เอกสารประกอบการสอนหน่วยที่ 1

หน่วยที่ 1 ความรเู้ บอ้ื งตน้ เกีย่ วกับดนิ1.1 คาจากัดความ “ดิน”(Soil) ในทางวิศวกรรม หมายถึง กรวด(Gravel) ทราย(Sand) ทรายเม็ดป่น หรือตะกอนทราย(Silt) และดินเหนยี ว(Clay) หรอื สว่ นผสมของส่ิงเหลา่ นี้ ซงึ่ อาจเป็นพวกที่มแี ละไมม่ ีความเชอ่ื มแนน่ ดนิ เกิดจากเม็ดของแร่ธาตตุ ่าง ๆ ทีต่ กตะกอนทับถมกันไมแ่ นน่ สามารถแยกใหอ้ อกจากกนั ไดโ้ ดยวธิ ีง่าย ๆ เช่นการนา้ ไปละลายนา้ เปน็ ตน้ สว่ น “หนิ ” เปน็ การรวมตวั ของเม็ดแร่ธาตตุ ่าง ๆ แตม่ ีแรงยึดเกาะกนั แน่นและถาวรมากจนไม่สามารถแยกออกจากกนั ไดโ้ ดยวธิ ีง่าย ๆ เหมือนกบั ดิน การศกึ ษาเกยี่ วกบั เรือ่ งทางวิศวกรรมของดนิ ไดเ้ รมิ่ ตน้ ต้งั แตศ่ ตวรรษท่ี 20 เป็นตน้ มาโดยมีนกั วทิ ยาศาสตรห์ ลายท่าน เช่น นาย Atterberg ชาวสวเี ดน ดร.Krey ชาวเยอรมัน ซึ่งไดศ้ กึ ษาถงึคุณสมบตั ิและก้าลงั ต้านทานแรงเฉือนของดนิ ตอ่ มาในปี ค. ศ. 1923 ดร.Terzaghi ชาวออสเตรียไดใ้ ช้วิชาคณติ ศาสตร์คน้ คว้าเก่ียวกับการทรดุ และอัดตัวของดินเหนียวซงึ่ ได้ผลสอดคล้องกบั การทดลอง ในปี ค.ศ.1925 เขาได้แต่งตา้ ราเป็นภาษาเยอรมันเกี่ยวกบั วิศวกรรมของดินและใชช้ อื่ วา่ “Soil Mechanics” ซึง่ เป็นที่แพรห่ ลาย1.2 กาเนิดและขบวนการเกิดของดิน ดนิ ที่เกดิ จากการรวมตัวด้วยขบวนการของ ลม ฟ้า อากาศ นน้ั อาจจะยงั คงอยใู่ นท่เี ดิมได้ เรยี กว่า ดินท่ีเหลือคา้ งอยู่(Residual Soils) หรือดนิ นั้นอาจจะเคลอื่ นทหี่ รือถกู พดั พาไปโดยตัวน้าตา่ ง ๆ เชน่ ลม นา้น้าแข็ง หรอื แมก้ ระท่ังโดยแรงโน้มถว่ งของโลก ซึง่ ดินชนิดนมี้ ชี อื่ วา่ ดนิ ที่ถกู เคลอ่ื นยา้ ย(TransportedSoils) ในระหวา่ งการพัดพาไปนน้ั ดินจากแหล่งกา้ เนิดในที่แห่งหน่งึ อาจจะรวมตัวกับดินจาก แหล่งก้าเนิดอีกแหง่ หนงึ่ ได้หลังจากรวมตวั กนั แลว้ ดินนัน้ อาจเปล่ียนไปเปน็ ดนิ อกี ชนิดหนึง่ ดินท่ถี กู พัดพามาน้ีในที่สดุ กจ็ ะทับถมรวมกนั ขณะทีค่ วามเรว็ ของการเคล่ือนทล่ี ดลงอกี อนุภาคที่เล็กถดั ลงมากจ็ ะตกลงเร่ือย ๆ ตามลา้ ดบัแตข่ ณะทีม่ กี ารตกลงสพู่ ้นื และรวมตวั สะสมกันนี้ก็อาจมกี ารเปลี่ยนแปลงเน่อื งจาก ลม ฟ้า อากาศ เกิดขึ้นได้อกี1.3 ลกั ษณะของเมด็ ดิน(Shape of Soil) ดนิ ซงึ่ ประกอบด้วยแร่ธาตุ ๆ รวมตัวกันเป็น กรวด หิน หรอื ทราย นนั้ มรี ูปรา่ ง ลกั ษณะดังน้คี อื 1.3.1 แบบ Bulky เป็นดินทมี่ ลี กั ษณะเป็นกอ้ น หรอื เป็นเม็ด ซ่งึ ผลท่ไี ด้นเ้ี ป็นผลอันเกิดจากการแตกตัวออก เน่ืองจาก ลม นา้ หรือน้าแข็ง ดินประเภทน้ไี ดแ้ ก่ดินจา้ พวก กรวดและทราย

1) แบบเปน็ เหล่ียม(Angular) เมด็ ดนิ จะมลี กั ษณะเป็นเมด็ เหลย่ี มแหลมคม มีแง่มมุ และผวิหยาบ อันเป็นลักษณะของการแตกหักใหม่ ๆ ซึง่ ได้แกห่ นิ ท่ีพ่งึ แตกตวั ออกมา หรือทรายทจ่ี มอยู่ในดิน เป็นต้น 2) แบบกง่ึ เหลี่ยม(Sub-Angular) เมด็ ดนิ มลี กั ษณะค่อนขา้ งเปน็ แง่หรือมมุ คล้ายพวกแรแ่ ต่ไม่ค่อยมสี ว่ นทแี่ หลมคมมากนัก ผิวหน้าคอ่ นข้างเรยี บเน่อื งจากถกู ขัดสีขณะทเ่ี คลอื่ นที่ไปตัวอย่างไดแ้ กห่ นิ หรอืทรายแมน่ ้า เปน็ ตน้ 3) แบบกลมมน(Sub-Rounded) เปน็ เม็ดดนิ ทม่ี ีลกั ษณะค่อนขา้ งกลมเนื่องจากถูกธรรมชาติลิดรอน ตวั อยา่ งของดนิ ประเภทนี้ไดแ้ ก่ เมด็ กรวดในแมน่ ้าล้าคลอง เป็นต้น 4) แบบกลม(Rounded) เปน็ เมด็ ดินทีถ่ ูกธรรมชาติลดิ รอน ทา้ ใหม้ ลี ักษณะกลม มักพบเห็นดินนี้ตามคุ้งน้า ชายฝงั่ หรอื ดินทถี่ กู พดั พามาตกตะกอนสองขา้ งฝั่งแมน่ ้า เปน็ ตน้ ดินชนิดนีไ้ ม่เหมาะทีจ่ ะนา้ ไปใช้กอ่ สรา้ ง 1.3.2 แบบ Flaky เปน็ ลกั ษณะของดินทมี่ เี นอื้ ละเอยี ด ลกั ษณะของเม็ดดินจะเป็นแผน่ บางๆ มีรปู รา่ งคล้ายใบไม้ เวลาตกตะกอนจะแกวง่ ไปมา ซ่งึ ได้แก่ ดินจา้ พวกดินตะกอนหรือดนิ เหนยี วเป็นต้น 1.3.3 แบบคล้ายเข็ม (Needle Shape) เม็ดดนิ จะมีลักษณะเป็นเสน้ ๆ รูปร่างคลา้ ยเข็ม เนอ้ืละเอยี ด ซึง่ ไดแ้ ก่ พวก Clay Mineral พวกใยหิน และพวกอนิ ทรีย์ เปน็ ต้นรูปที่ 1.1(ก) แบบกลม รูปที่ 1.1(ข) แบบเป็นเหลี่ยมรูปท่ี 1.1(ค) แบบกลมมน รูปที่ 1.1(ง) แบบก่ึงเหล่ียม รูปท่ี 1.1 ลกั ษณะเมด็ ดินแบบ Bulkyท่มี า (มณเฑียร กงั ศศิเทียม, 2543, หนา้ 4)

รปู ที่ 1.2 ลกั ษณะของเมด็ ดนิ แบบ Flaky รปู ที่ 1.3 ลกั ษณะของเมด็ ดินแบบคล้ายเขม็ทีม่ า ( มณเฑียร กงั ศศิเทยี ม, 2543, หน้า 5 )1.4 โครงสรา้ งของดิน(Soil Structure) โครงสรา้ งของดนิ ท่เี กิดจากการตกตะกอน(Sedimentation) ทบัถมกบั ของเมด็ ดนิ มีอยู่ 3 ลักษณะด้วยกันคอื โครงสรา้ งแบบเม็ดเด่ียว หรอื แบบเปน็ เม็ด(Single Grained OrGranular Structure) โครงสร้างแบบรวงผ้งึ (Honey-Combed Structure) โครงสรา้ งแบบผลึก(Flocculent Structure) 1.4.1 โครงสรา้ งแบบเม็ดเด่ยี ว หรือแบบเปน็ เมด็ (Single Grained Or Granular Structure)เปน็ โครงสร้างของดนิ ประเภทเมด็ หยาบ เชน่ กรวด หรือทรายทเ่ี ป็นเมด็ เดยี่ วทับถมเรียงตวั กันเน่ืองจากแรงโนม้ ถว่ งของโลกเท่านนั้ เม่อื รับน้าหนักบรรทกุ หรอื การสน่ั สะเทอื น จะทา้ ใหด้ ินแน่นข้นึ มกี ารทรุดตัวเกดิ ขนึ้เล็กน้อย แลว้ จะไมท่ รุดตัวต่อไปอีก ดินประเภทนม้ี ีความพรนุ อยู่ระหวา่ ง 23-50 % และอัตราส่วนช่องว่างอยูร่ ะหวา่ ง 0.3-1.0 1.4.2 โครงสรา้ งแบบรวงผึ้ง(Honey-Combed Structure) เปน็ โครงสรา้ งของดินท่ยี งั คงเปน็ เมด็อยู่ แต่ขนาดเลก็ กว่าเม็ดทรายและกรวด การเรยี งตัวจะอาศัยแรงโนม้ ถ่วง และแรงดงึ ดดู ระหวา่ งโมเลกุลเปน็สว่ นใหญ่ตัวอย่างของดินประเภทนไี้ ดแ้ ก่ ดินตะกอนหรอื ดนิ เหนียว ขณะทีม่ ันละลายน้าจะเป็นตะกอนแขวนและเมื่อจมลงจะทับกันมลี ักษณะคล้ายรวงผึ้ง มชี ่องวา่ งเกดิ ขน้ึ มากอัตราสว่ นช่องวา่ งอยรู่ ะหว่าง 1 ถึง 10โดยธรรมชาติแล้วดนิ ประเภทนีจ้ ะรบั นา้ หนกั ไดม้ าก แตถ่ ้าขดุ แลว้ จะรับน้าหนักไดน้ อ้ ยลงซึง่ ไม่เหมาะแก่การกอ่ สร้าง เพราะจะเกดิ การทรดุ ตัวในเวลาตอ่ มา 1.4.3 โครงสร้างแบบผลึก(Flocculent Structure) เป็นโครงสรา้ งของดินท่มี ขี นาดเม็ดละเอยี ดมาก ๆ การตกตะกอนจะเกดิ ขน้ึ เนอ่ื งจากแรงโนม้ ถ่วงและแรงดึงดดู ระหว่างโมเลกุล ขณะที่อนุภาคของดนิละลายอยูใ่ นน้าเปน็ ตะกอนแขวน มันจะเรม่ิ ตกตะกอนเน่อื งจากแรงโน้มถว่ งและอตั ราการตกตะกอนหรือความเรว็ ของการตกตะกอนจะเป็นสดั สว่ นกนั ขนาดเส้นผา่ ศนู ย์กลางก้าลงั สอง ดงั น้นั ส้าหรบั อนภุ าคที่มีขนาดเล็กมาก ๆ ขนาดเสน้ ผา่ ศูนย์กลางประมาณ 0.5x 10-4 ซม. อัตราการตกตะกอนเนื่องจากแรงโนม้ ถ่วงเกือบจะไม่มีเลยคอื แตล่ ะอนภุ าคจะไม่ยอมตกตะกอน

งา่ ย ๆ อนภุ าคทม่ี ีประจไุ ฟฟ้าเหมอื นกันจะผลักกนั ส่วนอนุภาคท่มี ีประจไุ ฟฟ้าตา่ งกันจะดงึ ดูดกัน แลว้ตกตะกอนเปน็ รปู ผลึกในท่ีสุดรูปท่ี 1.4 โครงสรา้ งแบบเม็ดเดยี่ ว รปู ที่ 1.5 โครงสรา้ งแบบรวงผงึ้ รปู ที่ 1.6 โครงสร้างแบบผลึก ท่มี า ( มณเฑยี ร กังศศเิ ทยี ม, 2543, หน้า 8 )1.5 การเจาะสารวจดิน การเจาะส้ารวจชั้นดิน คอื การเจาะลงไปในช้นั ดนิ โดยใชเ้ ครอ่ื งมอื ในการเจาะดนิ เพอื่ เกบ็ตัวอยา่ งดนิ ทดสอบคุณสมบตั ขิ องดิน แล้วน้ามาวิเคราะหใ์ ห้ได้ขอ้ มลู เพื่อน้ามาใชอ้ อกแบบโครงสรา้ งทางวศิ วกรรมซ่งึ จะสามารถเลือกใชว้ ิธดี ้าเนนิ การก่อสรา้ งใหเ้ หมาะสมกบั สภาพของดนิ 1.5.1 วิธเี จาะสารวจช้นั ดนิ วิธีการเจาะสา้ รวจชนั้ ดินนั้นมหี ลายวิธี ซงึ่ จะตอ้ งเลอื กวิธีการท่เี หมาะสมกบั งาน วธิ กี ารเจาะส้ารวจดินทสี่ ้าคญั มดี ังนี้ 1) การเจาะโดยใชส้ ว่านมอื (Hand Auger Borings) 2) การเจาะฉีดล้าง(Wash Boring) 1) การเจาะโดยใช้สว่านมอื (Hand Auger Borings) เปน็ การเจาะโดยอาศยั แรงคนหมนุ Augerลักษณะอุปกรณท์ ีใ่ ชเ้ จาะดังแสดงในรูป ส่วนใหญก่ ารเจาะโดยสว่านมอื จะนิยมใชก้ ับดนิ เหนยี วหรือดนิ ท่ีมีลกั ษณะเปน็ Cohesive Soils ใชเ้ กบ็ ตวั อยา่ งดินในชัน้ ท่คี วามลึกไมม่ ากนัก และทรี่ ะดับน้าใต้ดินไมส่ ูงมากนยิ มเจาะท่ีความลึกประมาณ 4-7 เมตร ดังนั้นก้านเหลก็ เจาะจงึ มขี นาดเล็ก มีความยาวประมาณ 1 เมตรแตจ่ ะสามารถตอ่ ให้ยาวหลาย ๆ ทอ่ นได้

รปู ท่ี 1.7 สว่านมอื สา้ หรับเจาะส้ารวจดิน ทม่ี า (วรากร ไม้เรียง, 2525, หนา้ 5)

วธิ ีการเจาะโดยใช้สว่านมอื 1.1 เปดิ ปากหลมุ ในตา้ แหน่งท่ตี อ้ งการเจาะโดยใช้จอบหรือเสียมกา้ จัดพวกวัชพชื เศษอฐิต่าง ๆ จนถงึ ผิวดนิ จรงิ ๆ 1.2 ใชค้ นอย่างน้อย 2 คน กดสว่านมอื แลว้ หมุนจนเดนิ เขา้ มาเตม็ สว่านแล้วน้าดนิ ขึน้ มาเอาดนิ ออกโดยกองรวมไว้เพอ่ื ดลู กั ษณะและสขี องดนิ 1.3 ใชส้ ว่านเจาะในลกั ษณะเดียวกันเมื่อเจาะลึกทุก ๆ 1 เมตร ให้น้าดินไปกองต่อกันเป็นแถวเพื่อดูความเปล่ียนแปลงลักษณะของสีของดินแล้วเกบ็ ตัวอย่างของดนิ ใสก่ ระปอ๋ งอบดินเพือ่ นา้ ไปหาปรมิ าณความช้นื ในดนิ 1.4 เมอ่ื เจาะทต่ี อ้ งการเกบ็ ตวั อย่างดนิ เพือ่ นา้ ดนิ ไปวิเคราะห์ ใหน้ า้ กระบอกเปลอื กบางตดิ เขา้ กบั ข้อต่อเกบ็ ดินและก้านเจาะ กดด้วยแรงคนไปในกน้ หลุมจนดินเขา้ ไปในกระบอกตามความตอ้ งการหมุนก้านเจาะเวียนขา 3 รอบ แล้วจงึ ดงึ กระบอกขน้ึ 1.5 ใชส้ วา่ นมือเจาะลงไปอีก แล้วเกบ็ ตัวอยา่ งดินตามความลึกทต่ี อ้ งการจนถงึ ระดบั ทไ่ี ม่สามารถเจาะดินไดอ้ กี และมรี ะดับน้าใตด้ นิ สงู ทา้ ใหไ้ ม่สามารถท้างานไดส้ ะดวก 2) การเจาะแบบฉดี ล้าง(Wash Boring) เปน็ การเจาะชั้นดินโดยใช้ความดันของน้า ซ่งึ หลกั การทา้ งานกค็ อื จะท้าการสูบน้าผ่านกา้ นเจาะฉีดนา้ ไปท่กี น้ หลุม แล้วกระแทกหรือหมุนหัวเจาะ ท้าให้ดนิ หลวม และหลุดเป็นเม็ดลอยตามนา้ ขนึ้ มาอาจใช้น้าโคลนช่วยกันดนิ ด้านขา้ งพังลงมาแทนการใช้ (Casing) ได้ลกั ษณะการท้างานแสดงไดด้ ังรปู ท่ี 1.8 น้าโคลนทข่ี นึ้ มาจากหลมุ เจาะสามารถสูบน้าใสแล้วน้ากลบั มาใชไ้ ดอ้ กี การเจาะลักษณะน้ีเหมาะส้าหรับดนิ ทรายและดนิ เหนียวสามารถเจาะไดล้ ึกกว่า 20 เมตร วิธกี ารเจาะแบบฉีดล้าง 2.1 ติดตั้งเครือ่ งมือ อันประกอบด้วยสามขา(Tripod) เครื่องกวา้ น (Motor) และ(Catch Head) และปม๊ั นา้ 2.2 ร้อยเชอื กจากเครื่องกว้านผ่านรอกทปี่ ลายสามขาแลว้ ยดึ ไว้กับหัวหวิ้ ทปี่ ลายของกา้ นเจาะ สวมทอ่ น้าจากปั๊มเข้าปลายก้านเจาะ 2.3 ป๊ัมนา้ ผ่านกา้ นเจาะลงไปฉีดที่ปลายหวั เจาะพรอ้ มทั้งใช้เครอ่ื งกวา้ นหมุน หรอืกระแทกให้ดินแตกละเอียดแล้วไหลตามน้าขึ้นมา แลว้ ปล่อยใหไ้ หลลงไปในบอ่ ตกตะกอน แลว้ จึงสบู นา้ ใสไปใชไ้ ด้อีก 2.4 เมอื่ เจาะดินได้ความลึกมากแล้วควรใส่ปลอกเหลก็ กันดินพงั (Casing) หรือสารพวก Mud Slurry* เพอ่ื ป้องกันดนิ พงั เมือ่ ถึงความลึกทต่ี อ้ งการเก็บตัวอยา่ งดินกด็ า้ เนนิ การดงั ข้อ 1.4 และข้อ 1.5 ในการเจาะโดยใชส้ วา่ นมือ

1.5.2 ตวั อย่างดินและกระบอกเกบ็ ตวั อย่างดิน ในการเกบ็ ตัวอยา่ งดินจะตอ้ งท้าอย่างระมดั ระวัง เพื่อให้การวิเคราะห์ดนิ ตวั อยา่ งนัน้ ถูกตอ้ งซงึ่ตวั อยา่ งดนิ ทเ่ี ก็บไดจ้ ากหลมุ เจาะแบ่งออกได้ 2 แบบ ดงั น้คี อื 1) ตวั อย่างดินเปลี่ยนสภาพ เป็นตัวอยา่ งดนิ ท่ไี ด้รบั ความกระทบกระเทอื นจากการเจาะดนิอนั ได้มาจากกระบอกผา่ ในการตอกทดลองหรอื กระบอกเปลอื กบางซง่ึ ดนิ ที่ได้จะเปล่ียนสภาพไปบ้างทางดา้ นโครงสรา้ ง แตส่ ่วนประกอบของดินยังคงเดิม ดังน้นั จึงอาจน้าไปใช้ในการทดสอบบางอย่างได้เช่น WaterContent , Atterberg’s Limit การกระจายขนาดของเมด็ ดนิเปน็ ต้น 2) ตวั อยา่ งดินคงสภาพ เป็นตัวอย่างดนิ ทไี่ ดร้ ับความกระทบกระเทือนน้อยมากโดยได้มาจากตวั อยา่ งดนิ ท่ีเกบ็ จากกระบอกเปลอื กบางขนาดเสน้ ผา่ ศนู ยก์ ลางตง้ั แต่ 3 นว้ิ ขึ้นไป กระบอกลกู สูบ เป็นต้นซ่งึ ดนิ ท่ีไดน้ ้โี ครงสรา้ งและคณุ สมบัตติ า่ ง ๆ ของดินไมเ่ ปล่ยี นแปลงมาก จงึ นา้ มาใช้ในการทดสอบหาคา่ การทรดุ ตวั ของดนิ , Direct Shear Test , Consolidation Testเป็นต้น 1.5.3 กระบอกเกบ็ ตัวอย่างดนิ (Sampler) กระบอกเกบ็ ตัวอย่างดินมีหลายแบบการเลอื กใช้ตอ้ งใหเ้ หมาะกบั ลักษณะงานและวธิ กี ารเจาะเช่น กระบอกผนังบาง กระบอกแบบลกู สบู ใชเ้ ก็บตัวอยา่ งดนิ เหนยี วออ่ นโดยดันลงไปในดนิ เป็นต้นกระบอกเกบ็ ตวั อย่างดนิ แบบตา่ งๆ แสดงไว้ในรปู ท่ี 1.9กระบอกเกบ็ ตัวอย่างแบบบาง กระบอกเก็บตัวอย่างแบบผา่รูปที่ 1.9 กระบอกเกบ็ ตัวอย่างดนิ แบบตา่ ง ๆ ทมี่ า (วิสุทธ์ิ ปวรางกุล, 2545)

1.5.4 ตวั อยา่ งการเจาะทดสอบดนิ SOIL MECHANICS LABORATORY KHON KAEN TECHNICAL COLLEGE SOIL BORING LOG Location of Project……….………………………………………………………………… Description of Soil ……………………………………………………………………….. Test Performed By ……………………………………………………………………….. Water Content ทม่ี า (สา้ ราญ ยอดอุปถมั ภ์, 2527, หน้า 15)