หน่วยที่ 1Physical Property

วชิ าปฐพกี ลศาสตร์ รหัสวชิ า3106-2109 คุณสมบัติและส่วนประกอบของดินทางฟิ สิกส์ แผนกวชิ าช่างก่อสร้าง วทิ ยาลยั เทคนคิ ลพบุรี

1 หน่วยท่ี 1 คุณสมบตั แิ ละส่วนประกอบของดนิ ทางฟสิ ิกส์ สปั ดาหท์ ่ี 1 ความหมายของดนิ (Soil) ดินหมายถึง วัตถุธรรมชาติที่ปกคลุมผิวโลกอยู่บางๆ เกิดข้ึนจากผลของการแปรสภาพหรือผุพังของหิน และแร่ และอินทรียวัตถุผสมคลุกเคล้ากัน ดิน เป็นตะกอนวสั ดุบนเปลือกโลก ได้แก่ บรรยากาศ น้ำ และส่ิงมีชีวิต เราเรียกตะกอนวัสดุเหล่าน้ีวา่ ดินก็ตอ่ เมื่อมีส่วนประกอบของสง่ิ มีชีวติ เช่น ซากพืช ซากสัตว์ เข้ามาเกีย่ วข้อง หาก เป็นแต่เพียงตะกอนวัสดุท่ีไม่เก่ียวข้องกับส่ิงมีชีวิตก็จะเรียกว่า เรโกลิธ (Regolith) เช่น ผงตะกอนบนดวงจันทร์ ดินมีความสำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตบนพ้ืนโลก ดินดึงธาตุไนโตรเจนและคาร์บอน จากบรรยากาศมาสร้างธาตุ อาหารทสี่ ำคัญสำหรับส่ิงมีชีวิต ในเวลาเดียวกนั ส่ิงมชี ีวติ เองกท็ ำให้หินผุพังกลายเป็นดนิ จะเห็นได้ว่า ดิน สิ่งมีชวี ิต และส่งิ แวดลอ้ ม มีอิทธพิ ลซึ่งกันและกันเป็นอย่างมาก ดงั ท่ีแสดงในรูป แหลง่ กำเนิดของดิน (Origin of Soil) ดนิ จะมที ่กี ำเนิดจากหลายสาเหตุตามกระบวนการตา่ งๆ ดังน้ี 1. กระบวนการ การผุพัง (Weathering) คือ การท่ีหินผุพังทำลายลง (อยู่กับท่ี) ด้วยกรรมวิธี ต่างๆ จาก ลมฟ้าอากาศ สารละลาย และรวมท้ังการกระทำของต้นไม้ แบคทีเรียตลอดจนการ แตกตัวทางกลศาสตร์ มีการ เพ่มิ อณุ หภมู แิ ละลดอุณหภมู ิสลับกัน

2 2. กระบวนการ การย่อยสลาย (Mechanical Disintegration) ซึ่งเป็นกระบวนการหลักใน การย่อยทำ ลายก้อนหนิ ทางกายภาพ คอื การสลายตัวของก้อนหนิ ลงเป็นเม็ดหินย่อยและดนิ เมด็ หยาบ ซง่ึ เกิดจากการกระทำ ของกระแสนำ้ คล่นื และแรงโน้มถ่วง 3. กระบวนการ การกร่อน (Erosion) หมายถึง กระบวนการที่ทำให้สารเปลือกโลกหลุดละลายไป หรือ กร่อนไป (โดยมีการเคล่ือนท่ีไปจากท่ีเดิม) โดยมีต้นเหตุคือตัวการธรรมชาติ ซ่ึงได้แก่ ลม ฟ้า อากาศ กระแสน้ำ ธารน้ำแขง็ การครูดถู ภายใตอ้ ทิ ธิพลของแรงโนม้ ถ่วง 4. กระบวนการ การพัดพา (Transportation) หมายถึง การเคลื่อนท่ีของมวลหินดิน ทราย โดย กระแสน้ำ กระแสลม หรือธารน้ำแข็ง ภายใต้แรงดึงดูดของโลกอนุภาคขนาดเล็กจะถูกพัดพาให้เคล่ือนท่ีไปได้ไกล กวา่ อนุภาคขนาดใหญ่

3 5. กระบวนการ การกลับคืนเป็นหิน (Lithification) เม่ือเศษตะกอนทับถมกัน จะเกิดโพรง ขึ้นประมาณ 20 – 40% ของเน้ือตะกอน น้ำ พาสารละลายเข้ามาแทนท่ีอากาศในโพรง เน้ือตะกอนจะถูกทำให้เรียงชิดติดกัน ทำให้โพรงจะมีขนาดเล็กลงจนน้ำที่เคยมีอยู่ถูกขับไล่ออกไป สารที่ตกค้างอยู่ทำหน้าท่ีเป็นซีเมนต์เชื่อมตะกอนเข้า ด้วยกนั กลบั เปน็ หินอกี ครั้ง 6. การทับถม (Deposit) เกิดขึ้นเมื่อตัวกลางซึ่งทำให้เกิดการพัดพา เช่น กระแสน้ำ กระแส ลม หรือธาร น้ำ แข็ง อ่อนกำลังลงและยุติลง ตะกอนที่ถูกพัดพาจะสะสมตัวทับถมกันทำให้เกิดการ เปล่ียนแปลงทางอุณหภูมิ ความกดดัน ปฏิกิริยาเคมี และเกิดการตกผลึก หินตะกอนท่ีอยู่ชั้นล่างจะมี ความหนาแน่นสูงและมีเนื้อละเอียด กว่าช้ันบน เน่ืองจากแรงกดดันซึ่งเกิดข้ึนจากน้ำหนักตัวทับถมกัน เป็นชั้นๆ (การทับถมบางคร้ังเกิดจากการระเหย ของสารละลาย สว่ นทเ่ี ปน็ น้ำ ระเหยไปในอากาศ ท้งิ สาร ท่ีเหลอื ใหต้ กผลกึ ไวเ้ ช่นเดยี วกบั การทำ นาเกลอื ) สว่ นประกอบของดิน (Soil Phase) สว่ นประกอบของมวลดิน มี 3 ส่วนใหญ่ๆ ส่วนแรกคอื ส่วนท่ีเป็นเม็ดดินหรือของแข็ง ส่วนท่ีสองคือส่วนท่ี เป็นน้าหรือของเหลวและส่วนท่ีสามคือส่วนที่เป็นอากาศหรือก๊าซ ซึ่งองค์ประกอบท้ังหมดนี้จะมีสัดส่วนมากหรือ นอ้ ยเทา่ ใดตอ่ มวลดนิ หนง่ึ หน่วยปริมาตร จะเปน็ ตัวบอก คุณสมบัติ คุณภาพในการรบั กาลงั ของดนิ นัน้ ๆ 1. เม็ดดินหรือของแข็ง (Solid) เป็นส่วนที่มีเม็ดดินหรือมวลดิน ท่ีเกิดจากหินผ่าน กระบวนการทาง ฟิสกิ สใ์ หผ้ ุพงั แตกสลาย หรือจากตะกอนท่ีทบั ถมกันมา ซึง่ มแี รแ่ ละสารอินทรยี ์เป็นองค์ประกอบ 2. น้ำ หรือของเหลว (Water) น้า เป็นสว่ นประกอบอีกอย่างของดิน ซ่ึงอยู่ในช่องว่าง ระหว่างเมด็ ดิน ถ้า ช่องว่างระหว่างเม็ดดนิ เตม็ ไปด้วยน้ำ เรียกว่า ดินอม่ิ ตวั (Saturated soil)

4 3. อากาศหรือก๊าซ (Air) ซ่ึงอยู่ในช่องว่างระหว่างเม็ดดิน ถ้าช่องว่างระหว่างเม็ดดินเต็ม ไปด้วยอากาศ เรียกว่า ดินแห้ง (Dry soil) ถ้าช่องว่างระหว่างเม็ดดินเต็มไปด้วยน้ำ และอากาศเรียกว่า ดินชื้นหรือดินเปียก (Unsaturated หรือ Wet soil) รปู รา่ งของเม็ดดิน รูปร่างของเม็ดดินมีลักษณะแตกต่างกันไปตามถิ่นกำเนิดของดิน จากสภาวะการ เปลี่ยนแปลงทาง ธรรมชาติ หรือปฏิกิริยาทางฟิสิกส์ ทั้งน้ีเน่ืองจากเม็ดดินประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆ รวมตัวกัน จึงทำให้มีรูปร่าง แตกตา่ งกันไป และรูปร่างของเมด็ ดินจะมอี ิทธิพลทำให้คุณสมบัติทาง ฟิสิกสข์ องดินเปลี่ยนไป โดยส่วนใหญ่รูปร่าง ของเม็ดดนิ จะมี 3 กล่มุ ดังนี้ 1. รปู ร่างเป็นกอ้ นหรอื เป็นเม็ด (Bulky grains) มลี ักษณะเป็นเมด็ กลม กลมมน เหลี่ยมมน และเหลี่ยมคม ได้แก่ ดินพวกเม็ดหยาบเช่น กรวด ทราย ดินกลุ่มนี้มีความสามารถในการรับน้ำหนักได้มากและมีการยุบตัวน้อย ถา้ รูปรา่ งเป็นเหลยี่ มจะสามารถบดอดั ไดง้ า่ ยดว้ ยแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทก 2. รูปร่างเป็นแผ่นหรือเป็นเกล็ด (Flakey หรือ Plate-like grains) มีลักษณะเป็นแผ่นแบนและบาง ดิน กลุ่มนี้ได้แก่ ดินเม็ดละเอียดเช่น ตะกอนทราย และ ดินเหนียว ซ่ึงประกอบด้วยแร่พวก Mega และแร่ดินเหนียว บางชนิดเช่น Kaolinite คุณสมบัติที่สำคัญของดินกลุ่มนี้คือ สามารถยุบตัวได้ง่ายภายใต้น้ำหนักคงที่ การกดอัด ดว้ ยแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกทำใหด้ ินอัดตัวกนั แน่นไดย้ าก

5 3. รูปร่างเป็นเส้น (Elongaed หรือ Needle-like Grains) ส่วนมากเป็นรูปร่างของแร่ Halloysite พวก ใยหนิ ขเ้ี ถ้าภูเขาไฟบางชนดิ และพวกอินทรยี ส์ าร เชน่ Peat โครงสร้างของดิน (Structure of Soil) โครงสร้างของเม็ดดิน คือการจัดเรียงตัวตามธรรมชาติ ตามขนาดและรูปร่างของเม็ดดิน รวมท้ังแร่ท่ี ประกอบกันเป็นเม็ดดิน เน่ืองมาจากแรงดึงดูดท่ีผิวของเม็ดดินและแรงดึงดูดของโลก ดังนั้นโครงสร้างของดิน เหล่านี้จงึ มีผลต่อคณุ สมบตั ิของดิน สามารถแบง่ ออกได้ 4 กลมุ่ ดงั น้ี 1. โครงสร้างดินแบบเมด็ เดี่ยว (Single-Grained Structure) ส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างของพวกทราย หรือ ตะกอนทราย ท่ีมีขนาดใหญ่กว่า 0.02 มิลลิเมตร ซ่ึงเมื่อเม็ดดินตกตะกอนทับถมกันจะเรียงตัวกันแบบเป็นเม็ดต่อ เม็ดซ้อนกันอยู่ โดยธรรมชาติจะอยู่ในสภาพหลวม เม่ือดินได้รับน้าหนักกดทับหรือแรงส่ันสะเทือน จะทาให้ โครงสร้างของเม็ดดินขยับตัวอยู่ในเรียงชิดติดกันจนอยู่ในสภาพแน่น ดินประเภทน้ีจึงมีการทรุดตัวสูงมากใน ทันทีทันใดและจะเรมิ่ ทรดุ ตวั ต่อไปน้อยหรือไม่มเี ลยหลงั จากที่ได้รับนา้ หนักกดทับหรือแรงสนั่ สะเทอื นแลว้ 2. โครงสร้างแบบรวงผ้ึง (Honeycomb Structure) เป็นโครงสร้างดินตะกอนทรายท่ีมีขนาดเล็กกว่า 0.02 มิลลิเมตร เม็ดดินพวกนี้จะตกตะกอนและเกาะติดกันเป็นรูปร่างคล้ายรวงผึ้ง ลักษณะของโครงสร้างน้ีจะมี ชอ่ งว่างระหวา่ งเมด็ ดินสูงมากและรบั น้าหนักได้จากัด ถ้าน้าหนักทก่ี ระทาต่อมวลดินมีคา่ มากพอทีจ่ ะทาลายรูปรา่ ง ของโครงสร้างน้ีได้ ก็จะทาให้โครงสร้างนี้เปล่ียนแปลงไปเป็นโครงสร้างแบบดินเม็ดเด่ียว และอัตราส่วนช่องว่างก็ จะลดลงไปด้วย ทาให้เกิดการทรุดตัวมาก ถ้าก่อสร้างอาคาร หรือมีน้ำหนักของโครงสร้างอยู่บนชั้นดินประเภทน้ีก็ อาจจะเกดิ การพบิ ตั ไิ ด้ เนอื่ งจากการลดลงของปรมิ าตรดนิ หรือจากการทรุดตวั

6 3. โครงสร้างแบบเป็นระเบียบ (Dispersed Structure) เป็นโครงสร้างของดินเหนียวมี ลักษณะเป็นผลึก แผ่นบาง มีคุณลักษณะที่สามารถดึงดูดน้ำได้ดี ซ่ึงเกิดจากการตกตะกอนในน้ำจืดมี คุณสมบัติการยึดเกาะกันด้วย แรงไฟฟา้ เคมี (Electro-Chemical Forces) แรงยดึ เกาะนี้เรยี กวา่ แรงเชื่อม แน่น แต่ผลลัพธจ์ ากประจไุ ฟฟ้า ของ เม็ดดนิ ขณะตกตะกอนทบั ถมกนั เกดิ การจัดเรยี งตัวแบบ Face to Face ได้เปน็ โครงสร้างแบบเปน็ ระเบยี บ 4. โครงสร้างแบบระเกะระกะ (Flocculent Structure) เป็นโครงสร้างของดินเหนียวที่เกิดจากการ ตกตะกอนในทะเล และผลลัพธ์จากประจุไฟฟ้าของเม็ดดินทำให้เมื่อเม็ดดินตกตะกอนและทับถมกันนั้น จาก จัดเรียงตัวแบบ Edge to Face เม็ดดินจะยึดติดกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างผิวที่จุดสัมผัส ได้ เป็นโครงสร้างแบบ ระเกะระกะ และโดยท่ัวไปโครงสรา้ งแบบน้ีจะไม่มั่นคงและมีช่องวา่ ง ระหวา่ งเมด็ ดินมาก ส่วนการตกตะกอนในน้ำ สะอาดจะมแี นวโน้มเปน็ ทั้งสองแบบก้ำกึ่งกนั ขนาดของเม็ดดิน (Size of Soil) ดินจะประกอบด้วยเมด็ ดินขนาดตา่ งๆกัน ข้นึ อยูก่ ับว่าขนาดของเมด็ ดินส่วนใหญ่เป็นอย่างไร การแบ่งแยก ขนาดเพ่อื ใชใ้ นการจำแนกดินออกเป็นพวกๆ มหี ลายมาตรฐานตา่ งกนั ดังแสดงในตาราง ชนดิ ของดิน ขนาดของเม็ดดนิ (มม.) หนิ ขนาดใหญ่ (Boulder) ขนาดใหญก่ วา่ 300 มม. หินขนาดกลาง (Cobble) ขนาด 150 มม. – 300 มม. กรวด (Gravel) ขนาด 2 มม. – 150 มม. ทราย (Sand) ขนาด 0.06 มม. – 2 มม. ตะกอนทราย (Silt) ขนาด 0.002 มม. – 0.06 มม. ดินเหนียว (Clay) ขนาดเลก็ กวา่ 0.002 มม.

7 1.5 คุณสมบตั ิทางกายภาพของดนิ (Physical Properties of Soil) ส่วนประกอบของดิน ดนิ ประกอบด้วยเมด็ ดนิ หรือเน้ือดิน (Solid) และช่องวา่ ง (Void) ซึ่งช่องว่างในมวลดินประกอบดว้ ย นำ้ (Water) หรืออากาศ (Air) ฉะน้นั จงึ บอกได้ว่าดนิ มีองค์ประกอบท้ัง ของแข็ง (Solid) ของเหลว (Liquid) และ กา็ ช ( Gass ) 1.5.1 ดินแหง้ (Dry Soil) เม่ือชอ่ งว่างในมวลดนิ เป็นอากาศทัง้ หมด มวลดนิ เม็ดดิน ชอ่ งวา่ งระหว่างเม็ดดินท่ีเปน็ อากาศทั้งหมด รปู ท่ี 1.9 แสดงดินแห้งเมื่อช่องวา่ งในมวลดนิ เป็นอากาศทั้งหมด สามารถเขียนเปน็ ผังแสดงองคป์ ระกอบของดิน ( Phase Diagram ) ได้ดงั น้ี อากาศ เมด็ ดนิ Two Phase Diagram รปู ท่ี 1.10 แผนผังแสดงองคป์ ระกอบของเมด็ ดิน,อากาศ

8 1.5.2 ดินชนื้ ( Wet Soil ) เมอื่ ชอ่ งวา่ งในมวลดินบางส่วนมนี ำ้ อยู่ นำ้ มวลดนิ เม็ดดิน อากาศ รปู ท่ี 1.11 แสดงดนิ ชื้นเมื่อช่องวา่ งในมวลดนิ บางส่วนมีน้ำอยู่ สามารถเขยี นเปน็ ผังแสดงองคป์ ระกอบของดิน ( Phase Diagram ) อากาศ น้ำ เม็ดดิน Three Phase Diagram รูปที่ 1.12 ผังแสดงองคป์ ระกอบของเม็ดดนิ , อากาศ, น้ำ

9 1.5.3 ดินอิ่มตัวดว้ ยนำ้ ( Saturation Soil ) เมื่อช่องวา่ งในมวลดินเต็มไปด้วยน้ำทัง้ หมด น้ำ (เตม็ ชอ่ งวา่ ง) มวลดนิ เมด็ ดิน รปู ที่ 1.13 แสดงดนิ อมิ่ ตัวด้วยน้ำเมือ่ ช่องวา่ งในมวลดินเต็มไปด้วยนำ้ ทั้งหมด สามารถเขียนผงั แสดงองคป์ ระกอบของดนิ ( Phase Diagram ) นำ้ เม็ดดิน Two-Phase-Diagram รูปท่ี 1.14 ผงั แสดงองค์ประกอบของดนิ เม็ดดิน, น้ำเต็มช่องว่าง

10 1.5.4 สญั ลกั ษณ์นิยมเขียนแทนดนิ Gravel Sand ตารางท่ี 1.2 สัญลักษณ์นยิ มเขียนแทนดนิ Gravel + Sand กรวด Silt ทราย Clay กรวดปนทราย ดนิ ตะกอน - ดนิ เหนยี ว ช้นั กรวด ชั้นทราย ช้นั ดินตะกอน ระดบั นำ้ ใต้ดนิ 1.5.5 ความสมั พันธเ์ ชงิ ปริมาตรและนำ้ หนกั มวลดนิ ประกอบด้วยส่วนประกอบสองสว่ น ไดแ้ ก่ 1. เม็ดดนิ (Soil Solid) ซ่ึงถูกพิจารณาวา่ เปน็ วัสดทุ ี่อดั ตัวไม่ได้ (Incompressible) 2. ช่องวา่ งระหวา่ งเม็ดดิน (Void) ซงึ่ ประกอบด้วยอากาศ (Air) และของเหลว (Liquid) โดยปกตขิ องเหลวคือนำ้ ดงั รูปที่ 1.15 แสดงส่วนประกอบของมวลดนิ ที่มีปริมาตรเท่ากับ V และ น้ำหนกั เทา่ กบั W เมอื่ V= ปรมิ าตรท้ังหมดของมวลดิน ปริมาตรของเมด็ ดิน Vs = ปริมาตรของนำ้ ในมวลดนิ Vw = ปรมิ าตรของอากาศในดนิ Va = ปริมาตรของชอ่ งวา่ งระหว่างเมด็ ดิน Vv = น้ำหนกั ของมวลดิน W= น้ำหนักของเม็ดดนิ น้ำหนักของน้ำในมวลดนิ Ws = นำ้ หนักของอากาศในมวลดนิ ซึ่งเทา่ กับศนู ย์ Ww = Wa =

11 Va Air Wa V Vw Water Ww W Vs Solid Ws รูปที่ 1.15 แสดงสว่ นประกอบของมวลดิน (1.1) (1.2) จากรูปท่ี 1.15 ความสัมพนั ธ์พื้นฐานสามารถแสดงได้ดังน้ี (1.3) W = Ws + Ww V = Vs + Vw + Va Vv = Vw + Va

12 ความสมั พนั ธ์ทีส่ ำคัญในทางวศิ วกรรมปฐพี 1.5.5.1 ความสมั พนั ธ์เชิงปริมาตร ไดแ้ ก่ อตั ราสว่ นความโพรง (Void Ratio, e) ความพรนุ (Porosity, n) และระดับความอมิ่ ตวั ดว้ ยนำ้ (Degree of Saturation, S) e = Vv (1.4) Vs n = Vv = e (1.5) V 1+e S(%) = Vw × 100 (1.6) Vv 1.5.5.2 ความสมั พันธ์เชิงนำ้ หนกั มีเพยี งตัวเดยี ว ได้แก่ ปริมาณความชนื้ (Moisture Content, m) m = Ww (1.7) Ws 1.5.5.3 ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งปรมิ าตรและน้ำหนกั ไดแ้ ก่ หน่วยน้ำหนัก (Unit Weight, Ɣ) ความหนาแนน่ แหง้ (Dry Density, Ɣd) ความหนาแนน่ ของ เม็ดดนิ (Density of Solid Particle, Ɣs) ความถว่ งจำเพาะ (Specific Gravity, Gs) และความ หนาแนน่ สมั พนั ธ์ (Relative Density, Dr) Ɣ = W (1.8) V Ɣd = Ws (1.9) V (1.10) Ɣs = Ws Vs Gs = Ɣ s (1.11) Ɣ w(emax - e) (1.12) Dr = (emax - emin) × 100

13 ความหนาแนน่ สมั พันธน์ เี้ ป็นตัวแปรทส่ี ำคญั สำหรบั ดินเม็ดหยาบ เนือ่ งจากลักษณะการเรียงตัวของเมด็ ดินมีผลต่อความหนาแน่นและคุณสมบัตทิ างวิศวกรรม (Engineering Properties) ค่า emax และ emin คือค่า อตั ราสว่ นโพรงในสภาวะทห่ี ลวมท่ีสดุ และแน่นทสี่ ดุ ตามลำดบั ตารางที่ 1.3 แสดงความหนาแน่นสมั พนั ธ์กับ การเรียกชือ่ ตารางที่ 1.3 ค่าความหนาแน่นสมั พนั ธ์และการเรยี กชือ่ ความหนาแนน่ สมั พันธ์ (%) การเรียกช่ือ 0 – 15 หลวมมาก(Very Loose) 15 – 30 หลวม(Loose) 35 – 65 65 – 85 ปานกลาง(Medium) 85 - 100 แนน่ (Dense) แนน่ มาก(Very Dense) 1. 5.5.4 ความสมั พนั ธ์ระหว่าง e, Ɣ, Gs และ S แทนคา่ สมการที่ 1.1 และ 1.2 ลงในสมการท่ี 1.8 จะได้ Ɣ= W = Ws + Ws V Vs + W Ɣ = Gs .Vs . Ɣ w + Gw. Vw . Ɣ w Vs + Vv Ɣ = Gs .Vs . Ɣ w + SVv . Ɣ w Vs + Vv Ɣ= Gs + S .e . Ɣw (1.13) 1+e

14 ในกรณีท่ีดนิ อ่ิมตวั ดว้ ยน้ำ หนว่ ยนำ้ หนกั จะเทา่ กบั หนว่ ยนำ้ หนักอิ่มตัวด้วยน้ำ (Saturated Unit Weight, Ɣ sat) ซ่งึ ระดบั ความอ่ิมตัวด้วยนำ้ จะมีค่าเทา่ กบั 1 หรอื 100 % ดงั นัน้ Ɣ sat = Gs + e Ɣw (1.14) 1+e ในกรณีท่ีดนิ อยใู่ นสภาพแหง้ หน่วยน้ำหนกั ของดินจะเทา่ กับหนว่ ยน้ำหนกั แห้ง (Ɣ d) ซง่ึ ระดับ ความอ่มิ ตัวด้วยน้ำจะมีคา่ เท่ากับ 0 Ɣd = Gs (1.15) 1+e Ɣw สำหรบั ดินท่ีอยตู่ ำ่ กวา่ ระดบั น้ำใตด้ ิน หนว่ ยนำ้ หนกั จมน้ำหรือหนว่ ยน้ำหนกั ลอยตวั (Submerged or Buoyant Unit Weight, Ɣ ') สามารถคำนวณไดจ้ าก Ɣ ' = -Ɣ sat Ɣ w Ɣ' = (Gs – 1) Ɣ w (1.16) 1+e

15 ตัวอยา่ งการคำนวณ ตัวอย่างที่ 1.1 ดินเปยี กปรมิ าตร 200 ลบ.ซม น้ำหนกั 300 กรัม ระดบั ความอิ่มตวั ดว้ ยนำ้ 100 % อบแห้งดนิ เหลอื นำ้ หนัก 280 กรัม จงแสดงการคำนวณดงั ตอ่ ไปนี้ 1. หน่วยนำ้ หนกั ของดนิ แห้ง Ɣdry 2. ปรมิ าณนำ้ ในดนิ (m) 3. อัตราส่วนความโพรง (e) 4. ความถ่วงจำเพาะของเมด็ ดิน Gs วธิ ที ำ 1. หน่วยน้ำหนกั ของดนิ แห้ง Ɣdry Ɣdry = Ws = 280 = 1.4 กรัม/ซม.3 Vs 200 2. ปริมาณน้ำในดิน (m) m= Ww = 300 - 280 × 100 Ws 280 = 7.14 % 3. อตั ราส่วนความโพรง (e) Vw = Ww = 20 = 20 ซม.3 Gw . Ɣw (1)(1) S % = 100 % Vv = Vw = 20 ซม.3 Vs = V - Vv = 200 - 20 = 180 ซม.3 e = Vv = 20 × 100 = 11.11 % Vs 180

16 4. ความถ่วงจำเพาะของเมด็ ดิน Gs Gs = Ws Vs . Ɣw Gs = 280 = 1.55 180 x 1 ตัวอยา่ งท่ี 1.2 จงหาคา่ อตั ราสว่ นความโพรง ความพรนุ หน่วยนำ้ หนกั ของดนิ อ่ิมตัวของตัวอย่างดินสภาพอิ่มตวั ท่มี ี (m) ปริมาณนำ้ ในมวลดนิ 40 % คา่ ความถว่ งจำเพาะของดินเทา่ กับ 2.65 วธิ ีทำ 100Ww Ws Ws Vs . Ɣw m% = , Gs = 40 = 100Ww ………….(1) Ws 2.65 = Ws …………(2) 1.1 Ws = 2.65 …………(3) แทนคา่ Ws ใน (1) = 100Ww 40 2.65 Ww = 40 × 2.65 = 1.06 กรมั 100 Vw = Ww = 1.06 Gw . Ɣw 1×1 = 1.06 V = Vs + Vw + Va = 1 + 1.06 + 0 = 2.06

17 หาอัตราส่วนความโพรง Vv e= Vs = 1.06 1 = 1.06 หาความพรนุ Vv × 100 n% = V = 1.06 V× 100 2.06 = 5V1.45 %V หาหนว่ ยนำ้ หนกั อิม่ ตัว (Gs + e) Ɣw 1+e Ɣsat = = (2.65 + 1.06) 1.0 V1 + 1.06 Ɣsat = V1.800 กรมั /ซม.3

18 สรุป ดนิ (Soil) เป็นวัสดุทเี่ กิดขนึ้ เองตามธรรมชาติ และเกดิ การเปลย่ี นแปลงไปตามสภาพ ภูมปิ ระเทศ และสภาพอากาศ ซง่ึ จะมผี ลกบั โครงสร้างของดนิ และขนาดของเมด็ ดนิ เชน่ ขนาดสมำ่ เสมอ ขนาดใหญ่ ขนาด เลก็ ฯลฯ ปะปนกนั ไป สามารถแยกการกระจายของเม็ดดนิ โดยใชต้ ะแกรง ซ่ึงการเรยี งตวั ของเม็ดดนิ กรวด ทราย ดินตะกอน จะเรียงตวั แบบโครงสรา้ งเม็ดเดยี ว โครงสร้างรวงผึง้ ส่วนดินเหนียวจะเรยี งตัวแบบเปน็ ระเบยี บและระเกะระกะ ซึง่ การเรยี งตัวของเมด็ ดินแต่ละแบบ จะทำให้มีชอ่ งว่างภายในมวลดนิ ความสัมพนั ธ์ของมวลดนิ ในเชงิ ปรมิ าณ ได้แก่ อตั ราส่วนช่องว่าง (Void Ratio, e) ความพรนุ (Porisity, n) และระดับความอมิ่ ตัวของน้ำ (Degree of Saturation, S) ความสมั พันธม์ วลในดนิ ในเชงิ นำ้ หนกั ไดแ้ ก่ หนว่ ยน้ำหนกั (Unit Weight, Ɣ ) ความหนาแน่นแหง้ (Dry Density, Ɣd) ความหนาแนน่ ของเมด็ ดนิ (Density of Solid, Ɣs) ความถ่วงจำเพาะ(Specific Gravity, Gs)

19 แบบประเมินผลหลงั การเรียนรู้ ตอนที่ 1 จงเลือกคำตอบที่ถูกต้อง 1. ความหมายของดนิ คืออะไร ก. ส่วนประกอบของแผ่นดนิ ข. วัตถุท่ใี ช้ในการเพาะปลูก ค. การแปรสภาพผพุ งั ของหินและแร่ ง. ประกอบด้วยของแขง็ และกา๊ ซ 2. ลำดบั ของการพดั พาของหินตะกอนคือข้อใด ก. กรวด หนิ ทรายแปง้ ทราย ข. หิน ทรายแปง้ ทราย ดนิ เหนียว ค. กรวด ทราย ทรายแป้ง ดนิ เหนียว ง. หนิ กรวด ทรายแป้ง ดนิ เหนียว 3. เม็ดดนิ ทม่ี ีรูปรา่ งเปน็ แผน่ หรือเกล็ดคือดินชนดิ ใด ก. ดนิ เหนียว ข. ทราย ค. ทรายแปง้ ง. กรวด 4. ใหต้ อบวา่ วฏั จกั รของดนิ คือข้อใด ก. พผุ งั หนิ แปร หนิ ชนั้ หนิ อคั นี ข. หินอคั นี หินแปร หินชั้น ผพุ ัง ค. หินอคั นี หินชน้ั หินแปร ผุพงั ง. ผพุ ัง หนิ อัคนี หินแปร หนิ ชั้น 5. ดินอม่ิ ตัวคือดนิ ชนิดใด ก. ดนิ ท่อี ยู่ในนา้ ตลอดเวลา ข. ดินทช่ี น้ื และป้นั ด้วยมือไดง้ ่าย ค. ดนิ ท่นี ้าซมึ ผ่านไมไ่ ด้ ง. ดินทีม่ ีท้ังน้าและอากาศปนอยู 6. รูปรา่ งของเมด็ ดินมีอยกู่ ีล่ ักษณะ ก. 2 ลกั ษณะ ข. 3 ลกั ษณะ ค. 4 ลักษณะ ง. 5 ลกั ษณะ 7. โครงสร้างของดนิ ที่มีความเช่ือมแนน่ คือข้อใด ก. แบบเมด็ เด่ยี ว, แบบเปน็ ระเบยี บ ข. แบบรวงผ้ึง, แบบเม็ดเด่ียว ค. แบบเปน็ ระเบยี บ, แบบรวงผึ้ง ง. แบบระเกะระกะ, แบบเมด็ เดีย่ ว 8. เมด็ ทรายจะมีขนาดเมด็ โตอย่ใู นชว่ งใด ก. ขนาด 2 มม. – 80 มม. ข. ขนาด 2 มม. – 50 มม. ค. ขนาด 0.06 มม – 2 มม. ง. ขนาด 0.02 มม. – 2 มม. 9. รปู ร่างใดไม่ใชล่ ักษณะของดินส่วนใหญ่ ก. เปน็ กอ้ นหรือเปน็ เม็ด ข. กลมมนหรือเหลีย่ มมน ค. ลกั ษณะเปน็ ผลึก ง. เปน็ เสน้

20 10. การกระจายของเม็ดดนิ ที่ดีควรมรี ูปรา่ งของมวลคละเชน่ ใด ก. (เทา่ กัน) ข. (ใหญ่กับเลก็ ) ค. (ใหญไ่ ปหาเลก็ ) ง. (คละกนั ) 11. ดนิ ทีเ่ ป็นประเภท ทราย ตะกอนทราย การจดั เรยี งของเมด็ ดินตามธรรมชาติเปน็ แบบ ก. โครงสรา้ งเม็ดเดยี ว ข. โครงสรา้ งแบบรวมผง้ึ ค. โครงสร้างแบบระเกะระกะ ง. โครงสร้างแบบเปน็ ระเบียบ 12. เม่ือชอ่ งว่างในดนิ เต็มไปด้วยน้ำท้งั หมด เรียกดนิ น้วี ่า ก. Dry Soil ข. Wet Soil ค. Saturation Soil ง. Submerged Soil 13. เมื่อช่องว่างในดนิ เต็มไปดว้ ยน้ำ และจมนำ้ เรียกดินนี้วา่ ก. Dry Soil ข. Wet Soil ค. Saturation Soil ง. Submerged Soil 14. จากผลการทดลองพบวา่ ดินชนื้ นำ้ หนกั 120 กรัม นำเขา้ เตาอบ เปน็ ดินแหง้ หนัก 100 กรัม ค่า ปรมิ าณนำ้ ในดินมคี ่า ก. 10% ข. 20% ค. 30% ง. 40% 15. จากข้อ 14 ถ้าดนิ แห้งมีปรมิ าตร 50 ลูกบาศก์เซนตเิ มตร ดินตวั อยา่ งนม้ี ีความหนาแนน่ แหง้ เท่าใด ก. 1 กรัม/ซม3 ข. 2 กรมั /ซม3 ค. 3 กรัม/ซม3 ง. 4 กรัม/ซม3 16. คา่ ความหนาแน่นสมั พนั ธ์ จะเปน็ ตวั แปรสำคญั ในการบง่ บอกอะไร ก. ความชน้ื ข. ความข้นเหลวของดนิ ค. สภาวะหลวมหรอื แนน่ ง. ปริมาณอากาศในดิน 17. ความพรุน (Porisity, n) คือ ก. ปริมาตรของช่องว่างหารด้วยปริมาตรของดนิ ทง้ั หมด ข. ปริมาตรของดินหารด้วยปริมาตรของช่องวา่ ง ค. ปริมาตรของช่องวา่ งหารด้วยปริมาตรของเม็ดดิน ง. ปริมาตรของเม็ดดินหารดว้ ยปรมิ าตรของชอ่ งวา่ ง

21 18. ดนิ ท่ีมีความหนาแน่นเปียก (Wet Density) เมื่อเปลี่ยนสภาพเป็นดินท่ีมีความหนาแนน่ แหง้ (Dry Density) จะมคี ่าความหนาแน่นเปน็ อย่างไร ก. น้อยลง ข. มากขึน้ ค. เท่าเดิม ง. ไมแ่ นน่ นอนแล้วแต่ชนิดของดิน 19. . จากผลการทดลองพบว่า ดินช้นื นำ้ หนัก 130 กรมั นำเข้าเตาอบ เปน็ ดินแหง้ หนกั 100 กรมั คา่ ปริมาณน้ำในดินมีค่า ก. 10% ข. 20% ค. 30% ง. 40% 20. จากผลการทดลองพบวา่ ดนิ ช้นื น้ำหนกั 110 กรมั นำเข้าเตาอบ เป็นดินแห้งหนัก 100 กรมั คา่ ปริมาณนำ้ ในดนิ มคี ่า ก. 10% ข. 20% ค. 30% ง. 40% ตอนที่ 2 ให้กาเครื่องหมาย () หนา้ ข้อท่ีถกู และกาเครื่องหมายผิด (  ) หนา้ ข้อท่ีผิด …….2.1 วตั ถตุ น้ กำเนิดดินมีท้งั อนนิ ทรยี วต์ ถั ุอนิ ทรยี ว์ตัุ และการผุของหิน …….2.2 ดินหมายถงึ สว่ นทผ่ี า่ นกระบวนการย่อยสลายมาจากหนิ ….....2.3 กระบวนการ Weathering คอื การผุพังทลายลงแบบอยูก่ ับท่ขี องเปลอื กโลก …….2.4 กระบวนการวงรอบของหินต้องเรยี งลำดบั ดงั น้ี หินอคั น-ี หนิ ช้ัน - หนิ แปร …….2.5 สว่ นประกอบของดินมี น้ำ-อากาศ-ชอ่ งวา่ งของเมด็ดนิ และเมด็ดนิ …….2.6 คณุ ภาพในการรบั นำ้ หนักของดินขน้ึ อยู่กับสดั ส่วนของเมด็ ดนิ …….2.7 ช่องวา่ งระหวา่ งเม็ดดนิ มีน้ำเล็กนอ้ ยและอากาศมาก เรียกว่า ดินแหง้ ……2.8 โครงสรา้ งดนิ แบบรวงผึง้ จะมชี ่องวา่ งระหว่างเม็ดดินน้อยมาก ..…2.9 องคป์ ระกอบของดินจะมสี ่วนใหญ่ ๆ 3 สว่ นคอื (กรวด, ทราย,ดินเหนยี ว) ……2.10 อตั ราสว่ นชอ่ งว่างหาได้จากสมการดงั นี้ e = VV VS ตอนท่ี 3 แบบฝึกปฏิบัติ 1.ดนิ เปยี กปริมาตร 250 ลบ.ซม นำ้ หนัก 350 กรัม ระดับความอิ่มตัวด้วยนำ้ 100 % อบแหง้ ดนิ เหลือน้ำหนัก 280 กรัม 2. จงหาค่าอตั ราส่วนความโพรง ความพรนุ หนว่ ยนำ้ หนกั ของดนิ อ่มิ ตวั ของตัวอยา่ งดนิ สภาพอิม่ ตวั ที่มี (m) ปริมาณนำ้ ในมวลดนิ 35 % ค่าความถ่วงจำเพาะของดินเทา่ กบั 2.60