำรณ ผลกำรทดลองและวธท ำกำรทดลอง โดยเปรยบเทยบกบทฤษฎ และ/หรอ วธกำรท

ถกตอง รวมทงขอแนะน ำเพมเตม (discussion of test results and recommendations)

4.9 เอกสำรอำงอง (references)


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ vii

รำยละเอยดดงกลำวนอำจเปลยนแปลงไดตำมค ำสงของอำจำรยผควบคมแตละหวขอกำรทดลอง ดงนน

หำกมขอสงสยใด ๆ ใหสอบถำมจำกอำจำรยผควบคม

5. การจดท าและคะแนนรายงานการเรยนภาคปฏบต ใหจดท ำและสงรำยงำน (ตำมทอำจำรยผสอนแตละหวขอเปนผก ำหนด) จ ำนวน 12 หวขอกำรทดสอบ

ประกอบดวย

คะแนนรำยงำน

1. Moisture Content Determination 10

2. Specific Gravity Test 15

3. Grain Size Analysis: Sieving Test และ

4. Grain Size Analysis: Hydrometer Test (รวม 2 หวขอ) 30

5. Atterberg’s Limits Test 15

6. Permeability Test 15

7. Soil Compaction Test และ

8. Field Density Test (รวม 2 หวขอ) 30

9. Consolidation Test (2 คำบเวลำ) 30

10. Unconfined Compression Tests 15

11. Direct Shear Test 20

12. Triaxial Compression Test 20

รวมคะแนนรำยงำน 200

6. การใหคะแนนรายงาน จะแบงการพจารณาใหคะแนนสวนตางๆของรายงาน ดงน ก. กำรจดท ำรำยงำนสวนทเกยวกบ ทฤษฎ, วสดอปกรณ, และวธกำรปฏบตตำมทปฏบตจรง

ข. ผลกำรปฏบตทดลอง ไดแก ควำมถกตองและเปนไปไดของขอมล, ขนตอนและวธกำรค ำนวณ, ผลกำร

ค ำนวณ, กำรแสดงผลกำรค ำนวณและกรำฟ เปนตน

ค. กำรเขยนรำยงำนสรปผลกำรทดลองและวเครำะหวจำรณผลกำรทดลอง

ง. ภำพรวมของรำยงำน, ควำมตงใจในกำรท ำรำยงำน

7. การคดคะแนนพจารณาผลการศกษา คะแนนภำคปฏบต จำกกำรเขำเรยนและกำรท ำรำยงำน 40 % ของคะแนนรวมตดเกรด

คะแนนสอบขอเขยน (Mid Term และสอบไล) 60 % ของคะแนนรวมตดเกรด

8. การสอบขอเขยน (กลางภาคและปลายภาค) มคะแนนเตม 200 คะแนน

สอบกลางภาค คะแนนเตม 80 คะแนน เวลำ 3 ชวโมง สอบ 6 หวขอกำรทดลอง ประกอบดวย

1. Moisture Content and Determination of Specific Gravity Test 20 คะแนน

2. Grain Size Analysis: Sieving Analysis and Hydrometer Tests 30 คะแนน

3. Permeability Test 15 คะแนน

4. Atterberg’s Limits Test 15 คะแนน


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ viii

สอบไล คะแนนเตม 100 คะแนน เวลำ 3 ชวโมง สอบ 6 หวขอกำรทดลอง ประกอบดวย

1. Consolidation Test 30 คะแนน

2. Soil Compaction Test and Field Density Test 30 คะแนน

3. Shear Strength Tests 3 หวขอกำรทดลอง 60 คะแนน

9. การพจารณาผลการศกษา (เกณฑปกต)

1. ขำดกำรเรยนภำคปฏบตในระหวำงภำคเรยนมำกกวำ 2 คำบเวลำ/หวขอกำรทดลอง ไมมสทธเขำสอบไล

2. จะพจำรณำคะแนนเฉพำะสวนทเปนกำรสอบขอเขยนกอน (คะแนนสอบ Mid Term และ คะแนนสอบไล)

ถำไดคะแนนสอบขอเขยน มำกกวำ 30% (54 คะแนน จำก 180 คะแนน) จงจะน ำคะแนนสอบขอเขยนไปรวม

กบคะแนนรำยงำน เปนคะแนนรวมตดเกรด เพอตดเกรดขนสดทำยตอไป แตถำไดคะแนนสอบขอเขยนต ำกวำ

30% (54 คะแนน) จะถกพจำรณำใหสอบตก โดยไมตองน ำคะแนนรำยงำนมำพจำรณำรวมดวยแตอยำงใด

3. ไดคะแนนรวมตดเกรด (คะแนนรำยงำนภำคปฏบต + คะแนนสอบขอเขยน) มำกกวำ 50% ถอวำสอบผำน

10. เอกสารอางอง เอกสำรจดท ำโดย ผศ.เดชำวธ จำรตำมระ

ปรบปรงครงท 1 โดย ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ ix

แผนการสอนรายวชา

CE 372 ENGINEERING SOIL TESTS ระดบปรญญาตร ภาควชาวศวกรรมโยธา

1. ชอผสอน

ผศ.ดร.ธวชชย ตนชยสวสด ผศ.ดร.พรพงศ จตเสงยม

ผศ.ดร เศรษฐพงศ เศรษฐบปผำ ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ

2. รายละเอยดวชาทสอน

รหสกระบวนวชำ CE 372

ชอกระบวนวชำ ปฏบตกำรกลศำสตรดน (ENGINEERING SOIL TESTS)

จ ำนวนหนวยกต 1 หนวยกต ลกษณะกระบวนวชำ ปฏบต

ลกษณะกำรสอน สอนหลำยคน วนเวลำทสอน ขนอยกบกำรจดเวลำในแตละภำคกำรศกษำ

3. ค าอธบายลกษณะกระบวนวชา

กำรทดสอบในสนำมและในหองปฏบตกำรเกยวกบปฐพกลศำสตร, มำตรฐำนในกำรหำคำคณสมบตของดน,

กำรใชเครองมอ, กำรเขยนรำยงำน กำรวเครำะหผล และกำรอภปรำยของผลกำรทดสอบ

Field testing and laboratory experiments in soil mechanics; standard tests to determine various

engineering properties of soils; uses of equipment; report writing, analysis, and discussion of test results.

4. แผนการสอน

สปดาหท เนอหาทสอน แบบฝกหด ผสอน หมายเหต

1 INTRODUCTION TO SOIL TESTING and MOISTURE CONTENT DETERMINATION

REPORT ผศ.ดร.สรยะ

เนอหา สอบกลางภาค 80 คะแนน

2 SPECIFIC GRAVITY and SIEVE ANALYSIS REPORT ผศ.ดร.สรยะ

3 HYDROMETER TEST REPORT ผศ.ดร.สรยะ

4 ATTERBERG LIMITS TESTS REPORT ผศ.ดร.สรยะ

5 SOIL COMPACTION REPORT ผศ.ดร.พรพงศ

6 FIELD DENSITY TEST REPORT ผศ.ดร.พรพงศ

7 PERMEABILITY TEST REPORT ผศ.ดร.พรพงศ 8 Midterm Examination 9 UNCONFINED COMPRESSION TEST REPORT ผศ.ดร.ธวชชย

เนอหา สอบ FINAL 100 คะแนน

10 DIRECT SHEAR TEST REPORT ผศ.ดร.ธวชชย

11 TRIAXIAL COMPRESSION TEST REPORT ผศ.ดร.ธวชชย

12-14 CONSOLIDATION TEST REPORT ผศ.ดร เศรษฐพงศ

15 COURSE SUMMARY AND REPORTING REPORT


ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ x

5. ระบกจกรรมทเนนผเรยนเปนส าคญ

ใหนกศกษำท ำงำนเปนกลม และสำมำรถวเครำะหคณสมบตของดนไดโดยอำศยผลจำกกำรทดสอบใน

หองปฏบตกำร

6. ระบเวลาสอบ

สอบกลำงภำค ขนอยกบกำรจดเวลำในแตละภำคกำรศกษำ

สอบปลำยภำค ขนอยกบกำรจดเวลำในแตละภำคกำรศกษำ

7. สดสวนการใหคะแนน

คะแนนสอบกลำงภำค 25 %

คะแนนสอบไล 35 %

คะแนนรำยงำนและกำรปฏบตกำร 40 %

8. หนงสอ/วารสาร ประกอบการเรยนการสอน 1. BOWLES, J.E. “Engineering Properties of Soils and Their Measurement”

2. DAS, B.M.; “Soil Mechanics Laboratory Manual”

9. เกณฑการวดผลและประเมนผล (/) องเกณฑ

(/) องกลม

ลงชอ ................................................. ผสอน

( ผศ.ดร.ธวชชย ตนชยสวสด )

ลงชอ ................................................. ผสอน

( ผศ.ดร.พรพงศ จตเสงยม )

ลงชอ ................................................. ผสอน

( ผศ.ดร เศรษฐพงศ เศรษฐบปผำ )

ลงชอ ................................................. ผสอน

( ผศ.ดร.สรยะ ทองมณ )

ลงชอ ................................................. ประธำน

หลกสตรฯ

( )

ลงชอ ................................................. หวหนำภำคฯ

( )


การทดสอบเรองท 1

การทดสอบเพอประเมนคาความชนของมวลดน LABORATORY DETERMINATION OF MOISTURE CONTENT OF SOILS

การทดสอบเพอประเมนคาหนวยน าหนกมวลดน LABORATORY DETERMINATION OF TOTAL UNIT WEIGHT OF SOILS

1. บทน า

มวลดนประกอบไปดวยเมดดน (soil particles) และชองวางระหวางเมดดน (voids) น าทมอยในมวลดน จะอยในชองวางระหวางเมดดน มวลดนทไมมน าในชองวางระหวางเมดดน เรยกวา ดนแหง (dry soil) และมวลดนทม น าอยเตมชองวางระหวางเมดดน เรยกวา มวลดนอมตว (saturated soil) ในมวลดนทวไป ชองวางระหวางเมดดนอาจมน าอยเปนบางสวน ทวางทเหลอเปนชองวางอากาศ (air voids) มวลดนลกษณะน เรยกวา มวลดนไมอมตว (partially saturated soil) ปรมาณน าทมอยในมวลดน มผลกระทบตอคณสมบตทางวศวกรรมของมวลดนนนเปนอยางมาก มวลดนชนดเดยวกนและมชองวางระหวางเมดดนเทากน แตมปรมาณน าในชองวางไมเทากน จะมคณสมบตทางวศวกรรมทแตกตางกน ตวอยางเชน กอนดนเหนยวแหงจะมความแขงแรงสง ไมสามารถบบหรอปนใหเปลยนแปลงรปรางได แตถาน ากอนดนเหนยวกอนนนไปแชน าจนอยในสภาพอมตว (saturated) ความแขงแรงของกอนดนเหนยวจะลดลง สามารถบบหรอปนใหเปนรปรางตางๆได การบงบอกปรมาณน าทมอยในมวลดน ทใชอยในวชา Soil Mechanics มอย 2 วธ คอ

ก. บอกปรมาณน าทางดานปรมาตร โดยการเปรยบเทยบปรมาตรน าในมวลดน (Vw) เปนสดสวนของปรมาตรชองวางระหวางเมดดน (Vv) ในมวลดนนน คาทได เรยกวา degree of saturation; Sr

ข. บงบอกปรมาณน าทางดานมวล โดยการเปรยบเทยบมวลของน าในมวลดน (Ww) เปนสดสวนของมวลของเมดดน (soil solids; Ws) ในมวลดนนน คาทได เรยกวา คาความชน (moisture content; m, หรอ water content; w)

2. วตถประสงคของการทดสอบ

เพอฝกฝนใหนกศกษารจกวธการประเมนคาความชนของมวลดนอยางถกตอง พรอมทงเรยนรท าความเขาใจความหมายของความชนของมวลดน เพราะการประเมนคาความชน เปนการทดสอบพนฐานในการวเคราะหคณสมบตทางวศวกรรมตางๆของมวลดน

3. เอกสารอางอง

3.1 มาตรฐาน ASTM D 2216 Standard Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil, Rock,

and Soil Aggregate Mixtures

CE 372 Lab. No.1 Page 2

3.2 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 265 Standard Method of Test for Laboratory Determination of Moisture Content of Soils 3.3 BOWLES, J.E. (1992) "Engineering Properties of Soils and their Measurement " McGraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No.1 3.4 LIU, C and EVETT, J. B. (1997) "Soil Properties: Testing, Measurement, and Evaluation " Prentice-Hall Inc.; Third Edition 1997.

4. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ

ความชน หรอ moisture content เปนคณสมบตทางกายภาพพนฐานของมวลดน คาความ ชนของมวลดนถกก าหนด ใหเปนอตราสวนระหวาง น าหนก (มวล) ของน าทมอยในมวลดนใดๆ กบน าหนก (มวล) ของเมดดนทม อยในมวลดนเดยวกนนน หรอ

w = s

wWW

……………….. (1.1)

เมอ w เปนคาความชนของมวลดน (บางแหงอาจใชสญลกษณ m แทน w กได) Ww เปนมวลหรอน าหนกของน าในมวลดน WS เปนมวลหรอน าหนกของเมดดนในมวลดนกอนเดยวกนนน

คาความชนของมวลดนทค านวณไดโดยใชสมการท 1.1 น เปนปรมาณไมมหนวย โดยทวไป คาความชนของมวลดนจะแสดงไวในรปของ รอยละ คอ มวลของน าทมอยในมวลดน คดเปน รอยละเทาใดของมวลของเมดดนในมวลดนเดยวกนนน หรอ

w = 100xWW

s

w

(%) ……………….. (1.2)

คาความชนของมวลดนใดๆ สามารถมคาเกน 1.00 เมอประเมนโดยสมการท 1.1 หรอมคาเกน 100%

เมอประเมนจากสมการท 1.2 กได หมายความวาในมวลดนนนๆมมวลของน ามากกวามวลของเมดดน ซงเปนไปไดในกรณทมวลดนดงกลาวมชองวางระหวางเมดดนมาก เชนมวลดนเหนยวทจดตวแบบ edge-to-face flocculation เมดดนแผนแบบจบตวกนอยางหลวมๆท าใหมวลดนมปรมาตรชองวาง (void) มากกวาปรมาตรเมดดน มท าใหมวลดนนนมคา ความพรน (porosity) สง มวลดนทอมตว (saturated) จงมปรมาตรและมวลของน ามากกวาปรมาตรและมวลของเมดดน


5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ 5.1 ตวอยางดนแหงรอนผานตะแกรง ASTM No.40 ประมาณ 75-85 กรม 5.2 ภาชนะใสตวอยางดน หรอ กระปองหาควมชน (moisture tin) 1 ใบ 5.3 ขวดฉดน า หรอ กระบอกตวงขนาด 100 cc 5.4 มดปาดดน ส าหรบใชคลกผสมดนกบน าใหเขากน 5.5 เตาอบ ควบคมอณหภมความรอนภายในใหคงทได ท 1100C (+/-) 50C 5.6 เครองชงไฟฟา ชงไดละเอยดถง 0.01 กรม

6. วธการทดสอบ

วธการทดสอบเพอประเมนคาความชนของตวอยางดนโดยทวไป มข นตอนดงน คอ ก. น ากระปองหาความชนมาบนทกหมายเลขและชงน าหนกกระปองเปลา แลวน าตวอยางดนทตองการหา

ความชน ใสกระปองในปรมาณทเหมาะสม แลวน ากระปองใสดนเปยกไปชงน าหนก ข. น ากระปองใสดนไปเขาเตาอบทอณหภม 1100C (+/-) 50C จนดนแหง (ใชเวลาอยางนอย 12-16 ชวโมง) ค. น ากระปองใสดนแหงออกจากเตาอบ ตงทงไวใหอณหภมลดลง จนสามารถจบกระปองไดดวยมอเปลา

แลวน ากระปองใสดนแหงไปชงน าหนก ง. ค านวณหาน าหนกน าในตวอยางดน ( wW ) และน าหนกดนแหงในกระปอง ( sW ) แลวน าขอมลทไดไป

ค านวณหาความชนของตวอยางดนโดยใชสมการท 1.2

7. ขอมลเพมเตมเกยวกบการทดสอบน 9.1 เตาอบทใชตองสามารถควบคมอณหภมคงทไดท 1100C (+/-) 50C แตถาตวอยางดนเปนดนท ม

สารอนทรย หรอมแรยปซม หรอมสารประกอบบางชนดทสามารถแปรสภาพไดงายภายใตความรอนสงปนอยมาก การอบตวอยางดนดงกลาวทอณหภมสงจะท าใหสารดงกลาวสลายตวไปพรอมกบน าในมวลดน ท าใหคาความชนของมวลดนทประเมนได สงกวาความเปนจรง ดงนน การอบดนประเภทน จงควรควบคมอณหภมเตาอบไวทประมาณ 600C

9.2 ASTM D 2216 ระบวา สวนใหญแลว การอบตวอยางดนขามคน หรออยางนอย ระหวาง 12 – 16 ชวโมง กนาจะเพยงพอทจะท าใหตวอยางดนแหงได แตอยางไรกตาม ตวอยางดนชนทใชท าการทดสอบ ควรจะมปรมาณทเหมาะสม ถามากเกนไป จะอบใหแหงไดยาก หากนอยเกนไป จะเกดความคลาดเคลอนของผลการทดสอบไดมาก AASHTO และ BOWLES (1992) แนะน าปรมาณตวอยางดนส าหรบทดสอบหาความชน โดยพจารณาจากขนาดของเมดดนในตวอยางดนนนๆ ดงแสดงไวในตารางท 1.1 หรอ ทแนะน าโดย ASTM ตามตารางท 1.2

9.3 เมอน าตวอยางดนเปยกใสกระปองหาความชนแลว ใหรบน าไปชงน าหนกทนท หากตงทงไว น าในตวอยางดนอาจระเหยหายไปบางสวน ท าใหประเมนคาความชนของตวอยางดนไดนอยกวาทเปนจรง แตเมอชงน าหนกกระปองดนเปยกแลว จะตงกระปองดนทงไวกอน แลวจงน ากระปองดนเปยกไปเขาเตาอบในภายหลงกได


9.4 การอบดนใหแหงในเตาอบไฟฟาตามวธมาตรฐานทกลาวไวในทน ตองใชเวลานานกวา จะทราบผล ในกรณทตองการท าใหดนแหงในเวลาทเรวขน ไดมการน าเตาอบไมโครเวฟมาท าการอบดน ซงจะท าใหน าในมวลดนสลายตวไดหมดในเวลาไมถง 10 นาท การอบดนดวยเตาอบไมโครเวฟน ไดมวธการก าหนดไวเปนมาตรฐาน โดย ASTM คอ ASTM D 4643: Standard Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Microwave Oven Method แตมขอจ ากดเกยวกบชนดของดนทจะท าการทดสอบโดยวธนไดอยหลายประการ และยงไมแนะน าใหใชวธนเปนวธมาตรฐานแทนการอบดวยเตาอบไฟฟา ในกรณทมขอสงสยในผลการทดสอบโดยการใชเตาอบไมโครเวฟ ASTM ระบใหยดถอผลการทดสอบทไดจากวธ ASTM D 2216 เปนผลการทดสอบทถกตองเสมอ

ตารางท 1.1 ปรมาณตวอยางดนทแนะน าใหใชในการประเมนคาความชนของดนโดย AASHTO และ

BOWLES

เมดดนขนาดใหญทสด (มากกวารอยละ 95 รอนผานตะแกรง)

AASHTO แนะน าใหใชไมนอยกวา

(กรม)

BOWLES แนะน าใหใชตวอยางดนมน าหนก

ระหวาง (กรม)

BOWLES แนะน าความละเอยดของเครองชงทใชช ง

น าหนก (กรม)

0.425 mm. (No.40) 10 10 - 200 0.01 4.75 mm. (No.4) 100 300 - 500 0.1

12.5 mm. (1/2 in.) 300 300 - 1000 0.1 25.0 mm. (1 in.) 500 ไมระบ ไมระบ 50.0 mm. (2 in.) 1,000 1500 - 3000 1

ตารางท 1.2 ปรมาณตวอยางดนทแนะน าใหใชในการประเมนคาความชนของดนโดย ASTM

Maximum particle size

(100% passing)

Standard Sieve Size

Recommended minimum mass of moist test specimen for water content

reported to (+/-) 0.1 % reported to (+/-) 1 % 2 mm or less No. 10 20 g 20 g *

4.75 mm No. 4 100 g 20 g * 9.5 mm 3/8 in. 500 g 50 g 19.0 mm 3/4 in. 2.5 kg 250 g 37.5 mm 1 1/2 in. 10 kg 1 kg 75.0 mm 3 in. 50 kg 5 kg

Note : * To be representative, not less than 20 g shall be used.

@@@@@@@@@@@@@@@@@


การทดสอบเพอประเมนคาหนวยน าหนกมวลดน LABORATORY DETERMINATION OF TOTAL UNIT WEIGHT OF SOILS

1.บทน า คาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) หรอหนวยน าหนกของมวลดนในธรรมชาต

(Moist Unit Weight) มความส าคญอยางมากส าหรบวศวกรปฐพส าหรบการค านวณคาหนวยแรงกดทบของชนดนตามธรรมชาตทความลกตางๆ (Overburden Pressure) นอกจากนยงถกน าไปใชเปนคาคงตวทเปนตวแปรในสตรการค านวณตางๆ เชนการค านวณคาน าหนกบรรทกของฐานราก การค านวณการทรดตวของดน เปนตน การทดลองหาคาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) โดนทวไปจะจ ากดเฉพาะดนเหนยวทสามารถตงรปทรงได ตวอยางททดสอบตองเปนตวอยางดนคงสภาพ ซงเปนขอจ ากดทไมสามารถทดลองกบตวอยางทราย-กรวดได เพราะไมสามารถเกบตวอยางแบบคงสภาพได (การเกบตวอยางดวยกระบอกโดยทวไปถอวาตวอยางจะถกรบกวนไปบางแลว) อยางไรกตามในบางกรณทมความจ าเปนจะตองไดคาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) ของดนสามารถท าไดหลายวธ คอ

1. วธใชวงแหวนตวอยาง (Sample Ring) มขอดททดลองไดสะดวก รวดเรวใชตวอยางดนนอย ซงเปนตวอยางการทดลองในบทน แตอาจจะไมเหมาะกบดนทมกรวด-ทรายปน

2. วธใชวดปรมาตรดนในกระบอก ส าหรบตวอยางดนทแขงมาก ไมสามารถดนตวอยางดนออกจากกระบอกได และดนทมกรวด-ทรายผสม เมอดนตวอยางดนออกมาแลว อาจจะไมทรงตว

3. วธใชหาปรมาตรของดนดวยการแทนทน าหรอปรอท ส าหรบดนเหนยวทมสมประสทธการซมผานต าทจะไมซมซบน าเขาไปในตวอยางในระยะเวลาสนๆ สามารถใชวธแทนทน าได สวนดนทแหงและแตกงายควรใชวธแทนทปรอทวธนสามารถใชกบตวอยางดนทไมเปนรปทรงแนนอน (Irregular Shape)

อกวธหนงทจะไดน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) ระหวางทดลองแรงอดแบบไมถกจ ากด (Unconfined Compression Test) และทดสอบอดตวคายน า (Consolidation Test) การทดสอบแรงอด 3 แกน (Triaxial Test) เมอไดท าการตดแตงตวอยางเปนรปทรงทแนนอน กสามารถค านวณคาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) ไดโดยตรงและจะตองรายงานคาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตร (Total Unit Weight) ของตวอยางดนประกอบรายงานดวย

2. วตถประสงคของการทดสอบ เพอฝกฝนใหนกศกษารจกวธการในการหาคาน าหนกรวมตอหนวยปรมาตรของมวลดนอยางถกตอง เพอเตรยมความพรอมส าหรบการท าการทดสอบอน ๆ ในหองปฏบตการตอไป



3.1 เอกสารประกอบการสอนการทดสอบปฐพกลศาสตร จากเวปไซต http://www.gerd.eng.ku.ac.th/Cai/Ch02/ch022_theory.htm


หนวยน าหนกรวม (Total Unit Weight) หรอ หนวยน าหนกดนเปยก (Moist Unit Weight) เปนคณสมบตทางกายภาพพนฐานของมวลดน หนวยน าหนกรวมของมวลดนถกก าหนด ใหเปนอตราสวนระหวาง น าหนกของดนเปยกกบปรมาตรของมวลดนนน หรอ

……………….. (1.1)

เมอ W เปนคาน าหนกของดนเปยก

Ww เปนน าหนกของน าในมวลดน WS เปนน าหนกของเมดดนในมวลดนกอนเดยวกนนน V เปนปรมาตรของมวลดน

5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ

5.1 วงแหวนตวอยาง (Sample Ring) 5.2 เลอยเสนลวด (Wire Saw) 5.3 เครองชง อานละเอยด 0.01 กรม หรอเครองชง 2610 กรม อานละเอยด 0.1 กรม 5.4 เวอรเนยรคาลเปอร 5.5 จารบหรอสารหลอลน

6. วธการทดสอบ 6.1 ชงวงแหวนตวอยาง วดขนาดเสนผานศนยกลางภายใน และวดความสง 2-3 ครง 6.2 ใชจารบซลโคน (Silicone Grease) หรอจารบธรรมดาทาภายในวงแหวนบางๆ 6.3 ตดตวอยางดนทจะทดสอบใหมความยาวกวาความสงของวงแหวนเลกนอย วางตวอยางดนบน

พนโตะ ใชเลอยเสนลวดตดตวอยางดนในแนวตง ใหมขนาดเสนผานศนยกลางใหญกวาเสนผานศนยกลางของวงแหวนเลกนอย ตงวงแหวนบนตวอยางดน และกดลงในดนตามแนวดงจนกระทงมด และดนภายในวงแหวนพนขอบวงแหวนเลกนอย ใชเลอยเสนลวดตดดนใหเรยบหวทาย ท าความสะอาดเศษดนนอกวงแหวนจนสะอาด

6.4 น าวงแหวนทมตวอยางดนบรรจอยขนชง



EXPERIMENT No. 1

MOISTURE CONTENT DETERMINATION OF SOILS

ชอ - สกล ....................................................... รหส .................... ตอนท ......... วนทดสอบ ........................

1. การหาความชนของตวอยางดนโดยวธอบแหง 2.1 หมายเลขกระปองหาความชน (container No..) .........................

2.2 น าหนกกระปอง + ดนเปยก (Wt. container + wet soil) ......................... กรม

2.3 น าหนกกระปอง + ดนอบแหง (Wt. container + dry soil) ......................... กรม

2.4 น าหนกกระปองเปลา (Wt. container) ......................... กรม

2.5 น าหนกน าในตวอยางดน (Wt. water; wW ) ......................... กรม

2.6 น าหนกดนแหงในกระปอง (Wt. dry soil; sW ) ......................... กรม

2.7 ความชนของตวอยางดน (Moisture Content; w) ......................... %

2. การหาหนวยน าหนกรวม 1.1 น าหนกของวงแหวนตวอยาง (Wt. ring) ......................... กรม

1.2 น าหนกของวงแหวนตวอยางและตวอยางดน (Wt. ring + wet soil) ......................... กรม

1.3 น าหนกขอตวอยางดน (Wt. soil, W) ......................... กรม

1.4 ปรมาตรของตวอยางดน (Volume of soil, V) ......................... ซม3

1.5 หนวยน าหนกรวมของตวอยางดน (Total Unit Weight, ) ......................... ตน/ม3

1.5 หนวยน าหนกแหงของตวอยางดน (Dry Unit Weight, d) ......................... ตน/ม3

3. รายการค านวณ

................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................



การทดสอบเพอประเมนคาความถวงจ าเพาะของดน TEST FOR SPECIFIC GRAVITY OF SOILS

1. บทน า

มวลดนธรรมชาตประกอบไปดวยเมดดนจ านวนมากรวมตวกนอยเปนมวลดน เมดดนแต

ละเมดมก าเนดมาจากหนชนดเดยวกน หรอตางชนดกน หรอโครงสรางภายในผานการเปลยนแปลงโดยขบวนการทางเคมทแตกตางกน ท าใหเมดดนแตละเมดมคาความถวงจ าเพาะ หรอ specific gravity ไมเทากน ดงนนเมอเมดดนจ านวนมากมารวมตวกนเปนมวลดนจงจ าเปนทจะตองมคาความถวงจ าเพาะของมวลดนนนคาหนง โดยก าหนดขนจากคาเฉลยของคาความถวงจ าเพาะของเมดดนทงหมดในมวลดนนน เพอน าไปใชในการค านวณประเมนคาคณสมบตทางกายภาพ และวเคราะหผลการทดสอบทางวศวกรรมอนๆของมวลดนนนตอไป อนง ค าวา คาความถวงจ าเพาะ ในต ารา Soil Mechanics ทวไป จะใชศพทภาษาองกฤษวา specific gravity แตในต าราบางเลม จะใชค าวา relative density แทนในความหมายเดยวกน ซงอาจท าใหเกดความสบสนได เนองจากค าวา relative density น ไดมการน าไปใชโดยมความหมายตางๆกนอกหลายกรณ


เพอใหนกศกษาไดเรยนร ท าความเขาใจ และฝกปฏบตการทดสอบเพอประเมนคาความ

ถวงจ าเพาะ ของมวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนขนาดเลกกวา 4.75 มม. รวมไปถงการค านวณทเกยวของ

3. เอกสารอางอง 3.1 มาตรฐาน ASTM D 854 Standard Test Method for Specific Gravity of Soils 3.2 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 100 Standard Method of Tests for Specific Gravity of Soils 3.3 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377:1975 TEST 6 Determination of the Specific Gravity of Soil Particles 3.4 BOWLES, J.E. (1992) "Engineering Properties of Soils and their Measurement " McGraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No.7

CE 372 Lab. No. 2 page 9

4. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ คาความถวงจ าเพาะหรอ specific gravity ของวสดใดๆ ตามหลกการทางฟสกส เปนคา

อตราสวนระหวาง ความหนาแนนของวสดนน กบความหนาแนนของน าบรสทธทอณหภม 4OC หรอ

GS s = 4w

s

=

4ws

s 1x

VW

……………….. (2.1)

เมอ GS เปนคาความถวงจ าเพาะของวสด ซงในทน เปนเมดดนในมวลดนคละ

S เปนคาความหนาแนนของเมดดนในมวลดนคละ W4 เปนคาความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม 4OC WS เปนมวลรวมของเมดดนในมวลดนคละภายใตการพจารณา VS เปนปรมาตรรวมของเมดดนในมวลดนคละทมมวล WS นน

ในการหาคาความถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดนคละ มวลรวมของเมดดน (WS) จะหาไดจากการชงน าหนกมวลดนแหงทใชท าการทดสอบ สวนปรมาตรรวม (VS) หาไดโดยการน ามวลดน WS นน ไปแทนทน าบรสทธในขวดหาคาความถวงจ าเพาะ (pycnometer) ซงเปนขวดทมปรมาตรคงท น าหนกน าบรสทธในขวดหาคาความถวงจ าเพาะทถกมวลดนคละแทนท (WWT) ซงมอณหภม TOC ใดๆ จะมปรมาตร VWT เทากบปรมาตรของมวลดนคละทใชท าการทดสอบ (VS) โดยท

VWT = wT

wTW

= VS ……………….. (2.2)

เมอ VWT เปนปรมาตรของน าบรสทธทมมวล WWT ทอณหภม TOC

WWT เปนมวลของน าบรสทธทอณหภม TOC ทถกแทนทโดยมวลดนคละ WS WT เปนความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม TOC

เมอน า VS จากสมการท 2.2 ไปแทนคาในสมการท 2.1 จะได

GS = wT

wT

4w

sW

xW

……………….. (2.3)

ในหนวยระบบ METRIC และระบบ SI W4 มคา = 1.000 g/cc ดงนน สมการท 2.3 จงเขยนไดเปน

GS =

wT

swT W

W ……………….. (2.4)


คาความถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดนคละทค านวณไดโดยใชสมการท 2.4 นเปนคาความถวงจ าเพาะทอางองกบคาความหนาแนนมวลของน าบรสทธทอณหภม 4OC ตามสมการท 2.1 แตตามมาตรฐาน ASTM D 854 และ BOWLES (1992) ก าหนดใหประเมนคาความถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดนคละ โดยอางองกบคาความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม 20OC (W20) ดงนน เมอทดสอบตามมาตรฐาน ASTM จงแกไขสมการ 2.1 เปน

GS s = 20w

s

=

20ws

s 1x

VW

……………….. (2.5)

ซงจะท าใหสมการท 2.3 เขยนไดเปน

GS = wT

wT

20w

sW

xW

และ GS =

wT

s

20w

wTWW

……………….. (2.6)

อนง วธการทดสอบทจะกลาวถงตอไปน เปนวธการทก าหนดไวเพอประเมนคาความ

ถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนขนาดเลกกวา 4.75 มม. หรอมวลดนคละทสามารถรอนผานตะแกรง ASTM No.4 ไดทงหมด (BRITISH STANDARD ก าหนดใหใชวธการทดสอบนกบมวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนทมขนาดเลกกวา 2.00 มม.) ในกรณทมวลดนคละประกอบไปดวยเมดดนขนาดตางๆ ทงใหญกวาและเลกกวา 4.75 มม. ใหรอนมวลดนคละดงกลาวผานตะแกรง ASTM No.4 เสยกอน มวลดนคละสวนทรอนผานตะแกรง No.4 (เลกกวา 4.75 มม.) ใหทดสอบโดยวธการทก าหนดไวในทน สวนของมวลดนคละทคางบนตะแกรง No.4 (ใหญกวา 4.75 มม.) ใหทดสอบโดยวธอนทก าหนดไวโดยเฉพาะส าหรบมวลคละหยาบ เชน ASTM C 127 หรอ AASHTO T 85 เปนตน

5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ

5.1 ตวอยางดนแหงรอนผานตะแกรง ASTM No.40 หนกประมาณ 50 กรม 5.2 ขวดหาคาความถวงจ าเพาะ ในทนใช volumetric flask ความจ 500 ml พรอมจกปดขวด 5.3 น ากลนทไลอากาศออกแลว 5.4 กระบอกตวง (measuring cylinder) ความจ 500 cc 1 ใบ 5.5 อปกรณใหความรอน และน าเยน (หรอ น าแขง) 5.6 เทอรโมมเตอร อานคาไดในชวง 0OC ถง 50OC และอานไดละเอยดถง 1OC 5.7 เครองชงไฟฟา ชงไดละเอยดถง 0.01 กรม 5.8 เตาอบ ควบคมอณหภมใหคงทไดท 105OC - 110OC


6. วธการทดสอบ ขนตอนการทดสอบแบงออกเปน 2 สวน คอ สวนแรก เปนการประเมนน าหนกของขวดหาคา

ความถวงจ าเพาะทใชในการทดสอบในขณะทมน าเตมขวด ณ อณหภมตางๆ (WaT) การทดสอบสวนนเรยกวา pycnometer calibration หรอ volumetric flask calibration หลงจากไดขอมลนแลว จงน าขวดหาคาความถวงจ าเพาะใบเดยวกนน ไปใชทดสอบประเมนคาความถวงจ าเพาะของมวลดนคละทก าหนดให ตอไป

6.1 การทดสอบเพอ calibrate ขวดหาคาความถวงจ าเพาะ

6.1.1 น าขวดหาคาความถวงจ าเพาะ หรอ volumetric flask ทจะใชในการทดลองมาลางใหสะอาด เชดใหแหง น าไปชงน าหนกพรอมจกขวด บนทกน าหนกไวเปน Wf แลวเตมน ากลนใหเตมถงระดบเครองหมายทคอขวด น าขวดไปใหความรอน จนน าเดอดนานประมาณ 10 นาท เพอไลฟองอากาศออกจากน ากลน

6.1.2 ตงขวดทงไวใหอณหภมลดลง (อาจน าขวดไปแชในถงน าเยน เพอชวยใหอณหภมลดลงไดเรวขน) ตรวจสอบอณหภมน าในขวดดวยเทอรโมมเตอร จนอณหภมลดลงเหลอประมาณ 32OC

6.1.3 ถาระดบน าในขวดอยต ากวาระดบเครองหมายทคอขวด ใหเตมน ากลนจนถงระดบเครองหมายแลวปดจกขวดเชดรอบขวดภายนอกใหแหง น าไปชงน าหนกใหไดละเอยดถง 0.01 กรม แลวบนทกไวเปนคา WaT

6.1.4 จมเทอรโมมเตอรลงไปในน าในขวด อานคาอณหภมน าทระดบตางๆในขวดอยางรวดเรว น ามาหาคาเฉลย แลวบนทกไวเปนคา TOC

6.1.5 ตงขวดทงไวหรอแชในถงน าเยนเพอใหอณหภมลดลงตอไปอก 6.1.6 ทดสอบซ าข นตอนท 6.1.3 ถง 6.1.5 เมอน าในขวดมอณหภมประมาณ 28OC, 24OC, 20OC,

และ 16OC (หรอใกลเคยง) ใหไดขอมลไมต ากวา 4 คา 6.1.7 น าขอมลเขยนเปนกราฟความสมพนธระหวาง น าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน า

เตม (WaT) กบ อณหภมน าในขณะนนๆ (TOC)

6.2 การทดสอบเพอประเมนคาความถวงจ าเพาะของเมดดน 6.2.1 น าตวอยางดนแหง หนกประมาณ 50 กรม ผสมกบน ากลนประมาณ 150 - 200 ml

ในกระบอกตวง เขยาใหเมดดนแตกตวในน ากลนอยางทวถง 6.2.2 เทน าดนจากกระบอกตวงใสขวด volumetric flask ท calibrate ไวแลว ใชน ากลนฉดลางน า

ดนจากกระบอกตวง ลงไปในขวดใหหมด แลวเตมน ากลนใหไดประมาณ 2 ใน 3 ของขวด 6.2.3 ท าการไลฟองอากาศในสวนผสม โดยใหความรอนจนเดอดประมาณ 10 นาท แลวเตมน า

กลนทไลอากาศแลวลงไปจนเตมถงระดบเครองหมายทคอขวด 6.2.4 ตงขวดทงไวหรอน าไปแชในน าเยน ใหอณหภมลดลงเหลอประมาณ 28OC 6.2.5 ตรวจดวาระดบน าในขวดอยทระดบเครองหมายบนคอขวด ปดจกขวดใหสนท เชดรอบขวด

ภายนอกใหแหง น าไปชงน าหนกแลวบนทกไวเปนคา WbT 6.2.6 วดอณหภมน าดนทระดบตางๆในขวด 3-4 ระดบอยางรวดเรวทนทหลงจากชงน าหนกตาม

ขอ 6.2.5 เสรจ น ามาหาคาอณหภมเฉลยแลวบนทกไวเปนคา TOC


6.2.7 ทดสอบซ าข นตอนท 6.2.4 ถง 6.2.6 เมออณหภมของน าดนในขวดลดลงเหลอประมาณ 25OC 22OC และ 20OC ตามล าดบ หรอทอณหภมใดๆทใกลเคยง ใหไดขอมลการทดสอบจ านวน 4 คา

6.2.8 เทน าดนทงหมดในขวดลงใสถาดสะอาดทช งน าหนกและจดหมายเลขไวแลว ใชน ากลนฉดลางเมดดนจากขวดลงไปในถาดใหหมดสน

6.2.9 น าถาดน าดนเขาเตาอบจนแหง แลวน าถาดดนไปชงน าหนกเพอหาน าหนกดนแหง (WS) ทใชในการทดสอบครงน

7. การค านวณผลการทดสอบ

น าขอมลทไดจากการทดสอบมาค านวณประเมนคาความถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดน

คละ โดยพจารณาจากสมการท 2.4 ก าหนดให WaT เปนน าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะเมอมน าเตมทอณหภม TOC และ เมอน าขวดดงกลาว ไปใสเมดดนแหง มมวล WS แลวเตมน าใหเตมขวดทอณหภม TOC ขวดนจะมน าหนก WbT หากสมมตวา เอาเมดดน WS ใสลงไปในขวดทมน าเตมอยแลวซงมน าหนก WaT มวลรวมของขวด ดน และ น า ในทน จะเปน Wt หรอ

Wt = WaT + WS ……………….. (2.7)

แตเนองจากท าการทดสอบโดยใชขวดทมปรมาตรคงททอณหภม TOC ดงนน มวลของน าทถกแทนทดวยเมดดน (WWT) จะเปนมวลของน า ทมปรมาตรเทากบปรมาตรของเมดดน ทใชท าการทดสอบทอณหภม TOC โดยท

WWT = Wt - WbT ……………….. (2.8) ดงนน เมอน าคา Wt จากสมการท 2.7 มาแทนคาลงในสมการท 2.8 จะได

WWT = WaT + WS - WbT ……………….. (2.9) และเมอน าสมการท 2.9 ไปแทนคาในสมการท 2.4 จะได

GS = bTsaT

swT

WWW

W

……………… (2.10)

ในกรณทท าการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM น าสมการท 2.9 ไปแทนคาในสมการท 2.6 จะได

GS = bTsaT

s

20w

wTWWW

W

……………… (2.11)


โดยท GS เปนคาความถวงจ าเพาะของเมดดนในมวลดนทท าการทดสอบ WT เปนความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม TOC อานคาไดจากตารางท 2.2 W20 เปนความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม 20OC WS เปน น าหนกดนแหงทใชในการทดสอบ WaT เปนน าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน าเตม ณ อณหภม TOC ซงอานคาไดจาก

กราฟความสมพนธท plot จากการ calibrate ขวดหาคาความถวงจ าเพาะ WbT เปนน าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน าผสมเมดดนบรรจอยเตมขวดทอณหภม TOC

สมการท 2.10 และ สมการท 2.11 เปนสมการทใชค านวณคาความถวงจ าเพาะของเมดดนจากผลการทดสอบตามวธการทก าหนดไวในการทดสอบน อนง จากการทดสอบนจะค านวณไดคาความถวงจ าเพาะของเมดดนตวอยางเดยวกน 4 คา ใหพจารณาความเชอถอไดของผลการทดสอบโดยค านวณหาอตราสวนระหวาง คาความถวงจ าเพาะสงสด และ คาความถวงจ าเพาะต าสดทประเมนไดจากการทดสอบน หากอตราสวนดงกลาวมคาไมเกน 1.02 หรอ

s

s

GMinimum

GMaximum < 1.02 ……………… (2.12)

หรอ คาทสงทสดและต าทสดของคาความถวงจ าเพาะททดสอบได มความแตกตางกนไมเกน 2% ถอไดวา ผลทดสอบดงกลาวอยในเกณฑทเชอถอได ใหค านวณหาคาความถวงจ าเพาะของตวอยางดนดงกลาวเพยงคาเดยว โดยหาคาเฉลยของคาความถวงจ าเพาะทง 4 คาทประเมนไดนน หากผลการค านวณในสมการท 2.12 มคามากกวา 1.02 ใหท าการทดสอบใหม จนกวาจะไดผลเปนทเชอถอได 8. บทวเคราะหวจารณ

จากวธการและผลการทดสอบ ใหพจารณาวาจะตองระมดระวงอะไรบางในระหวางการ

ทดสอบ เพอทจะ ชวยไมใหเกดความผดพลาดของผลการทดสอบ และจากคาความถวงจ าเพาะของเมดดนทประเมนไดจากการทดสอบครงน ตวอยางดนทใชท าการทดสอบ นาจะมลกษณะ และองคประกอบทางเคมอยางไร หรอเปนหนชนดใด

9. ขอมลเพมเตมเกยวกบการทดสอบน

9.1 น าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน าเตม (WaT) ทอณหภม TOC ใดๆ สามารถค านวณไดจาก

ผลการ calibrate เพยงคาเดยว โดยในขนตอนท 6.1.2 ปลอยใหน าในขวดมอณหภมลดลงจนอยระหวาง 22OC - 18OC แลวเตมน าใหเตม ปดจก น าไปชงน าหนก ตามขนตอนท 6.1.3 บนทกไวเปนคา WaTi แลววดอณหภมตามขนตอนท 6.1.4 ไดคาอณหภม เปน T i

OC น าขอมลนไปค านวณโดยใชสมการท 2.13


WaT = ffaTiwTi

wT WWW

……………… (2.13)

เมอ WaT เปนน าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน าเตม ทอณหภม TOC ใดๆ WaTi เปนน าหนกขวดหาคาความถวงจ าเพาะทมน าเตม ทอณหภม iOC WT เปนความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม TOC ใดๆ WTi เปนความหนาแนนมวลของน าบรสทธ ทอณหภม T f

OC Wf เปนน าหนกของขวดหาคาความถวงจ าเพาะทใช calibrate ทช งน าหนกไวตาม

ขนตอน 6.1.1

9.2 มวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนหลายขนาด ทงเมดหยาบและเมดละเอยด ใหน ามวลดนคละนนเขาเตาอบจนแหง แลวใชคอนยางทบใหเมดดนแยกแตกตวออกจากกน น ามวลดนคละไปรอนผานตะแกรง ASTM No.4 (หรอ No.10 แลวแตกรณ) แลวน าไปทดสอบตามวธการตามทกลาวมาแลว ส าหรบมวลคละสวนทคางบนตะแกรง ใหน าไปทดสอบประเมนคาความถวงจ าเพาะดวยวธการทดสอบทก าหนดไวเปนการเฉพาะส าหรบมวลดนหยาบ หลงจากนน ใหน าผลการประเมนคาความถวงจ าเพาะของมวลคละทง 2 สวน มาค านวณเปนคาความถวงจ าเพาะเฉลยของมวลคละทงหมด โดยวธเฉลยน าหนก คอ

GS(av) =

2S1S G100P

G100R

1 ……………… (2.14)

เมอ GS(av) เปนคาความถวงจ าเพาะเฉลยของมวลดนคละทงตวอยาง R เปนรอยละโดยน าหนกของมวลดนคละสวนทเมดดนใหญกวา 4.75 มม. P เปนรอยละโดยน าหนกของมวลดนคละสวนทเมดดนเลกกวา 4.75 มม. GS1 เปนคาความถวงจ าเพาะของมวลดนคละสวนทเมดดนใหญกวา 4.75 มม. GS2 เปนคาความถวงจ าเพาะของมวลดนคละสวนทเมดดนเลกกวา 4.75 มม.

9.3 มวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนทมขนาดเลกกวา 4.75 มม. ทงหมด (หรอ เลกกวา 2.00 มม. ทงหมด แลวแตกรณ) จะใชตวอยางดนทอบแหงแลวหรอจะใชตวอยางดนทมความชนตามธรรมชาตมาท าการทดสอบกได กรณทใชตวอยางดนทมความชน มวลดนชนทใชในการทดสอบควรมน าหนกเพมขนมากกวาทระบไวส าหรบดนแหงเลกนอย หลงจากท าการทดสอบแลว จงน าตวอยางดนทใชในการทดสอบมาอบแหง เพอหาน าหนกดนแหงทใชท าการทดสอบในภายหลง

9.4 การผสมตวอยางดนกบน ากลนโดยเฉพาะตวอยางดนเหนยวเมดละเอยดทมความชนตามธรรมชาต จะตองกวนผสมใหเมดดนแยกแตกตวออกจากกนในน ากลนใหไดมากทสด โดยใชเครองปนผสมดนแบบใบพดทงน เพอปองกนมใหมฟองอากาศหลงเหลออยในชองวางระหวางเมดดนทยงเกาะตวเปนกอนในสวนผสมนน


9.5 ในการทดสอบเพอประเมนคาความถวงจ าเพาะของเมดดน เพอใชประกอบการค านวณผลการทดสอบอนใดๆ ใหใชมวลดนคละทมลกษณะ คณสมบต และการกระจายของขนาดของเมดดนเชนเดยวกบตวอยางดนทใชท าการทดสอบนนๆ ทงน เพอใหสามารถน าคาความถวงจ าเพาะทประเมนได ไปใชค านวณรวมกบผลการทดสอบนนๆไดอยางถกตอง

ตารางท 2.1 คาความถวงจ าเพาะของน าทอณหภมตางๆ OC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 20 30 40

0.9999 0.9997 0.9982 0.9957 0.9922

0.9999 0.9996 0.9980 .09954 0.9919

1.0000 0.9995 0.9978 0.9951 0.9915

1.0000 0.9994 0.9976 0.9947 0.9911

1.0000 0.9993 0.9973 0.9944 0.9907

1.0000 0.9991 0.9971 0.9941 0.9902

1.0000 0.9990 0.9968 0.9937 0.9898

0.9999 0.9988 0.9965 0.9934 0.9894

0.9999 0.9986 0.9963 0.9930 0.9890

0.9998 0.9984 0.9960 0.9926 0.9885

ตารางท 2.2 ความหนาแนนมวลของน าบรสทธทอณหภมตางๆ อณหภม Mass Density of Water

(wT) ในหนวย (g/cc) Correction Factor K = (WT/W20) C OF

4 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

32.0 64.4 66.2 68.0 69.8 71.6 73.4 75.2 77.0 78.8 80.6 82.4 84.2 86.0

1.000 0000 0.998 6244 0.998 4347 0.998 2343 0.998 0233 0.997 8019 0.997 5702 0.997 3286 0.997 0770 0.996 8156 0.996 5451 0.996 2652 0.995 9761 0.995 6780

1.0004 1.0002 1.0000 0.9998 0.9996 0.9993 0.9991 0.9989 0.9986 0.9983 0.9980 0.9977 0.9974

@@@@@@@@@@@@@@@@

CE 372 Lab. No.2 page 15

น ำหนก (Wf) กรม

ทดสอบครงท 1 2 3 4 5 6

อณหภมน ำ (degree C)

น ำหนกขวด + น ำเตมขวด; (WaT) (กรม)

ทดสอบครงท 1 2 3 4 5

(กรม)

(degree C)

(กรม)

(กรม)

(กรม)

(กรม)

PYCNOMETER CALIBRATION CHART

หมำยเลขขวด ถ.พ.

น ำหนกดนแหงทใชทดสอบ; (Ws)

คำปรบแก K ทอณหภม T

SPECIFIC GRAVITY; (Gs)

เครองหมายถาดอบตวอยางน าดน

เฉลยคำ SPECIFIC GRAVITY

PYCNOMETER CALIBRATION

SPECIFIC GRAVITY DETERMINATION

น ำหนกขวด + น ำ + ตวอยำงดน; (WbT)

อณหภม; (T)

น ำหนกขวด + น ำเตมขวด; (WaT)

น ำหนกถำด + ดนแหง

น ำหนกถำด


EXPERIMENT No. 2

SPECIFIC GRAVITY TEST

ชอ-สกล ………………………......................................……….…… รหส .................................. ตอนท .......... กลมท ................ วนทดสอบ ........................................

250

251

252

253

254

255

256

257

258

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

(น ำห

นกขวด

+ น ำเตมขวด

) (W

aT) (กรม

)

อณหภม (T) (degree C)



การทดสอบเพอประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละ โดยวธรอนผานตะแกรง

PARTICLE SIZE ANALYSIS OF SOILS (MECHANICAL METHOD : SIEVE ANALYSIS)

1. บทน า มวลดนโดยทวไปประกอบไปดวยเมดดนขนาดตางๆปนกนอยในปรมาณทแตกตางกน การ

บงชชนดของมวลดนใดๆตามหลกวชาการ จ าเปนจะตองใชปรมาณของเมดดนขนาดตางๆทประกอบกนขนเปนมวลดนนน เปนขอมลเบองตนในการจ าแนกชนดและประเภทของมวลดน นอกจากนนปรมาณของเมดดนขนาดตางๆในมวลดน ยงใชเปนขอมลพนฐานประกอบการศกษาวเคราะห เพอประเมนคณสมบตทางกายภาพและคณสมบตทางวศวกรรมของมวลดนนนๆ เชน ความหนาแนนและความพรนของมวลดน คณสมบตการไหลซมของน าผานมวลดน เปนตน และยงใชเปนขอก าหนดทส าคญในการคดเลอกวสดดนทจะน าไปใชในงานกอสรางตางๆอกดวย ในการทดสอบน จะกลาวถงการประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละทประกอบไปดวยเมดดนขนาดใหญกวา 0.075 มม. ซงเปนการทดสอบดวยวธกล (mechanical method) โดยการรอนมวลดนคละ ผานชดตะแกรงทมชองเปดขนาดตางๆกน หรอเรยกโดยทวไปวา sieve analysis 2. วตถประสงคของการทดสอบ

เพอใหนกศกษาไดเรยนรวธการทดสอบ เพอประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนทมอยใน

มวลดนคละ โดยการรอนผานตะแกรง ทงวธรอนแบบแหง และวธลางน า รวมไปถงการค านวณและ แสดงผลการทดสอบ ในรปของ particle size distribution curve หรอ grading curve 3. เอกสารอางอง

3.1 มาตรฐาน ASTM C 136 Standard Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates 3.2 มาตรฐาน ASTM C 117 Standard Test Method for Materials Finer than 75 (No.200) Sieve in Mineral Aggregates

by Washing 3.3 มาตรฐาน ASTM D 422 Standard Method for Particle-Size Analysis of Soils


3.4 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 27 Standard Method of Test for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates 3.5 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 11 Standard Method for Amount of Material Finer than 75 Sieve in Aggregate 3.6 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 88 Standard Method of Particle Size Analysis of Soils 3.7 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377:1975 TEST 7(A) และ 7(B) Determination of the Particle Size Distribution

(A) Standard Method by Wet Sieving (B) Standard Method by Dry Sieving

3.8 BOWLES, J.E. (1992) “Engineering Properties of Soils and Their Measurement” McGraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No.5 3.9 HEAD, K.H. (2006) “Manual of Soil Laboratory Testing” Volume 1 : Soil Classification and Compaction Tests CRC Press, Taylor & Francis Group; Third Edition 2006 3.10 DAS, B.M. (2002) “Soil Mechanics Laboratory Manual” Oxford University Press; Sixth Edition 2002 3.11 LIU, C. and EVETT, J.B. (1997) “Soil Properties: Testing, Measurement, and Evaluation” Prentice-Hall Inc.; Third Edition 1997.


ในมวลดนคละใดๆ เมดดนทประกอบขนเปนมวลดนจะมรปรางลกษณะแตกตางกนไป เมดดนทเกดจากการสลายตวของหนโดยการผกรอนทางกายภาพ จะมรปรางลกษณะเปนกอนกลมหรอมเหลยมมมโดยรอบ ขณะทเมดดนซงเกดขนจากการผกรอนโดยขบวนการทางกายภาพและมการเปลยนแปลงทางเคมเกดขนภายในโครงสรางของเมดดน จะมการสลายตวเปนเมดดนขนาดเลก รปรางลกษณะเปนแผนแบน ดงนนค าวาขนาดของเมดดน หรอ particle size หรอ grain size จงเปนการระบขนาดของเมดดนโดยสมมตใหเมดดนมลกษณะเปนอนภาครปทรงกลม ดงนน ขนาดหรอ diameter ของเมดดน จงถอวาเปนขนาดเสนผาศนยกลางเทยบเทา (equivalent diameter) กบเสนผาศนยกลางของอนภาครปทรงกลมทมลกษณะทางกายภาพเทาเทยมกน ในกรณของดนเมดหยาบทม equivalent diameter ใหญกวา 75 หรอ 0.075 มม. ซงท าการคดแยกขนาดโดยการรอนผานตะแกรง ขนาดของเมดดนจะเปรยบเทยบไดจากขนาดของชองเปดรปสเหลยมจตรสของตะแกรงรอนดน ทใชในการคดแยกขนาดของเมดดนโดยถอวา เมดดนทสามารถลอดผานชองเปดของตะแกรงขนาดใดๆได จะเรยกเมดดนดงกลาววา มขนาดเลกกวาขนาดของชองเปดของตะแกรงนน ถาลอดผานไปไมได กถอวาเมดดนดงกลาวมขนาดใหญกวาขนาดชองเปดของตะแกรงนน ในการคดแยกขนาดของเมดดนในมวลดนคละ จะใช


ตะแกรงรอนดนหลายอน แตละอนจะมขนาดชองเปดของตะแกรงแตกตางกนไป ในการทดสอบแตละครง ผทดสอบจะก าหนดจ านวนตะแกรง และขนาดชองเปดของตะแกรงแตละอนทใช โดยพจารณาจากลกษณะของมวลดนคละ และความละเอยดของขอมลทตองการจากการทดสอบเปนเกณฑ การจดล าดบตะแกรงทดสอบ จะซอนตะแกรงทมชองเปดขนาดใหญกวาไวขางบน เรยงล าดบตามขนาดของชองเปดตะแกรงจากใหญไปเลกเมอเทมวลดนคละลงบนตะแกรงอนบนสดของชดตะแกรง เมดดนจะรอนผานชองเปดของตะแกรงขนาดตางๆจากบนลงลาง จนถงตะแกรงทมขนาดชองเปดเลกกวาเมดดน เมดดนนนกจะคางอยบนตะแกรงดงกลาว เชน เมดดนรอนลงไปคางอยบนตะแกรง No.20 ทมขนาดชองเปด 0.85 มม. หากตะแกรงสดทายทเมดดนรอนผานลงไปได เปนตะแกรง No.10 ทมขนาดชองเปด 2.00 มม. กกลาวไดวา เมดดนนนมขนาดเมดดน (particle size, particle diameter, grain size, หรอ grain diameter) เลกกวา 2.00 มม. แตใหญกวา 0.85 มม. เปนตน

การทดสอบเพอคดขนาดและประเมนปรมาณของเมดดนขนาดตางๆในมวลดนคละโดยวธ

รอนผานตะแกรง จะน ามวลดนคละอบแหงทเตรยมไวมารอนผานชดตะแกรง แลวบนทกขอมลน าหนกดนแหงทคางบนตะแกรงแตละอน น าขอมลมาค านวณหาปรมาณมวลคละทรอนผานตะแกรงแตละอน เปนคารอยละของน าหนกมวลดนคละอบแหงทใชท าการทดสอบ และเมอใชขนาดชองเปดของตะแกรง เปนขนาดเทยบเทาของเมดดน กสามารถรายงานผลการทดสอบไดเปนคา percentage finer หรอ percentage passing หรอเรยกกนโดยทวไปวา percent finer ซงเปนคาบอกปรมาณเมดดนในมวลดนคละทสามารถรอนผานตะแกรงแตละขนาดได โดยระบเปนคารอยละโดยน าหนกของมวลดนแหงทใชท าการทดสอบทเมดดนมขนาดเลกกวาขนาดชองเปดของตะแกรงใดๆ หลงจากนน น าผลทดสอบไป plot เปนกราฟความสมพนธระหวางคา percentage finer บน natural scale กบ ขนาดเทยบเทาของเมดดน (particle diameter หรอ grain diameter) บน logarithmic scale ในกระดาษกราฟ semi-log กราฟความสมพนธนเรยกวา particle size distribution curve หรอ grading curve รปรางลกษณะของ grading curve ของมวลคละใดๆ นอกจากจะใชบงชปรมาณของเมดดนขนาดตางๆทมอยในมวลดนคละนนแลว ยงสามารถแสดงใหเหนไดวาสวนผสมของเมดดนในมวลดนคละนนมลกษณะเปน poorly graded (uniform graded หรอ gap graded) หรอเปน well graded soils โดยพจารณาจากคาสมประสทธทค านวณไดจาก grading curve 2 คา คอ คาสมประสทธแหงความสม าเสมอ (Coefficient of Uniformity, CU) และสมประสทธแหงความโคง (Coefficient of Curvature, CC หรอ CZ) grading curve นน โดยท

CU = 10

60DD

……………….. (3.1)

CZ = 1060

230DD

D ……………….. (3.2)

เมอ D10 เปนขนาดของเมดดน ทรอยละ 10 โดยน าหนกของมวลดนคละนน มขนาดเลกกวา D30 เปนขนาดของเมดดน ทรอยละ 30 โดยน าหนกของมวลดนคละนน มขนาดเลกกวา D60 เปนขนาดของเมดดน ทรอยละ 60 โดยน าหนกของมวลดนคละนน มขนาดเลกกวา

ในกรณทมวลดนคละ มเมดดนขนาดเลกกวา 0.075 มม. ซงจดเปนเมดดนประเภท silt และ

clay ปนอยมากพอสมควร การใชตวอยางดนอบแหงรอนผานตะแกรงโดยตรงตามวธทเรยกวา การรอนแบบแหง


หรอ dry sieving จะใหขอมลทผดไปจากความเปนจรงไดมาก เพราะเมดดนขนาดเลกจะยดเกาะจบกนเปนกอนไมสามารถเคลอนทผานชองเปดรตะแกรงขนาดเลกได ท าใหการรอนมวลดนคละเมดละเอยดอบแหงผานตะแกรงไดผลผดไปจากความเปนจรง เพราะจะแสดงผลวามดนเมดหยาบอยในมวลคละเปนปรมาณมาก ในกรณเชนน จ าเปนตองทดสอบโดยการน ามวลดนคละไปลางน าผานตะแกรง ซงเรยกวาวธ wet sieving หรอ wash sieving ซงน าจะท าหนาทเปนตวกลาง แยกเมดดนทเกาะกนอยออกเปนกอนเมดดนทมขนาดเลกลงพอทจะท าใหเมดดนเคลอนตวผานชองเปดรตะแกรงทใชลางตวอยางดนนนลงไปไดโดยสะดวก ชวยใหผลการทดลองถกตองมากขน การลางเมดดนผานตะแกรง ปกตจะลางตวอยางมวลดนคละตะแกรง ASTM No.200 (75) หลงจากลางดนเมดละเอยดผานตะแกรงไปหมดแลว น ามวลคละสวนทคางบนตะแกรงดงกลาวซงเปนดนเมดหยาบประเภท ทราย และ กรวด ไปอบใหแหง แลวจงน าไปรอนผานชดตะแกรงทมชองเปดขนาดใหญโดยวธ dry sieving ตอไป 5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ

5.1 มวลดนคละอบแหงหนกไมนอยกวา 1000 กรม (เมดดนขนาดใหญทสดในมวลคละ ควรมขนาดไมต ากวา 3/8 นว หรอ 9.5 มม.)

5.2 ตะแกรงรอนดนมาตรฐาน ASTM จ านวน 1 ชด ประกอบไปดวยตะแกรงขนาดชองเปด 3/4 นว, 1/2 นว, 3/8 นว, No.4, No.10, No.20, No.40, No.100, และ No.200 พรอมทงถาดรองชดตะแกรง (pan) และฝาปด

5.3 ตะแกรงรอนดน ASTM ขนาดชองเปด No.200 แบบขอบสง (wash sieve) 1 อน 5.4 เครองสนชดตะแกรง 5.5 คอนยางทบดน และ ทตกดน อยางละ 1 อน 5.6 แปรงท าความสะอาดตะแกรง 1 อน 5.7 เตาอบควบคมอณหภมใหคงทได 5.8 เครองชง ชงไดละเอยดถง 0.1 กรม 5.9 ถงพลาสตกส าหรบผสมน าดน 1 ใบ 5.10 ถาดใสน าดนเขาเตาอบได ความจไมนอยกวา 1500 cc 1 ใบ


ส าหรบการทดสอบในเรองนจะท าการทดสอบตอเนองกนไป โดยใชทงวธลางดนผานตะแกรง และ วธรอนแหงโดยใชเครองสนชดตะแกรง มข นตอนการทดสอบดงตอไปน

6.1 น าถาดอะลมเนยมทเตรยมไวมาบนทกหมายเลขและชงน าหนก 6.2 ชงและบนทกน าหนกมวลดนคละอบแหงทเตรยมไว (ประมาณ 1000 - 1200 กรม) 6.3 น ามวลดนไปใสถงพลาสตก เทน าสะอาดใสลงไปพอประมาณ แลวกวนใหเมดดนแตกตวออกจากกน 6.4 เทน าดนจากถงลงในตะแกรง No.200 แบบขอบสงอยางชาๆ ระวงอยาใหน าดนไหลลนหรอหกออก

นอกขอบตะแกรง หากมการอดตนของชองเปดของแผนตะแกรง ใชมอกวนมวลดนบนแผนตะแกรง เพอเปดทางใหน าและเมดดนไหลผานชองเปดของแผนตะแกรงไดโดยสะดวก น าและเมดดนทไหลผานตะแกรงไปแลวใหทงไป


6.5 ใชน าลางเศษดนจากถงลงไปในตะแกรงใหหมด แลวฉดน าลงไปในตะแกรงเบาๆเพอลางเมดดนขนาดเลกออกจากมวลคละ และใหไหลผานชองเปดของตะแกรงลงไปจนเหลอแตเมดดนทมขนาดใหญกวา คางอยบนตะแกรง ซงจะเหนไดจากน าทไหลผานตะแกรงออกมา จะเปนน าใสและไมมเมดดนปนอย

6.6 เทมวลดนคละทคางอยบนตะแกรงลงในถาดอะลมเนยมทเตรยมไว ใชน าลางเมดดนจากตะแกรงลงในถาดใหหมด น าถาดน าดนเขาเตาอบ ทงไว 18-24 ชวโมงจนแหง แลวเอาถาดดนแหงออกจากเตาอบ น าไปชงน าหนกเพอค านวณหาน าหนกดนแหงทหายไปจากการลางผานตะแกรง No.200

6.7 น าชดตะแกรงทเตรยมไวมาท าความสะอาด อยาใหมเมดดนตดคางอยในชองเปดของตะแกรง น าตะแกรงแตละอนไปชงน าหนกแลวบนทกไว จดตะแกรงเรยงซอนกนโดยใหตะแกรงทมชองเปดขนาดใหญกวาอยขางบน ตะแกรงอนลางสดจะเปนตะแกรง No.200 และ pan ตามล าดบ

6.8 เทมวลดนคละอบแหงทเหลอจากการลางในขอ 6.6 ลงไปในชดตะแกรง แลวปดฝาชดตะแกรง น าชดตะแกรงไปวางบนเครองสน ยดชดตะแกรงเขากบเครองสนใหมนคง ถาจ านวนชนของตะแกรงมากเกนไปใหรอนมวลคละดวยมอผานตะแกรงหยาบอนบนสด เรยงล าดบลงมาจน กวาจะสามารถยดชดตะแกรงทเหลอเขากบเครองสนได เปดเครองสนชดตะแกรงทงไวประมาณ 10 นาท

6.9 น าชดตะแกรงออกจากเครองสนแลวเขยาชดตะแกรงดวยมออกชวระยะเวลาหนง เพอใหแนใจวา เมดดนไดสมผสกบแผนตะแกรงอยางทวถงและใหเมดดนมโอกาส ลอดผานชองเปดของตะแกรงไดมากทสด

6.10 น าตะแกรงพรอมเมดดนทคางบนตะแกรงแตละอน รวมทงเมดดนในถาดรองรบเมดดน (pan) ไปชงน าหนกแลวบนทกไว น าขอมลทไดจากการทดสอบทงหมดไปท าการค านวณ


7.1 ค านวณหาน าหนกดนแหงทลางผานตะแกรง No.200 จากการ wash sieving 7.2 ค านวณหาน าหนกดนแหงทคางในตะแกรงแตละอนจากการรอนแหง (dry sieving) 7.3 น าหนกดนแหงคางใน pan จะเปนน าหนกดนแหงจากการรอนผานตะแกรง No.200 โดยวธ dry

sieving รวมกบน าหนกดนทหายไปจากการลางผานตะแกรง No.200 (wash sieving) 7.4 รวมน าหนกดนแหงทคางบนตะแกรงทกอนและใน pan แลวเปรยบเทยบกบน าหนกมวลดนคละทใช

ท าการทดสอบ (น าหนกทช งไดในขนตอนท 6.2) หากผดไปมากกวา 1 % ใหทดสอบใหม 7.5 ค านวณน าหนกของมวลดนแหงทคางบนตะแกรงแตละอน และใน pan คดเปนรอยละของน าหนก

มวลดนแหงทใชทดสอบ โดยใชน าหนกมวลดนคละรวมทค านวณไดในขนตอนท 7.3 เปนตวหาร ผลการค านวณขนตอนนเรยกวา percent retained

7.6 ค านวณคารอยละทคางสะสม หรอ cumulative percent retained ซงเปนผลบวกของคารอยละทคาง (percent retained) บนตะแกรงแตละอนทกอน ทอยเหนอตะแกรงนนขนไป เชน cumulative percent retained ของตะแกรง No.4 จะเปนผลบวกของ percent retained บนตะแกรง 1/2 นว, 3/8 นว, และ 1/4 นว ตามล าดบ

7.7 ใหค านวณหาคารอยละโดยน าหนก ของมวลดนแหงทเมดดนมขนาดเลกกวาชองเปด ของตะแกรงใดๆ (percentage finer หรอ percentage passing) โดยใชคา cumulative percent retained ของตะแกรงนนๆ ลบออกจาก 100


7.8 แสดงผลการทดสอบในรปของ particle size distribution curve บนกระดาษกราฟ semi-log โดยใชคาขนาดชองเปดของตะแกรงแตละอน เปนคา particle size, plot ลงบน log scale และ plot คา percentage finer จากผลการค านวณแตละตะแกรง ลงบน linear scale

7.9 ถาเปนไปไดใหอานคา D60, D30, และ D10 จาก particle size distribution curve ดงกลาว แลวค านวณหาคา Coefficient of Uniformity (CU) และคา Coefficient of Curvature (CC หรอ CZ) ของมวลดนคละตวอยางน

8. บทวเคราะหวจารณ

ใหพจารณาผลการทดสอบและผลการค านวณ แลวใหขอคดเหนเกยวกบวธการทจะชวยใหผลการทดสอบมความถกตองเปนทเชอถอได และมความสมบรณมากยงขน หลงจากนน ใหแสดงขอคดเหนและวจารณ เกยวกบ ลกษณะชนด และคณสมบตทางวศวกรรม ของมวลคละทใชท าการทดสอบ มาใหมากทสดเทาทจะสามารถวเคราะหได 9. ขอมลเพมเตมเกยวกบการทดสอบน

9.1 การคดเลอกตวอยางดนเพอท าการทดสอบ ใหใชวธการตามทก าหนดไวโดย มาตรฐาน ASTM C 702 หรอ มาตรฐาน AASHTO designation T 248; Standard Methods for Reducing Field Samples of Aggregate to Testing Size ซงวธการดงกลาว มวตถประสงคทจะแบงตวอยางมวลดนคละทน ามาท าการทดสอบออกเปนสวนยอย โดยพยายามใหตวอยางดนแตละสวน มลกษณะการกระจายของเมดดนคงทเทาเทยมกนทกประการ การแบงตวอยางมวลดนคละโดยวธการทกลาวถงน นยมใชอปกรณทเรยกวา riffle sample splitter หรอเรยกโดยทวไปวา split-box ดงแสดงไวในรปท 3.1 หรออาจใชวธการคลกเคลาแลวแบงสวน ตามทแสดงไวในรปท 3.2 กได

9.2 ตะแกรงรอนดนทจดหามาใชท าการทดสอบไดโดยทวไป มขนาดเสนผาศนยกลางของขอบตะแกรงหลายขนาดเพอการเลอกใชตามความเหมาะสม ตะแกรงทนยมใชสวนใหญ ขอบตะแกรงมเสนผาศนยกลาง 8 นว ถาตวอยางมวลดนคละทจะท าการทดสอบมปรมาณมาก ควรเลอกใชตะแกรงทขอบตะแกรงมขนาดเสนผาศนยกลางใหญขน หรอแบงมวลดนคละออกท าการรอนและบนทกขอมลหลายครง แลวเอาขอมลทงหมดมารวมท าการค านวณ ทงนเพราะหากท าการรอนดนปรมาณมากในครงเดยว โดยใชตะแกรงขนาดเลกทมความจและพนทของแผนตะแกรงนอย จะมเมดดนคางบนตะแกรงแตละอนเปนปรมาณมาก อาจลนตะแกรงได และเมดดนททบถมอยบนเมดดนอนในสวนบนของตะแกรง จะไมมโอกาสไดสมผสกบแผนลวดตะแกรง จงไมสามารถทดสอบประเมนขนาดทแทจรงของเมดดนเหลานนไดท าใหผลการทดสอบผดไปจากความเปนจรงไดมาก

9.3 การรอนดนผานชดตะแกรงทประกอบไปดวยตะแกรงหลายอน ชดตะแกรงอาจมความสงเกนกวาทจะตดตงเขากบเครองสนได ในกรณเชนนจ าเปนจะตองตดตอนชดตะแกรงออกท าการทดสอบทละสวน แตละ สวนรองรบไวดวย pan โดยเรมจากชดตะแกรงหยาบกอน แลวน าดนทรอนผานลงไปอยใน pan ไปรอนผานชดตะแกรงทละเอยดกวาตอไปจนครบตามจ านวนตะแกรงทตองการ


ก. RIFFLE SAMPLE SPLITTER ขนาดชองเปดใหญ ส าหรบมวลดนคละเมดหยาบ

ข. RIFFLE SAMPLE SPLITTER ขนาดชองเปดเลก ส าหรบมวลดนคละเมดละเอยด

รปท 3.1 อปกรณทใชท าการแบงตวอยางมวลดนคละเปนสวนยอย (RIFFLE SAMPLE

SPLITTER หรอ SPLIT-BOX)


ก. QUARTERING มวลดนคละเมดละเอยดบนผนผาใบ

ข. QUARTERING มวลดนคละเมดหยาบบนพนแขงผวเรยบ

รปท 3.2 การแบงตวอยางมวลดนคละเปนสวนยอย โดยวธ QUARTERING


9.4 การประเมนลกษณะสวนผสมของเมดดนในมวลดนคละใดๆ วามลกษณะสวนผสมเปนประเภท well graded หรอ poorly graded จะพจารณาไดจากคา Coefficient of Uniformity, CU และคา Coefficient of Curvature, CZ ของมวลดนคละนนๆ โดยอาศยหลกเกณฑดงน

- ในกรณของทราย หรอมวลดนเมดละเอยด มวลดนคละมลกษณะสวนผสมของเมดดนเปน well graded เมอ CU มคามากกวา 6 และ CZ มคาระหวาง 1 ถง 3

- ในกรณของมวลดนคละทมกรวดเปนหลก มวลดนคละมลกษณะสวนผสมของเมดดนเปน well graded เมอ CU มคามากกวา 4 และ CZ มคาระหวาง 1 ถง 3

หากคา CU และ CZ ของมวลดนคละใดๆไมเปนไปตามขอก าหนดทระบไวน มวลดนคละดงกลาว จะมลกษณะสวนผสมของเมดดนเปนประเภท poorly graded โดยท มวลดนคละจะมลกษณะสวนผสมของเมดดนเปนแบบ uniform graded คอเมดดนสวนใหญในมวลคละมขนาดใกลเคยงกน เมอ CU มคานอยกวา 4 และ มวลดนคละจะมลกษณะสวนผสมของเมดดนเปนแบบ gap graded คอ มเมดดนบางขนาดอยนอยมาก หรอขาดหายไปจากมวลดนคละนน เมอ CZ มคาต ากวา 1 หรอ สงกวา 3 มาก

9.5 มาตรฐาน ASTM C 136 และ AASHTO T 27 ก าหนดปรมาณทเหมาะสมของมวลดนคละทใชทดสอบไวดงตอไปน

- มวลคละทสามารถรอนผานตะแกรงขนาด 2.36 มม. (No. 8) ไดมากกวา 95 % ใหใชวสดทดสอบมปรมาณไมนอยกวา 100 กรม

- มวลคละทสามารถรอนผานตะแกรงขนาด 4.75 มม. (No. 4) ไดมากกวา 85% และคางบนตะแกรงขนาด 2.36 มม. (No. 8) มากกวา 5 % ใหใชวสดในการทดสอบมปรมาณไมนอยกวา 500 กรม

- มวลคละทประกอบไปดวยเมดดนทมขนาดใหญกวาทกลาวมาแลว ปรมาณมวลดนคละทใชในการทดสอบขนอยกบ nominal maximum size ของมวลดนคละนน ตามทระบไวในตารางท 3.1 ซง nominal maximum size ในทน เปนขนาดชองเปดของตะแกรงทเลกทสด ทเมดดน ทงหมดในมวลดนคละนน สามารถลอดผานไปไดโดยไมมเมดดนตกคางบนตะแกรงเลย

ตารางท 3.1 ปรมาณทเหมาะสมของมวลดนคละทใชในการทดสอบ

NOMINAL MAXIMUM SIZE ใชมวลคละทดสอบ มน าหนกไมนอยกวา 9.5 มม. หรอ 3/8 นว 12.5 มม. หรอ 1/2 นว 19.0 มม. หรอ 3/4 นว 25.0 มม. หรอ 1 นว

37.5 มม. หรอ 1 1/2 นว 50.0 มม. หรอ 2 นว

1 กโลกรม 2 กโลกรม 5 กโลกรม 10 กโลกรม 15 กโลกรม 20 กโลกรม


ตารางท 3.2 ขนาดชองเปดของตะแกรงรอนดนตามมาตรฐาน ASTM SIEVE

No. OPENING

(mm) SIEVE

No. OPENING

(mm) SIEVE

No. OPENING

(mm) 4 in. 100.0 No. 4 4.75 No. 40 0.425 3 in. 75.0 No. 5 4.00 No. 45 0.355

2 1/2 in. 63.0 No. 6 3.35 No. 50 0.300 2 in. 50.0 No. 7 2.80 No. 60 0.250

1 3/4 in. 45.0 No. 8 2.36 No. 70 0.212 1 1/2 in. 37.5 No. 10 2.00 No. 80 0.180 1 1/4 in. 31.5 No. 12 1.70 No. 100 0.150

1 in. 25.0 No. 14 1.40 No. 120 0.125 3/4 in. 19.0 No. 16 1.18 No. 140 0.106 5/8 in. 16.0 No. 18 1.00 No. 170 0.090 1/2 in. 12.5 No. 20 0.85 No. 200 0.075 3/8 in. 9.5 No. 25 0.71 No. 230 0.063 5/16 in. 8.0 No. 30 0.60 No. 325 0.045 1/4 in. 6.3 No. 35 0.50 No. 400 0.038

ตารางท 3.3 ขนาดชองเปดของตะแกรงรอนดนมาตรฐานองกฤษเดม (B.S. Sieve)

SIEVE No.

OPENING (mm)

SIEVE No.

OPENING (mm)

SIEVE No.

OPENING (mm)

No. 5 3.353 No. 22 0.699 No. 100 0.152 No. 6 2.812 No. 25 0.599 No. 120 0.124 No. 7 2.411 No. 30 0.500 No. 150 0.104 No. 8 2.057 No. 36 0.422 No. 170 0.089 No. 10 1.676 No. 44 0.353 No. 200 0.076 No. 12 1.405 No. 52 0.295 No. 240 0.066 No. 14 1.204 No. 60 0.251 No. 300 0.053 No. 16 1.003 No. 72 0.211 No. 18 0.853 No. 85 0.178


ตารางท 3.4 ขนาดชองเปดของตะแกรงรอนดนมาตรฐานองกฤษปจจบน (B.S. Sieve) SIEVE

No. OPENING

(mm) SIEVE

No. OPENING

(mm) SIEVE

No. OPENING

(mm) 16.0 mm 16.0 2.00 mm 2.00 250 m 0.178 13.2 mm 13.2 1.70 mm 1.70 212 m 0.212 11.2 mm 11.2 1.40 mm 1.40 180 m 0.180 9.50 mm 9.50 1.18 mm 1.18 150 m 0.150 8.00 mm 8.00 1.00 mm 1.00 125 m 0.125 6.70 mm 6.70 850 m 0.850 106 m 0.106 5.60 mm 5.60 710 m 0.710 90 m 0.089 4.75 mm 4.75 600 m 0.600 75 m 0.075 4.00 mm 4.00 500 m 0.500 63 m 0.063 3.35 mm 3.35 425 m 0.425 53 m 0.053 2.80 mm 2.80 355 m 0.355 45 m 0.045 2.36 mm 2.36 300 m 0.300 38 m 0.038

@@@@@@@@@@@@@@@@@


เครองหมายถาดใสตวอยางดน

น าหนกถาด + ดนแหง (กรม)

น าหนกถาดใสตวอยางดน (กรม)

น าหนกดนแหงทใชทดสอบ (กรม)

(กรม)

ตะแกรง ขนาดชองเปด น าหนก น าหนก CumulativeASTM แผนตะแกรง ตะแกรง น าหนก ดนแหง Percent Percent Percent

No. (ขนาดเมดดน) + ดนแหง ตะแกรง คางบน Retained Retained Finer(D) ตะแกรง

(มม.) (กรม) (กรม) (กรม) (%) (%) (%)

1 in. 25.0

3/4 in. 19.0

1/2 in. 12.5

3/8 in. 9.50

No. 4 4.75

No. 10 2.00

No. 20 0.850

No. 40 0.425

No. 100 0.150

No. 200 0.075

Pan ------

รวม

น าหนกดนแหงทหายไปจากการทดสอบ กรม Percent Error %

Note:

น าหนกดนแหงสวนทลางผานตะแกรง No.200

ขอมลตวอยางดน

น าหนกดนแหงคางใน Pan = (น าหนกดนแหงคางใน Pan จากการรอนแหง) + (น าหนกดนแหงสวนทลางผานตะแกรง No.200)


EXPERIMENT No. 3

SIEVE ANALYSIS

ชอ-สกล ………………………......................................…………….…… รหส .................................. ตอนท .......... กลมท ................ วนทดสอบ ........................................

เมอเตรยมตวอยาง

กอนน าไปลางผานตะแกรง

หลงจากลาง

ผานตะแกรง No. 200



การทดสอบเพอประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนเมดละเอยด โดยวธไฮโดรมเตอร

PARTICLE SIZE ANALYSIS OF FINE GRAINED SOILS HYDROMETER METHOD

1. บทน า

การประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละเมดละเอยดโดยวธกลจะไมสามารถ

กระท าได เนองจากเมดดนประเภท silt และ clay มขนาดเลกมากและเมดดนมแรงยดเหนยวดงดดซงกนและกน หรอ cohesion ท าใหเมดดนเกาะตดกนเปนกอนดนทมความมนคงสง การทบมวลดนคละดวยคอนยาง ไมสามารถท าใหเมดดนแยกตวออกจากกนเปนเมดดนอสระจนหมดสนได เมอน ามวลดนคละนนไปรอนผานตะแกรงโดยวธกล จงท าใหเมดดนคางอยบนตะแกรงทมชองเปดขนาดใหญกวาขนาดทแทจรงของเมดดนแตละเมด นอกจากนน เมดดนทมขนาดเลกมาก มคา specific surface สง สามารถดงดดตดอยกบเสนลวดแผนตะแกรง ท าใหเกดการอดตนของแผนตะแกรงไดงาย ดวยเหตผลเหลาน ท าใหผลทดสอบแสดงปรมาณเมดดนคางอยบนตะแกรงทมชองเปดขนาดเลก มปรมาณมากกวาความเปนจรง อกทง การผลตแผนตะแกรงทมชองเปดขนาดเลกมาก (ขนาดเลกกวา 0.038 มม หรอ 38 microns) ยอมไมไดผลด ยากแกการควบคมขนาดชองเปดของตะแกรงใหคงทไดมาตรฐาน และยากตอการดแลรกษา แผนตะแกรงมกจะเกดอดตนระหวางการทดสอบและเกดการช ารดเสยหายไดงาย ดงนน การประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละเมดละเอยด จงตองเปลยนไปใชวธการทางเคม โดยใชสารเคมทมคณสมบตท าลายแรงดงดดระหวางเมดดนผสมเขากบมวลดนคละเพอชวยใหเมดดนขนาดเลก แยกตวออกจากกนเปนเมดดนอสระ หรอ ท าใหเมดดนอยในสภาพ deflocculation และอาศยกฎการตกตะกอนของอนภาครปทรงกลมในของเหลว หรอ Stokes’ Law ชวยในการประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละนน วธการทดสอบนเรยกวา Hydrometer Analysis หรอ Hydrometer Method ซงตามมาตรฐาน AASHTO และ ASTM ระบวาใชทดสอบกบมวลดนคละสวนทเมดดนมขนาดเลกกวา 0.075 มม. หรอ มวลดนสวนทรอนผานตะแกรง ASTM No.200 โดยทขอก าหนดตามกฏของ Stokes สามารถน าไปใชไดกบอนภาคทมขนาดเสนผาศนยกลางระหวาง 0.0002 มม. ถง 0.2 มม. (BOWLES, 1992)


เพอใหนกศกษาไดท าความเขาใจในทฤษฎ และเรยนรวธการทใชประเมนขนาดและปรมาณ

ของเมดดนในมวลดนคละเมดละเอยด โดยวธ Hydrometer Analysis ภายใตหลกการของ Stokes’ Law รวมถง


การค านวณ การวเคราะหผล และการรายงานผลการทดสอบในรปของ particle size distribution curve หรอ grading curve ใหสมพนธกบผลการทดสอบโดยวธรอนผานตะแกรงทไดด าเนนการทดสอบไปแลวกบตวอยางดนสวนทเปนมวลคละหยาบของตวอยางมวลดนคละเดยวกนน


3.1 มาตรฐาน ASTM D 422 Standard Method for Particle-Size Analysis of Soils 3.2 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 88 Standard Method of Particle Size Analysis of Soils 3.3 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377 : 1975 TEST 7 (D) Determination of the Particle Size Distribution : Subsidiary Method for Fine Grained Soils

(Hydrometer Method) 3.4 BOWLES, J.E. (1992) “Engineering Properties of Soils and Their Measurement” Mcgraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No.6 3.5 HEAD, K.H. (2006) “Manual of Soil Laboratory Testing” Volume 1 : Soil Classification and Compaction Tests CRC Press, Taylor & Francis Group; Third Edition 2006 3.6 DAS, B.M. (2002) “Soil Mechanics Laboratory Manual” Oxford University Press; Sixth Edition 2002

4. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ การทดสอบเพอประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละทประกอบไปดวยดนเมด

ละเอยดโดยวธการตกตะกอนน อาศยหลกการของ Stokes’ Law ซงระบวา การตกตะกอนของอนภาครปทรงกลมในของเหลวชนดเดยวกนใดๆ อนภาคทมขนาดเสนผาศนยกลางใหญ จะตกตะกอนไดเรวกวาอนภาคชนดเดยวกนทมขนาดเสนผาศนยกลางเลกกวา และความเรวของการตกตะกอนของอนภาค จะมความสมพนธแปรผนกบขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาคนน ดงนน ในการทดสอบเพอประเมนขนาดและปรมาณของเมดดนในมวลดนคละเมดละเอยดโดยวธน จงมวธการโดยสรป คอ น ามวลดนคละเมดละเอยดอบแหงมาละลายลงไปในน าทผสมสารเคม dispersing agent ไว เพอใหเกดการแตกตวของเมดดนเปนเมดดนอสระในกระบอกตวงหรอ measuring cylinder สารเคมทนยมใช เปน dispersing agent คอ สารละลาย sodium hexametaphosphate (NaPO3) เมอเตรยมน าดนผสมสารเคมแลว เขยาผสมใหเมดดนขนาดตางๆกระจายไปอยางสม าเสมอตลอดความลกของกระบอกตวงแลวตงกระบอกตวงทงไวเพอใหเกดการตกตะกอนของเมดดน ความขนขนของน าดนในสวนบนของกระบอกตวงจะคอยๆลดลง เนองจากเมดดนในสวนบนของกระบอกตวงเคลอนทตกตะกอนไปสสวนลางของกระบอกตวงมากขนตลอดเวลา โดยเมดดนทมขนาดใหญจะตกตะกอนไปกอน และเมดดนขนาดเลก


จะเคลอนทตกตะกอนตามลงไปดวยอตราความเรวทชากวา เมดดนทคางอยในน าสวนบนของกระบอกตวงจะเปนเมดดนทมขนาดเลกลง และมปรมาณนอยลง ตลอดเวลาทผานไปหลงจากเรมตนการทดสอบ ปรมาณเมดดนทม อยในน าสวนบนของกระบอกตวง ณ เวลาใดๆ สามารถวดไดโดยใช hydrometer Model ASTM 152H ทจดท าขนโดยเฉพาะ อานคาปรมาณมวลสารทมเจอปนอยในน าปรมาตร 1000 ลบ.ซม. หรอ 1 ลตร จากขอมลดงกลาว จะน าไปค านวณไดวา ณ เวลาทผานไปใดๆ ยงมเมดดนเหลอลอยอยในน าสวนบนของกระบอกตวง เปนรอยละเทาใดโดยน าหนกของเมดดนทงหมดทใชในการทดสอบ และใช Stokes’ Law ค านวณไดวา ณ เวลาทผานไปนนๆ เมดดนทตกตะกอนไปแลวจากน าสวนบนของกระบอกตวง มขนาดเสนผาศนยกลาง หรอ particle size (particle diameter, grain size, หรอ grain diameter) เลกทสดเทาใด ท าใหประเมนไดวา มวลดนคละทใชในการทดสอบมเมดดนขนาดเลกกวา particle size ใด อยเปนรอยละเทาใดโดยน าหนก ของมวลดนคละทงหมด หรอ คา percentage finer นนเอง เมออานคาเกบขอมลการทดสอบ ณ เวลาตางๆหลายคา กจะไดคา percentage finer ส าหรบคา particle size ตางๆหลายขนาด สามารถน าไป plot เปน particle size distribution curve ได

กฎของ Stokes แสดงความสมพนธระหวางความเรวของการตกตะกอนของอนภาครปทรง

กลมในของเหลวใดๆ กบขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาครปทรงกลมนนดงตอไปน

v = 2

fs2D

92

……………….. (4.1)

เมอ v เปนความเรวของการเคลอนทตกตะกอนของอนภาครปทรงกลม มหนวยเปน cm/s D เปนขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาครปทรงกลม มหนวยเปน cm เปนคา absolute viscosity หรอ dynamic viscosity ของของเหลวตวกลางของ การตกตะกอน มหนวยเปน dyne.s/cm2 หรอ g/(cm.s) หรอ poise S เปนหนวยน าหนก (unit weight) ของอนภาคทตกตะกอน โดยท ws gργ และ ในหนวย SI สามารถเขยนไดเปน ss G7.980 เมอ GS เปนคา specific gravity ของอนภาคทตกตะกอน

f เปนหนวยน าหนกของของเหลวตวกลางการตกตะกอน แตในการทดสอบน ใชน า

กลนเปนของเหลวตวกลางการตกตะกอน ดงนน f จงเขยนแทนดวย w โดยท ww gργ และในหนวย SI สามารถเขยนไดเปน ww G7.980γ เมอ GWเปนคา specific gravity ของน า และมคาเปลยนแปลงไปตามอณหภม (ตารางท 4.1) สมการท 4.1 สามารถเขยนในรปแบบทเรยบเรยงใหม เพอใชประเมนคาขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาคทตกตะกอนได ดงน คอ

D = ws GG7.980

v18

……………….. (4.2)


ผลการวเคราะหโดยสมการท 4.2 น เปนทยอมรบไดเมออนภาคทตกตะกอน มขนาดเสนผาศนยกลางระหวาง 0.0002 มม.ถง 0.2 มม. และจะใชประเมนขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาคได จะตองมขอมลประกอบไปดวย คา และ คา GW ของน า ณ อณหภมทท าการทดสอบ ซงสามารถอานคาทงสองไดจากตารางท 4.1 สวนคา GS เปนคา specific gravity ของเมดดนซงประเมนไดจากการทดสอบทผานมาแลว และคา v เปนความเรวของการตกตะกอนของอนภาคหรอเมดดนในน า

Hydrometer ทใชในการทดสอบนเปน hydrometer มาตรฐาน ASTM MODEL No.152H ท

ท าขนโดยเฉพาะ ม scale ส าหรบอานคาเปนปรมาณมวลสารทเจอปนอยในน า ในหนวย g/litre คอ กรมของมวลสารหรอมวลดนทเจอปนอยในน าปรมาตร 1 ลตร hydrometer นม scale ทใชอานคาไดจาก 0 ถง 60 g/l ดงนน จงตองระมดระวงในการใชงานหากมปรมาณมวลสารเจอปนอยในน าเกนกวา 60g/l จะไมสามารถใช hydrometer นอานคาได ในการน า hydrometer นไปใชงาน เมอจม hydrometer ลงไปในน าดน hydrometer จะตองลอยตวอยไดโดยอสระ แลวท าการอานคาบนกาน hydrometer ณ จดทกาน hydrometer ตดกบระดบราบของผวน า คาทอานไดจะเปนคาปรมาณความเขมขนของเมดดนในน า ณ ระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ในหนวย กรมของเมดดน/ลตรของน าดน ดงนน เมอระยะเวลาทท าการทดสอบผานไปนานขน ปรมาณเมดดนทลอยอยในน าสวนบนของกระบอกตวงลดลง hydrometer กจะจมลกลงไปในน าดนไดมากขน พรอมๆกบคาทอานไดจะลดลงไปเรอยๆ ท าใหจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer จมลกลงไปจากระดบผวของน าดนทกขณะ ระยะ L ซงเปนระยะจากระดบราบของผวน าดนถงระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ณ เวลาทผานไปใดๆ มความส าคญทจะตองน ามาใชในการค านวณความเรวของการตกตะกอนของเมดดนในน าดนนน โดยท Stokes’ Law ถอวา อนภาคทผวน า เคลอนทตกตะกอนลงมาถงระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer เปนระยะทาง L (cm) ในเวลา t (s) ทผานไปหลงจากเรมการทดสอบ ดงนน อนภาคจะเคลอนทตกตะกอนดวยความเรว v โดยท

v = tL

ในหนวย cm/s ……………….. (4.3)

และเมอแทนคา v นลงในสมการท 4.2 พรอมทงเปลยนหนวยของเวลา (t) เปน นาท และเปลยนหนวยของขนาดเสนผาศนยกลางของอนภาค หรอ particle size (D) เปน มม. จะเขยนสมการท 4.2 ไดใหม เปน

D = t

LGG7.980

30

ws

……………….. (4.4)

หรอ D = tL

K ……………….. (4.5)

เมอ K เปนคาสมประสทธของการทดสอบ ซงเปน function ของคาความถวงจ าเพาะของเมดดน (GS) และคณสมบตของน า (GW และ ) ณ อณหภมทใชท าการทดสอบ (ตารางท 4.3) D เปนขนาดของเมดดนทเลกทสดทตกตะกอนผานจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ลง ไปแลว หลงจากการทดสอบผานไปเปนเวลา t ใดๆ มหนวยเปน มม. t เปนระยะเวลาทผานไป จากจดเรมอานคาการทดสอบ มหนวยเปน นาท


L เปนระยะความลก จากระดบราบของผวน าดนในกระบอกตวง ถงระดบจดศนยถวงของ กระเปาะ hydrometer ณ เวลา t ทผานไปนนๆ มหนวยเปน ซม.

หากก าหนดให L เปนระยะทางจากระดบราบของผวของเหลวลงไปถงระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ในของเหลวนนดงแสดงไวในรปท 4.1 จะเหนไดวาทกครงทคาทอานไดบนกาน hydrometer (hydrometer reading, R) เปลยนไป ระยะ L กจะเปลยนไปดวย แตความสมพนธระหวางคา L และคา R บนกานของ hydrometer แตละอนเปนความสมพนธทคงท สามารถประเมนไดโดยการ calibrate hydrometer ทจะใชไวลวงหนากอนท าการทดสอบ โดยอาศยสมการ

L =

c

b21 A

VL

21

L ……………….. (4.6)

เมอ L เปนระยะทางจากจด scale reading ใดๆ (คา R หนวย g/l) บนกาน hydrometer ถงระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer เมอ hydrometer นนลอยตวอยใน น าดน มหนวยเปน cm L1 เปนระยะทางจากจด scale reading ใดๆ (คา R หนวย g/l) บนกาน hydrometer ถงระดบ scale reading ทอยต าสดบนกาน hydrometer นน (ปกตจะเปน scale reading ท R = 60 g/l) มหนวยเปน cm L2 เปนระยะทางจากจด scale reading ทอยต าสดบนกาน hydrometer (ปกตจะเปนคา R = 60 g/l) ถงจดปลายสดของกระเปาะ hydrometer มหนวยเปน cm

Vb เปนปรมาตรของกระเปาะ hydrometer มหนวยเปน cc AC เปนพนทหนาตดภายในของกระบอกตวงความจ 1000 cc ทใชทดสอบการตกตะกอนของ เมดดน มหนวยเปน cm2

เมอพจารณาจากรปท 4.1 จะเหนไดวา ระยะจาก scale reading ทเปนคา R ใดๆ ลงไปถง

จดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer จะมคา L =

21 L21

L แตจากรปท 4.2 การน า hydrometer ไปจมลง

ในของเหลวในกระบอกตวง ปรมาตรของกระเปาะ hydrometer (Vb) จะไปแทนทของเหลวในกระบอกตวง เปน

ผลใหระดบผวของเหลวในกระบอกตวงสงขนจากระดบเดม เปนระยะ =

c

bAV

(ระดบเดมในทน คอ ระดบขด

แสดงปรมาตร 1000 cc ของกระบอกตวง) ท าใหจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer เคลอนทสงขนมาใน

กระบอกตวงเปนระยะทาง =

c

bAV

21

เมอเปรยบเทยบกบระดบทจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ควรจะ

วางตวอยใน ของเหลว หากระดบผวของของเหลวทรงตวอยทระดบเดม (ทขดแสดงปรมาตร 1000 cc) ในการประเมนความสมพนธระหวาง ระยะ L และคา hydrometer reading, R โดยสมการท 4.6 น จะถอวา กาน hydrometer สวนทจมลงไปแทนทของเหลวในกระบอกตวง มปรมาตรนอยมาก เมอเปรยบเทยบกบปรมาตรของ


รปท 4.1 ระยะตางๆบน HYDROMETER

รปท 4.2 ระยะ L เมอ HYDROMETER ลอยอยในของเหลว

กระเปาะ hydrometer (Vb) ดงนน จงสมมตใหการเปลยนแปลงของปรมาตรของเหลวสวนทถกแทนทดวยกาน hydrometer มคาเปนศนย ผลของการท า hydrometer calibration จะเปนเสนกราฟความสมพนธระหวางคา L และคา hydrometer scale reading, R ซงจะบอกใหทราบไดวา เมอ hydrometer ดงกลาวลอยตวอยในของเหลวทมอนภาคหรอเมดดนเจอปน และอานคา ณ จดทกาน hydrometer ตดกบระดบราบของผวของเหลว ไดเปนคา R ใดๆ จดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ในขณะนน จะอยลกจากระดบราบของผวของเหลวเปนระยะทาง L เทาใด เสนกราฟความสมพนธนจะมลกษณะเปนกราฟเสนตรง


การอานคา scale บนกาน hydrometer ทถกตอง จะตองเปนคาทระดบราบของผวของเหลวตดกบกาน hydrometer เสมอ แตโดยทวไปในระหวางการทดสอบ การอานคาจะเปนการอานทระดบ top of meniscus ทงนเนองจากแรงตงผวระหวางของเหลวกบกานของ hydrometer ท าใหจดตดของผวของเหลวกบกานhydrometer สงขนไปจากระดบราบของระดบผวของเหลวทแทจรง ดงแสดงไวในรปท 4.1 และการทของเหลวมความขนขน ท าใหไมสามารถมองผานของเหลวเขาไปอานคาบนกาน hydrometer ณ ระดบราบของผวของเหลว

ในกระบอกตวงได จงจ าเปนตองอานคาบนกาน hydrometer จากระดบ top of meniscus (Ra) แทนแลวน าคา Ra ทอานไดนมาท าการปรบแก โดยใชคา meniscus correction ซงประเมนไดโดยการน า hydrometer ดงกลาว ไปจมลอยตวในน าใส ท าใหสามารถอานคาบนกาน hydrometer ทงท top of meniscus และทระดบราบของผวน าไดอยางถกตอง ความแตกตางของคาทอานไดทงสองคา จะน ามาใชเปนคา meniscus correction ส าหรบใชการ

ปรบแกคา Ra ทอานไดในน าดน ใหเปนคา R ทถกตอง เพอน าไปประเมนคา L จาก calibration chart ตอไป หลงจากทประเมนขนาดเสนผาศนยกลาง หรอ particle size (D) ของเมดดนทตกตะกอนใน

ระยะเวลา t ใดๆทผานไปไดแลว จะสามารถประเมนปรมาณของเมดดนในมวลดนคละทมขนาดเลกกวา D ซงยงคงแขวนลอยอยในน าเหนอระดบจดศนยถวงของ hydrometer หลงจากระยะเวลา t ทผานไปดงกลาวเปนปรมาณรอยละโดยน าหนกของมวลดนคละทใชในการทดสอบ หรอ percentage finer than particle size D ไดจากสมการ

N =

s

c

W

Ra100 มหนวยเปน % ……………….. (4.7)

เมอ N เปนคา percentage finer than particle size D ณ เวลา t ใดๆ WS เปนน าหนกของมวลดนแหงในกระบอกตวงทใชท าการทดสอบในครงน มหนวยเปน กรม a เปน factor ทข นอยกบคา specific gravity ของเมดดน ประเมนไดจากสมการ

a = 1G65.2

G65.1

s

s

……………….. (4.8)

โดยท GS เปนคา specific gravity ของเมดดน และ a = 1.00 เมอ GS = 2.65 คา factor a น จะอานโดยตรงจากตารางท 4.4 กได RC เปนคา hydrometer reading ทถกตอง หลงจากปรบแกความคลาดเคลอนตางๆแลว

ความคลาดเคลอนของคา hydrometer reading (Ra) ทตองปรบแกใหเปนคาทถกตอง (RC) ในทน เปนผลมาจากมาจากอนภาคของสารเคม dispersing agent ทแตกตวแขวนลอยอยในน า อนภาคเหลานไมใชอนภาคของมวลดนคละทท าการทดสอบ ความคลาดเคลอนทเกดขนเปนผลให คา hydrometer reading ท

อานไดจากการทดลอง (Ra) แสดงปรมาณเมดดนทลอยตวอยในน ามากเกนความเปนจรง คาปรบแกความคลาดเคลอนดงกลาว เรยกวาคา zero correction หรอ CZ (BOWLES, 1992) ประเมนไดโดยการเตรยมกระบอกตวงบรรจน าผสม dispersing agent ในปรมาณเดยวกนและทอณหภมเดยวกนกบทใชท าการทดสอบกบมวลดน


คละ แลวจม hydrometer ลงไปลอยอยในสวนผสมดงกลาว อานคาบนกาน hydrometer ทระดบ top of meniscus จะไดคา CZ หากคาทอานไดอยระหวางชวง scale 0 ถง 60 g/l CZ จะมคาเปนบวก (+) แตถาอานคาไดนอยกวา 0 g/l CZ จะมคาเปนลบ (-) ความคลาดเคลอนของคา hydrometer reading อกสวนหนงเปนผลเนองมาจากอณหภมของน าดนในขณะทท าการอานคา ซง hydrometer ทใชท าการทดสอบน จะอานคาไดถกตองถาของเหลวทใชท าการทดสอบมอณหภม 20OC หากอณหภมทใชท าการทดสอบผดไปจากอณหภมมาตรฐาน 20OC คา

hydrometer reading (Ra) ทอานไดจะผดไปจากความเปนจรง คาปรบแกความคลาดเคลอนเนองจากผลของอณหภมน เรยกวา temperature correction หรอ CT เปนคาค านวณส าเรจดงแสดงไวในตารางท 4.2 ซงจะเหนไดวา เมออณหภมทท าการทดสอบต ากวา 20OC CT จะมคาเปนลบ (-) ถาอณหภมสงกวา 20OC CT จะมคาเปนบวก (+) โดยทวไปแลว การทดสอบจะด าเนนไปภายใตการควบคมอณหภมทคงทโดยวางกระบอกตวงน าดนและกระบอกตวงทใส dispersing agent ไวในอางน าควบคมอณหภมคงท (thermal bath) ตลอดการทดลอง แตอยางไรกตาม ในการทดสอบทตอเนองเปนระยะเวลานาน ควรจะท าการวดอณหภมของน าดนและน าผสม

dispersing agent ในกระบอกตวงทกๆครงทอานคา hydrometer (Ra) หลงจากทเรมตนท าการทดสอบไปแลวนานเกนกวาสองชวโมง คาปรบแกความคลาดเคลอนทงสองน น ามาใชปรบแกคา hydrometer reading (Ra) ใหเปนคาทถกตอง หรอ corrected hydrometer reading (RC) (BOWLES, 1992) ไดโดยใชสมการ

RC = Ra - CZ + CT ……………….. (4.9) โดยท าการ บวก และ ลบ ตามเครองหมาย และจะเหนไดวา การปรบแกครงน ไมมการปรบแกคา meniscus

error แตอยางใด ทงนเนองจากคา hydrometer reading (Ra) และคาปรบแก CZ เปนคาทอานจากระดบ top of meniscus ดวยกนทงค meniscus error ทเกดขน จงหมดไปโดยอตโนมต

การประเมนขนาดและปรมาณของเมดดน ในมวลดนคละเมดละเอยดโดยวธ hydrometer

analysis ตามทไดกลาวไปแลวนน สามารถสรปเพอความเขาใจเกยวกบการใชคา hydrometer reading, (Ra) ทอานไดจากการทดสอบดงตอไปน คอ เมอการทดสอบผานไปเปนระยะเวลา t (นาท) ใดๆ อานคา Ra บนกาน

hydrometer ทลอยตวอยในน าดนทระดบ top of meniscus คา Ra น น าไปปรบแก meniscus error ใหเปนคา R น าไปประเมนคา L จากกราฟความสมพนธทไดจากการท า hydrometer calibration เพอน าไปค านวณหาคา

particle size, D จากสมการท 4.5 หลงจากนน น าคา hydrometer reading, (Ra) ไปปรบแกความคลาดเคลอน CZ และ CT ตามสมการท 4.9 จะไดคา corrected hydrometer reading, (RC) น าไปใชในสมการท 4.7 ค านวณหาคา percentage finer หรอ รอยละโดยน าหนกของมวลดนคละทเมดดนมขนาดเลกกวา particle size, D ทไดค านวณไวแลวนน

อนง หากผลการทดสอบโดยวธ hydrometer analysis น เปนสวนหนงของการทดสอบเพอ

ประเมนปรมาณของเมดดนขนาดตางๆในตวอยางมวลดนคละ ทมท งดนเมดหยาบและดนเมดละเอยดปนกนอย ผลการทดสอบโดยวธ hydrometer analysis น ตองสามารถน าไปวเคราะหสมพนธกบผลการทดสอบกบสวนของมวลคละทเปนดนเมดหยาบ ซงไดท าการทดสอบโดยวธรอนผานตะแกรงไวกอนหนานแลวได คา N หรอ percentage finer than D ณ เวลา t ใดๆทค านวณไดโดยสมการท 4.7 ในทน เปนคารอยละโดยน าหนก เมอ


เปรยบเทยบกบน าหนกดนแหงเฉพาะทใชในการทดสอบ hydrometer analysis ซงเปนดนเมดละเอยดสวนทรอนจากมวลคละทงหมดผานตะแกรง ASTM No.200 มใชเปรยบเทยบกบน าหนกดนแหงของมวลดนคละทงตวอยาง ดงนน หากจะน าผลการทดสอบ hydrometer analysis นไป plot เปน particle size distribution curve รวมกบผลการทดสอบมวลดนคละโดยวธรอนผานตะแกรงทไดทดสอบไปกอนหนานแลว จ าเปนตองค านวณหาคา percentage finer เปนรอยละโดยน าหนก เมอเปรยบเทยบกบน าหนกมวลคละทงตวอยาง ซงจะค านวณไดจากสมการ

N/ = 200NX100N

มหนวยเปน % ……………… (4.10)

เมอ N/ เปนคา percentage finer than particle size D เมอเปรยบเทยบกบน าหนกของมวลดน คละทงตวอยาง N เปนคา percentage finer than particle size D เมอเปรยบเทยบกบน าหนกดนแหง เฉพาะทใชท าการทดสอบ hydrometer analysis ซงค านวณไดจากสมการท 4.7 N200 เปนคารอยละโดยน าหนกของมวลดนคละทงตวอยางทรอนผานตะแกรง ASTM No.200 ซงประเมนไดจากการทดสอบโดยวธรอน (หรอลาง) ผานตะแกรง 5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ

5.1 ตวอยางดนแหงรอนผานตะแกรง ASTM No.200 ประมาณไมนอยกวา 50 กรม แตไมเกน 60 กรม 5.2 กระบอกตวง (measuring cylinder) ขนาดความจ 1000 cc จ านวน 2 ใบ และ 500 cc จ านวน 1 ใบ 5.3 hydrometer model ASTM No. 152H 1 อน 5.4 เวอรเนย ขนาดวดระยะไดไมต ากวา 15 ซม. 1 อน 5.5 เทอรโมมเตอร มชวงวดอณหภม 0 ถง 50 OC อานคาไดละเอยดถง 1 OC 5.6 สารเคมทใชเปน dispersing agent ในปรมาณทตองการ 5.7 เครองปน (mixer) และอปกรณกวนผสมน าดน 1 ชด 5.8 อางน าควบคมอณหภมคงทได (thermal bath) 5.9 นาฬกาจบเวลา 1 เรอน 5.10 ถาดอะลมเนยมเขาเตาอบได มความจไมต ากวา 1500 cc 1 ใบ 5.11 เครองชงไฟฟา ชงไดละเอยดถง 0.01 กรม

6. วธการทดสอบ การทดสอบเรองนแบงเปน 2 สวน สวนแรกเปนการประเมนความสมพนธระหวางคา

hydrometer reading, R ทปรบแก meniscus error แลว กบ ระยะความลกจากระดบผวราบของของเหลวถง ระดบจดศนยถวงของกระเปาะ hydrometer ทลอยอยในของเหลว (L) ซงเรยกโดยทวไปวา การทดสอบ hydrometer calibration หลงจากนน จงทดสอบการตกตะกอนของเมดดน โดยใช hydrometer และกระบอกตวง 1000 cc ทไดท าการ calibrate รวมกนไวแลว


6.1 HYDROMETER CALIBRATION 6.1.1 ประเมนพนทหนาตดของกระบอกตวง 1000 cc (คา AC) ทจะใชทดสอบการตกตะกอนของ

เมดดน โดยใชเวอรเนย วดระยะระหวางขดบอกปรมาตร 500 cc และ 1000 cc บนกระบอกตวง ใหไดคามความละเอยดถง 0.01 ซม ซงปรมาตรภายในของกระบอกตวงในชวงระยะดงกลาว เทากบ 500 cc น าคาระยะทวดไดไปหารปรมาตร 500 ลบ.ซม. จะไดคาพนทหนาตดภายในของกระบอกตวง (AC)

6.1.2 น ากระบอกตวงความจ 500 cc ไปใสน าใหมปรมาตรประมาณ 400 cc อานคาระดบผวน าในกระบอกตวง เปน cc แลวเอา hydrometer ทจะท าการ calibrate จมลงไปจน scale reading ขดต าสดบนกาน hydrometer (ขด scale 60 g/l) อยทระดบผวน าพอด ใชมอจบ hydrometer ไวใหอยนง แลวอานคาระดบผวน าจาก scale ขางกระบอกตวงปรมาตรน าในกระบอกตวงทเปลยนแปลงไปเนองจากการแทนทของกระเปาะ hydrometer จะเปนคา

ปรมาตรของกระเปาะ hydrometer (Vb) 6.1.3 ใชเวอรเนย วดระยะ L2 จากขดต าแหนงคา scale reading ต าสดบนกาน hydrometer (ขด

scale 60 g/l) ลงไปถงจดปลายสดของกระเปาะ hydrometer 6.1.4 เลอก scale reading บนกาน hydrometer ท R = 0 g/l เปนคาแรก ใชเวอรเนยวดระยะ

L1 จากขดต าแหนงคา scale reading 0 g/l ลงไปถงขด scale reading ทอยต าสดบนกาน hydrometer (ขด scale 60 g/l)

6.1.5 วดระยะ L1 อก ตามวธในขอ 6.1.4 โดยเลอกขดคาบนกาน hydrometer ทคา scale reading R = 10, 20, 30, 40, และ 50 g/l ตามล าดบ

6.1.6 บนทกผลการวดระยะ พนท และ ปรมาตรทงหมดในหนวย cm, cm2, และ cc ตามล าดบ 6.1.7 น าขอมลทไดมาทงหมดไปค านวณ โดยสมการท 4.6 จะไดคา L เมอ R มคาตางๆ น าคา

L และ R แตละค ไป plot เปน hydrometer calibration curve

6.2 การทดสอบการตกตะกอนของเมดดน 6.2.1 เตรยมสารละลาย dispersing agent โดยใชสารเคม sodium hexametaphosphate หนก

40 กรม ละลายลงในน ากลน 1000 cc 6.2.2 น าตวอยางดนแหงรอนผานตะแกรง ASTM No.200 ประมาณ 50 กรม ใสลงในกระปอง

อะลมเนยมทใชกบเครองปน (mixer) ดงในรปท 4.3 ก. เตมน ากลนใหทวมตวอยางดน แลวใชสารละลาย dispersing agent ทเตรยมไวในขอ 6.2.1 ปรมาตร 125 cc เตมลงในกระปอง ใชเครองปน (mixer) กวนผสมใหเขากนเปนน าดน เทน าดนทกวนผสมแลวลงในกระบอกตวง 1000 cc ทใช calibrate hydrometer ในขอ 6.1 ใชน ากลนลางเมดดนจากกระปองเครองปนลงไปในกระบอกตวงใหหมด แลวปลอยทงไวให dispersing agent ท าปฏกรยากบเมดดนเปนเวลาประมาณ 16 ชวโมง เพอใหเมดดนแตกตวออกจากกน

6.2.3 หลงจากเมดดนแตกตวดแลว เตมน ากลนลงในกระบอกตวงใหไดปรมาตรน าดน 1000 cc แลวใชอปกรณกวนผสมน าดนในกระบอกตวง ดงในรปท 4.3 ข. กวนผสมใหเมดดนกระจายตวในกระบอกตวงอยางทวถง

6.2.4 ใชกระบอกตวงความจ 1000 cc ใบท 2 เตรยมสารเคมในปรมาณเทากบทใชผสมน าดน คอใชสารละลายทเตรยมขนในขนตอนท 6.2.1 ปรมาตร 125 cc แลวเตมน ากลนเพมใหได


ก. กระปองส าหรบกวนผสมน าดนดวยเครองปน

ข. ใบพดส าหรบกวนผสมน าดนในกระบอกตวง

รปท 4.3 อปกรณประกอบเครองปน (MIXER) และอปกรณกวนผสมน าดน


ปรมาตร 1000 cc พอด แลวน ากระบอกตวงไปแชไวในอางควบคมอณหภม (thermal bath) เพอใชเปน control cylinder

6.2.5 จม hydrometer ทได calibrate ไวแลว ลงในน าผสมสารเคมใน control cylinder อานคาทระดบ top of meniscus จะไดคา zero correction, CZ แลวมองผานของเหลวเขาไปอานคาบนกาน hydrometer ณ ระดบผวราบของของเหลว ความแตกตางระหวางคาทอานไดน กบคาทอานไดทระดบ top of meniscus จะเปนคา meniscus correction

6.2.6 วางกระบอกตวงทบรรจน าดน ลงในอางควบคมอณหภม กวนผสมน าดนตอไปจนกวาจะพรอมลงมอท าการทดสอบ ใชเทอรโมมเตอรวดอณหภมของน าดนในกระบอกตวงและในน าผสมสารเคมใน control cylinder จนอณหภมในกระบอกตวงทงสองมคาเทากนและคงท บนทกคาอณหภม (T OC) ไว

6.2.7 เมอพรอมทจะท าการทดสอบ ถอนอปกรณกวนผสมออกจากกระบอกน าดน แลวหยอน hydrometer ลงไปแทนพรอมกบเรมจบเวลา บนทกวนทและเวลา (time of day) ทเรมการ

ทดสอบ อานคาบนกาน hydrometer ทระดบ top of meniscus ซงเปนคา Ra เมอเวลาผานไป 0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 3, และ 4 นาท ตามล าดบ

6.2.8 ถอน hydrometer ออกจากกระบอกน าดน แลวกวนผสมน าดนในกระบอกตวงใหทวถง เมอพรอมแลว เรมทดสอบตามขนตอนท 6.2.6 อกครงหนง

6.2.9 เปรยบเทยบชดคา Ra ทอานไดในขนตอนท 6.2.8 น กบชดคาทอานไดในขนตอนท 6.2.7 ทผานมา ถาคาแตกตางกนมาก ใหกวนผสมน าดนเสยใหมใหทวถง แลวเรมทดสอบตาม

ขนตอนท 6.2.7 อกครง จนกวาชดคา Ra ในระยะเวลา 4 นาทแรก ในการทดสอบ 2 ครงตอเนองกน จะมคาใกลเคยงกน

6.2.10 เมอชดคา Ra เปนทยอมรบไดแลวใหอานคา Ra ทเวลา t ตางๆตอเนองกนไป เชน ทเวลา

6, 8, 10, 15, 30, 60......นาท ตามล าดบ จนกวาคา Ra จะลดลงเหลอประมาณ 20 g/l หรอ

เมอไดคา Ra มากพอทจะน าไปค านวณเพอ plot grading curve ไดโดยเหมาะสม 6.2.11 หลงจากการทดสอบผานไปนานเกนกวา 2 ชวโมงแลว ควรจะอานคาอณหภมของน าดนใน

กระบอกตวง ควบคไปกบการอานคา Ra ทกครง 6.2.12 ไมควรแช hydrometer ไวในน าดนนานเกนไป เพราะกระเปาะ hydrometer จะเปน

อปสรรคในการตกตะกอนของเมดดน และมเมดดนมาเกาะตดกบกระเปาะ hydrometer ท าให hydrometer มน าหนกเพมขน และจมลงไปในน าดนไดมากขน คาทอานไดกจะผดไปจากความเปนจรง ดงนน หลงจากอานคาทเวลา t = 4 นาทแลว ใหถอน hydrometer

ออกจากกระบอกน าดนหลงจากอานคาแลวทกครง น าไปแชไวใน control cylinder จนกวาพรอมทจะอานคาครงตอไป จงน า hydrometer กลบไปแชลงในกระบอกน าดนอกครง

6.2.13 เมอเสรจสนการทดสอบแลว เทน าดนจากกระบอกตวงใสถาดทช งน าหนกและจดหมายเลขไวแลว ใชน ากลนลางเมดดนจากกระบอกตวงลงไปในถาดใหหมด แลวน าถาดน าดนไปเขาเตาอบจนแหง แลวน าไปชงน าหนกเพอหาน าหนกดนแหงทใชในการทดสอบครงน (WS)

6.2.14 บนทกขอมลตางๆ ทเกยวของกบการทดลองนลงใน data sheet ใหครบถวน


ตารางท 4.1 คา SPECIFIC GRAVITY และ ตารางท 4.2 คาปรบแกความคลาดเคลอนVISCOSITY ของน า เนองจากอณหภม, CT

อณหภม oC

Gw VISCOSITY ของน า (POISES)

อณหภม oC

CORRECTION FACTOR, CT

4 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

1.00000 0.99897 0.99880 0.99862 0.99844 0.99823 0.99802 0.99780 0.99757 0.99733 0.99708 0.99682 0.99655 0.99627 0.99598 0.99568

0.01567 0.01111 0.01083 0.01056 0.01030 0.01005 0.00981 0.00985 0.00936 0.00914 0.00894 0.00874 0.00855 0.00836 0.00818 0.00801

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

- 1.10 - 0.90 - 0.70 - 0.50 - 0.30 0.00 + 0.20 + 0.40 + 0.70 + 1.00 + 1.30 + 1.65 + 2.00 + 2.50 + 3.05 + 3.80

ตารางท 4.3 คาสมประสทธ K ส าหรบใชในสมการท 4.5 อณหภม oC SPECIFIC GRAVITY ของเมดดน

2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0.0151 0.0149 0.0148 0.0145 0.0143 0.0141 0.140 0.0138 0.0137 0.0135 0.0133 0.0132 0.0130 0.0129 0.0128

0.0148 0.0146 0.0144 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136 0.0134 0.0133 0.0131 0.0130 0.0126 0.0127 0.0126

0.0146 0.0144 0.0142 0.0140 0.0139 0.0137 0.0135 0.0134 0.0132 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 0.0125 0.0124

0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0137 0.0135 0.0133 0.0132 0.0130 0.0129 0.0127 0.0126 0.0124 0.0123 0.0122

0.0141 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0133 0.0131 0.0130 0.0128 0.0127 0.0125 0.0124 0.0123 0.0121 0.0120

0.0139 0.0138 0.0136 0.0134 0.0133 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 0.0125 0.0124 0.0122 0.0121 0.0120 0.0118

0.0137 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123 0.0122 0.0120 0.0119 0.0118 0.0117

0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 0.0129 0.0127 0.0126 0.0124 0.0123 0.0122 0.0120 0.0119 0.0117 0.0116 0.0115


ตารางท 4.4 คา FACTOR a เมอเมดดนมคา SPECIFIC GRAVITY ตางๆ Gs 2.85 2.80 2.75 2.70 2.65 2.60 2.55 2.50 a 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.04

ตารางท 4.5 คา EFFECTIVE DEPTH, L ส าหรบ HYDROMETER มาตรฐาน 152H และกระบอกตวงมาตรฐานขนาด 1000 cc (จาก มาตรฐาน ASTM D 422)

Actual Reading R (g/l)

Effective Depth L (cm)







1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16.1 16.0 15.8 15.6 15.5 15.3 15.2 15.0 14.8 14.7 14.5 14.3 14.2 14.0 13.8

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

13.7 13.5 13.3 13.2 13.0 12.9 12.7 12.5 12.4 12.2 12.0 11.9 11.7 11.5 11.4

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

11.2 11.1 10.9 10.7 10.6 10.4 10.2 10.1 9.9 9.7 9.6 9.4 9.2 9.1 8.9

46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

8.8 8.6 8.4 8.3 8.1 7.9 7.8 7.6 7.4 7.3 7.1 7.0 6.8 6.6 6.5

หมายเหต : L1 = 10.5 cm. เมอ R = 0 g/litre และ L1 = 2.3 cm. เมอ R = 50 g/litre

7. การค านวณผลการทดสอบ 7.1 น าขอมลจากการทดสอบ hydrometer calibration มาค านวณหาคา L ส าหรบ R แตละคา โดยใช

สมการท 4.6 แลวน าผลทไดไป plot กราฟความสมพนธ ตามทก าหนดไวใน data sheet 7.2 จากการทดสอบการตกตะกอนของเมดดน ณ เวลาทผานไป t นาทใดๆ

7.2.1 น าคา hydrometer reading, Ra แตละคา ไปปรบแก meniscus error เปนคา R แลวอานคา L จาก calibration chart

7.2.2 อานคา CT จากตารางท 4.2 เมอทราบอณหภม (T OC) ขณะทอานคา Ra นนๆ 7.2.3 น าคาอณหภม (T OC) และ specific gravity ของเมดดน ไปอานคา K จากตารางท 4.3 แลว

ค านวณคา particle size (D) จากสมการท 4.5


7.2.4 ใชสมการท 4.9 ปรบแกคา hydrometer reading, Ra ใหเปนคา RC แลวค านวณหาคา percentage finer (N) โดยใชสมการท 4.7

7.2.5 หากตวอยางดนทใชในการทดสอบน เปนมวลคละสวนทรอนผานตะแกรง ASTM No. 200 ของตวอยางมวลคละทประกอบไปดวยดนทงเมดหยาบและเมดละเอยดใหค านวณหาคา percent finer than particle size, D เปนรอยละโดยน าหนกของมวลดนคละทงตวอยาง (N/) โดยใชสมการท 4.10 (ใชคา N200 จากการทดสอบเรองท 3)

7.3 ค านวณและ plot ตามขนตอนท 7.2 เมอเวลาผานไปเปนคา t ตางๆ จนครบตามทไดบนทกขอมลไว 7.4 น าคา particle size, D และ percent finer, N/ ทค านวณไดทงหมดไป plot ตอเนองจาก particle

size distribution curve ท plot ไวจากการรอนสวนทเปนมวลหยาบของมวลคละเดยวกนนผานตะแกรง (จากการทดสอบเรองท 3)


ใหเปรยบเทยบผลการทดสอบ hydrometer calibration กบตารางท 4.5 หลงจากนนให

พจารณาผลการทดสอบและผลการค านวณขนาดคละของเมดดน แลวสรปลกษณะของมวลดนคละทใชท าการทดสอบ และท าการบงชชนดของมวลดนคละน ในระบบตางๆมาเทาทจะสามารถท าได พรอมกบอธบายใหเหตผลประกอบการบงชดงกลาว หลงจากนน ใหพจารณาวธการทดสอบวา การทดสอบปฏบตข นตอนใดบางทตองเอาใจใสระมดระวง เพอมใหเกดความผดพลาดของขอมล


9.1 สารเคมทใชเปน dispersing agent มอยหลายชนดแตทนยมใชกนมาก เปนสารเคมทมช อผลตภณฑ

วา CALGON หรอ sodium hexametaphosphate (NaPO3) ความเขมขน 4% ซงเตรยมขนตามทกลาวไวในขอ 6.2.1 สารเคมอกชนดหนงทนยมน ามาใช คอ sodium silicate หรอเรยกทวไปวา water glass (Na2SiO3) ซงเตรยมขนโดยใชสารละลาย (Na2SiO3) เขมขน ประมาณ 0.5-1.0 ml ละลายในน า 125 ml ส าหรบใชท าการทดสอบดน 1 ตวอยาง ปรมาณสาร dispersing agent ตามทระบไวน อาจเปลยนแปลงได ขนอยกบชนดของดนทน ามาทดสอบ

9.2 การจม hydrometer ลงในน าดน ตองท าอยางระมดระวง โดยจบกาน hydrometer ใหอยใน แนวดง หยอนลงไปในน าดนเบาๆ การกระทบกระเทอนจะรบกวนการตกตะกอนของเมดดน และในขณะทดสอบตองระวงมใหกระบอกตวงใสน าดนไดรบความกระทบกระเทอนใดๆ ซงจะเปนผลกระทบตอการเคลอนทตกตะกอนของเมดดนในกระบอกตวงนน

@@@@@@@@@@@@@


(ตร.ซม.)

(ลบ.ซม.)

(ซม.)

Scale Reading

R(กรม/ลตร) (ซม.) (ซม.)

1 0

2 10

3 20

4 30

5 40

6 50

HYDROMETER CALIBRATION CHART

L1 LTEST No.

ระยะจากขด scale ต าสดถงปลาย hydrometer (L2)

พนทหนาตดภายในกระบอกตวง (Ac)

ปรมาตร hydrometer bulb (Vb)


EXPERIMENT No. 4.1

HYDROMETER CALIBRATION


Hydrometer ทใชทดสอบ No.

กระบอกตวง 1000 cc ทใชทดสอบ No.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

ระยะ

จากผ

วของ

เหลว

ถงศน

ยถวง

HYD

ROME

TER

(L)

(ซม.

)

HYDROMETER SCALE READING (R) (กรม/ลตร)


(%)

(cc) (กรม/ลตร)

(กรม) (กรม/ลตร)

คา คาท ปรบแก effective คา Grain ปรบแก

วน เวลา อณหภม ปรบแก อานได เปนคา depth K Size Ra เปน ตวอยาง มวลรวม

เดอน เวลา ผานไป T CT Ra R L จากตาราง D Rc N N'ป (นาท) (องศา C) (กรม/ลตร) (กรม/ลตร) (ซม.) ท 4.3 (มม.) (กรม/ลตร) (%) (%)

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.50

2.00

3.00

4.00

6.00

8.00

10.00

15.00

20.00

30.00

45.00

60.00

น าหนกดนแหงทใชทดสอบ (Ws)

รอยละผานตะแกรง No.200 (N200)

ถ.พ.ตวอยางดน (Gs)

คา a จากตารางท 4.4

memiscus correction

zero correction (Cz)

วน-เวลา อานคา Percent Finer



EXPERIMENT No. 4.2

HYDROMETER ANALYSIS

ปรมาตรสารละลาย dispersing agent ทใช

Dispersing agent ทใชทดสอบ

Hydrometer No.

กระบอกตวง No.

tL

KD Tzac CCRR

sc W

aR100%N

200

/ N100

%NN



การทดสอบเพอประเมนคาพกดสถานะความคงตวของมวลดน (การประเมนคาพกดอตตาเบอรก)

TESTS FOR THE CONSISTENCY LIMITS OF SOILS (ATTERBERG LIMITS DETERMINATION)

1. บทน า

คาพกดสถานะความคงตว หรอ consistency limits ของมวลดน เปนคณสมบตเฉพาะของ

มวลดนเมดละเอยดประเภท cohesive soil หรอ มวลดนเมดละเอยดทม clay particles เปนองคประกอบอยเปนปรมาณมาก มวลดน cohesive soil น สามารถคงตวอยในสถานะตางๆตามธรรมชาตในลกษณะทบงบอกไดดวยความรสกเมอจบตอง ไดแก very soft (เหลวเละ), soft (ออน หรอ เหลว), firm (เหนยว หรอ หนด), stiff (คอนขางแขง หรอ เหนยวแนน), หรอ hard (เปนดนแหงแขง) ทงน ขนอยกบปรมาณความชนของมวลดนนนๆ

สถานะความคงตว หรอ consistency ของมวลดนเมดละเอยด สามารถเปลยนแปลงไปได ขนอยกบปรมาณความชนของมวลดน อธบายไดดงนคอ มวลดนทมความชนสงมากจนมสภาพเปนโคลนเหลว สามารถไหลไปมา หรอเปลยนแปลงรปรางลกษณะไดภายใตน าหนกของมวลดนนนเอง จะมสถานะความคงตวจดอยในประเภทของเหลวหนด หรอ viscous liquid หากความชนของมวลดนดงกลาวลดลง มวลดนจะมความแขงแรงมากขน สามารถปนกอนดนใหเปนรปรางตางๆไดโดยไมแตกราวหรอสลายตว มวลดนนนจะมสถานะความคงตวจดอยในประเภทของแขงเหนยว หรอ plastic solid หากความชนของมวลดนนนลดลงตอไป มวลดนจะมความแขงแรงเพมขน จนมสถานะความคงตวเปนวสดประเภท กงของแขง หรอ semi-solid ซงเมอน าไปคลงหรอปนเปนรปรางตางๆ จะเกดรอยแยกหรอแตกราวบนกอนมวลดนนน และเมอความชนลดลงตอไป มวลดนกจะเปลยนสถานะความคงตวเปนกอนดนแขง หรอ solid จนกระทงความชนหมดไปจากมวลดนนน คาความชนของมวลดน ณ จดทมวลดนนนเกดการเปลยนสถานะความคงตว จากสถานะหนงไปสอกสถานะหนงเรยกวา คาพกดสถานะความคงตว หรอ consistency limits ซงในทนมจดเปลยนสถานะทส าคญอย 3 จด มชอเรยกแตกตางกนตามการเปลยนแปลงสถานะดงตอไปน คอ ก. LIQUID LIMIT (LL) เปนคาความชนของมวลดน ณ จดทมวลดนนน เปลยนสถานะความคงตว

ระหวาง การเปนของเหลวหนด หรอ viscous liquid กบการเปนของแขงเหนยวปนได หรอ plastic solid ข. PLASTIC LIMIT (PL) เปนคาความชนของมวลดน ณ จดทมวลดนนน เปลยนสถานะความคงตว

ระหวางการเปนของแขงเหนยวปนได หรอ plastic solid กบการเปนมวลกงของแขง หรอ semi-solid ค. SHRINKAGE LIMIT (SL) เปนคาความชนของมวลดน ณ จดทมวลดนนน เปลยนสถานะความคงตว

ระหวางการเปนมวลกงของแขง หรอ semi-solid กบการเปนมวลดนแขง หรอ solid



การทดสอบน มวตถประสงคทจะใหนกศกษาไดเรยนรถงทฤษฎและหลกการ ทเกยวของกบวธการทดสอบพรอมทงฝกฝนการใชอปกรณทดสอบ เพอประเมนคา consistency limits หรอ Atterberg Limits ของมวลดนเมดละเอยด ซงไดแก การทดสอบประเมนคา Liquid Limit, Plastic Limit, และ Shrinkage Limit และรวมไปถงการทดสอบประเมนคา Linear Shrinkage ของตวอยางดน เพอใหไดผลการทดสอบไปใชประเมนคณสมบตทางกายภาพ และคณสมบตทางวศวกรรมของมวลดนนนตอไป


3.1 มาตรฐาน ASTM D 4318 Standard Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils 3.2 มาตรฐาน ASTM D 427 Standard Test Method for Shrinkage Factors of Soils 3.3 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 89 Standard Method of Test for Determining the Liquid Limit of Soils 3.4 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 90 Standard Method for Determining the Plastic Limit and Plasticity Index of Soils 3.5 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 92 Standard Method for Determining the Shrinkage Factors of Soils 3.6 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377 : 1975 TEST 2 Determination of the Liquid Limit 3.7 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377 : 1975 TEST 3 Determination of the Plastic Limit 3.8 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377 : 1975 TEST 4 Determination of the Plasticity Index 3.9 มาตรฐานองกฤษ (BRITISH STANDARD) BS 1377 : 1975 TEST 5 Determination of the Linear Shrinkage 3.10 AUSTRALIAN STANDARD A 89-1966 TEST 5 Determination of the Linear Shrinkage of a Soil 3.11 BOWLES, J.E. (1992) "Engineering Properties of Soils and their Measurement" McGraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No. 3 & 4 3.13 HEAD, K. H. (2006) “Manual of Soil Laboratory Testing; Volume 1: Soil Classification and Compaction Tests” Whittles Publishing, CRC Press; Third Edition 2006 .



ATTERBERG นกวทยาศาสตรชาวสวเดน ไดอธบายสถานะความคงตวของมวลดน cohesive soil ในรปของความสมพนธระหวาง การเปลยนแปลงของความชน กบการเปลยนแปลงปรมาตรของมวลดน เรยกในทนวา phase diagram ดงแสดงไวในรปท 5.1 ซงสามารถอธบายไดวา การเปลยนแปลงสถานะความคงตวของมวลดน จากการเปนของเหลว (liquid) ไปเปนของแขง (solid) เปนผลเนองมาจากการทปรมาณน าในมวลดน หรอความชนของมวลดนนนลดลง เมอ cohesive soil มความชนสง มวลดนจะคงตวอยในสถานะ viscous liquid มวลดนจะอยในสภาพทอมตวดวยน า (saturated) มวลดนจะมชองวางระหวางเมดดนมาก ท าใหมคา porosity สง และมความแขงแรงต า เมอความชนหรอปรมาณน าในมวลดนลดลง เปนผลใหเมดดนจดตวใกลชดกนมากขน ปรมาตรของชองวางระหวางเมดดนจะลดลงเทาๆกบปรมาตรน าทระเหยหายไปจากมวลดน ท าใหมวลดนมปรมาตรลดลง โดยทมวลดนนนยงคงสภาพ fully saturated ตลอดเวลา การทเมดดนจดตวไดใกลชดกนมากขน เปนผลใหปรมาตรชองวางระหวางเมดดน (void) ลดลง และมวลดนมความแขงแรงสงขน ปรมาตรของมวลดนทลดลงในชวงน จะเปนสดสวนโดยตรงกบการลดลงของความชนของมวลดนนน ท าใหเสนความสมพนธ NB ใน phase diagram ในรปท 5.1 เปนเสนตรงทมความชนเปนคาคงท คาความชน หรอ slope ของเสนตรง NB น เรยกวา คาอตราการหดตวของมวลดน หรอ Shrinkage Ratio (SR) การลดลงของความชน และปรมาตรของมวลดน โดยทมวลดนยงคงสภาพอมตว (saturated) อยตลอดเวลานน เมอความชนในมวลดนลดลงต ากวาคา Liquid Limit มวลดนจะเปลยนแปลงสถานะความคงตวจากการเปนของเหลวหนด (viscous liquid) ไปเปนของแขงเหนยว (plastic solid) และเมอความชนในมวลดนลดลงต ากวาคา Plastic Limit มวลดนจะเปลยนสถานะความคงตวจากการเปนของแขงเหนยวไปเปนมวลกงของแขง (semi-solid) การลดลงของความชนและปรมาตรของมวลดน ในขณะทมวลดนคงสภาพ saturated อยตลอดเวลา จะมความสมพนธเปนเสนตรงตอเนองไปจนความชนของมวลดนมคาลดลงเหลอเทากบคา Shrinkage Limit ซงเมอน าระเหยออกจากมวลดนจนมวลดนมความชนเทากบคา Shrinkage Limit ของมวลดนนนแลว เมดดนในมวลดนนนจะจดตวกนไดแนนทสดเทาทจะเปนไปไดเองตามธรรมชาต เมดดนจะไมสามารถจดตวใหใกลชดมากขนไปกวานไดอกหากมการสญเสยน าจากมวลดน ดงนน เมอท าใหความชนของมวลดนลดลงไปต ากวาคา Shrinkage Limit ปรมาตรของมวลดนกจะไมเปลยนแปลงลดลงอกตอไป ดงแสดงใหเหนเปนเสนความสมพนธ AB ใน phase diagram มวลดนจะเปลยนสถานะความคงตวเปนของแขง (solid) การลดลงของความชนหรอการระเหยของน าออกจากมวลดนในชวง AB นจะท าใหมอากาศเขามาแทนทน าในชองวางระหวางเมดดน คา degree of saturation ของมวลดนจะลดลงต ากวา 1.0 (หรอ < 100%) โดยมอากาศเขาไปแทนทน าใน voids จนกระทงน าระเหยออกจากมวลดนจนหมด ความชน และ degree of saturation ของมวลดนมคาเปนศนย มวลดนจะมสถานะความคงตวเปนของแขงแหง เมอพจารณาจาก phase diagram ในรปท 5.1 จะเหนไดวา หากตอเสนความสมพนธ NB ลงไปจนถงแกนปรมาตรทจด M ดวยความชนคงทเทาเดม เสนตรง BM จะเปนเสนสมมต แสดงถงการเปลยนแปลงปรมาตรของมวลดนนนเมอความชนลดลงต ากวาคา Shrinkage Limit และสมมตวา ปรมาตรของชองวางระหวางเมดดนในมวลดน สามารถลดลงตอไปไดอยางตอเนอง ซงในทสด เมอไมมน าเหลออยในมวลดนนนแลว จด M ซงอยบนแกนปรมาตรทความชนเปนศนย จะหมายถงมวลดนทไมมชองวางระหวางเมดดนเหลออยอกหรอปรมาตรของชองวางระหวางเมดดนในมวลดน (VV) มคาเปนศนย คาปรมาตรทอานไดบนแกนปรมาตรมวลดนทจด M จะเปนคาปรมาตรของเมดดน (VS) ทมอยในมวลดนนน นอกจากนน ATTERBERG ยงไดคดวธการทดสอบ เพอประเมนคาพกดสถานะความคงตว หรอ consistency limits ซงไดแกคา Liquid Limit, Plastic Limit, และ Shrinkage Limit ของมวลดน fine-grained cohesive soils คาพกดเหลานจงเรยกกนโดยทวไปวา Atterberg Limits


รปท 5.1 PHASE DIAGRAM แสดงความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงความชนกบการ

เปลยนแปลงปรมาตรของมวลดนเมดละเอยด

วธการทดสอบของ ATTERBERG ไดผานการปรบปรงแกไขโดย CASAGRANDE เพอใหการทดสอบเปนไปโดยวธการทมมาตรฐานแนนอน และเปนทยอมรบไดโดยทวไป ใชท าการทดสอบกบมวลดนเมดละเอยดทมขนาดเมดดนเลกกวา 0.42 มม. ซงเปนเมดดนทรอนผานชองเปดของตะแกรง B.S. No.36 หรอ ตะแกรง ASTM No.40 ดงนนดนเมดละเอยดในทน จงครอบคลมไปถงมวลดนทประกอบไปดวย fine sand, silt, และ clay แนวทางและหลกเกณฑการทดสอบเพอประเมนคา Atterberg Limits โดยวธการท CASAGRANDE ไดปรบปรงแกไขจากวธของ ATTERBERG สามารถอธบายโดยสรปไดดงน

4.1 การทดสอบเพอประเมนคา LIQUID LIMIT ของมวลดน (LL) เปนการทดสอบเพอประเมนคาความชนของมวลดน ขณะทมวลดนเปลยนสถานะความคงตว

ระหวางการเปนของเหลวไหลไดภายใตน าหนกของมวลดนนนเอง กบการเปนของแขงออนตว เครองมอทใชท าการทดสอบ เรยกวา Casagrande Liquid Limit Device มลกษณะเปนถวยทองเหลอง สามารถกระดกขนลงไดบนแผนยางแขง ดงแสดงไวในรปท 5.2 ท าการทดสอบโดยน าดนเมดละเอยดทเตรยมไว ผสมน าใหตวอยางดนม ความชนสง แลวน าตวอยางดนใสลงในถวยทองเหลองดงกลาว แตงผวดนใหเรยบและอยในแนวราบ แลวใช grooving tool กรดรองผากลางมวลดนเปยกในถวย ใหแยกจากกนเปนสองสวน จนมองเหนกนถวยทองเหลองเปนแนวเสนตรงกวาง 2 มม. เคาะถวยทองเหลองใสดนใหตกกระทบแผนยางแขงทรองรบ ซงมระยะตกกระทบอสระ 1 ซม. ดวยอตราความเรวในการเคาะคงท 120 ครงตอนาท นบจ านวนครงการเคาะทท าใหมวลดนเปยกทง 2 สวนไหลเขาหากน ดงในรปท 5.3 จนกระทงรองทกรดไวปดสนทเปนทางยาวประมาณ 1/2 นว หรอ 12.7 มม. คา Liquid Limit ของตวอยางดนทใชท าการทดสอบจะเปนคาความชนของมวลดน ซงเมอน ามาท าการทดสอบแลว จะไหลเขาหากนปดรองทกรดไวไดความยาวตามทก าหนด เมอท าการเคาะ 25 ครง ถารองทกรดไวปดสนทได


ก. CASAGRANDE LIQUID LIMIT DEVICE

ข. GROOVING TOOLS (ทนยมใชทวไปม 2 แบบ ตามในรป)

รปท 5.2 อปกรณทใชในการทดสอบหาคา LIQUID LIMIT ของตวอยางดน ความยาวตามทก าหนด เมอจ านวนเคาะนอยกวา 25ครง แสดงวาความชนของตวอยางดนทใชท าการทดสอบสงกวาคา Liquid Limit ของมวลดนนน ตวอยางดนจงไหลเขามาปดรองไดโดยงาย หรอ ถาตองท าการเคาะมากกวา 25 ครง แสดงวาความชนของตวอยางดนต ากวาคา Liquid Limit โดยทวไปเปนการยากทจะผสมน าใหแกตวอยางดนทใชท าการทดสอบใหมความชนเทากบคา Liquid Limit พอด ดงนน จงท าการเคาะทดสอบกบตวอยางดนทคาความชนตางๆทงสงและต ากวาคา Liquid Limit ของตวอยางดนดงกลาว แลวบนทกจ านวนครงทท าการเคาะตวอยางดนใหรอยกรดปดสนทเปนความยาวตามทก าหนดทแตละความชน น าขอมลมา plot กราฟ


ความสมพนธ ระหวางคา water content (w) ของตวอยางดน กบจ านวนครงทท าการเคาะ บนกระดาษกราฟ semi-logarithmic โดยใหคา water content อยบน linear scale และจ านวนครงการเคาะอยบน logarithmic scale ดงในรปท 5.4 แลวลากเสนตรง (line of best fit) ในแนวของจดตางๆท plot ไว คา Liquid Limit ของตวอยางดน จะเปนคาความชน ณ จดทเสนกราฟลากผานจ านวนครงการเคาะ 25 ครง ดงในรปท 5.4

รปท 5.3 ลกษณะของตวอยางดนเมอเรมตนและสนสดการทดสอบเพอประเมนคา LIQUID

LIMIT และ PLASTIC LIMIT

รปท 5.4 การ PLOT และประเมนคา LIQUID LIMIT ของตวอยางดน จากผลการทดสอบ

นอกจากน ยงสามารถทดสอบประเมนคา Liquid Limit ของตวอยางดน โดยท าการเคาะ

ตวอยางดนเปยกเพยงตวอยางเดยว แลวน าขอมลมาท าการค านวณ เรยกวาวธ One-Point Liquid Limit ท าการทดสอบโดยผสมน าใหตวอยางดนมความชนเพยงพอทจะท าการเคาะทดสอบระหวาง 20-30 ครงแลวท าใหรอยกรดปดสนทเปนระยะความยาวตามทก าหนด บนทกจ านวนครงทท าการเคาะและคาความชนของตวอยางดน น าไปค านวณหาคา Liquid Limit ของตวอยางดน จากสมการ


LL =

tan

N 25N

w ……………….. (5.1)

เมอ LL เปนคา Liquid Limit ของตวอยางดน

N เปนจ านวนครงทเคาะจนรอยกรดในตวอยางดนเปยกปดสนทเปนระยะความยาว 1/2 นว คา N นจะตองอยระหวาง 20 ถง 30

wN เปนความชนของตวอยางดนทใชท าการเคาะทดสอบในครงน tan เปนคาคงทข นอยกบชนดของดนทน ามาทดสอบ โดยทวไปใชคา tan = 0.121

วธการทดสอบประเมนคา Liquid Limit โดยการเคาะตวอยางดนใน Casagrande Liquid

Limit Device ตามทกลาวมาแลวน เปรยบเสมอนเปนการวดคา shear strength ของตวอยางดนทคาความชนดงกลาว โดย CASAGRANDE ไดพจารณาแลวพบวา การเคาะ liquid limit device มาตรฐานแตละครง เปนการใหแรงเฉอนแกตวอยางดนมคา 1 g/cm2 ดงนน จงสรปไดวา มวลดน cohesive soil ทกชนด มความสามารถ ตานทานแรงเฉอน หรอ shear strength ประมาณ 20-25 g/cm2 (ประมาณ 2.0 – 2.5 kPa) ณ จดทมวลดนนน แปรสถานะจาก viscous liquid ไปเปน plastic solid หรอ ขณะทมวลดนมความชนเทากบคา Liquid Limit 4.2 การทดสอบเพอประเมนคา PLASTIC LIMIT ของมวลดน (PL)

เปนการทดสอบเพอประเมนคาความชนของมวลดน ขณะทมวลดนเปลยนสถานะความคงตว

ระหวางการเปนของแขงเหนยวปนไดกบการเปนมวลดนกงของแขง ท าการทดสอบโดยผสมน าใหตวอยางดนมความชนพอสมควร แลวปนเปนกอนกลมขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 1 ซม. คลงกอนดนใหเปนเสนยาวดวยนวและองมอบนแผนกระจก เสนดนทอยในสภาวะของแขงปนได (คอ มความชนสงกวา Plastic Limit) จะมผวเรยบเนยนเปนเนอเดยวกนตลอดเสน คลงเสนดนจนมขนาดเสนผาศนยกลางเลกลงเหลอประมาณ 3 มม. การคลงเสนดนน มผลใหความชนของเสนดนลดลง เมอคลงเสนดนไดขนาดดงกลาวแลว เนอดนเรมมรอยแยกตว (crumble) หรอมรอยราวรอยแยกปรากฏขนบนผวของเสนดน ดงในรปท 5.3 แสดงวาเสนดนนนก าลงเปลยนสถานะจาก plastic ไปเปน semi-solid ความชนของตวอยางดนในขณะนน จะเปนความชนทคา Plastic Limit การทดสอบตามหลกเกณฑทระบไวนจะตองใชความระมดระวง ความช านาญ และประสบการณในการทดสอบพอสมควร ซงอาจตองท าการทดสอบซ าหลายครง แลวน าผลการทดสอบทมคาใกลเคยงกน มาค านวณหาคาเฉลย เปนคา Plastic Limit ของตวอยางดนเพยงคาเดยว

4.3 การทดสอบเพอประเมนคา SHRINKAGE LIMIT ของมวลดน (SL)

เปนการทดสอบ เพอประเมนคาความชนของมวลดน ขณะทมวลดนนนเปลยนสถานะความ

คงตว ระหวางการเปนมวลกงของแขงกบการเปนมวลดนแขง ซงในกรณทความชนของมวลดนลดลงจะพบวา เมอความชนลดลงต ากวาคา Shrinkage Limit ของมวลดน ปรมาตรของมวลดนดงกลาว จะไมลดลงอกตอไป ดงนน คา Shrinkage Limit ของมวลดน จงกลาวไดวาเปนคาความชนทนอยทสดทมวลดนยตการหดตวอนเนองมาจากการสญเสยความชน และปรมาตรของมวลดนทมความชนเทากบคา Shrinkage Limit จะเปนปรมาตรทนอยทสด ทมวลดนดงกลาวจะคงตวอยไดตามสภาพธรรมชาต การทดสอบประเมนคา Shrinkage Limit ของตวอยางดน


ท าไดโดยน าดนเปยกความชน wi (เมอ wi > LL) ใสถวยโลหะปรมาตรคงท (Vt) น าไปอบจนแหง กอนดนแหงในถวยโลหะจะมขนาดเลกลง น ากอนดนแหงไปหาปรมาตร (Vd) โดยการแทนทปรอท ดงในรปท 5.5 คาปรมาตร Vd ดงกลาว จะเทากบปรมาตรเมอกอนดนนนมความชนเทากบคา Shrinkage Limit ซงเปนขณะสดทายทกอนดนนนอยในสภาพ saturated ในการทดสอบน ดงนน จงกลาวไดวา ขณะทความชนของตวอยางดนลดลงจาก wi จนตวอยางดนมความชนเทากบคา Shrinkage Limit (SL) ปรมาตรของกอนดนลดลงจาก Vt ลงมา เหลอเปนปรมาตร Vd ปรมาตรทหายไปในชวงเวลาดงกลาวคอ (Vt - Vd) จะเปนปรมาตรของน า (Vw) ทหายไปจากตวอยางดน ขณะทความชนลดลงจาก wi ลงมาเปน wSL ดงนนเมอคา Shrinkage Limit ของมวลดน เปนคาความชนเมอมวลดนมปรมาตร Vd และยงอยในสภาพอมตวดวยน า จงเขยนเปนสมการไดคอ

รปท 5.5 อปกรณทใชทดสอบประเมนคา SHRINKAGE LIMIT ของตวอยางดน

SL =

s

SLw

W

W100 ……………….. (5.2)

เมอ SL เปนคาความชนท Shrinkage Limit ของมวลดน มหนวยเปน รอยละ

SLwW เปนมวลของน าในมวลดน เมอมวลดนนนมความชนเทากบคา Shrinkage Limit

WS เปนมวลหรอน าหนกดนแหงในกอนตวอยางดนนน และ

SLwW = (Wwi - Ww) ……………….. (5.3)

เมอ Wwi เปนมวลของน าในมวลดนเมอมวลดนมความชน wi ขณะเรมทดสอบ Ww เปนมวลของน าในมวลดนทหายไปเมอความชนของมวลดนลดลงจาก wi จนมวลดนม ความชนเทากบ SL (Shrinkage Limit) และเมอ


Vw = (Vt - Vd) ……………….. (5.4)

โดยท Vw เปนปรมาตรน าทหายไปจากมวลดน เมอความชนของมวลดนลดลงจาก wi จนมวล ดนมความชนเทากบ SL และ

Ww = wwV ดงนน Ww = (Vt - Vd) W และสมการท 5.3 จะเขยนไดเปน

SLwW = Wwi - (Vt - Vd) W ……………….. (5.5)

เมอน าสมการท 5.5 ไปแทนคาในสมการท 5.2 จะได

SL =

s

wdtwi

W

VVW100

SL =

s

wdt

s

wiW

VV100

WW

100

และ เมอ wi =

s

wiWW

100 เปนความชนของตวอยางดนเปยกทเตรยมขนเพอการทดสอบ

ดงนน SL =

s

wdti W

VV100w ……………….. (5.6)

เมอ SL เปนคา Shrinkage Limit ของตวอยางดนในหนวยรอยละ Wwi เปนมวลของน าในมวลดนเมอมวลดนมความชน wi ขณะเรมทดสอบ WS เปนมวลหรอน าหนกดนแหงในกอนตวอยางดนทใชท าการทดสอบ wi เปนความชนของตวอยางดนเปยกทใชทดสอบ (มหนวยเปน รอยละ) Vt เปนปรมาตรของตวอยางดนในถวยโลหะ ขณะทมความชน wi

Vd เปนปรมาตรของกอนตวอยางดนแหง ซงเปนปรมาตรเดยวกนกบขณะทตวอยางดนนนม ความชนเทากบคา Shrinkage Limit

w เปนความหนาแนนของน า มคา = 1 g/cc ในระบบ เมตรก, 1000 kg/m3 ในระบบ SI, และ 62.4 lb/ft3 ในระบบองกฤษ


ผลจากการประเมนคา Consistency Limits ของมวลดนเมดละเอยดตามทกลาวมาแลวนจะน าไปสการค านวณหาปรมาณทใชบงบอกคณสมบตทางกายภาพพนฐานอนๆของมวลดนดงน คอ

ก. PLASTICITY INDEX (PI) เปนชวงคาความชน ทมวลดนดงกลาวคงตวอยในสถานะ plastic solid

ตามทแสดงไวในรปท 5.1 ประเมนไดจากความสมพนธ

PI = LL - PL ……………….. (5.7) เมอ PI, LL, และ PL เปนคา Plasticity Index, Liquid Limit, และ Plastic Limit ของมวลดนตามล าดบ ข. SHRINKAGE RATIO (SR) เปนคาทแสดงใหเหนถงปรมาณการเปลยนแปลงปรมาตรของมวลดน

เมอมการเปลยนแปลงความชนของมวลดนนน มนยามก าหนดไววา คา Shrinkage Ratio เปนคาอตราสวนระหวางการเปลยนแปลงของปรมาตรมวลดน คดเปนรอยละของปรมาตรมวลดนนนเมอแหง กบการเปลยนแปลงของความชนในมวลดน เมอมวลดนมความชนสงกวาคา Shrinkage Limit คดเปนรอยละของน าหนกดนแหงในมวลดนนน ดงนน

SR =

s

w

d

WW

100

VV

100

=

w

s

d WW

VV

……………….. (5.8)

เมอตวอยางดนมความชนสงกวา SL ปรมาตรของตวอยางดนทเปลยนแปลงไปV) เทากบ ปรมาตรน าทเพมขนหรอลดลงในตวอยางดนนนVW) และเมอ Ww = wwV ท าให

SR =

w

s

d VW

VV

และ

SR = wd

sV

W

……………….. (5.9)

SR เปนปรมาณทไมมหนวย และ หากทราบคา SR และ SL ของมวลดน จะสามารถประเมนคา Specific Gravity (GS)ของตวอยางดนนน ไดจากความสมพนธ

GS =

100SL

SR1

1 เมอ SL มหนวยเปน รอยละ ……………… (5.10)


ค. LINEAR SHRINKAGE (LS) เปนปรมาณการหดตวของมวลดนในทศทางเดยว เมอความชนของมวลดนลดลงจากคา wi ใดๆลงมา จนมวลดนมความชนเทากบคา Shrinkage Limit ระบเปนคาขนาดการหดตวของมวลดน คดเปนรอยละของขนาดของมวลดนในทศทางเดยวกนนน เมอมวลดนนนมความชน wi หรอ

LS =

iLL

100 ……………… (5.11)

โดยท L เปนความยาวของตวอยางดนทลดลง เมอความชนลดจาก wi ลงมาเปนความชน ทมคาเทากบ Shrinkage Limit ของมวลดนนน และ Li เปนความยาวของตวอยางดนเมอตวอยางดนมความชน wi คา Linear Shrinkage ของตวอยางดน สามารถทดสอบประเมนคาได โดยใชตวอยางดนทมความชนสงกวาคา Liquid Limit ใสลงในรางทองเหลองรปครงทรงกระบอกขนาดมาตรฐาน ดงในรปท 5.6 แลวน าไปอบจนแหง วดความยาวของแทงดนแหงในราง จะสามารถค านวณคา LS ไดจากสมการท 5.11 การทดสอบเพอประเมนคา Linear Shrinkage วธน นยมใชกบตวอยางดนประเภท non-plastic silt หรอมวลดนทมทรายละเอยดปนอยมาก ซงยากทจะทดสอบประเมนคา Plastic Limit โดยวธการปกต เพราะคา Linear Shrinkage ของตวอยางดน สามารถน าไปใชประมาณคา Plasticity Index ของตวอยางดนนนไดจากความสมพนธแบบ empirical คอ

PI = 2.13 (LS) ……………… (5.12) เมอ LS เปนคา Linear Shrinkage ของมวลดน มหนวยเปน รอยละ

รปท 5.6 ลกษณะและขนาดของรางมาตรฐาน (SHRINKAGE TROUGH) ทใชทดสอบ

ประเมนคา LINEAR SHRINKAGE ของตวอยางดน


5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ การทดสอบในเรองน เปนท าการทดสอบเพอประเมนคา consistency limits ทง 3 คา ของ

ตวอยางดน คอ Liquid Limit, Plastic Limit, และ Shrinkage Limit และ รวมไปถงการทดสอบเพอประเมนคาLinear Shrinkage ของตวอยางดนเดยวกนน โดยวธการมาตรฐาน จงตองใชอปกรณการทดสอบแยกตามประเภทการทดสอบดงตอไปน

5.1 LIQUID LIMIT TEST 5.1.1 Liquid Limit Device 1 เครอง พรอม grooving tool ขนาดมาตรฐาน 1 อน 5.1.3 กระปองหาความชน ขนาดเลก 6 ใบ 5.2 PLASTIC LIMIT TEST 5.2.1 แผนกระจกเรยบส าหรบคลงเสนตวอยางดนชน 1 แผน 5.2.2 กระปองหาความชน ขนาดเลก 3 ใบ 5.3 SHRINKAGE LIMIT TEST 5.3.1 ถวยโลหะกลมกนเรยบ ขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 1.75 นว (44.4 มม) และลก

ประมาณ 0.5 นว (12.7 มม) ใชเปน shrinkage dish 1 ใบ 5.3.2 แผนแกวตดป มโลหะ 3 ป ม ดงในรปท 5.5 จ านวน 1 แผน 5.3.3 จานแกวหรอถวยกระเบองขอบต า เพอใชรองรบปรอททลนจากการวดปรมาตรกอนดนแหง

จ านวน 1 ใบ 5.3.4 ปรอท ปรมาณเพยงพอทจะใชท าการทดสอบ 5.3.5 กระบอกตวงขนาดเลกความจ 25-50 ml มขดแบงปรมาตรขางกระบอกตวงใหอานคาได

ละเอยดถง 0.2 ml เพอใชวดปรมาตรปรอท 1 กระบอก 5.4 LINEAR SHRINKAGE 5.4.1 รางทองเหลอง ขนาดมาตรฐาน รปครงทรงกระบอก (shrinkage trough) ดงในรปท 5.6

จ านวน 2 ราง 5.4.2 กระปองหาความชน ขนาดกลาง 1 กระปอง 5.4.3 เวอรเนย ขนาดวดความยาวไดไมต ากวา 150 มม. และอานคาไดละเอยดถง 0.1 มม. 5.5 วสดอปกรณใชรวมกนทง 4 การทดสอบ 5.5.1 ตวอยางดนแหง เปนเมดละเอยด รอนผานตะแกรง ASTM No.40 มาแลว หนกประมาณ

500-600 กรม 5.5.2 น ากลน ปรมาณเพยงพอทจะใชผสมดนท าการทดสอบ 5.5.3 ถวยกระเบองผสมดน พรอมมดปาด ส าหรบคลกผสม และตกดนเปยกบรรจภาชนะตางๆท

ใชท าการทดสอบ จ านวน 2 ชด 5.5.4 กระบอกตวง ขนาดความจ 100 cc หรอ ขวดฉดน า 1 ใบ


5.5.5 เครองชงไฟฟา ชงไดละเอยดถง 0.01 กรม 5.5.6 เตาอบ ควบคมอณหภมใหคงทได 5.5.7 ถาดอลมเนยมขนาดใหญ ส าหรบใสกระปองหาความชนทงหมดทใชในการทดสอบ เพอ

น าเขาเตาอบ จ านวน 1 ใบ

6. วธการทดสอบ 6.1 การทดสอบเพอประเมนคา LIQUID LIMIT ของตวอยางดน 6.1.1 น าตวอยางดนเมดละเอยดทเตรยมไว หนกประมาณ 200 กรม ใสลงในถวยกระเบองแลว

ผสมน าทละนอย ใชมดปาดคลกเคลาใหน าและดนผสมกนโดยทวถงแลวเพมน า ท าการ คลกเคลาตอ ไปอก จนมวลดนมลกษณะเหนยวหนดและออนตวพอสมควร ความชนของ ตวอยางดนในขณะนจะยงต ากวาคา Liquid Limit ของตวอยางดนนน พอประมาณ

6.1.2 ใชมดปาดดน ตกดนเปยกจากถวยผสมดน ใสลงในถวยทองเหลองของ Liquid Limit Device ใชมดปาดอดเนอดนลงในถวยทองเหลองใหแนน จนไมมฟองหรอชองวางอากาศ หลงเหลออยภายใน ตกแตงผวหนาดนใหราบเรยบ

6.1.3 ใช grooving tool กรดรองผากลางตวอยางดนในถวยทองเหลอง ใหรอยรองมความลก จนถงผวทองเหลองกนถวย

6.1.4 หมนมอหมนกระดกถวยทองเหลองขน แลวปลอยใหตกลงกระทบพนยางแขง ดวยความเรว ประมาณ 120 ครงตอนาท สงเกตดการเคลอนทของมวลดนทถกแบงออกเปน 2 สวนใน ถวยทองเหลอง เมอมวลดน 2 สวนเคลอนตวเขาหากน จนรองทกรดผาไวปดสนทเปน ระยะทางยาวประมาณ 1/2 นว ใหหยดท าการเคาะ แลวบนทกจ านวนครงทท าการเคาะ (no. of blows) ตวอยางดนน

6.1.5 ใชมดปาดตกตวอยางดนเปยกจากถวยทองเหลองบรเวณทมวลดน 2 สวนเคลอนเขามาชด ตดกน ใหไดน าหนกประมาณ 20-30 กรม ใสกระปองหาความชนทจดหมายเลขและ บ น ท ก น าหนกไวแลวน าไปชงน าหนก แลวน าไปเขาเตาอบเพอประเมนคาความชนของตวอยางดน

6.1.6 ใชมดปาด ตกดนทเหลออยในถวยทองเหลองทงหมดกลบคนลงไปในถวยผสมดน แลวเตม น าใหตวอยางดนมความชนสงขนอกตามความเหมาะสม ใชมดปาดคลกผสมใหทวถง

6.1.7 ท าการทดสอบตามขนตอนท 6.1.2 ถง ขนตอนท 6.1.6 อยางนอย 5 ครง ใหไดขอมล ความชนของตวอยางดน และจ านวนครงทท าการเคาะ อยางนอย 5 ชด จ านวนครงการ เคาะ (no. of blows) ทไดจากการทดสอบ ควรจะมคาระหวาง 45-10 ครง และควรจะม คาจ านวนครงการเคาะทสงกวา หรอ ต ากวา 25 ครง อยางนอย อยางละ 2 คา

6.1.8 ถาการเคาะทดสอบครงแรกๆ ปรากฏวาตวอยางดนแหง หรอเปยกแฉะเกนไป ใหเรมท า การทดสอบใหม โดยไมตองบนทกผลการทดสอบทใชไมไดนน

6.2 การทดสอบเพอประเมนคา PLASTIC LIMIT ของตวอยางดน 6.2.1 น าตวอยางดนเมดละเอยดทเตรยมไว หนกประมาณ 50กรม ใสลงในถวยกระเบองแลวผสม

น าทละนอย ใชมดปาดคลกใหน าและดนผสมกนโดยทวถง จนกระทงตวอยางดนมลกษณะ เหนยวหนด ความชนของตวอยางดนในขณะน ควรจะสงกวาคา Plastic Limit เลกนอย


6.2.2 ใชมอหยบดนชนจากถวยกระเบองมาปนเปนกอนกลม เสนผาศนยกลางประมาณ 1 ซม. จ านวน 2-3 กอน วางกอนดนลงบนแผนกระจก

6.2.3 ใชองมอสวนทเปนนวคลงกอนดนทละกอนดวยน าหนกกดพอประมาณ ใชความเรวในการ คลงประมาณ 80-90 ครงตอนาทจนกอนดนยดตวออกเปนเสน คลงกอนดนตอไปจนเสนดน มขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 3 มม.

6.2.4 ถาดนยงเกาะตวเปนเสนโดยไมมรอยแยกบนผวเสนดน ใหยบรวมเสนดนแลวปนเปนกอน กลม แลวเรมท าการคลงตามทก าหนดไวในขนตอน 6.2.3 ตอไปอก

6.2.5 คลงกอนดนจนเปนเสนขนาดเสนผาศนยกลาง 3มม. แลวกลบปนกอนซ าไปมาระหวาง ขนตอนทดสอบท 6.2.3 และ 6.2.4 จนกระทงเสนดนเรมแยกแตกตว หรอมการลอกของ ผวดน (crumble) ในขณะทก าลงคลง ดงในรปท 5.3 ใหหยดคลงเสนดน น าเสนดนท crumble แลวนน ใสกระปองหาความชนทจดหมายเลขและบนทกน าหนกแลว น าไป ชงน าหนกและเขาเตาอบ เพอประเมนคาความชนของตวอยางเสนดนนน

6.2.6 ท าการทดสอบ 2-3 ครง ตามจ านวนกอนดนทเตรยมไวในขนตอน 6.2.2 จะไดขอมล เปน คา ความชนของตวอยางดนท Plastic Limit จากการทดสอบ 2-3 คา

6.3 การทดสอบเพอประเมนคา SHRINKAGE LIMIT ของตวอยางดน 6.3.1 ทดสอบหาปรมาตรของถวยโลหะ หรอ shrinkage dish ทจะใชใสตวอยางดนเปยกในการ

ทดสอบน โดยเทปรอทใสในถวยโลหะจนลนเลกนอย ใชแผนแกวตดป มดานผวเรยบ วางกด ลงไปบนผวปรอท เพอไลปรอทสวนเกนออกจากถวยทดสอบ จนแผนแกววางอยบน ข อ บ ถวย แลวยกแผนแกวออกชาๆ เทปรอทจากถวยทดสอบลงในกระบอกตวง ความจ 25 ml เพอวดปรมาตรของถวยโลหะ ซงจะเปนปรมาตรของตวอยางดนเปยกทใช ทดสอบ (Vt)

6.3.2 น าตวอยางดนเมดละเอยดทเตรยมไว หนกประมาณ 50-100 กรม ใสในถวยกระเบอง ผสม น าทละนอย ใชมดปาดคลกใหน าและดนผสมกนโดยทวถง แลวเพมน า ท าการคลกดนเปยก ตอไปจนความชนของตวอยางดนสงกวาคา Liquid Limit เลกนอย

6.3.3 น าถวยโลหะททดสอบประเมนปรมาตรไวแลวมาทาวาสลนบางๆ เคลอบผวโลหะภายใน ถวย เพอไมใหเนอดนทใชท าการทดสอบเกาะตดกบผวโลหะ แลวน าถวยไปชงน าหนก (W3)

6.3.4 ใชมดปาด ตกตวอยางดนเปยกทเตรยมไวใสลงไปในถวย โดยใสครงแรกใหไดปรมาตร ประมาณ1 ใน 3 ของถวย แลวเคาะถวยลงบนพนโตะ เพอไลฟองอากาศออกจากตวอยาง ดน หลงจากนน เตมดนเปยกลงไปอกในปรมาณพอๆกน เปนครงท 2 และครงท 3 จน ตวอยางดนเตมถวย หลงจากเตมดนแตละครง ใหเคาะถวยไลฟองอากาศออกจากตวอยาง ดนในถวยใหหมด เมอไดตวอยางดนเปยกเตมถวยแลว ใชมดปาดแตงผวหนาตวอยางดน ใหเรยบเสมอขอบถวยโลหะ แลวน าถวยตวอยางดนนไปชงน าหนก (W1)

6.3.5 เกบถวยโลหะใสตวอยางดนเปยกไวในหองปฏบตการ เพอใหตวอยางดนแหงลงตาม ธรรมชาตเปนเวลาประมาณ 24-48 ชวโมง แลวจงน าถวยตวอยางดนไปเขาเตาอบ เพออบ ใหดนแหงสนท

6.3.6 น าถวยโลหะพรอมกอนดนแหงไปชงน าหนก (W2) แลวน าดนแหงออกจากถวย กอนดน แหงน ควรจะคงสภาพเปนชนเดยว หากกอนแหงแตกออกเปนชนเลกๆหลายชน ใหท าการ ทดสอบใหม


6.3.7 เทปรอทใสลงในถวยโลหะใบเดมใหเตม โดยวธการตามขนตอนท 6.3.1 แลวคอยๆยกถวย โลหะบรรจปรอทเตม ไปวางลงในจานแกวขอบต า

6.3.8 น ากอนดนแหงใสลงไปในปรอทในถวยโลหะ แลวใชแผนแกวตดป มกดกอนดนแหงใหจมลง ในปรอททงกอน ปรอทจะลนออกจากถวยโลหะไหลลงไปในจานแกวทรองรบ ดงในรป ท 5.5 ยกถวยโลหะออกจากจานแกวแลวเทปรอททอยในจานแกวใสกระบอกตวง เพอวด ปรมาตรปรอทสวนทลนจากถวยโลหะเปนปรมาตรของกอนดนแหง (Vd)

6.4 การทดสอบเพอประเมนคา LINEAR SHRINKAGE ของตวอยางดน 6.4.1 น ารางโลหะ (shrinkage trough) ทง 2 ราง ทจะใชท าการทดสอบมาวดความยาวภายใน

ตามแกนราบโดยใชเวอรเนย ซงความยาวทวดไดน จะเปนความยาวของตวอยางดนเปยก ทใชทดสอบ (L1 หรอ Li) แลวใชวาสลนทาเคลอบผวโลหะภายในรางบางๆ เพอปองกนม ใหดนเกาะตดกบผวโลหะ

6.4.2 น าตวอยางดนเมดละเอยดทเตรยมไว หนกประมาณ 200 กรม ใสลงในถวยกระเบองแลว ผสมน าทละนอย ใชมดปาดคลกใหน าและดนผสมกนโดยทวถง แลวเพมน า พรอมทง คลกดนเปยกตอไปจนความชนของตวอยางดนสงกวาคา Liquid Limit เลกนอย

6.4.3 ใชมดปาดตกตวอยางดนเปยกใสลงไปในรางทละนอย และอดดนใสรางใหแนน พรอมกบ เคาะรางใสดนลงบนพนเพอไลฟองอากาศ เมอไดดนเปยกไรฟองหรอชองวางอากาศเตมราง แลว ใชมดปาดแตงผวหนาดนใหเรยบเสมอขอบราง

6.4.4 เกบตวอยางดนเปยกทเหลอใสกระปองหาความชน ชงน าหนก แลวน าไปอบใหแหง เพอ ตรวจสอบวา ตวอยางดนทใชท าการทดสอบน มความชนเทาใด

6.4.5 เกบรางโลหะใสตวอยางดนเปยกไวในหองปฏบตการ เพอใหตวอยางดนแหงลงตาม ธรรมชาต เปนเวลาประมาณ 24-48 ชวโมง แลวจงน ารางตวอยางดนไปเขาเตาอบ เพออบ ใหดนแหงสนท

6.4.6 เมอน ารางตวอยางดนออกจากเตาอบแลว กอนตวอยางดนแหงในรางจะตองคงสภาพเปน ชนเดยว หากกอนดนแหงแตกออกเปนหลายชน ใหท าการทดสอบใหม

6.4.7 ใชเวอรเนยวดความยาวตามแนวนอนของกอนดนแหงในราง (L2)

7. การค านวณผลการทดสอบ 7.1 การค านวณใน DATA SHEET 7.1.1 จากผลการทดสอบ Liquid Limit ท าการค านวณคาความชนของตวอยางดนแตละ

ตวอยางแลวน าคาความชน พรอมกบ จ านวนครงทท าการเคาะตวอยางดนนน ไป plot ลงในกระดาษกราฟ semi-logarithmic โดย plot คาความชนบน linear scale และ plot คา จ านวนครงการเคาะบน logarithmic scale ดงในรปท 5.4 แลวลากเสนตรงในลกษณะ line of best fit ผานจดทงหมดท plot ได อานคาความชน ณ จดทเสนตรงนลากผานคา จ านวนครงการเคาะ 25 ครง จะไดเปนคา Liquid Limit ของตวอยางดนทใชทดสอบ


7.1.2 ค านวณคาความชนของตวอยางดนทใชท าการทดสอบ Plastic Limit แลวน าคาความชน ทค านวณไดมาหาคาเฉลยเพยงคาเดยว คาความชนดงกลาว จะเปนคาความชนท Plastic Limit ของตวอยางดนทใชทดสอบ

7.1.3 ค านวณคา Shrinkage Limit ของตวอยางดนจากขอมลททดสอบไดโดยใชสมการท 5.6 7.1.4 ค านวณคา Linear Shrinkage ของตวอยางดนทใชท าการทดสอบ โดยใชสมการท 5.11

พรอมทงค านวณหาความชน ของตวอยางดนเปยก ทใชทดสอบ เพอเปรยบเทยบกบคา Liquid Limit ของตวอยางดนเดยวกนน

7.1.5 ค านวณหาคา Plasticity Index ของตวอยางดนทใชทดสอบ โดยใชสมการท 5.7 7.2 การค านวณเพอเปรยบเทยบผลการทดสอบ 7.2.1 น าคาความชนของตวอยางดนจากผลการทดสอบ Liquid Limit เมอจ านวนครงทเคาะ

ตวอยางดน มคาระหวาง 20-30 ครง มาค านวณหาคา Liquid Limit ของตวอยางดน ดงกลาว ในลกษณะการทดสอบแบบ one-point method โดยใชสมการท 5.1

7.2.2 ค านวณคา Plasticity Index ของตวอยางดนจากผลการทดสอบ Linear Shrinkage ท ค านวณไดในขนตอนท 7.1.4 โดยใชสมการท 5.12

7.2.3 ค านวณคา Shrinkage Ratio (SR) ของตวอยางดน จากผลการทดสอบ Shrinkage Limit โดยใชสมการท 5.9

7.2.4 ประเมนคา Specific Gravity (Gs) ของตวอยางดน จากผลการทดสอบ Shrinkage Limit โดยใชสมการท 5.10

7.2.5 หากทราบคา specific gravity ของตวอยางดนอยกอนแลว ใหค านวณเพอประเมนคา Shrinkage Limit ของตวอยางดนน โดยสมการท 5.10 และโดยการ plot phase diagram ดงในรปท 5.1

8. บทวเคราะหวจารณ 8.1 ใหสรปผลการทดสอบและผลการค านวณทงหมด พรอมทงวจารณผลการทดสอบ และวเคราะห

คณสมบตของตวอยางดนทใชในทดสอบครงน 8.2 เปรยบเทยบคา Liquid Limit ทประเมนไดจากการค านวณในขนตอนท 7.1.1 กบคาทค านวณไดจาก

ขนตอนท 7.2.1 หากคาทไดแตกตางกน จงอธบายถงสาเหตทท าใหเกดความแตกตางดงกลาว 8.3 เปรยบเทยบคา Plasticity Index ทประเมนไดจากการค านวณ ในขนตอนท 7.1.5 กบคาทค านวณ

ไดจากขนตอนท 7.2.2 หากคาทไดตางกน จงอธบายถงสาเหตทท าใหเกดความแตกตางดงกลาว 8.4 เปรยบเทยบคา Shrinkage Limit ทประเมนไดจากการค านวณ ในขนตอนท 7.1.3 กบคาทประเมน

ไดจากขนตอนท 7.2.5 หากคาทไดตางกน จงอธบายถงสาเหตทท าใหเกดความแตกตางดงกลาว 8.5 วเคราะหวจารณแสดงความคดเหนอนๆ ทเกยวของกบวธการทดลองในเรองน


9. ขอมลเพมเตมเกยวกบการทดลองน 9.1 การเตรยมตวอยางดนทจะใชท าการทดสอบประเมนคา consistency limits ใหไดผลการทดสอบท

ถกตองเปนทเชอถอได จะตองท าการเตรยมตวอยางดนอยางถกตองตามวธการทก าหนด ซงจะศกษารายละเอยดไดจาก มาตรฐาน ASTM D 4318 หรอ ทแนะน าโดย BOWLES (1992) วธเตรยมตวอยางดนทถกตองวธหนงท BOWLES แนะน าคอ น ามวลดนทจะใชทดสอบมาท าใหแหงโดยตากไวในอากาศ (air-dried) ใหน าในมวลดนระเหยแหงไปเองตามธรรมชาต แลวจงใชคอนยางทบใหเมดดนแยกแตกตวออกจากกน กอนน าไปรอนผานตะแกรง ASTM No.40 แลวเกบมวลดนเมดละเอยดสวนทรอนผานตะแกรงไวใชในการทดสอบ ส าหรบการทดสอบเพอประเมนคา Liquid Limit และ Plastic Limit ใหน าตวอยางดนทเตรยมไวแลวน ไปผสมน าใหมความชนพอสมควร คลกใหเขากนโดยทวถง จนตวอยางดนมสภาพเหนยวหนด (plastic) หมกตวอยางดนทงไวในสภาพดงกลาว (curing) ประมาณ 24-48 ชวโมง กอนน าไปทดสอบ สวนการทดสอบประเมนคา Shrinkage Limit และ Linear Shrinkage ไมจ าเปนตองหมกตวอยางดนกอนทดสอบ สามารถใชดนแหงทเตรยมไวผสมน า แลวทดสอบไดทนท เหตผลทตองเตรยมตวอยางดนอยางระมดระวงเชนน เพราะการท าตวอยางดนใหแหงโดยน าเขาเตาอบทอณหภม 100-105 OC (oven-dried) กอนท าการทดสอบ จะมผลกระทบตอโครงสราง องคประกอบ และคณสมบตของเมดดน clay ซงเปนสวนส าคญในการก าหนดคณสมบต consistency และคณสมบต plasticity ของมวลดนเมดละเอยด ท าใหคา Consistency Limits ของตวอยางดนทประเมนได โดยเฉพาะอยางยง คา Liquid Limit ผดไปจากความเปนจรง คอ คา Liquid Limit ทประเมนไดจากตวอยางดนทท าใหแหงโดยเขาเตาอบ (oven-dried) จะนอยกวา คา Liquid Limit ทประเมนไดจากตวอยางดนทท าใหแหงในสภาวะอากาศตามธรรมชาต (air-dried) อยางไรกตาม การทดสอบประเมนคา Liquid Limit และ Plastic Limit โดยใชดนแหงจากการตากไวในอากาศไปผสมน าแลวท าการทดสอบทนท ผลการทดสอบกจะยงอาจเกดความคลาดเคลอนไดบางระหวาง 2-6 เปอรเซนต ดงนนจงตองน าตวอยางดนแหงทจะใชทดสอบไปผสมน าแลวหมกทงไว เพอเปดโอกาสใหเมดดน clay ในตวอยางดน ไดท าปฏกรยากบน าฟนสภาพเมดดนจนมคณสมบตใกลเคยงสภาพธรรมชาต กอนทจะถกท าใหแหง แลวจงน ามาไปทดสอบ ผลกระทบจากวธการเตรยมตวอยางดน ทมตอผลของการทดสอบ ตามทกลาวมาทงหมดน จะเกดขนอยางเหนไดชด กบมวลดนทมเมดดน clay ปนอยเปนปรมาณมาก ดงนน กรณทพจารณาแลวเหนวา ตวอยางดนชนในสภาพธรรมชาตทจะใชทดสอบ เปนดนเมดละเอยดลวน ไมมดนเมดหยาบปน สามารถน าตวอยางดนดงกลาวไปใชทดสอบไดทนท โดยไมตองท าใหแหงเสยกอน ซงเปนวธทสะดวกทสด และจะไมท าใหเกดการเปลยนแปลงคณสมบตของเมดดน clay ในตวอยางดนอกดวย สวนมวลดนทมเมดดน clay ปนอยนอย การเตรยมตวอยางดนเพอใชท าการทดสอบ จะไมมผลกระทบตอผลของการทดสอบมากนก อนง วธการทก าหนดใหนกศกษาปฏบตในการทดสอบในทน มจดประสงคทจะฝกฝนการใชเครองมออปกรณการทดสอบเปนหลก และใหสามารถท าการทดสอบไดเสรจสนภายในเวลาทก าหนด จงไมสามารถฝกการเตรยมตวอยางตามขบวนการทถกตองตามทกลาวไวในทนทกประการได

9.2 การท าใหตวอยางดนความชนสงทเตรยมขนในภาชนะทดลอง แหงสนท ในการทดสอบเพอประเมนคา

Shrinkage Limit และคา Linear Shrinkage ของตวอยางดน จะน าภาชนะใสตวอยางดนเขาเตาอบ

ในทนทมได จะตองปลอยตวอยางดนทงไวในบรรยากาศธรรมชาต เพอใหความชนของตวอยางดนลดลง


อยางชาๆจนเกอบแหง แลวจงน าเขาเตาอบจนแหงสนท ทงนหากน าตวอยางดนทมความชนสงเขาเตาอบ

น าจะระเหยออกจากตวอยางดนและตวอยางดนเกดการหดตวอยางรวดเรว เปนผลใหกอนดนแหงจะ

แตกแยกออกจากกนเปนชนๆ ไมสามารถน ากอนดนแหงเหลานนไปท าการวดขนาด หรอวดปรมาตรตอไปได

@@@@@@@@@@@@@@@


การทดสอบคร งท 1 2 3 4 5 6 1 2 3

หมายเลขกระปองหาความชน

น าหนกดนเปยก + กระปอง (กรม)

น าหนกดนแหง + กระปอง (กรม)

น าหนกกระปองหาความชน (กรม)

น าหนกน าในตวอยางดน (กรม)

น าหนกดนแหง (กรม)

ความชนตวอยางดน (%)

จ านวนคร งการเคาะ (คร ง)

หมายเลขถวย SHRINKAGE

น าหนกดนเปยก + ถวย (W1) (กรม)

น าหนกดนแหง + ถวย (W2) (กรม)

น าหนกถวย SHRINKAGE (W3) (กรม)

น าหนกน าในตวอยางดน Ww = (W1 - W2) (กรม)

น าหนกดนแหง Ws = (W2 - W3) (กรม)

ความชนตวอยางดน w = 100(Ww/Ws) (%)

ปรมาตรดนเปยกในถวย SHRINKAGE (Vi) (ลบ.ซม.)

ปรมาตรกอนดนแหง (Vd) (ลบ.ซม.)

(%)

(%)

หมายเลขราง LINEAR SHRINKAGE LIQUID LIMIT (%)

ความยาวดนเปยกในราง (L1) (มม.) PLASTIC LIMIT (%)

ความยาวดนแหงในราง (L2) (มม.) PLASTICITY INDEX (%)

ระยะการหดตว L3 = (L1 - L2) (มม.) SHRINKAGE LIMIT (%)

(%) LINEAR SHRINKAGE (%)

(%) ESTIMATED P.I. (%)คาเฉลย LINEAR SHRINKAGE (L.S.)

คา LINEAR SHRINKAGE (L.S.)

คาเฉลย SHRINKAGE LIMIT

คา SHRINKAGE LIMIT (SL)

LIQUID LIMIT (L.L.) TEST PLASTIC LIMIT (P.L.) TEST

SHRINKAGE LIMIT (S.L.) TEST

LINEAR SHRINKAGE (L.S.) TEST

LIQUID LIMIT PLOT

ความชน

(%

)

(L.L.)

(P.L.)

SUMMARY OF RESULTS

(P.I. = 2.13 x L.S.)

(L.S.)

(S.L.)

(P.I. = L.L. - P.L.)

CONSISTENCY (ATTERBERG) LIMITS TEST

ชอ-สกล ......................................................................................................... รหส ................................................ ตอนท .............. กลมท ................. วนทดสอบ .................................................


EXPERIMENT No. 5

จ านวนคร งการเคาะ (Blows)

คาเฉลย P.L. (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 10 100



การทดสอบเพอประเมน คาสมประสทธการเคลอนทของน าผานมวลดนในหองปฏบตการ

LABORATORY TESTS FOR THE COEFFICIENT OF PERMEABILITY OF SOIL

1. บทน า

มวลดนประกอบไปดวยเมดดน (soil particles) และชองวางระหวางเมดดน (voids) มวลดนจงจด เปนวสดโปรงพรน หรอ porous material เมอมน าอยภายในมวลดน น าจะถกเกบไวภายในชองวางระหวางเมดดน และเมอมการเคลอนทของน าภายในมวลดน จากจดทมพลงงาน หรอ head สงกวาไปยงจดทม พลงงานต ากวา น าจะไหลไปในชองวางระหวางเมดดนซงตอเนองถงกนโดยตลอดภายในมวลดนนน โดยชองวางระหวางเมดดนทตอเนองถงกนนน จะท าหนาทเปน flow channels น าจะไหลผาน flow channels ในมวลดนไดสะดวกรวดเรวเพยงใด สามารถบงชไดโดย คาสมประสทธการเคลอนทของน า หรอ Coefficient of Permeability (k) หรอเรยกอกอยางหนงวา คา hydraulic conductivity ของมวลดน คา k นมหนวยเปนหนวยของความเรว เชน mm/s, cm/s, หรอ m/s เปนตน ถามวลดนใดมคา k สง แสดงวาน าสามารถไหลผานมวลดนนนไดสะดวก มวลดนนนจะเรยกไดวาเปน pervious soil หรอ permeable soil เชน ดนทราย และ กรวด เปนตน หากมวลดนมคา k ต ามาก แสดงวา น าไหลผานมวลดนดงกลาวไดยาก หรอเกอบไมไดเลย มวลดนนนจะเรยกไดวาเปน impervious soil หรอ impermeable soil เชน ดนเหนยวอดแนน เปนตน การทน าสามารถไหลผานมวลดนได มความส าคญตองานวศวกรรมโยธาทเกยวของ เชน

- การไหลของน าลอดใตหรอผานตวเขอนดน จะมผลตอเสถยรภาพของเขอนดน - การไหลของน าออกจากมวลดนอมตวภายใตแรงกระท า จะมผลตออตราการทรดตวของมวลดน - การไหลของน าผานมวลดนเขาสพนทการขดเพอกอสรางฐานรากหรออาคารใตดน จะมผลตอการ

ก าหนดขนตอนและวธการกอสราง และความปลอดภยในงานกอสราง - การปองกนและควบคมการเคลอนทของของเหลวทเปนมลพษ และ/หรอ น าเสยจากบอทงขยะ

(landfills) เพอมใหปนเปอนกบน าใตดนหรอเปนปญหากบสงแวดลอม - การออกแบบและคดเลอกมวลดนคละส าหรบใชเปนวสดระบายน า (drainage materials) เพอลดคา

pore water pressure ในมวลดน หรอ ลดการกดเซาะภายในตวเขอนดน เปนตน

การทดสอบเพอประเมนคา Coefficient of Permeability (k) ของมวลดน ท าไดหลายวธ ขนอยกบชนด และคณสมบตทางกายภาพมวลดนนนๆ ซงมทงการทดสอบในหองปฏบตการ และการทดสอบในสนาม การทดสอบในหองปฏบตการ กมทงวธการโดยตรง ใชอปกรณทดสอบ เรยกวา permeameter ไดแกการทดสอบโดยวธ constant head และวธ falling head (หรอ variable head) ซงการทดสอบโดยวธ constant head


เหมาะส าหรบมวลดนทน าไหลผานไดสะดวก มคา k สงถงปานกลาง เชน กรวด ทราย สวนการทดสอบโดยวธ falling head เหมาะส าหรบมวลดนทมคา k ปานกลาง ถง คอนขางต า เชน ทรายละเอยด หรอ ดนปนทราย เปนตน และการทดสอบโดยออม เปนการทดสอบตวอยางมวลดนใน oedometer ค านวณหาคา Coefficient of Permeability ของตวอยางดนโดยอาศยผลการทดสอบประเมนคณสมบต consolidation ของมวลดน วธนเหมาะส าหรบมวลดนทน าไหลหรอซมผานไดยาก มคา k ต า ถง ต ามาก เชน ดนเหนยว เปนตน ในทน จะกลาวถงเฉพาะการทดสอบเพอประเมนคา Coefficient of Permeability ของมวลดน permeable soils ในหองปฏบตการ โดยใช permeameter เทานน 2. วตถประสงคของการทดสอบ

เพอใหนกศกษาไดศกษาเรยนรวธการทดสอบประเมนคา Coefficient of Permeability ของมวลดนประเภท permeable soil ในหองปฏบตการ โดยวธ constant head และวธ falling head (หรอ variable head) โดยใช permeameter 3. เอกสารอางอง

3.1 มาตรฐาน ASTM D 2434 Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head) 3.2 มาตรฐาน AASHTO DESIGNATION T 215 Standard Method of Test for Permeability of Granular Soils (Constant Head) 3.3 BOWLES, J.E. (1992) “Engineering Properties of Soils and Their Measurement” McGraw-Hill Book Co.; Fourth Edition 1992; Experiment No.11 & 12 3.4 HEAD, K.H. and EPPS, R.J. (2011) “Manual of Soil Laboratory Testing” Volume 2 : Permeability, Shear Strength, and Compressibility Tests Whittles Publishing, CRC Press, Taylor & Francis Group; Third Edition 2011 3.5 DAS, B.M. (2002) “Soil Mechanics Laboratory Manual” Oxford University Press; Sixth Edition 2002 3.6 BARDET, J. (1997) “Experimental Soil Mechanics” Prentice-Hall, 1997. 3.7 LIU, C. and EVETT, J.B. (1997) “Soil Properties: Testing, Measurement, and Evaluation” Prentice-Hall Inc.; Third Edition 1997.


4. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ การไหลของน าระหวางจด 2 จดใดๆในมวลดน มสาเหตจากความแตกตางของพลงงานรวม

(total energy หรอ total head) ของน า ระหวาง 2 จดดงกลาวในมวลดนนน โดยน าจะเคลอนทจากจดทมพลงงานรวมสงกวา ไปยงจดทมพลงงานรวมต ากวา โดยใชเสนทางผาน flow channels ทส นทสดระหวางจด 2 จดนน Darcy ไดศกษาทดลองการไหลของน าผาน saturated granular soils ในหองปฏบตการ พบวา ปรมาตรน าทไหลผานมวลดนในหนงหนวยเวลา จะแปรผนโดยตรงกบพนทหนาตดของมวลดนทน าไหลผานและ ความแตกตางของพลงงานรวม (total head difference) ระหวางจด 2 จดในมวลดนภายใตการพจารณา และแปรผกผนกบระยะทางระหวางจด 2 จดนน โดยมคาสมประสทธการเคลอนทของน า (Coefficient of Permeability หรอ hydraulic conductivity, k) เปนคาคงทของการแปรผน สามารถเขยนเปนสมการความสมพนธได คอ

q = ALh

k

……………….. (6.1)

เมอ q เปนปรมาตรน าทไหลผานมวลดนในหนงหนวยเวลา A เปนพนทหนาตดของมวลดนทน าไหลผาน ในทศทางตงฉากกบทศทางการไหลของน า h เปนคาความแตกตางของพลงงานรวม (total head difference) ทท าใหเกดการไหลของน า

ระหวางจด 2 จด ในมวลดน หรอเรยกไดอกอยางหนงวา total head loss หมายถง พลงงานทน าสญเสยไปในการเคลอนทผานมวลดนระหวาง 2 จด ดงกลาว

L เปนระยะทางทน าไหลผานมวลดนภายใต total head difference h ดงกลาว หรอ ระยะทางระหวางจด 2 จดในมวลดนทท าการวดคา h

k เปนคาสมประสทธการเคลอนทของน า (Coefficient of Permeability) ซงเปนคณสมบตของ มวลดนนน

และเมอก าหนดให i เปนคา hydraulic gradient ของการไหลของน าผานมวลดน โดยท

i =

Lh

……………….. (6.2)

สมการท 6.1 จงเขยนไดเปน

q = k i A ……………….. (6.3) ดงนน จงสามารถกลาวไดวา คา Coefficient of Permeability (k) ของมวลดนใดๆเปนปรมาณทบอกระยะทางทน าไหลผานหนงหนวยพนทของมวลดนนน ภายใตความดนหนงหนวย hydraulic gradient ในหนงหนวยเวลา อนง คา Coefficient of Permeability ของมวลดนใดๆ มใชคาคงทตลอดเวลา องคประกอบทมผลกระทบตอคา Coefficient of Permeability ของมวลดน ไดแก


ก. รปรางและขนาดของเมดดน ทประกอบกนขนเปนมวลดน โดยพจารณาจากมวลดนทม void ratio หรอ porosity เทากน มวลดนทประกอบไปดวยเมดดนทมลกษณะเปนเหลยมมม (angular) และเปนแผนแบน (platy) จะมแนวโนมตานทานการเคลอนทของน าผานมวลดนมากกวา เปนผลให k มคาต ากวามวลดนซงประกอบไปดวยเมดดนทมลกษณะกลมมน (round and spherical)

ข. คณสมบตกายภาพพนฐานของมวลดน ไดแก คา void ratio และคา degree of saturation ซงพบวามวลดนชนดเดยวกน มวลรวมทมคา void ratio สงกวา จะมคา k ทสงกวาตามไปดวย และคา k ของมวลดนจะเพมขน เมอคา degree of saturation ของมวลดนนนเพมขน ดงนนมวลดนใดๆ จะมคา k สงสด เมอมวลดนนนอย ในสภาพ saturated คอ Sr = 1.0

ค. องคประกอบของเมดดนในมวลดน ในกรณของมวลดนทประกอบไปดวย clay particles เปน สวนใหญซงความหนาของน าทเคลอบผวเมดดนอยในรปของ diffuse double layer จะมผลกระทบตอประสทธภาพในการเคลอนทของน าผานชองวางระหวางเมดดนเหลานน จากการศกษาพบวา คา k ของมวลดนจะลดลงถา diffuse double layer ของ clay particles มความหนามากขน สวนองคประกอบของเมดดนประเภท granular soils ไมมผลกระทบตอคา k ของมวลดนแตอยางใด

ง. โครงสรางของมวลดน ในมวลดนประเภท cohesive fine grained soils ทมการจดตวในลกษณะ flocculated structure จะมคา k สงกวามวลดนชนดเดยวกนในสภาพ remoulded หรอเมอการจดตวของเมดดนในมวลดนนนอยในลกษณะ dispersed structure

จ. คณสมบตของของเหลวทไหลผานมวลดน ไดแก ความหนด (viscosity) ความหนาแนน และความเขมขนของน า ซงคณสมบตเหลานเปลยนแปรไป ขนอยกบอณหภม และปรมาณอนภาคทเจอปนอยในรปของสารละลายในน าทไหลผานมวลดน ดงนนคา Coefficient of Permeability ของมวลดนทกลาวถงโดยทวไป จะเปนคา k ทอางองกบคณสมบตของน าทอณหภม 20OC หรอ k20 ซงใชเปนอณหภมมาตรฐานทางกลศาสตรดน ดงนน หากตองการทราบคา k ของมวลดนท อณหภมใดๆ กสามารถค านวณจากคา k20 ของวลดนนนๆไดจากความสมพนธ

20k =

20

TTk ……………….. (6.4)

เมอ 20k เปนคา Coefficient of Permeability ของมวลดนทอณหภม 20OC Tk เปนคา Coefficient of Permeability ของมวลดนทอณหภม TOC 20 เปนคา Coefficient of Viscosity ของน าทไหลผานมวลดน ทอณหภม 20OC T เปนคา Coefficient of Viscosity ของน าทไหลผานมวลดน ทอณหภม TOC

การทดสอบเพอประเมนคา Coefficient of Permeability ของตวอยางดนในหองปฏบตการ โดยตรง โดยใช permeameter มวธการทดสอบได 2 วธ คอ

4.1 CONSTANT HEAD METHOD เปนการทดสอบตามวธการทดลองของ Darcy ดงแสดงไวในรปท 6.1 โดยปลอยใหน าไหลผานมวลดนภายใตคา total head difference คงทคาหนง แลววดปรมาตรน าทไหลผานตวอยางดนในการทดสอบ


รปท 6.1 การตดตงอปกรณการทดสอบแบบ CONSTANT HEAD ตามวธการทดลองของ

DARCY

รปท 6.2 แสดงหลกการทดสอบ แบบ FALLING HEAD หรอ VARIABLE HEAD


ในระยะเวลาทก าหนด วธนเหมาะกบตวอยางดนทมคา k สง ถง ปานกลาง น าไหลผานตวอยางดนไดสะดวก เชน กรวด หรอ ทราย เปนตน ซงจะท าใหน าสามารถไหลผานตวอยางดนในการทดสอบไดเปนปรมาณพอสมควร โดยใชระยะเวลาในการทดสอบไมนานนก แลวน าขอมลมาค านวณหาคา k จากสมการของ Darcy คอ

k =

hL

tAQ

……………….. (6.5)

เมอ A เปนพนทหนาตดของมวลดนทน าไหลผาน ในทศทางตงฉากกบทศทางการไหลของน า

h เปน total head difference ทท าใหน าไหลจากจดหนงไปยงอกจดหนงในมวลดน โดยทจดทงสองนนอยหางกนเปนระยะทาง L ซงคา h น จะเปนคาคงทตลอดการทดลอง

Q เปนปรมาตรน าทไหลผานตวอยางดนบนพนท A ระหวางจด 2 จดดงกลาว ในเวลา t

4.2 FALLING HEAD หรอ VARIABLE HEAD METHOD ในกรณทท าการทดสอบกบตวอยางดนทมคา k ปานกลาง ถง คอนขางต า เชน ทรายละเอยด

มวลคละ granular soil ประเภท well graded ทมความหนาแนนสง เปนตน น าไหลเคลอนทผานตวอยางดนไดชา การทดสอบโดยวธ constant head ตามปกต จะตองใชเวลานานเพอใหน าทไหลผานการทดลองออกมามปรมาณพอสมควร หรอมฉะนน จะตองท าการทดสอบภายใต total head difference คงททมคาสงมาก ดงนน จงเปลยนมาท าการทดสอบโดยวธ falling head หรอ variable head แทน หลกการและการตดตงอปกรณทดสอบโดยวธน แสดงไวใน รปท 6.2 น าทจะไหลผานตวอยางดนบรรจอยใน burette หรอ standpipe ทม scale ระบปรมาตร เพอสามารถค านวณหาพนทหนาตดภายใน (a) ของ burette ได เมอเรมการทดลอง ระดบน าใน burette อยทระดบ h1 ท าการทดลองโดยปลอยน าไหลผานตวอยางดน แลวจบเวลาทระดบน าใน burette ลดลงมาจนถงระดบ h2 ซงจะเหนไดวา ในการทดสอบโดยวธน total head difference ทท าใหน าไหลผานตวอยางดนจะเปลยนแปลงไปตลอดเวลาทท าการทดสอบ คอ ลดลงจาก h1 มาเปน h2 หลงจากนนน าขอมลทได ไปค านวณหาคา Coefficient of Permeability, k ของตวอยางดนจากสมการ

k =

2

1hh

logtA

La3.2 ……………….. (6.6)

เมอ a เปนพนทหนาตดภายในของ burette หรอ standpipe

L เปนความยาวของตวอยางดน หรอ ระยะทางทน าไหลผานมวลดนภายใตการทดลอง A เปนพนทหนาตดของตวอยางดน ในทศทางตงฉากกบทศทางการไหลของน า t ระยะเวลาทน าไหลผานมวลดน หรอ ระยะเวลาทน าใน standpipe ลดลงจากระดบ h1 ลง

มาถง ระดบ h2 h1 เปนคา total head difference ทท าใหน าไหลผานตวอยางดนเมอเรมจบเวลาการทดสอบ h2 เปนคา total head difference ทท าใหน าไหลผานตวอยางดนเมอสนสดการทดสอบทเวลา t


การทดสอบและประเมนคา Coefficient of Permeability ของตวอยางดนทง 2 วธน อาศยทฤษฎของ Darcy การไหลของน าผานมวลดนจงตองเปนไปในลกษณะ laminar ซงขณะทเกบขอมลการไหลของน าผานมวลดน ตวอยางดนตองอยในสภาพ fully saturated และ การไหลของน าผานตวอยางดนตองเปนไปในลกษณะ steady flow ดงนน ควรจะปลอยใหน าไหลผานตวอยางดนอยางสม าเสมอเปนระยะเวลาหนงกอนเรมท าการทดสอบเกบขอมล 5. วสดและอปกรณทใชในการทดสอบ

5.1 CONSTANT HEAD TEST

5.1.1 ตวอยางทราย ขนาด 2.00 มม. ถง 0.075 มม. (รอนผานตะแกรง ASTM No.10 คางบนตะแกรง ASTM No.200)

5.1.2 ชดอปกรณการทดสอบ constant head test set ประกอบดวย permeameter, constant head tank, และ manometer

5.1.3 กระบอกตวง ขนาด 500 ml, และ 1000 ml.

5.2 FALLING HEAD หรอ VARIABLE HEAD TEST 5.2.1 ตวอยางดนทมลกษณะเปน well graded เชน ทรายปน silt และ ดนเหนยว 5.2.2 ชดอปกรณทดสอบ falling head test set ประกอบดวย permeameter และ standpipe พรอม

อปกรณจบยด

5.3 อปกรณทใชรวมกนทง 2 การทดสอบ 5.3.1 กรวย ส าหรบใชในการบรรจตวอยางดนลงไปใน permeameter และอปกรณใชบดอดหรอ

ปรบความหนาแนนของตวอยางดนใน permeameter 5.3.2 ทตกดน และ ถาดใสตวอยางดน 5.3.3 นาฬกาจบเวลา เทปวดระยะ หรอ ไมเมตร และ thermometer 5.3.4 เครองชงไฟฟา ชงไดละเอยดถง 0.1 กรม


6.1 CONSTANT HEAD TEST

6.1.1 น า permeameter ไปชงน าหนก วดความลกภายใน permeameter แลววดเสนผาศนยกลางภายใน ค านวณหาพนทหนาตดของตวอยางดน (A)

6.1.2 บรรจตวอยางดนลงใน permeameter ใหไดความหนาแนนตามทตองการ วดความสงของตวอยางดนใน permeameter แลวน าไปชงน าหนก ค านวณน าหนกตวอยางดน น าตวอยางดนทเหลออยในถาดไปทดสอบหาความชน (w)

6.1.3 ตดตง permeameter เขากบชดอปกรณทดสอบ constant head test ในลกษณะ ทแสดงไวในรปท 6.3 หรอ 6.4 (ในทน จะท าการทดลองในลกษณะ upward flow ดงในรปท 6.4)

6.1.4 วดระยะระหวาง manometer outlets จด a และ c ดงในรปท 6.4 เปนคา L ใน data sheet


รปท 6.3 DIAGRAM แสดงการตดตงอปกรณทดสอบวธ CONSTANT HEAD โดยใหน าไหลผาน

ตวอยางดนแบบ DOWNWARD FLOW

รปท 6.4 DIAGRAM แสดงการตดตงอปกรณทดสอบวธ CONSTANT HEAD โดยใหน าไหล

ผานตวอยางดนแบบ UPWARD FLOW


6.1.5 เปดน าเขา constant head tank ใหมปรมาณ overflow ทเหมาะสม แลวเปด valve ใหน าจาก constant head tank ไหลผานตวอยางดนออกไปทาง outlet

6.1.6 ปลอยใหน าไหลผานตวอยางดนใน permeameter เพอไลอากาศออกจากชองวางระหวางเมดดนจนตวอยางดนอยในสภาวะ saturate ตรวจดใหแนใจวาไมมฟองอากาศหลงเหลออยในตวอยางดนและในสวนตางๆของระบบทอและ manometer แลวตรวจสอบระดบน าใน constant head tank ใหคงท

6.1.7 บนทกคา h1 และ h2 จาก manometer ค านวณคา total head difference ( h ) 6.1.8 ใชกระบอกตวง รองรบน าทไหลผานตวอยางดนออกมาทาง outlet ดงในรป ในเวลา t ท

ก าหนดไว ในการทดสอบน จะก าหนดเวลา t เปนเทาใด ขนอยกบคา k ของตวอยางดน โดยเวลา t จะตองไมเรว หรอ นานเกนไป และปรมาตร Q ทวดได มปรมาณทเหมาะสม แลววดอณหภมของน าทไหลผานการทดลองออกมาในกระบอกตวง

6.1.9 ทดสอบซ าตามขนตอนท 6.1.8 อก 2 ครง โดยใชระยะเวลา t เทาเดม เพอตรวจสอบวาการไหลของน าผานตวอยางดนเปนไปในลกษณะ steady flow โดยปรมาตร Q ทวดได ทง 3 คา ควรจะมคาใกลเคยงกน ถาครงใดไดคาทแตกตางไปมาก ใหทดสอบใหม

6.1.10 ทดสอบซ าตามขนตอนท 6.1.8 ถง 6.1.9 อก 1 รอบ โดยเปลยนคา t ไปตามความเหมาะสม 6.1.11 เปลยนระดบ constant head tank เพอเปลยนแปลงคา h แลวเรมทดสอบเกบขอมลตาม

ขนตอนท 6.1.7 ถง 6.1.10 อก 1 ชด 6.2 FALLING HEAD TEST

6.2.1 เตรยมตวอยางดนตามขนตอน 6.1.1 และ 6.1.2 โดยท าการบดอดดนลงใน permeameter ทเปนแบบโลหะ ใหไดความหนาแนนตามก าหนด

6.2.2 วดระยะระหวางขด scale ปรมาตร 2 คาบน standpipe น าไปค านวณหาคาพนทหนาตดภายใน (a) ของ standpipe

6.2.3 ตดตง permeameter เขากบชดอปกรณทดสอบ falling head test ในลกษณะทแสดงไวเปนตวอยางดงในรปท 6.5

6.2.4 เปด valve ใหน าจาก standpipe ไหลผานตวอยางดนออกไปทาง outlet อยางตอเนอง เพอใหตวอยางดนใน permeameter อยในสภาวะ saturate (ซงอาจตองใชเวลานาน ถาตวอยางดนมคา k ต า)

6.2.5 เมอเรมการทดสอบ เตมน าใน standpipe ใหเตม ท าเครองหมายจดอานคาการทดสอบ บนหลอดแกว standpipe (จด 1 และ จด 2) ดงในรปท 6.5 แลววดระยะ h1 และ h2

6.2.6 เปด valve ใหน าไหลผานตวอยางดน เมอระดบน าในหลอดแกว standpipe ลดลงถงจด 1 ทก าหนดไว ใหเรมจบเวลา และเมอระดบน าใน standpipe ลดลงตอมาถงจด 2 ทก าหนดไว ใหหยดจบเวลา บนทกคาเวลา t และวดอณหภมของน าทไหลผานการทดลอง

6.2.7 ทดสอบซ าตามขนตอนท 6.2.6 อก 2 ครง โดยใชคา h1 และ h2 คาเดม เพอตรวจสอบวาการไหลของน าผานตวอยางดนเปนไปในลกษณะ steady flow โดยระยะเวลา t ควรจะมคาใกล เคยงกน ถาครงใดไดคาทแตกตางไปมาก ใหทดสอบใหม

6.2.8 ทดสอบตามขนตอนท 6.2.5 ถง 6.2.7 อก 1 รอบ โดยเปลยนต าแหนง จด 1 และ จด 2 บนหลอดแกว standpipe (และคา h1 และ h2) ไปตามความเหมาะสม


รปท 6.5 DIAGRAM แสดงการตดตงอปกรณทดสอบโดยวธ FALLING HEAD


7.1 ใหค านวณขอมลทางกายภาพของตวอยางดนใน data sheet ใหครบถวน 7.2 ค านวณคา Coefficient of Permeability (k) ของตวอยางดน โดยใชสมการท 6.5 ส าหรบ constant

head test และสมการท 6.6 ส าหรบ falling head test แลวหาคา k โดยเฉลย (kave) ในแตละกรณตามทระบไวใน data sheet

7.3 ค านวณหาคา Coefficient of Permeability ท 20oC (k20) ในแตละกรณ โดยใชสมการท 6.4 และตารางท 6.2 แลวค านวณ หาคา k20(ave) ของตวอยางดนน


8.1 ในกรณของ constant head test ใหเปรยบเทยบผลการทดสอบจากคา k20 ทประเมนไดจากการทดสอบภายใต condition ตางๆ วาเปลยนแปลงแตกตางกนอยางไร ใหหาเหตผลอธบายสาเหตของความแตกตางทเกดขนนน 8.1.1 เมอ h มคาคงท แตทดสอบโดยวดปรมาตรน าในชวงเวลา t ตางกน 8.1.2 เมอ h มคาแตกตางกน

8.2 ในกรณของ falling head test ใหเปรยบเทยบผลการทดสอบ โดยพจารณาจากคา k20 ทประเมนไดเมอคา h1 และ h2 เปลยนแปลงไป ใหหาเหตผลอธบายสาเหตของความแตกตางทเกดขนนน

1

2



9.1 มาตรฐาน ASTM และ AASHTO ก าหนดไววา การทดสอบโดยวธ constant head กบตวอยางดน granular soils ใหใช permeameter มาตรฐาน ดงแสดงไวในรปท 6.6 โดยขนาดของ permeameter ตองสมพนธกบขนาดของเมดดนทใหญทสดในมวลคละทใชทดสอบ ดงแสดงไวในตารางท 6.1 โดยทมวลคละ granular soils ทใชทดสอบ จะมเมดดนขนาดเลกกวา 75 microns หรอ 0.075 มม. (ผานตะแกรง ASTM No.200) ไดไมเกน 10% ของมวลคละนนโดยน าหนก

9.2 การไหลของน าผานมวลดนในการทดสอบในทกกรณ ตองเปนไปในลกษณะ steady state, laminar flow โดยมขอก าหนด คอ - การไหลของน าผานตวอยางดนตองเปนไปอยางตอเนอง โดยไมท าใหเกดการเปลยนแปลง

ปรมาตรของตวอยางดนนน - ขณะทน าไหลผานตวอยางดน ชองวางระหวางเมดดนตองเตมไปดวยน า โดยไมมฟองอากาศ

หลงเหลออย หรอ ตวอยางดนอยในสภาวะ fully saturated - ในการทดลองโดยวธ constant head ตองใหน าไหลผานตวอยางดนภายใตคา hydraulic

gradient (i) คงท - อตราสวนระหวาง ความเรวของการไหลของน าผานตวอยางดน กบคา hydraulic gradient, i ม

คาต ากวาคาทท าใหการไหลของน าเปนไปแบบ turbulent

รปท 6.6 PERMEAMETER ตามมาตรฐาน ASTM


ตารางท 6.1 ขนาดของ PERMEAMETER สมพนธกบขนาดของเมดดนในตวอยางดนตามมาตรฐาน ASTM

เมดดนใหญทสด มขนาดระหวาง (Maximum Particle Size Lies between Sieve Openings)

ขนาดเสนผาศนยกลางเลกทสดของ Permeameter (Minimum Cylinder Diameter) นอยกวา 35% คางบนตะแกรงขนาด มากกวา 35% คางบนตะแกรงขนาด 2.00 มม. (No.10) 9.5 มม. (3/8 นว) 2.00 มม. (No.10) 9.5 มม. (3/8 นว)

2.00 มม. (No.10) และ 9.5 มม. (3/8 นว)

76 มม. (3 นว)

- 114 มม. (4.5 นว)

-

9.5 มม. (3/8 นว) และ 19.0 มม. (3/4 นว)

- 152 มม. (6 นว)

- 229 มม. (9 นว)

9.3 เนองจากคา Coefficient of Permeability ของ granular soils โดยทวไป แปรผนขนอยกบ void

ratio ของมวลคละนน ดงนน ในการทดสอบประเมนคา Coefficient of Permeability ของมวลคละ granular soils เพอตองการขอมลไปใชงานทางวศวกรรม จงเตรยมตวอยางทดสอบใหมความหนาแนน หรอ void ratio ตางกน 3-4 ตวอยาง เมอทดสอบประเมนคา k20 แลว น าคา k20 และ คา void ratio (e) ของแตละตวอยางไป plot ลงในกราฟ semi-log ดงในรปท 6.7 โดย plot คา void ratio ลงบน linear scale และ plot คา k20 ลงบน log scale เสนกราฟท plot ไดจะเปนเสนตรงโดยประมาณ กราฟความสมพนธน สามารถน าไปใชประเมนคา k20 ของมวลคละดงกลาวในสภาพทใชงานจรง เมอมวลคละนนไดรบการบดอดใหมคา void ratio เปนคาใดๆได

รปท 6.7 กราฟความสมพนธระหวาง VOID RATIO กบ คา k20 ของมวลคละ GRANULAR SOIL

ตวอยางหนง


9.4 ในการเตรยมตวอยางมวลคละ granular soil เพอใชท าการทดสอบ ตวอยางมวลคละใน permeameter ควรมความหนาแนนสม าเสมอโดยตลอด ดงนน การบรรจมวลคละแหงลงใน permeameter มาตรฐาน ASTM D 2434 จงก าหนดใหใชกรวยและทอยางดงแสดงไวในรปท 6.8 สวนการเตรยมตวอยางทดสอบใหมความหนาแนนตามทตองการ สามารถใชอปกรณบดอดตวอยางตามทแนะน าไวในมาตรฐาน ASTM D 2434 เชน vibrating tamper, sliding tamper, หรอ rod with sliding weight ทปรบระดบการตกกระทบได หรอ จะใช vibrating table กได ขนอยกบขนาดของเมดดนในมวลคละและความหนาแนนของตวอยางทตองการในการทดสอบนนๆ

9.5 การไลอากาศออกจาก void ในมวลคละใน permeameter เพอใหตวอยางอยในสภาพ fully saturated โดยการปลอยน าไหลผานตวอยางมวลคละใน permeameter นน อาจไมไดผลดในกรณทตวอยางเปนมวลคละเมดละเอยดและมความหนาแนนสง มาตรฐาน ASTM D 2434 แนะน าใหใช vacuum pump ชวยในการ saturate ตวอยางมวลคละใน permeameter กอนการทดสอบ ดงแสดงไวในรปท 6.9

รปท 6.8 การบรรจตวอยางทรายแหงลงใน PERMEAMETER โดยใชกรวยและทอยาง

รปท 6.9 การ SATURATE ตวอยางมวลคละใน PERMEAMETER โดยใช VACUUM PUMP


ตารางท 6.2 คา VISCOSITY RATIO

20

T ทใชปรบแกคา kT ใหเปนคา k20 ตามสมการท 6.4

T oC 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1.1056 1.0774 1.0507 1.0248 1.0000 0.9761 0.9531 0.9311 0.9097 0.8893 0.8694 0.8502 0.8318 0.8139 0.7967 0.7801 0.7641 0.7486 0.7334 0.7189

1.1028 1.0747 1.0480 1.0223 0.9976 0.9738 0.9509 0.9290 0.9077 0.8873 0.8675 0.8484 0.8300 0.8122 0.7950 0.7785 0.7626 0.7471 0.7320 0.7175

1.0999 1.0720 1.0454 1.0198 0.9952 0.9715 0.9487 0.9268 0.9056 0.8853 0.8656 0.8465 0.8282 0.8105 0.7934 0.7769 0.7610 0.7456 0.7305 0.7161

1.0971 1.0693 1.0429 1.0174 0.9928 0.9692 0.9465 0.9247 0.9036 0.8833 0.8636 0.8447 0.8264 0.8087 0.7917 0.7753 0.7595 0.7440 0.7291 0.7147

1.0943 1.0667 1.0403 1.0149 0.9904 0.9669 0.9443 0.9225 0.9015 0.8813 0.8617 0.8428 0.8246 0.8070 0.7901 0.7737 0.7579 0.7425 0.7276 0.7133

1.0915 1.0640 1.0377 1.0124 0.9881 0.9646 0.9421 0.9204 0.8995 0.8794 0.8598 0.8410 0.8229 0.8053 0.7884 0.7721 0.7564 0.7410 0.7262 0.7120

1.0887 1.0613 10.351 1.0099 0.9857 0.9623 0.9399 0.9183 0.8975 0.8774 0.8579 0.8392 0.8211 0.8036 0.7867 0.7705 0.7548 0.7395 0.7247 0.7106

1.0859 1.0586 1.0325 1.0074 0.9833 0.9600 0.9377 0.9161 0.8954 0.8754 0.8560 0.8373 0.8193 0.8019 0.7851 0.7689 0.7533 0.7380 0.7233 0.7092

1.0803 1.0560 1.0300 1.0050 0.9809 0.9577 0.9355 0.9140 0.8934 0.8734 0.8540 0.8355 0.8175 0.8001 0.7834 0.7673 0.7517 0.7364 0.7218 0.7078

1.0802 1.0533 1.0274 1.0025 0.9785 0.9554 0.9333 0.9118 0.8913 0.8714 0.8521 0.8336 0.8157 0.7984 0.7818 0.7657 0.7502 0.7349 0.7204 0.7064

@@@@@@@@@@@


ขอมล PERMEAMETER และอปกรณทดสอบ ขอมลตวอยางดน

เสนผาศนยกลางภายใน permeameter (d) (cm.) น าหนก permeameter + ตวอยางดน (g)

พนทหนาตดภายใน permeameter (A) (sq.cm.) น าหนก permeameter (g)

ความสงตวอยางดนภายใน permeameter (H) (cm.) น าหนกตวอยางดน (g)

ระยะระหวาง manometer outlets (บน-ลาง) (L) (cm.) ปรมาตรตวอยางดน (Vt) (cc)

ความหนาแนนรวม (rt) (kg/cu.m.)

หมายเลยกระปองความชน ความชนตวอยางดน (w) (%)

น าหนกกระปอง + ดนชน (g) ความหนาแนนแหง (rd) (kg/cu.m.)

น าหนกกระปอง + ดนแหง (g) Specific Gravity (Gs)

น าหนกกระปองเปลา (g) ปรมาตร soil solid ในตวอยางดน (Vs) (cc)

น าหนกน าในตวอยางดน (g) ปรมาตร voids ในตวอยางดน (Vv) (cc)

น าหนกดนแหงในกระปอง (g) คา void ratio ตวอยางดน (e)

ความชนตวอยางดนทใชทดสอบ (w) (%) คา porosity ในตวอยางดน (n)

h1 cm. h1 cm.

h2 cm. h2 cm.

dh cm. dh cm.

ระยะ ปรมาตร อณหภม ระยะ ปรมาตร อณหภม

เวลา น า น า เวลา น า น า

รอบ ครง t Q T เฉลย t Q T เฉลย

ท ท (s) (cc) (deg. C) (cm/s) (cm/s) (cm/s) (s) (cc) (deg. C) (cm/s) (cm/s) (cm/s)

1

2

3

1

2

3

สรปผลการทดสอบ คณสมบตตวอยางดน kg/cu.m.

cm./s

Manometer Readings

kT

k20

k20

Visc

osity

Rat

ioการทดสอบชดท 1 การทดสอบชดท 2

DRY DENSITY

VOID RATIO

Manometer Readings

Total Head Difference

1

2

kT k20

Visc

osity

Rat

ioการทดสอบ k20

ขอมลการทดสอบ

ชอ-สกล …………………..………..............…………………..................…….….. รหส ........................................ ตอนท ............... กลมท ................... วนทดสอบ ..................................................

การหาความชนตวอยางดนทใชทดสอบ

CE 372 ENGINEERING SOIL TEST

EXPERIMENT No. 6.1

SOIL PERMEABILITY TEST

CONSTANT HEAD METHOD

Total Head Difference

k20


ขอมล PERMEAMETER และอปกรณทดสอบ ขอมลตวอยางดนเสนผาศนยกลางภายใน permeameter (d) (cm.) น าหนก permeameter + ตวอยางดน (g)

พนทหนาตดภายใน permeameter (A) (sq.cm.) น าหนก permeameter (g)

ความสงตวอยางดนภายใน permeameter (H) (cm.) น าหนกตวอยางดน (g)

พนทหนาตดภายในหลอดแกว standpipe (a) (sq.cm.) ปรมาตรตวอยางดน (Vt) (cc)

ความหนาแนนรวม (rt) (kg/cu.m.)

หมายเลยกระปองความชน ความชนตวอยางดน (w) (%)

น าหนกกระปอง + ดนชน (g) ความหนาแนนแหง (rd) (kg/cu.m.)

น าหนกกระปอง + ดนแหง (g) Specific Gravity (Gs)

น าหนกกระปองเปลา (g) ปรมาตร soil solid ในตวอยางดน (Vs) (cc)

น าหนกน าในตวอยางดน (g) ปรมาตร voids ในตวอยางดน (Vv) (cc)

น าหนกดนแหงในกระปอง (g) (e)

(w) (%) (n)

อณหภม

น า kT k20 k20

รอบ ครง h1 h2 T เฉลย

ท ท (cm.) (cm.) นาท วนาท (degree C) (cm./s) (cm./s) (cm./s)

1

2

3

1

2

3

สรปผลการทดสอบ kg/cu.m.

cm./s

VOID RATIO

ระยะเวลา

ทระดบน าลดลง

ใน standpipe, t

Standpipe

Readings

Vis

cosi

ty R

atio

คณสมบตตวอยางดน DRY DENSITY

k20

ขอมลการทดสอบ

CE 372 ENGINEERING SOIL TEST

EXPERIMENT No. 6.2

SOIL PERMEABILITY TEST

FALLING HEAD METHOD

ความชนตวอยางดนทใชทดสอบ คา porosity ในตวอยางดน

ชอ-สกล …………………..………..............…………………..................…..….….. รหส .......................................... ตอนท ............... กลมท ................... วนทดสอบ ..................................................

การหาความชนตวอยางดนทใชทดสอบ

2

การทดสอบ

คา void ratio ตวอยางดน

1

ปรมาตรน า

ทไหลผาน

การทดลอง

(cc)

Documents

ผศ.ดร.สุริยะ ทองมุณี ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ ... Lab direction