Sieve Analysis คืออะไร? การทดสอบขนาดคละของดิน

Sieve Analysis หรือ การทดสอบขนาดคละของดิน เป็นหนึ่งในการทดสอบพื้นฐานในงานวิศวกรรมปฐพีที่ใช้ตรวจสอบว่า ตัวอย่างดินประกอบด้วยเม็ดขนาดต่าง ๆ ในสัดส่วนเท่าใด ข้อมูลนี้ช่วยให้วิศวกรเข้าใจลักษณะของดินได้มากกว่าการมองด้วยตา เพราะดินที่ดูคล้ายกันอาจมีสัดส่วนกรวด ทราย และเม็ดละเอียดแตกต่างกัน และอาจมีพฤติกรรมด้านการระบายน้ำ การบดอัด และการรับแรงต่างกันด้วย

สำหรับงานก่อสร้าง ผล Sieve Analysis มักใช้ประกอบการจำแนกดิน การพิจารณาวัสดุถม การควบคุมคุณภาพงานดิน และการวิเคราะห์ร่วมกับการทดสอบอื่น ๆ หากตัวอย่างมาจากงาน เจาะสำรวจดิน (Soil Boring Test) ผลการกระจายขนาดเม็ดดินยังช่วยอธิบายชั้นดินในรายงานให้ชัดเจนขึ้น และทำให้การตีความข้อมูลภาคสนามกับผลห้องปฏิบัติการเชื่อมโยงกันได้ดีขึ้น

Sieve Analysis คืออะไร?

หลักการของ Sieve Analysis คือการแยกอนุภาคดินออกเป็นช่วงขนาดด้วยชุดตะแกรงที่มีช่องเปิดลดหลั่นกัน ตัวอย่างดินที่เตรียมอย่างเหมาะสมจะถูกนำมาร่อนผ่านตะแกรง จากนั้นชั่งมวลดินที่ค้างบนตะแกรงแต่ละชั้น แล้วคำนวณเป็นเปอร์เซ็นต์ค้างสะสมและเปอร์เซ็นต์ผ่านตะแกรง (Percent Passing หรือ Percent Finer)

ผลที่ได้ไม่ได้บอกเพียงว่า “ดินหยาบหรือดินละเอียด” แต่สามารถนำไปสร้าง Grain Size Distribution Curve หรือกราฟการกระจายขนาดเม็ดดิน เพื่อดูรูปแบบการกระจายตัวของอนุภาคและหาค่าที่ใช้ในการตีความเชิงวิศวกรรม เช่น D10, D30, D60, Coefficient of Uniformity (Cu) และ Coefficient of Curvature (Cc)

มาตรฐานที่ใช้กับการทดสอบ Sieve Analysis

มาตรฐาน ASTM ที่ Active สำหรับการหาการกระจายขนาดเม็ดดินด้วยตะแกรงคือ ASTM D6913/D6913M-17(2025) ซึ่งครอบคลุมการวิเคราะห์ดินในช่วงขนาดตั้งแต่ 75 mm ถึงตะแกรง No. 200 หรือ 75 µm (0.075 mm) และระบุว่าผล gradation สามารถใช้ประกอบการจำแนกดินตามระบบ USCS รวมถึงการคำนวณค่า Cu และ Cc ได้

หากต้องการวิเคราะห์อนุภาคที่ละเอียดกว่าตะแกรง No. 200 การร่อนด้วยตะแกรงเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ โดยมาตรฐาน ASTM D6913/D6913M อ้างถึงวิธี sedimentation หรือ hydrometer ตาม ASTM D7928 สำหรับส่วนที่ละเอียดกว่า 75 µm ดังนั้นขอบเขตการทดสอบควรเลือกให้เหมาะกับชนิดดินและวัตถุประสงค์ของโครงการ ไม่ควรนำผล Sieve Analysis เพียงชุดเดียวไปตีความคุณสมบัติทั้งหมดของดิน

หมายเหตุ: ข้อกำหนดในแบบ รายการประกอบแบบ สัญญา หรือมาตรฐานเฉพาะของโครงการมีลำดับความสำคัญในการกำหนดวิธีและชุดตะแกรงที่ต้องใช้ ควรตรวจสอบมาตรฐานฉบับที่โครงการอ้างอิงทุกครั้ง

ตะแกรงที่พบบ่อยในการทดสอบดิน

ชุดตะแกรงจริงอาจแตกต่างกันตามวัตถุประสงค์ แต่เบอร์ที่พบได้บ่อยในการรายงานงานดินมีดังนี้

ขั้นตอน Sieve Analysis โดยทั่วไป

1. เลือกและเตรียมตัวอย่างให้เป็นตัวแทน

ผลทดสอบจะมีความหมายก็ต่อเมื่อตัวอย่างเป็นตัวแทนของวัสดุจริง หากตัวอย่างมีแต่ส่วนละเอียดหรือส่วนหยาบมากกว่าความเป็นจริง แม้ขั้นตอนในห้องปฏิบัติการจะทำถูกต้อง ผลก็อาจไม่สะท้อนวัสดุในสนาม การแบ่งตัวอย่างและการรักษามวลตัวอย่างจึงเป็นขั้นตอนสำคัญ

2. เตรียมสภาพตัวอย่างตามวิธีที่กำหนด

ตัวอย่างอาจต้องทำให้แห้ง แยกก้อนที่จับตัวกันโดยไม่ทำให้เม็ดดินแตก หรือผ่านขั้นตอนล้างเพื่อแยกอนุภาคละเอียดที่เกาะอยู่กับเม็ดหยาบ ทั้งนี้ต้องดำเนินการตามวิธีทดสอบที่ใช้ ไม่ควรใช้แรงบดจนเปลี่ยนขนาดอนุภาคเดิมของดิน

3. ชั่งมวลตัวอย่างก่อนร่อน

มวลเริ่มต้นเป็นฐานสำหรับคำนวณสัดส่วนที่ค้างและผ่านตะแกรง จึงควรใช้เครื่องชั่งที่เหมาะสมกับปริมาณตัวอย่างและความละเอียดที่มาตรฐานกำหนด

4. เรียงตะแกรงจากช่องเปิดใหญ่ไปเล็ก

ตะแกรงช่องใหญ่จะอยู่ด้านบนและลดขนาดลงตามลำดับ โดยมี Pan รองรับส่วนที่ผ่านตะแกรงล่างสุด จากนั้นร่อนด้วยเครื่อง Sieve Shaker หรือวิธีที่กำหนดจนแยกอนุภาคได้เหมาะสม

5. ชั่งมวลที่ค้างบนตะแกรงแต่ละชั้น

หลังร่อนจะชั่งมวลดินที่ค้างบนแต่ละตะแกรง แล้วตรวจสอบ mass balance เพื่อดูว่ามวลรวมหลังการทดสอบสอดคล้องกับมวลเริ่มต้นหรือไม่ การสูญเสียตัวอย่างมากผิดปกติควรได้รับการตรวจสอบก่อนสรุปผล

6. คำนวณและจัดทำ Grain Size Distribution

ข้อมูลมวลที่ค้างจะถูกแปลงเป็น Percent Retained, Cumulative Percent Retained และ Percent Passing ก่อนนำไปสร้างกราฟการกระจายขนาดเม็ดดิน

วิธีคำนวณเปอร์เซ็นต์ผ่านตะแกรง

แนวคิดพื้นฐานของการคำนวณสามารถเขียนได้ดังนี้

• % Retained = (มวลดินที่ค้างบนตะแกรง / มวลตัวอย่างรวม) × 100
• Cumulative % Retained = ผลรวม % Retained ตั้งแต่ตะแกรงบนสุดจนถึงตะแกรงที่พิจารณา
• % Passing = 100 − Cumulative % Retained

ตัวอย่างเช่น ถ้าผลรายงานระบุว่า Percent Passing No. 200 = 18% หมายความว่า 18% ของมวลตัวอย่างที่อยู่ในขอบเขตการทดสอบมีขนาดเล็กกว่า 0.075 mm ไม่ได้หมายความโดยอัตโนมัติว่าตัวอย่างนั้นเป็น “ดินเหนียว 18%” เพราะส่วนที่ผ่าน No. 200 อาจประกอบด้วย silt, clay หรือเม็ดละเอียดชนิดอื่น และการแยกส่วนละเอียดอย่างละเอียดต้องอาศัยวิธีทดสอบเพิ่มเติม

Grain Size Distribution Curve อ่านอย่างไร?

กราฟ Grain Size Distribution โดยทั่วไปแสดงขนาดอนุภาคบนแกนนอนแบบ logarithmic และแสดง Percent Passing บนแกนตั้ง ลักษณะของเส้นกราฟช่วยให้เห็นว่าดินมีช่วงขนาดกระจายกว้างหรือแคบ และสามารถอ่านค่าขนาดอนุภาคที่สัมพันธ์กับเปอร์เซ็นต์ผ่านต่าง ๆ ได้

D10, D30 และ D60 คืออะไร?

• D10 = ขนาดอนุภาคที่มี 10% ของตัวอย่างละเอียดกว่าขนาดนั้น
• D30 = ขนาดอนุภาคที่มี 30% ของตัวอย่างละเอียดกว่าขนาดนั้น
• D60 = ขนาดอนุภาคที่มี 60% ของตัวอย่างละเอียดกว่าขนาดนั้น

ค่าทั้งสามใช้คำนวณตัวชี้วัดรูปทรงของเส้น gradation:

• Cu = D60 / D10
• Cc = (D30²) / (D10 × D60)

Cu และ Cc มีประโยชน์ในการจำแนกดินเม็ดหยาบบางกลุ่มตาม Unified Soil Classification System (USCS) แต่ไม่ควรนำเกณฑ์ตัวเลขไปใช้แยกจากเงื่อนไขอื่นของระบบจำแนก เช่น ปริมาณ fines และ Atterberg Limits เพราะการจัดกลุ่มดินต้องพิจารณาข้อมูลหลายส่วนร่วมกัน

Sieve Analysis ช่วยงานก่อสร้างอย่างไร?

จำแนกประเภทดินอย่างมีข้อมูล

มาตรฐาน ASTM D2487 ใช้ข้อมูล particle-size characteristics ร่วมกับ Liquid Limit และ Plasticity Index เพื่อจำแนกดินสำหรับงานวิศวกรรม การมีข้อมูล gradation ที่ถูกต้องจึงเป็นฐานสำคัญของการระบุ Group Symbol และ Group Name ของดิน

ประเมินวัสดุถมและงานดิน

ข้อกำหนดของวัสดุถม งานคันทาง ชั้นรองพื้น หรือวัสดุกรองมักกำหนดช่วง Percent Passing ที่ตะแกรงบางเบอร์ การทดสอบขนาดคละช่วยตรวจว่าวัสดุที่นำมาใช้สอดคล้องกับข้อกำหนดหรือไม่ ก่อนเชื่อมต่อกับการควบคุมการบดอัดในสนามด้วย Field Density Test

ช่วยตีความการระบายน้ำและการบดอัด

โดยทั่วไปดินที่มีสัดส่วนเม็ดละเอียดมากกับดินเม็ดหยาบสะอาดจะตอบสนองต่อความชื้นและการระบายน้ำแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม gradation เป็นเพียงหนึ่งในปัจจัย พฤติกรรมจริงยังขึ้นกับความหนาแน่น โครงสร้างดิน พลาสติกซิตี ความเค้น และประวัติทางธรณีวิทยา จึงควรใช้ผลร่วมกับการทดสอบอื่น

Sieve Analysis ต่างจาก Hydrometer Analysis อย่างไร?

Sieve Analysis เหมาะกับการแยกอนุภาคตามขนาดช่องเปิดของตะแกรง โดย ASTM D6913/D6913M ครอบคลุมลงถึง No. 200 (75 µm) ส่วน Hydrometer Analysis ใช้หลักการตกตะกอนของอนุภาคในของเหลวเพื่อวิเคราะห์ส่วนที่ละเอียดกว่า No. 200 ตามวิธีที่เกี่ยวข้อง เช่น ASTM D7928 เมื่อต้องการ grain-size distribution ที่ต่อเนื่องทั้งส่วนหยาบและส่วนละเอียด อาจต้องใช้ผลจากทั้งสองวิธีร่วมกัน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการตีความผล

• ใช้ตัวอย่างที่ไม่เป็นตัวแทน: ตัวอย่างที่แยกชั้นหรือสูญเสียส่วนหยาบ/ละเอียดระหว่างเก็บสามารถทำให้ gradation เปลี่ยนได้
• สับสนระหว่าง Percent Retained กับ Percent Passing: สองค่านี้ให้ความหมายตรงข้ามกันและต้องดูหัวตารางให้ชัด
• มอง Percent Passing No. 200 เป็นเปอร์เซ็นต์ดินเหนียว: ส่วนผ่าน No. 200 คือ fines ไม่ได้เท่ากับ clay โดยตรง
• ตีความ Cu/Cc โดยไม่ดูเงื่อนไขอื่น: Cu/Cc ไม่เพียงพอสำหรับการจำแนก USCS ทั้งระบบ
• อ้างมาตรฐานเก่าโดยไม่ตรวจสอบ: เอกสารจำนวนมากบนอินเทอร์เน็ตยังกล่าวถึง ASTM D422 ซึ่งถูกถอนแล้ว การทำงานจริงควรตรวจมาตรฐานและข้อกำหนดโครงการฉบับที่ใช้อยู่
• สรุปพฤติกรรมเชิงออกแบบจาก gradation เพียงอย่างเดียว: งานออกแบบฐานราก งานเสถียรภาพ หรือการคำนวณกำลังรับแรงต้องใช้ข้อมูลทดสอบและการวิเคราะห์ที่เหมาะสมเพิ่มเติม

ควรส่งข้อมูลอะไรพร้อมตัวอย่างดิน?

เพื่อให้ห้องปฏิบัติการเลือกวิธีทดสอบและจัดทำรายงานได้ตรงวัตถุประสงค์ ควรระบุข้อมูลที่เกี่ยวข้อง เช่น ชื่อโครงการ จุดเก็บตัวอย่าง ความลึก ชนิดงานที่ต้องการใช้ผล ข้อกำหนดตะแกรงหรือมาตรฐานที่โครงการระบุ และรายการทดสอบอื่นที่ต้องการทำร่วมกัน หากเป็นตัวอย่างจากหลุมเจาะควรรักษารหัสตัวอย่างและระดับความลึกให้ตรงกับ Boring Log

ความสัมพันธ์กับงานเจาะสำรวจและทดสอบดินของ EXESOIL

การทดสอบขนาดคละเป็นส่วนหนึ่งของภาพรวมงานวิศวกรรมปฐพี ไม่ใช่การทดสอบที่แยกขาดจากข้อมูลภาคสนาม สำหรับโครงการที่ต้องการข้อมูลชั้นดินเพื่อออกแบบฐานราก สามารถเริ่มจาก บริการเจาะสำรวจและทดสอบดินของ Expert Soil Service & Engineering และใช้ผลห้องปฏิบัติการร่วมกับข้อมูล SPT ตัวอย่างดิน และรายละเอียดชั้นดิน ส่วนงานควบคุมการบดอัดสามารถประเมินร่วมกับผล ทดสอบความหนาแน่นของดินในสนาม ตามข้อกำหนดของโครงการ

FAQ: คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Sieve Analysis

Sieve Analysis ใช้กับดินทุกชนิดได้หรือไม่?

ใช้ได้ดีสำหรับส่วนของดินที่สามารถแยกด้วยตะแกรง แต่ถ้าต้องการวิเคราะห์อนุภาคละเอียดกว่า No. 200 อย่างละเอียด ควรพิจารณาวิธี sedimentation/hydrometer เพิ่มเติมตามมาตรฐานและวัตถุประสงค์ของงาน

ตะแกรง No. 200 มีขนาดเท่าไร?

ตะแกรง No. 200 มีช่องเปิดประมาณ 0.075 mm หรือ 75 µm และเป็นจุดอ้างอิงสำคัญในการพิจารณาปริมาณ fines ของดิน

Percent Passing No. 200 สูง หมายความว่าดินเหนียวมากเสมอหรือไม่?

ไม่เสมอไป เพราะส่วนที่ผ่าน No. 200 เป็นอนุภาคละเอียดรวม ซึ่งอาจมีทั้ง silt และ clay การแยกชนิดและการจำแนกดินละเอียดต้องพิจารณาข้อมูลอื่น เช่น Atterberg Limits และการทดสอบส่วนละเอียดตามความเหมาะสม

Cu และ Cc ใช้ทำอะไร?

Cu และ Cc เป็นค่าที่คำนวณจาก D10, D30 และ D60 เพื่ออธิบายลักษณะการกระจายขนาดเม็ดดิน และใช้เป็นส่วนหนึ่งของเกณฑ์จำแนกดินเม็ดหยาบบางกลุ่มใน USCS

Sieve Analysis กับ Field Density Test เป็นการทดสอบเดียวกันหรือไม่?

ไม่ใช่ Sieve Analysis ตรวจการกระจายขนาดเม็ดดิน ส่วน Field Density Test ตรวจความหนาแน่นของดินที่บดอัดในสนาม ทั้งสองรายการตอบคำถามคนละด้านและมักใช้ร่วมกันในการควบคุมคุณภาพงานดิน

ควรใช้ผล Sieve Analysis ออกแบบฐานรากโดยตรงหรือไม่?

ไม่ควรใช้เพียงผลเดียว Sieve Analysis ช่วยอธิบายชนิดและ gradation ของดิน แต่การออกแบบฐานรากต้องพิจารณาข้อมูลภาคสนาม คุณสมบัติกำลัง ความสามารถในการยุบตัว/ทรุดตัว ระดับน้ำใต้ดิน และพารามิเตอร์อื่นตามลักษณะโครงการ

สรุป

Sieve Analysis เป็นการทดสอบพื้นฐานที่เปลี่ยน “ขนาดเม็ดดิน” ให้เป็นข้อมูลเชิงปริมาณที่อ่านและเปรียบเทียบได้ ตั้งแต่ Percent Passing ไปจนถึง Grain Size Distribution, D10, D30, D60, Cu และ Cc ผลเหล่านี้มีประโยชน์ต่อการจำแนกดิน การคัดเลือกวัสดุถม การควบคุมคุณภาพ และการเชื่อมโยงข้อมูลห้องปฏิบัติการกับงานภาคสนาม แต่ควรตีความร่วมกับมาตรฐานและข้อมูลวิศวกรรมอื่นที่เกี่ยวข้องเสมอ

หากต้องการสอบถามการทดสอบตัวอย่างดินในห้องปฏิบัติการ หรือวางแผนงานเจาะสำรวจและทดสอบดินสำหรับโครงการ สามารถ ติดต่อ Expert Soil Service & Engineering เพื่อแจ้งประเภทงาน จุดเก็บตัวอย่าง และข้อกำหนดของโครงการก่อนจัดรายการทดสอบที่เหมาะสม

แหล่งอ้างอิงทางเทคนิค

• ASTM D6913/D6913M-17(2025): Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis
• ASTM D7928: Particle-Size Distribution of Fine-Grained Soils Using Sedimentation (Hydrometer) Analysis
• ASTM D2487-17(2025): Unified Soil Classification System (USCS)

บทความนี้จัดทำเพื่อให้ความรู้ทั่วไปด้านงานทดสอบดิน ไม่ใช่เอกสารแทนมาตรฐานฉบับเต็ม แบบ รายการประกอบแบบ หรือการวิเคราะห์โดยวิศวกรสำหรับโครงการเฉพาะ