Soil mechanics

Panu Promputthangkoon, PhD
Rajamangala University of Technology Srivijaya

ปฐพกี ลศาสตร์
Soil Mechanics

ผ้ชู ่วยศาสตราจารย์ ดร.ภาณุ พร้อมพุทธางกูร
ราคา 300 บาท
พมิ พค์ ร้ังท่ี 1 เดือนธนั วาคม พ.ศ. 2563 จานวน 100 เลม่
ตำรำเล่มนสี้ งวนสิทธิ์ตำม พ.ร.บ. ลิขสิทธ์ิ พทุ ธศักรำช 2558
ห้ำมผู้ใดพิมพ์ซำ้ ลอกเลียน ส่วนใดส่วนหนึ่งของตำรำเล่มนี้
ไม่ว่ำในรูปแบบใด ๆ นอกจำกจะได้รับอนญุ ำตเป็นลำยลกั ษณ์อักษรเท่ำนน้ั
ข้อมูลทางบรรณานุกรมของสานกั หอสมุดแห่งชาติ
National Library of Thailand Cataloging in Publication Data
ภาณุ พร้อมพุทธางกูร.

ปฐพีกลศาสตร์.-สงขลา : เทมการพมิ พ,์ 2563.
382 หนา้ .
1. ปฐพกี ลศาสตร์. 2. กลศาสตร์ของดิน. I. ช่ือเรื่อง.
ISBN 978-616-577-069-9
จดั พมิ พ์โดย ผชู้ ่วยศาสตราจารย์ ดร.ภาณุ พร้อมพุทธางกรู

2059 ถ.ทา่ วงั ต.ทา่ วงั อ.เมือง จ.นครศรีธรรมราช 80000
พมิ พ์ที่ โรงพมิ พ์ เทมการพมิ พ์

24 ซอย 4 ถ.ราษฎร์อุทิศ 1 อ.เมือง จ.สงขลา 90000
โทร. 0-7431-2329 แฟกซ์. 0-7444-2389

dedicated to my mother.

คำนำ

ตำรำเล่มน้ีถูกเรียบเรียงข้ึนเพ่ือใช้ประกอบกำรสอนวิชำปฐพีกลศำสตร์ เน้ือหำถูกแบ่ง
ออกเป็นบทยอ่ ยและจดั ลำดบั ให้เหมำะสมกบั หลกั กำรเรียนรู้ บทท่ี 1 และ 2 แนะนำควำมรู้ทวั่ ไป
เก่ียวกบั กำรกำเนิดของดินและคำนิยำมต่ำง ๆ เกี่ยวกบั ดินในเชิงวิศวกรรม บทที่ 3 และ 4 อธิบำย
คณุ สมบตั ิทำงกำยภำพและทำงวิศวกรรมของดิน และนำไปสู่กำรวเิ ครำะห์พฤติกรรมของดินเม่ือมี
ควำมช้ืนและระดับน้ำใตด้ ินเขำ้ มำเก่ียวข้อง ซ่ึงก็คือบทท่ี 5 และ 6 เน้ือหำท้งั หกบทดังกล่ำวมี
ควำมสัมพนั ธ์ต่อเนื่องกนั และเป็นพ้นื ฐำนสำคญั สำหรับกำรเรียนรู้ในบทถดั ไป

บทท่ี 7 อธิบำยพฤติกรรมควำมเคน้ - ควำมเครียดของดิน ซ่ึงแตกต่ำงอย่ำงมำกจำกวสั ดุ
โครงสร้ำงทวั่ ไป เช่น เหลก็ และคอนกรีต กำรวดั กำลงั รับแรงเฉือนของดินและพฤติกรรมของดิน
เมื่อรับแรงกระทำถูกอธิบำยในบทที่ 8 กำแพงกนั ดินและเสถียรภำพของลำดชนั ซ่ึงประกอบดว้ ย
ทฤษฎีสำหรับกำรวิเครำะห์และออกแบบถูกอธิบำยไวใ้ นบทที่ 9 และ 10 ตำมลำดับ บทที่ 11
อธิบำยพฤติกรรมกำรอดั ตวั คำยน้ำของดินท้งั ในเชิงทฤษฏีและกำรวิเครำะห์เชิงตวั เลข นอกจำกน้นั
ยงั อธิบำยถึงสำเหตุและแสดงวิธีกำรคำนวณกำรทรุดตวั ของช้นั ดินซ่ึงถือเป็นองคป์ ระกอบท่ีสำคญั
สำหรับกำรออกแบบฐำนรำก สำหรับกำรคำนวณกำลงั รับน้ำหนกั บรรทุกของฐำนรำก ไดอ้ ธิบำย
โดยสรุปในบทท่ี 12 เน่ืองจำกไม่ใช่วตั ถุประสงคห์ ลกั ของตำรำเล่มน้ี แตเ่ ป็นกำรปพู ้ืนฐำนสำหรับ
กำรศึกษำวชิ ำวศิ วกรรมฐำนรำกในลำดบั ต่อไป

กำรศึกษำวิชำทำงดำ้ นวศิ วกรรมศำสตร์ใหไ้ ดผ้ ลสูงสุดประกอบไปดว้ ยสองส่วน คอื ควำม
เขำ้ ใจทฤษฎีพ้ืนฐำนและทำแบบฝึ กหัดอย่ำงครอบคลุม ตำรำเล่มน้ีไดใ้ ชห้ ลกั กำรดงั กล่ำวในกำร
เรียบเรียงทฤษฎีพ้ืนฐำนและท่ีมำของกฎต่ำง ๆ ร่วมกบั กำรแสดงแหล่งท่ีมำเพ่ือใหเ้ กิดกำรคน้ ควำ้
เพิ่มเติม แต่ละบทประกอบไปด้วยตวั อย่ำงกำรคำนวณโดยเริ่มตน้ จำกง่ำยไปยำก นอกจำกน้ัน
รำยกำรคำนวณสำหรับแต่ละตวั อย่ำงถูกแบ่งออกเป็ นข้นั ตอนย่อยอยำ่ งละเอียด เพื่อให้นกั ศึกษำ
และผสู้ นใจสำมำรถศึกษำเพม่ิ เติมจำกตำรำเลม่ น้ีไดด้ ว้ ยตนเอง

เน้ือหำบำงส่วนที่สูงกว่ำระดับปริญญำตรีไดถ้ ูกแทรกไวใ้ นบทต่ำง ๆ เพื่อให้ผูท้ ี่มีควำม
สนใจเก่ียวกบั พฤติกรรมของดินไดศ้ ึกษำเพิม่ เติม ผเู้ ขยี นหวงั วำ่ เน้ือหำเหล่ำน้นั อำจเป็นแรงบนั ดำล
ใจให้มีผูศ้ ึกษำสูงข้ึนท้งั ในระดบั ปริญญำโทและเอก เพ่ือเป็ นกำลงั สำคญั สำหรับกำรคน้ ควำ้ วิจยั
งำนวิศวกรรมเทคนิคธรณี ซ่ึงเป็นสำขำที่ยงั ตอ้ งกำรองคค์ วำมรู้ใหมอ่ ยตู่ ลอดเวลำ

ภำณุ พร้อมพุทธำงกรู
[email protected]

This book is gratefully dedicated to my mother.

สารบัญ 1
1
บทท่ี 1 ดินในงานวิศวกรรม 3
14
1.1 บทนำ 15
1.2 ลกั ษณะงำนวศิ วกรรมเทคนิคธรณี 17
1.3 พฒั นำกำรของกำรศึกษำกลศำสตร์ของดิน 18
1.4 กลศำสตร์ของดินกบั คอมพวิ เตอร์ 19
1.5 หลกั กำรแกป้ ัญหำวศิ วกรรมเทคนิคธรณี
1.6 มำตรฐำนวิชำชีพ 21
21
ปัญหำทำ้ ยบท 22
24
บทที่ 2 การกาเนิดและองค์ประกอบของดนิ 26
27
2.1 บทนำ 28
2.2 โลกและผวิ โลก 30
2.3 วงจรธรณีวทิ ยำ 34
2.4 ผลของกำรผกุ ร่อน 36
2.5 ผลจำกกำรพดั พำ 37
2.6 องคป์ ระกอบของดิน
2.7 โครงสร้ำงของแร่ดินเหนียว 39
2.8 คุณสมบตั ิท่ีสำคญั ของแร่ดินเหนียว 39
2.9 คำนิยำมประเภทดินในทำงวิศวกรรม 40
44
ปัญหำทำ้ ยบท 48
50
บทท่ี 3 คุณสมบัติทางกายภาพของดิน 56
60
3.1 หน่วยเอสไอสำหรับงำนวศิ วกรรม 65
3.2 แบบจำลองดินและคณุ สมบตั ิพ้ืนฐำน
3.3 ควำมหนำแน่น ก
3.4 ควำมถว่ งจำเพำะ
3.5 กำรบดอดั ดิน
3.6 กำรหำควำมหนำแน่นของดินในสนำม
3.7 กำรควบคุมมำตรฐำนกำรบดอดั

ปัญหำทำ้ ยบท

บทที่ 4 คุณสมบัตวิ ิศวกรรมของดินและการแบ่งประเภท 67

4.1 กำรแบง่ ประเภทดินสำหรับงำนวิศวกรรม 67
4.2 กำรวิเครำะหข์ นำดมวลดิน 68
4.3 กรำฟกำรกระจำยตวั ของมวลดิน 72
4.4 กำรออกแบบช้นั กรอง 75
4.5 กำรแบง่ ประเภทดินเมด็ ละเอียด 77
4.6 กำรหำขีดจำกดั ขน้ เหลว 79
4.7 กำรแบง่ ประเภทดินโดยวธิ ี USDA 85
4.8 กำรแบง่ ประเภทดินโดยวธิ ี AASHTO 86
4.9 กำรแบ่งประเภทดินโดยวิธี Unified 90
95
ปัญหำทำ้ ยบท
97
บทท่ี 5 การกาเนดิ และผลของน้าในมวลดนิ
97
5.1 กำรกำเนิดของน้ำใตด้ ิน 98
5.2 ระดบั น้ำใตด้ ิน 100
5.3 น้ำซบั 102
5.4 ควำมดนั น้ำและควำมเคน้ ประสิทธิผล 103
5.5 สมั ประสิทธ์ิควำมดนั น้ำ 109

ปัญหำทำ้ ยบท 111

บทท่ี 6 การซึมและการไหลซึมของน้าผ่านดิน 111
112
6.1 กำรไหลของน้ำผำ่ นมวลดิน 113
6.2 ควำมเร็วและควำมดนั ไหลซึม 114
6.3 ควำมชนั ไฮดรอลิกวิกฤติและสภำพไร้กำลงั 115
6.4 สัมประสิทธ์ิกำรซึมไดข้ องน้ำผำ่ นมวลดิน 123
6.5 กำรหำคำ่ สัมประสิทธ์ิกำรซึมไดใ้ นหอ้ งปฏิบตั ิกำร 127
6.6 กำรหำค่ำสมั ประสิทธ์ิกำรซึมไดใ้ นสนำม 131
6.7 กำรไหลแบบสองมิติ 136
6.8 กำรสร้ำงตำข่ำยกำรไหล 139
6.9 กำรไหลซึมผำ่ นมวลดินที่มีคุณสมบตั ิไมเ่ ท่ำกนั ทกุ ทิศทำง 142
6.10 กำรขำดเสถียรภำพเนื่องจำกกำรไหลซึม

ปัญหำทำ้ ยบท

ข

บทท่ี 7 ความเค้นและความเครียดในดนิ 145

7.1 กลศำสตร์วศิ วกรรม 145
7.2 ควำมเคน้ และควำมเครียด 146
7.3 สภำพระบำยน้ำและกำรเปลี่ยนแปลงปริมำตร 157
7.4 กำรวเิ ครำะห์ควำมเคน้ โดยวงกลมมอร์ (Mohr’s circle) 160
7.5 ทฤษฎีวิบตั ิมอร์-คลู อมบ์ (Mohr-Coulomb) 164
7.6 กำรครำกของดิน 165
7.7 ควำมเคน้ ในดินเนื่องจำกแรงกระทำ 166
7.8 แผนภำพอิทธิพลของนิวมำร์ก (Newmark) 183
7.9 กำรทรุดตวั ยดื หยนุ่ 184
7.10 กะเปำะควำมเคน้ 186
188
ปัญหำทำ้ ยบท
191
บทที่ 8 กาลงั รับแรงเฉือนของดนิ
191
8.1 แบบจำลองแรงเสียดทำนและกำลงั รับแรงเฉือน 193
8.2 กำรวิบตั ิดว้ ยแรงเฉือน 197
8.3 กำรทดสอบโดยกล่องแรงเฉือน 200
8.4 หลกั กำรทดสอบแบบสำมแกน 202
8.5 กำรแปรผลกำรทดสอบแบบสำมแกน 206
8.6 ประเภทของกำรทดสอบแบบสำมแกน 209
8.7 กำรทดสอบแรงอดั ไมจ่ ำกดั 213
8.8 ควำมไวตวั ของดินเหนียว 213
8.9 กำรทดสอบใบมีดแรงเฉือน 215

ปัญหำทำ้ ยบท 217

บทท่ี 9 ความดนั ดนิ ทางด้านข้างและกาแพงกันดนิ 217
224
9.1 ประเภทกำแพงกนั ดิน 225
9.2 ควำมดนั น้ำสถิตและแรงผลกั ดำ้ นขำ้ ง 226
9.3 ควำมดนั ดินทำงดำ้ นขำ้ งขณะหยดุ นิ่ง 236
9.4 ควำมดนั ดินทำงดำ้ นขำ้ งสำหรับดินไม่มีแรงยดึ เหน่ียว 241
9.5 ควำมดนั ดินทำงดำ้ นขำ้ งสำหรับดินมีแรงยดึ เหนี่ยว 244
9.6 ทฤษฎีคลู อมบส์ ำหรับกำแพงผวิ หยำบ 253
9.7 เสถียรภำพของกำแพงกนั ดินแบบน้ำหนกั ถ่วง 266
9.8 กำแพงกนั ดินแบบฝัง 267
9.9 กำแพงกนั ดินแบบอื่น
ค
ปัญหำทำ้ ยบท

บทที่ 10 เสถียรภาพของลาดชัน 269
10.1 ลกั ษณะกำรวิบตั ิของลำดชนั
10.2 กำรเล่ือนไถลของลำดชนั อนนั ต์ (Infinite slope) 269
10.3 กลไกกำรวิบตั ิของลำดชนั ดินมีแรงยดึ เหนี่ยว 272
10.4 เสถียรภำพของลำดชนั ในสภำพไมร่ ะบำยน้ำ 276
10.5 ตำแหน่งระนำบโคง้ วิกฤติ 277
10.6 เสถียรภำพของลำดชนั ในสภำพระบำยน้ำ 285
10.7 องคป์ ระกอบสำหรับกำรออกแบบลำดชนั 288
10.8 อตั รำส่วนควำมปลอดภยั 293
295
ปัญหำทำ้ ยบท 296

บทท่ี 11 การอดั ตวั ได้ของดนิ และการทรุดตัว 299
11.1 กำรเคล่ือนตวั และทรุดตวั ของดิน
11.2 กำรทรุดตวั แบบทนั ทีทนั ใด (ไม่ระบำยน้ำ) 299
11.3 กำรทรุดตวั เน่ืองจำกกำรอดั ตวั คำยน้ำ 306
11.4 อตั รำกำรอดั ตวั คำยน้ำ 307
11.5 กำรหำคำ่ Cv จำกกำรทดสอบโออิโดมิเตอร์ 320
11.6 กำรอดั ตวั ไดข้ องดินเมด็ หยำบ 328
338
ปัญหำทำ้ ยบท 339

บทท่ี 12 กาลงั รับน้าหนกั บรรทกุ ของฐานราก 341
12.1 บทนำ
12.2 องคป์ ระกอบสำหรับกำรออกแบบฐำนรำกต้ืน 341
12.3 รูปแบบกำรวบิ ตั ิดว้ ยแรงเฉือน 342
12.4 คำนิยำมของกำลงั รับน้ำหนกั บรรทกุ 343
12.5 กำลงั รับน้ำหนกั บรรทกุ วิบตั ิของฐำนรำกต้ืน 345
12.6 เสถียรภำพของฐำนรำกต้ืน 346
12.7 ขอ้ กำหนดกำรทรุดตวั สำหรับกำรออกแบบฐำนรำก 350
12.8 กำรแปลผลจำกกำรทดสอบกำลงั รับน้ำหนกั บรรทกุ ในสนำม 357
12.9 ฐำนรำกเสำเขม็ 359
12.10 กำลงั รับน้ำหนกั บรรทกุ ของเสำเขม็ โดยสมกำรสมดุลสถิต 363
12.11 กำลงั รับน้ำหนกั บรรทกุ ของเสำเขม็ กลมุ่ 366
12.12 กำรทรุดตวั ของเสำเขม็ กลุม่ 371
373
ปัญหำทำ้ ยบท 374

บรรณานุกรม 377
ดัชนี
379
ง

บทที่ 1

ดินในงานวิศวกรรม

1.1 บทนำ

การศึกษาพฤติกรรมของดินในเชิงวิศวกรรม เช่น การรับแรงกระทาและการเสียรูป (ทรุดตวั )
จาเป็นอยา่ งยง่ิ ที่ตอ้ งมีความรู้เกี่ยวกบั ธรณีวิทยาเนื่องจากดินเกิดจากการย่อยสลายของหิน ดงั น้นั
ความเขา้ ใจถึงพฤติกรรมของดินแต่ละประเภทจึงตอ้ งมีการเชื่อมโยงกนั กบั หินแหล่งตน้ กาเนิด
และการสร้างความเชื่อมโยงดังกล่าวจะส่งผลให้มีความเขา้ ใจอย่างลึกซ้ึงถึงความแตกต่างของ
พฤติกรรมเชิงวศิ วกรรมระหวา่ งทรายและดินเหนียว

เปลือกโลก (Crust) มีความหนาระหว่าง 5 – 80 km ข้ึนอยู่กบั สภาพภูมิประเทศของแต่ละ
พ้ืนท่ี เช่น บริเวณมหาสมุทรจะมีความหนาน้อยกว่าบริเวณทวีป สาหรับนกั ธรณีวิทยาซ่ึงศึกษา
เร่ืองหินเป็นหลกั ถือวา่ ส่วนท่ียอ่ ยสลายจากหิน (รวมถึงซากพืชและซากสัตว)์ คือตะกอน (Drift)
แต่สาหรับวิศวกรโยธา ตะกอนก็คือดินซ่ึงเป็ นวัสดุท่ีต้องทางานด้วยไม่ทางใดก็ทางหน่ึง
ตวั อยา่ งเช่น ก่อนการออกแบบโครงการวิศวกรรมโยธาใด ๆ ตอ้ งมีการสารวจสภาพช้นั ดิน (หรือ
หิน) เพื่อประเมินกาลงั รับน้าหนกั บรรทุกและพฤติกรรมการทรุดตวั จากน้ันวิศวกรจึงนาขอ้ มูล
มาออกแบบรูปแบบและรายละเอียดโครงสร้างรวมท้งั ระบบฐานรากท่ีเหมาะสม เม่ือเร่ิมข้นั ตอน
งานก่อสร้าง การปรับพ้ืนท่ี ขุดดิน และเคล่ือนยา้ ยดิน ถือเป็ นส่วนท่ีตอ้ งดาเนินการในตอนตน้
หรืออาจตอ้ งทางานเก่ียวขอ้ งกบั ดินอยตู่ ลอดเวลาถา้ เป็นโครงการประเภทคนั ทางถนนและเขื่อน

คอนกรีตเกิดจากการพฒั นาของมนุษย์ เป็ นเหตุให้สามารถกาหนดคุณสมบตั ิให้เป็ นไป
ตามความตอ้ งการได้ เช่น ตอ้ งการกาลงั อดั สูงสุดเทา่ ใด หรือตอ้ งการให้ (คาน) เกิดการแอ่นตวั ได้
ไม่เกินเท่าใด ในขณะท่ีดินเป็นวสั ดุที่เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ และโดยทว่ั ไปเราตอ้ งทางานกบั
ดินในสภาพด้ังเดิม พิจารณาหน้าตัดคอนกรี ตในรูป 1.1 (a) เมื่อหล่อคอนกรี ตแล้วเสร็จ

1

2 บทที่ 1 ดินในงานวศิ วกรรม

ส่วนประกอบของคอนกรีตจะคงที่ตลอดเวลาในช่วงการใชง้ านและมีพฤติกรรมเป็นแบบของแขง็
แต่ดินมีโครงสร้างท่ีอาจเปล่ียนแปลงไดต้ ามสภาพแวดลอ้ ม เช่น รูป 1.1 (b) แสดงการเรียงตวั ของ
อนุภาคดินที่อยู่ในสภาพหลวมสุดทาให้มีปริมาณช่องว่าง (Voids) มากที่สุด แต่ถา้ ทาให้เกิดการ
เรียงตวั กนั ใหม่ดงั แสดงในรูป 1.1 (c) ปริมาณช่องว่างจะลดลงในขณะที่ดินจะมีความหนาแน่น
เพิ่มข้ึน จากน้นั ถา้ ให้แรงขนาดเท่ากนั กระทากบั ดินในรูป 1.1 (b) และ 1.1 (c) ดินในรูป 1.1 (c)
จะเกิดการทรุดตัวน้อยกว่าเพราะมีปริมาณช่องว่างน้อยกว่า หรืออีกนัยหน่ึงมีพ้ืนท่ีให้เม็ดดิน
เคลื่อนตัวไปหาช่องว่างเพ่ือเรียงตัวใหม่น้อยกว่าน่ันเอง ลักษณะของดินท่ีเปล่ียนแปลงตาม
สภาพแวดลอ้ ม น้าหนักกระทา สภาพระบายน้า และเวลา ทาให้การทานายพฤติกรรมของดิน
มีความซบั ซอ้ น ดงั น้นั เม่ือตอ้ งทางานเก่ียวกบั ดิน วศิ วกรตอ้ งพิจารณาถึงสภาพดินตามธรรมชาติ
ระหวา่ งการก่อสร้าง หลงั การก่อสร้าง เริ่มตน้ ใชโ้ ครงการ และเมื่อใชโ้ ครงการในระยะยาว

วสั ดุมวลรวม ซีเมนต์เพสต์ และ เมด็ ดนิ ชอ่ งว่าง (Voids) เมด็ ดนิ ชอ่ งวา่ ง (Voids)
ช่องวา่ ง (อากาศ) รวมอากาศและความช้นื รวมอากาศและความช้นื

(a) (b) (c)

คอนกรีต ดิน สภาพหลวม ดิน สภาพแน่น

รูป 1.1 โครงสร้างส่วนประกอบภายในของ (a) คอนกรีต (b) ดินสภาพหลวม และ (c) ดินสภาพแน่น

การศึกษาดินในเชิงกลศาสตร์ ผูศ้ ึกษาต้องมีความรู้ทางด้านคณิตศาสตร์วิศวกรรม
กลศาสตร์วิศวกรรม และกลศาสตร์ของแข็ง นอกจากน้นั ยงั ตอ้ งมีความเขา้ ใจเกี่ยวกบั กลศาสตร์
ของไหลอีกดว้ ย เนื่องจากเมื่อมีน้าอยใู่ นช่องวา่ งภายในมวลดิน (ท้งั ในสภาวะหยดุ น่ิงหรือน้าไหล)
จะมีแรงดนั น้าเกิดข้ึนภายในมวลดินและส่งผลต่อพฤติกรรมรวมของดินดว้ ย ในความเป็นจริงแลว้
ความซบั ซอ้ นของพฤติกรรมของดินกเ็ กิดจากการมีน้ารวมอยใู่ นมวลดินนนั่ เอง

ความเขา้ ใจพฤติกรรมของดินในเชิงวิศวกรรม เก่ียวขอ้ งกบั การออกแบบระบบฐานราก
และกาแพงกนั ดินโดยให้ดินเป็ นวสั ดุรองรับการถ่ายทอดน้าหนักจากโครงสร้าง และดินยงั ถูก
นาไปใชเ้ ป็นวสั ดุก่อสร้างและรับน้าหนกั โดยตรงอีกดว้ ย เช่น การก่อสร้างคนั ทาง ถนน และเขอ่ื น
ศาสตร์ท่ีเกี่ยวขอ้ งกบั การออกแบบโครงสร้างท่ีสัมผสั กบั ดิน คือ วิศวกรรมฐานราก ในขณะที่
ศาสตร์ท่ีเกี่ยวกับวิศวกรรมของดิน คือ กลศาสตร์ของดิน ศาสตร์ท้ังสองมีความเกี่ยวขอ้ งกัน
โดยตรง ดงั น้นั จึงเรียกศาสตร์ท้งั สองรวมกนั วา่ วิศวกรรมเทคนิคธรณี (Geotechnical engineering)

บทที่ 1 ดินในงานวศิ วกรรม 3

ในบางสถาบนั การศึกษาจึงไม่มีการเรียกชื่อศาสตร์ท้งั สองแยกจากกนั เช่น รายวิชาเรียนกลายเป็น
วิศวกรรมเทคนิคธรณี 1 และ 2 เป็ นตน้ โดยเลข 1 หมายถึง การศึกษาเก่ียวกบั กลศาสตร์และ
พฤติกรรมของดิน ในขณะท่ีเลข 2 คือ การออกแบบระบบโครงสร้างที่เกี่ยวกับดินนั่นเอง
นอกจากน้นั นบั ต้งั แต่ พ.ศ. 2509 ซ่ึง Henri Vidal (Vidal, 1966) ชาวฝรั่งเศสไดร้ ิเริ่มเสนอแนวคิด
การเสริมแรงในตวั ดินเองโดยใช้แถบโลหะ ก็ไดม้ ีการพฒั นาวสั ดุเสริมแรงข้ึนมาอีกมากมาย เช่น
แผ่นใยสังเคราะห์ (Geotextile) และตาข่ายเสริมแรง (Geogrid) โดยประเทศสหรัฐอเมริกาไดเ้ ริ่ม
นามาใชก้ บั งานก่อสร้างสะพานต่าง ๆ ต้งั แต่ พ.ศ. 2514 จากน้นั จึงเป็นที่นิยมทว่ั โลกเร่ือยมาจนถึง
ปัจจุบนั และเป็ นเหตุให้การกาหนดช่ือว่ากลศาสตร์ของดินลา้ สมยั เน่ืองจากมีวสั ดุอ่ืน ๆ เขา้
มาร่วมกบั ดินเพ่ือรับน้าหนกั กระทาดว้ ยนนั่ เอง

1.2 ลกั ษณะงานวศิ วกรรมเทคนิคธรณี

งานวิศวกรรมโยธาประกอบด้วยหลายสาขา เช่น วิศวกรรมโครงสร้าง วิศวกรรมแหล่งน้า
วิศวกรรมเทคนิคธรณี วิศวกรรมจราจร และวิศวกรรมงานก่อสร้างและการบริหาร งานวิศวกรรม
เทคนิคธรณีประกอบดว้ ยการศึกษาพฤติกรรมของดินรวมท้งั ปฏิกิริยาระหว่างดินและโครงสร้าง
ที่ตอ้ งสัมผสั กบั ดิน ต่อมาการวิจยั เชิงตวั เลขโดยใช้คอมพิวเตอร์สร้างแบบจาลองทาให้สามารถ
วิเคราะห์ถึงพฤติกรรมโดยรวมร่วมกนั ระหวา่ งดินฐานรากและตวั โครงสร้าง กล่าวโดยสรุป งาน
วิศวกรรมเทคนิคธรณีคืองานวิศวกรรมโยธาที่ตอ้ งเก่ียวขอ้ งกบั ดินไม่ว่าทางใดก็ทางหน่ึง และ
สามารถสรุปลกั ษณะของปัญหาท่ีเก่ียวขอ้ งกบั ดิน ดงั ตวั อยา่ งตอ่ ไปน้ี

1.2.1 กำลังรับน้ำหนักบรรทุก (Bearing capacity)

เหลก็ ถือเป็นวสั ดุหลกั สาหรับงานก่อสร้าง ผลการทดสอบกาลงั รับแรงดึงของเหลก็ โครงสร้าง คือ
กราฟความสมั พนั ธ์ระหว่างความเคน้ ดึงและความเครียด ช่วงของกราฟซ่ึงความสัมพนั ธ์เป็นแบบ
เส้นตรงถกู เรียกวา่ ช่วงยืดหยุน่ สาหรับการออกแบบโดยวิธีหน่วยแรงใชง้ าน การกาหนดค่าความ
เคน้ ดึงท่ียอมให้ทาได้โดยการกาหนดค่าอตั ราส่วนความปลอดภยั เช่น การกาหนดให้ใช้กาลงั
ออกแบบสาหรับเหลก็ โครงสร้างมีค่าเท่ากบั 0.5 ของความเคน้ ดึงท่ีจุดคราก คือ การกาหนดใหใ้ ช้
อตั ราส่วนความปลอดภยั เทา่ กบั 2 นน่ั เอง

ในทางทฤษฎี ดินไม่สามารถรับแรงดึงได้ และจากรูป 1.2 จะเห็นไดว้ ่า เม่ือพิจารณาถึง
ระดับอนุภาคของมวลดิน แรงเสียดทานระหว่างเม็ดดินเองและดินรอบขา้ งจะเกิดจากแรงอดั
ต้งั ฉาก และแรงเสียดทานดงั กล่าวเป็นแรงตา้ นทานไมใ่ หอ้ นุภาพดินเกิดการเคล่ือนตวั หรือทรุดตวั
นนั่ เอง ดงั น้นั กลศาสตร์ของดินจึงกาหนดให้แรงอดั เป็ นบวก แต่สาหรับกรณีเหล็กโครงสร้าง
กาหนดใหแ้ รงดึงเป็นบวก

4 บทท่ี 1 ดินในงานวศิ วกรรม

แรงอดั ตัง้ ฉาก (F)

sn t sn = ความเคน้ อดั ต้งั ฉาก
t sn t = แรงเสียดทานระหวา่ งเมด็ ดิน

sn t
t sn

รูป 1.2 แรงอดั ต้งั ฉากกระทาตอ่ เมด็ ดินส่งผลใหเ้ กดิ แรงอดั ต้งั ฉากและแรงเสียดทานกบั เมด็ ดินที่อยตู่ ิดกนั

จุดคราก จุดวบิ ตั ิ
ชว่ งอัดตวั ยืดหยุ่น
ดินใตฐ้ านรากเคลื่อนตวั เล็กน้อย

q ดินเกดิ รอยแยกเนื่องจากกาลงั รับแรงเฉือนนอ้ ยลง
D ดนิ รอบฐานรากเคล่อื นตวั ข้นึ ดา้ นบน

ฐานรากทรุดตวั ลงมาก ดนิ เคลือ่ นตวั ทางดา้ นขา้ ง

รูป 1.3 พฤติกรรมการทรุดตวั ของดินเม่ือรับน้าหนกั กระทา

เม่ือมวลดินรับน้าหนกั กระทาดงั แสดงในรูป 1.3 ดินจะเกิดการทรุดตวั (ซ่ึงเทียบเท่ากบั
การยืดตวั ของเหลก็ เม่ือรับแรงดึง) เม่ือแรงกระทาเพิ่มมากข้ึน ดินก็จะเกิดการทรุดตวั มากข้ึนตาม
ไปดว้ ย แต่จากการสังเกตพบว่าความสัมพนั ธ์ระหวา่ งปริมาณท้งั สองไม่เป็ นเส้นตรง ซ่ึงเหตุผล
หน่ึงที่สาคญั คอื สถานะความแน่นของดินเกิดการเปล่ียนแปลงตามการเพม่ิ ข้ึนของแรงกระทา

การท่ีความสัมพนั ธ์ระหว่างแรงกระทาและการทรุดตวั ของดินไม่เป็นเส้นตรง ทาให้การ
กาหนดกาลงั รับน้าหนกั บรรทุกท่ียอมใหข้ องดินมีความซับซ้อน กรณีเหลก็ โครงสร้าง จุดคราก
สามารถสังเกตุไดโ้ ดยตรงจากการทดสอบรับแรงดึง แต่สาหรับดิน จุดครากข้ึนอยู่กบั ประเภท
ของดิน อตั ราการเพิม่ ข้ึนของแรงกระทา และการมีระดบั น้าใตด้ ินเขา้ มาเกี่ยวขอ้ ง ดงั น้นั วธิ ีปฏิบตั ิ
ทว่ั ไปคือการคานวณ (หรือทดสอบ) เพอื่ หากาลงั รับน้าหนกั บรรทกุ วิบตั ิโดยกาหนดใหเ้ มื่อดินมีค่า
ทรุดตวั ถึงระดบั หน่ึง ตวั อย่างเช่น กาลงั รับน้าหนกั บรรทุกวิบตั ิของดิน คือแรงกระทาท่ีทาให้ดิน
เกิดการทรุ ดตัวเท่ากับ 25 mm เป็ นต้น จากน้ันจึงหากาลังรับน้ าหนักบรรทุกที่ยอมให้
โดยกาหนดคา่ อตั ราส่วนความปลอดภยั ระหวา่ ง 2.5 ถึง 3.0

บทที่ 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม 5

P (a) (b)

P

ระดับน้า (Water Table) Df Dw
ทราย (Sand) B
ดนิ เหนียว (Clay) ระดบั น้า

ทรายและกรวด (Sand and Gravel)

รูป 1.4 น้าหนกั กระทาจากโครงสร้างสู่ช้นั ดิน (a) ดินฐานรากประกอบดว้ ยดินหลายประเภท (b) การพจิ ารณา
ระดบั น้าใตด้ ินเทียบกบั ระดบั ความลึกของฐานราก

ตวั อยา่ งเช่น ผลการคานวณกาลงั รับน้าหนกั บรรทุกของช้นั ดินเหนียวพบว่า แรงกระทา
ขนาด 240 kN จะทาให้ฐานรากแผ่ขนาด 11 m ทรุดตวั เท่ากบั 25 mm ถา้ ตอ้ งการออกแบบฐาน
ใหร้ ับน้าหนกั บรรทุกขนาด 100 kN ไดอ้ ยา่ งปลอดภยั ตอ้ งใชข้ นาดฐานรากเทา่ ใด การแกป้ ัญหาน้ี
ลาดบั แรกวิศวกรตอ้ งตดั สินใจว่าควรใชอ้ ตั ราส่วนความปลอดภยั เท่าใด สมมุติว่ากาหนดให้ใช้
เทา่ กบั 3 ดงั น้นั กาลงั รับน้าหนกั บรรทกุ ปลอดภยั คือ 240/3 = 80 kN/m2 และขนาดฐานรากคานวณ
ไดจ้ ากการเอา 100 kN หารดว้ ย 80 kN/m2 ซ่ึงมีค่าเท่ากบั 1.25 m2 จากน้ันจึงเลือกขนาดฐานราก
(กวา้ ง  ยาว) ใหม้ ีพ้ืนที่เทา่ กบั หรือมาก 1.25 m2 เช่น กวา้ งและยาวอยา่ งนอ้ ย 1.12 m อยา่ งไรก็ตาม
การเลือกระดบั การทรุดตวั และค่าอตั ราส่วนความปลอดภยั จะข้ึนอยู่กบั ลกั ษณะและความสาคญั
ของโครงสร้าง สถานท่ีก่อสร้าง และวตั ถุประสงคข์ องการใชง้ านโครงสร้าง

กรณีช้นั ดินฐานรากประกอบดว้ ยดินหลายประเภทดงั แสดงในรูป 1.4 (a) ถา้ ดินช้นั ล่างรับ
น้าหนกั บรรทุกไดน้ อ้ ยกวา่ ดินช้นั บน ตอ้ งพิจารณาถึงการรับน้าหนกั ของดินช้นั อ่อนกวา่ เป็นหลกั
ซ่ึงอาจทาไดโ้ ดยการถ่ายน้าหนักกระทาลงไปช้นั ดินดงั กล่าวโดยใช้กฎระยะราบ 1 ต่อระยะดิ่ง 2
(พ้ืนที่รับแรงกระทาของดินช้นั ล่างจะมากข้ึน) หรือกรณีระดบั น้าใตด้ ินอยู่ในเขตที่อาจมีอิทธิพล
ต่อกาลงั ของดินฐานรากดงั แสดงในรูป 1.4 (b) การออกแบบตอ้ งพิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงของ
ระดบั น้าใตด้ ินดงั กล่าวดว้ ย จากตวั อยา่ งท้งั สองแสดงใหเ้ ห็นวา่ การเจาะสารวจสภาพช้นั ดินเป็น
เรื่องจาเป็นสาหรับงานออกแบบทางดา้ นวิศวกรรมเทคนิคธรณี และวิธีปฏิบตั ิท่ีดีสาหรับการเจาะ
สารวจช้นั ดินตอ้ งมีการสังเกตระดบั น้าใตด้ ินดว้ ย โดยปกติเม่ือเจาะสารวจจนถึงความลึกท่ีตอ้ งการ
แลว้ ทาการปิ ดปากหลุมเจาะไวอ้ ย่างน้อย 24 ช่ัวโมง จากน้ันจึงทาการวดั ระดับน้าใต้ดินใน
หลุมเจาะ อย่างไรก็ตามวิธีดงั กล่าวให้ผลแบบประมาณการเท่าน้ัน การตรวจสอบอย่างละเอียด
ตอ้ งมีการติดต้งั เคร่ืองมือวดั เพิ่มเติม เช่น เซ็นเซอร์วดั ความดนั น้า เป็นตน้

6 บทที่ 1 ดินในงานวิศวกรรม (a)

จุดศูนย์กลางของระนาบวิบตั ิ

W

ระนาบวิบตั ิ (b)

ระดบั น้าเริ่มตน้ (Initial WT)

Df W

ระดบั น้าสุดทา้ ย (Final WT)

u

ความดนั น้าในมวลดนิ

ระนาบวบิ ตั ิ

รูป 1.5 ลกั ษณะทว่ั ไปของ (a) ลาดชนั แหง้ (b) ลาดชนั มีระดบั น้าเขา้ มาเกี่ยวขอ้ ง

1.2.2 ลาดชนั (Slopes)

ลาดชนั คือสภาพที่ระดบั พ้ืนดินและหินมีการทามุมลาดชนั เทียบกบั แนวระนาบ ซ่ึงเกิดข้ึนไดท้ ้งั
จากกระบวนการทางธรรมชาติและการก่อสร้างของมนุษย์ ตวั อย่างเช่น พ้ืนที่เนินเขาและภูเขา
บริเวณริมตล่ิงแม่น้าและชายหาด เขื่อนดิน คนั ทางถนน และการขดุ ดิน เป็นตน้

เมื่อเกิดสภาพลาดชนั จะมีแรงตามธรรมชาติทาใหต้ วั ลาดชนั เกิดการเคล่ือนตวั (W) แรง
ดงั กล่าวเกิดจากแรงโนม้ ถ่วงของโลกตามปกติที่ดึงดูดวตั ถุและสสารใด ๆ ที่อย่ใู นเขตอิทธิพลเขา้
หาแกนกลางของโลก ดงั แสดงในรูป 1.5 (a) สมมตุ ิจะเกิดการวบิ ตั ิตามแนวระนาบ การตรวจสอบ
สภาพการวิบตั ิอยา่ งงา่ ยทาไดโ้ ดยการเปรียบเทียบขนาดโมเมนตท์ ี่ทาใหล้ าดชนั เคลื่อนตวั (โมเมนต์
ขบั ) กบั โมเมนต์ตา้ นทานการเล่ือนตวั (โมเมนต์ตา้ นทาน) โมเมนตข์ บั คานวณไดจ้ ากการคูณ W
ดว้ ยระยะแนวราบจากจุดศูนยถ์ ่วงของมวลดินถึงจุดศูนยก์ ลางของแนวระนาบวิบตั ิ ในขณะท่ี

บทท่ี 1 ดนิ ในงานวิศวกรรม 7

โมเมนต์ตา้ นทานเกิดจากการคูณกนั ระหว่างแรงเฉือนตา้ นทานของดินกบั รัศมีของระนาบวิบัติ
ถา้ โมเมนตต์ า้ นทานมากกวา่ โมเมนตข์ บั แสดงวา่ ลาดชนั จะไม่เกิดการวิบตั ิ

เม่ือลาดชันมีระดับน้าเขา้ มาเกี่ยวข้อง จะมีแรงดันน้าอยู่ภายในตวั ลาดชัน ส่งผลให้
น้าหนักของมวลดินเกิดการเปลี่ยนแปลง ดังน้ันการทานายเสถียรภาพของลาดชันในสภาวะ
ดงั กล่าว ตอ้ งพิจารณาถึงความเป็ นไปได้เก่ียวกบั ระดบั น้าสูงสุดและต่าสุดดว้ ย การลดลงอย่าง
กระทนั หันของระดบั น้าจะส่งผลให้ความดนั น้าสถิตท่ีกระทาต้งั ฉากกับผิวหน้าลาดชันหายไป
(ดูรูป 1.5 (b)) กรณีลาดชนั เป็นดินเหนียว ค่าระดบั ของแรงดนั น้าในตวั ลาดชนั ยงั คงอย่เู ป็นระยะ
เวลานาน (ข้ึนอยูก่ บั ค่าการซึมไดข้ องน้าผา่ นดิน) ทาให้แรงเฉือนตา้ นทานของดินลดลงดว้ ย และ
ถา้ โมเมนตต์ า้ นทานมีค่าลดลง (เน่ืองจากแรงเฉือนตา้ นทานลดลง) จนถึงจุดที่ต่ากว่าโมเมนตข์ บั
ลาดชนั ก็จะวิบตั ิ กรณีเช่นน้ีเกิดข้ึนเป็นประจาท่ีบริเวณคนั ทางถนนที่มีคลองขนานไปกบั เส้นทาง
ตวั อยา่ งเช่น เม่ือฤดูร้อนมาถึง ระดบั น้าในคลองอาจลดลงอย่างรวดเร็วเน่ืองจากสภาพอากาศบวก
กบั การสูบน้าของชาวบา้ นเพื่อใชส้ าหรับการเกษตร สาเหตุท่ีการวิบตั ิมกั พบบริเวณคนั ทางถนน
ก็เนื่องจากมีน้าหนกั จราจรกระทาอยู่ตลอดเวลา ซ่ึงแรงกระทาดงั กล่าวส่งผลให้ค่าแรงดนั น้าใน
มวลดินมีคา่ สูงข้นึ ดว้ ย สุดทา้ ยทาใหก้ าลงั รับแรงเฉือนลดต่าลงจนถึงจุดที่คนั ทางวิบตั ิ

น้าฝนถือเป็ นองค์ประกอบสาคญั ท่ีทาให้ลาดชนั เกิดการวิบตั ิ เมื่อน้าฝนแทรกซึมเขา้ ไป
ในลาดชนั ดินเหนียว ผลที่ตามมาก็คือความดนั น้าในตวั ลาดชนั เพิ่มข้ึน นอกจากน้นั การชะลา้ ง
ผิวหน้าลาดชนั เนื่องจากฝนตกหนักจะทาให้ลกั ษณะลาดชนั เปล่ียนไป เช่น ความชนั มีค่าเพ่ิมข้ึน
ลกั ษณะดงั กล่าวจะทาให้ระนาบวิบตั ิมีระยะส้ันลงซ่ึงหมายความว่าโมเมนต์ตา้ นทานมีค่าลดลง
นนั่ เอง การวิบตั ิลกั ษณะน้ีเกิดข้ึนเป็ นปกติในภาคใตซ้ ่ึงมีฝนตกหนักเป็ นเวลาติดต่อกนั หลายวนั
ดังเช่นตัวอย่างการวิบัติของลาดชันท่ีอาเภอขนอม จังหวดั นครศรีธรรมราช ใน พ.ศ. 2554
(ดงั รูป 1.6) ซ่ึงเกิดความเสียหายเป็นบริเวณกวา้ ง กรณีท่ีคาดวา่ จะเกิดการวบิ ตั ิของลาดชนั วิศวกร
จึงควรออกแบบระบบป้องกนั ไวล้ ่วงหน้า ตวั อย่างเช่น การออกแบบทางระบายน้าลน้ ของเข่ือน
เมื่อคาดการณ์วา่ จะมีน้าไหลผา่ นช่องทางดงั กลา่ วดว้ ยความเร็วสูงเป็นจานวนมาก และจะทาใหเ้ กิด
การกดั เซาะของตลิ่งบริเวณปลายน้า กรณีน้ีอาจใชก้ ล่องตาขา่ ยบรรจุหิน (Gabion) ก่อสร้างบริเวณ
ริมตล่ิงซ่ึงจะช่วยดูดซับแรงจากกระแสน้ารวมท้งั ป้องกนั การกดั เซาะไดเ้ ป็นอยา่ งดี ดงั ตวั อย่างใน
รูป 1.7 ซ่ึงเป็นการป้องกนั ตลิ่งดา้ นปลายน้าของเข่ือนรัชชประภา จงั หวดั สุราษฎร์ธานี

เมื่อลาดชนั เริ่มเคลื่อนตวั เน่ืองจากแรงเฉือนถูกทาลาย การวิบตั ิจะเกิดข้ึนอย่างรวดเร็ว
การก่อสร้างท่ีอยูอ่ าศยั บริเวณลาดเชิงเขาจึงควรหลีกเล่ียง เน่ืองจากการก่อสร้างระบบป้องกนั การ
วิบตั ิของลาดชนั มีคา่ ใชจ้ ่ายสูงมากเม่ือเทียบกบั ราคาบา้ นพกั อาศยั การลงทุนก่อสร้างระบบป้องกนั
ลาดชนั วิบตั ิจึงมกั ดาเนินการสาหรับกรณีท่ีลาดชนั อาจทาใหโ้ ครงสร้างพ้นื ฐานเสียหายเทา่ น้นั

8 บทที่ 1 ดินในงานวิศวกรรม

รูป 1.6 ลาดเชิงเขาถลม่ เนื่องจากฝนตกหนกั ระหว่างวนั ที่ 23 ถึง 29 มีนาคม 2554 ณ บริเวณทางเขา้ แหลมประทบั
อ.ขนอม จ.นครศรีธรรมราช

รูป 1.7 การเพม่ิ เสถียรภาพใหก้ บั ริมฝ่ังทางน้าไหลทา้ ยเขอ่ื นโดยการทาลาดชนั หลายระดบั ร่วมกบั
กลอ่ งตาข่ายบรรจุหิน ณ เขือ่ นรัชชประภา อทุ ยานแห่งชาติเขาสก จ.สุราษฎร์ธานี

1.2.3 กำแพงกนั ดิน (Retaining walls)
เม่ือตอ้ งการใชป้ ระโยชน์จากพ้ืนที่ลาดชนั โดยตอ้ งการใชง้ านในแนวราบ (เช่น สนามกีฬา) อาจใช้
การปรับระดบั ใหเ้ ป็นแนวราบดว้ ยการขุดดินจากที่สูงมาถมท่ีต่ากวา่ แต่จะทาใหบ้ ริเวณขอบของ
บริเวณท่ีต่ากว่าเกิดลาดชันใหม่และอาจชันถึง 90 รูป 1.8 (a) แสดงตัวอย่างพ้ืนท่ีลาดชัน
ซ่ึงตอ้ งการใช้ประโยชน์ในแนวราบ และการใช้กาแพงกันดินดงั แสดงในรูป 1.8 (b) จะทาให้
สามารถใชพ้ ้นื ท่ีในแนวราบไดต้ ามตอ้ งการ

บทท่ี 1 ดินในงานวศิ วกรรม 9

กาแพงกนั ดินแบบแขง็ เกร็งดงั แสดงในรูป 1.9 (a) ถึง (d) มกั ก่อสร้างโดยใชค้ อนกรีตหรือ
คอนกรีตเสริมเหล็ก รูปร่างกาแพงแต่ละแบบจะข้ึนอยู่กับลักษณะการใช้งานและสภาพดิน
ที่เก่ียวขอ้ ง กรณีตอ้ งสร้างกาแพงกนั ดินสูงมาก (เช่น สูงกว่า 4 m) อาจจะตอ้ งมีระบบค้ายนั หลงั
(หรือค้ายนั หนา้ ) ดงั แสดงในรูป 1.9 (d) เข็มพืด (Sheet pile) เหมาะสมกบั การก่อสร้างในน้า และ
ยงั รวมถึงการทากาแพงชว่ั คราวเพื่อขุดดินออกสาหรับงานก่อสร้างสาธารณูปโภค การออกแบบ
กาแพงกันดินทุกประเภทเร่ิ มต้นโดยการคานวณแรงดันดินทางด้านข้างและการเลือกรู ปแบบ
กาแพงกนั ดินที่เหมาะสมสาหรับตา้ นทานแรงดนั ดินดงั กล่าว องค์ประกอบอื่นที่ตอ้ งพิจารณา
ประกอบดว้ ย (1) สภาพสถานท่ีก่อสร้าง (2) ราคาค่าก่อสร้าง (3) เทคนิคงานก่อสร้างที่เกี่ยวขอ้ ง
และ (4) การใชง้ านแบบชว่ั คราวหรือถาวร

(a)

พน้ื ท่ลี าดชนั

พ้นื ท่รี าบ (b)

พืน้ ท่รี าบ

รูป 1.8 การปรับพ้ืนท่ีลาดชนั เพื่อใชป้ ระโยชนใ์ นแนวราบ

Stem ค้ายนั หลงั a สมอ (Tie rod)
Toe เข็มพืด
H
Heel hw

D

(a) กาแพงกนั ดิน (b) กาแพงกนั ดนิ คอนกรีต (c) กาแพงกนั ดนิ คอนกรีต (d) กาแพงกนั ดนิ คอนกรีต (e) กาแพงกนั ดนิ
น้ าหนกั ถว่ ง เสริมแรง รูปตวั ที เสริมแรง รูปตวั แอล เสริมแรง แบบมคี ้ายนั หลงั แบบเขม็ พืด

รูป 1.9 ประเภทกาแพงกนั ดิน

10 บทท่ี 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม

1.2.4 เขอ่ื น (Dams)

น้าเป็นทรัพยากรที่มีจากดั แต่เป็นสิ่งที่สาคญั ท่ีสุดอยา่ งหน่ึงสาหรับมนุษยแ์ ละสิ่งมีชีวิต การกกั เกบ็
น้าไวเ้ พ่ือใช้ประโยชน์ในยามขาดแคลนไดเ้ กิดข้ึนมาเป็ นเวลานาน และการกกั เก็บน้าดงั กล่าว
จาเป็ นต้องมีเขื่อนสาหรับทาหน้าที่กักน้าไว้ ประเภทเขื่อนเม่ือแบ่งตามวัสดุที่ใช้ก่อสร้าง
ประกอบดว้ ย เขือ่ นดิน และเขื่อนคอนกรีต ดงั แสดงในรูป 1.10

องคป์ ระกอบที่ตอ้ งพจิ ารณาสาหรับการออกแบบและก่อสร้างเขอื่ นประกอบดว้ ย

(1) ความเคน้ ในช้นั ดิน (หิน) ท่ีรองรับตวั เขือ่ น
(2) เสถียรภาพโดยรวมของตวั เข่อื นท้งั ในขณะระดบั น้าต่าสุดและสูงสุด
(3) ปริมาณสูญเสียน้าเน่ืองจากการไหลซึมผา่ นตวั เข่ือน (หรือใตเ้ ขื่อน)
(4) แหล่งวสั ดุสาหรับก่อสร้างสาหรับกรณีที่เป็นเขือ่ นดิน
(5) ลกั ษณะธรณีวทิ ยาช้นั หินบริเวณตวั เขือ่ น
(6) ทางระบายน้าชว่ั คราวระหวา่ งการก่อสร้างยงั ไม่แลว้ เสร็จ

สาหรับกรณีเข่ือนดิน (รูป 1.10 (a)) การเลือกวสั ดุที่จะเป็ นตวั เขื่อนและตวั แกนเข่ือน
มีความสาคญั เป็นอยา่ งยิ่ง ตวั แกนเขื่อนตอ้ งมีความทึบน้าในระดบั สูงมากเพ่ือป้องกนั การสูญเสีย
น้าเน่ืองจากการไหลผา่ นตวั เขือ่ น การเลือกวสั ดุตวั เขื่อนตอ้ งสัมพนั ธ์กบั แกนเขื่อนเพื่อป้องกนั การ
พดั พาของวสั ดุขนาดเล็กผ่านช่องว่างของวสั ดุขนาดใหญ่กว่า ซ่ึงอาจทาให้เกิดการร่ัวซึมและ
เข่ือนแตกได้ ปัจจุบนั ไดม้ ีการใช้แผ่นใยสังเคราะห์เป็ นตวั กรอง (Filter) ระหว่างวสั ดุท่ีมีขนาด
ต่างกนั โดยตวั แผน่ ใยสังเคราะห์จะยอมให้น้าไหลผา่ นไดแ้ ต่ดินจะไมส่ ามารถถกู พดั พาผา่ นไปได้
สาหรับกรณีเขื่อนคอนกรีต (รูป 1.10 (b)) เทคนิคงานก่อสร้างถือเป็นเรื่องสาคญั การเทคอนกรีต
เป็ นจานวนมากสาหรับโครงสร้างขนาดใหญ่จะทาให้อุณหภูมิภายในโครงสร้างสูงเกินไป
อณุ หภูมิท่ีสูงมากทาใหก้ ารก่อตวั ของคอนกรีตผิดปกติและอาจเกิดการแตกร้าวข้นึ ได้

ในปัจจุบนั การก่อสร้างเขื่อนมกั มีการติดต้งั เซนเซอร์เพ่ือตรวจสอบและติดตามพฤติกรรม
ของตวั เขื่อนท้งั ในขณะก่อสร้างและขณะใชง้ านเพ่ือความปลอดภยั ชุดเซนเซอร์มกั เรียกรวมกนั
ในชื่อ เคร่ืองมือวดั ทางเทคนิคธรณี (Geotechnical instruments) ซ่ึงประกอบดว้ ย เซนเซอร์สาหรับ
(1) วดั ความดนั น้า (2) วดั ระดับน้าท้งั หัวเขื่อน ทา้ ยเขื่อน และภายในตวั เข่ือน (3) วดั ความเร่ง
สาหรับกรณีเกิดแผ่นดินไหว (4) วดั การทรุดตัวแนวด่ิง (5) วดั การเคลื่อนตัวแนวนอน และ
(6) วดั อุณหภูมิ ชุดขอ้ มูลที่ไดจ้ ากการวดั สามารถส่งถ่ายผ่านระบบอินเทอร์เน็ตและแสดงผลแบบ
ทนั ทีทนั ใด ทาใหส้ ามารถติดตามและป้องกนั ความเสียหายที่อาจเกิดข้ึนไดอ้ ยา่ งทนั ท่วงที

ระดบั น้า บทที่ 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม 11
(a)

ชัน้ ทึบน้า (Impervious)

ระดบั น้า (b)

เส้นการไหล
(Flow line)
เสน้ สมศกั ย์
(Equipotential line)

ชัน้ ทึบน้า (Impervious)

รูป 1.10 การใชง้ านเข่อื นเพ่อื กกั เก็บน้า (a) เขือ่ นดิน มนี ้าไหลผา่ นตวั เขือ่ น
(b) เขอื่ นคอนกรีต สมมุติให้น้าไหลผา่ นทางใตต้ วั เขอื่ น

1.2.5 การกดั เซาะ (Erosion)

สภาพผิวโลกตอนเริ่มก่อกาเนิดคือก๊าซ ต่อมาเริ่มเย็นตวั ลงจึงกลายเป็ นหิน สภาพบรรยากาศ
ห่อหุ้มโลกทาให้หินเกิดการย่อยสลาย และส่วนท่ีย่อยสลายจากหินเรียกว่าหินย่อย เน่ืองจาก
หินย่อยมีขนาดเล็กลง จึงถูกพดั พาได้โดยน้าและลม การพดั พาของกระแสน้าและลมทาให้
หินย่อยถูกกัดเซาะในขณะท่ีถูกพดั พา การกดั เซาะดงั กล่าวทาให้หินย่อยมีขนาดเลก็ ลงไปอีกจน
กลายเป็ นดิน และดินจะตกตะกอนตามระยะทางซ่ึงข้ึนอยู่กับอิทธิพลการพดั พา ลกั ษณะการ
ตกตะกอนของดินจะข้ึนอยู่กบั (1) ขนาดของแรงพดั พา และ (2) ขนาดของตะกอน การกดั เซาะ
เน่ืองจากการพดั พาของน้าและลมส่งผลเหมือนกันคือ ดินเกิดการแบ่งประเภทตามแนวระยะ
ทางการตกตะกอน เช่น ดินขนาดใหญ่กว่าตกตะกอนก่อน ตามดว้ ยดินขนาดเล็กลงมา และดิน
ขนาดเล็กสุดมกั ตกตะกอนที่ปลายทาง เช่น แอ่งน้า หรือปากแม่น้าติดกบั ทะเล รูป 1.11 แสดงผล
ของการกดั เซาะจากน้าและลมซ่ึงส่งผลให้ดินตกตะกอนตามขนาด ในเขตหนาว การเคลื่อนตวั
ของธารน้าแขง็ ยงั บดยอ่ ยหินใหม้ ีขนาดเลก็ ลง จากน้นั หินยอ่ ยจึงถกู พดั พาไปไดเ้ ช่นกนั

ดินที่ตกตะกอนเน่ืองจากการกดั เซาะมกั อยใู่ นสภาพหลวม ในแง่กลศาสตร์ของดิน สภาพ
ดงั กลา่ วส่งผลใหร้ ับน้าหนกั บรรทุกไดน้ อ้ ยและมีคา่ การทรุดตวั สูง การก่อสร้างฐานรากบนช้นั ดิน

12 บทท่ี 1 ดินในงานวศิ วกรรม

ดงั กล่าวจึงควรหลีกเล่ียง หรืออาจตอ้ งมีการปรับปรุงสภาพดินเพ่ือใหม้ ีกาลงั ตามท่ีตอ้ งการ จาก
ปัจจยั ที่กล่าวมา ทาให้การศึกษาสภาพภูมิประเทศเป็ นเรื่องสาคญั สาหรับวิศวกรเทคนิคธรณี
เมื่อต้องออกแบบระบบฐานรากและโครงสร้างใต้ดิน นอกจากน้ันยงั สามารถนาไปพิจารณา
ร่วมกบั ผลท่ีไดจ้ ากการเจาะสารวจช้นั ดินเพ่อื ประกอบการวิเคราะห์และออกแบบไดอ้ ยา่ งปลอดภยั

ทศิ ทางการไหลของน้า พ้นื ท่กี ารตกตะกอน (a)
พ้นื ท่ีกดั เซาะโดยน้า
ทรายและกรวด ตะกอน ดินเหนียว
ระดบั ดินเดมิ เม็ดดินขนาดใหญ่ ===========> เม็ดดนิ ขนาดเล็ก

ระดบั หลงั การกดั เซาะ พื้นท่กี ารตกตะกอน แอง่ น้า
(b)
ทศิ ทางการพดั ของลม ทราย ทรายร่วน ดินร่วน
พนื้ ท่กี ดั เซาะโดยลม เมด็ ดนิ ขนาดใหญ่ ===========> เมด็ ดินขนาดเล็ก

ระดบั ดินเดมิ

ระดบั หลงั การกดั เซาะ

รูป 1.11 การกดั เซาะและการเคลือ่ นยา้ ยมวลดิน (a) การกดั เซาะเนื่องจากการไหลของน้า
(b) การกดั เซาะเนื่องจากการพดั พาของลม

1.2.6 ฐานรากแบบพเิ ศษ (Special foundations)

ฐานรากสาหรับรับน้าหนักของโครงสร้างส่วนบนเพื่อถ่ายน้าหนักดังกล่าวลงสู่ช้ันดิน แบ่ง
ออกเป็ นสองประเภทก็คือ ฐานรากต้ืนและฐานรากลึก การก่อสร้างในเขตชุมชนมกั มีขอ้ จากดั
เก่ียวกบั พ้ืนท่ีทางานและการก่อสร้างฐานราก กรณีตอ้ งก่อสร้างอาคารที่อยู่ระหว่างกลางของ
อาคารเก่า เสาตน้ ริมของอาคารอาจจะตอ้ งอย่ตู ิดกบั อาคารเก่า และเม่ือเสาตอ้ งถ่ายทอดน้าหนกั ลง
สู่เสาตอม่อ จะทาให้ตาแหน่งตอม่อไม่อยู่ตรงจุดศูนยก์ ลางของฐานราก กรณีน้ีอาจตอ้ งก่อสร้าง
ฐานรากที่เชื่อมติดกบั เสาใกลเ้ คียง กลายเป็นฐานรากร่วม ดงั แสดงในรูป 1.12 (a)

บทที่ 1 ดินในงานวศิ วกรรม 13

P1 P2 P1 P2 P3 P4 P

(a) ฐานรากร่วม (b) ฐานรากแพ (c) ฐานรากเสาเข็ม
(Combined footing) (Mat foundation) (Pile foundation)

รูป 1.12 ตวั อยา่ งลกั ษณะฐานรากแบบพิเศษ

กรณีกลุ่มเสามีระยะห่างสม่าเสมอและเท่ากนั การก่อสร้างฐานรากแพ (รูป 1.12 (b)) จะ
ทาใหป้ ระหยดั กว่า นอกจากน้นั ยงั ลดการทรุดตวั ท่ีแตกต่างกนั ระหวา่ งฐานรากเด่ียวได้ ส่งผลให้
ลดรอยแตกร้าวของอาคารท่ีมกั เกิดข้ึนกบั การก่อสร้างโดยใชฐ้ านรากเด่ียว (สาหรับเสาแต่ละตน้ )
เมื่อพบว่าช้ันดินระดับต้ืนไม่สามารถรับน้าหนักบรรทุกจากตัวอาคารได้ การเลือกใช้เสาเข็ม
เพ่ือให้ถ่ายทอดน้าหนักลงไปสู่ช้ันดินท่ีแข็งแรงกว่ามกั เป็ นทางเลือกแรก (รูป 1.12 (c)) ผูอ้ ่าน
สามารถศึกษารายละเอียดการออกแบบฐานรากแบบต่าง ๆ ได้จากตาราและหนังสือเก่ียวกับ
วศิ วกรรมฐานราก

1.2.7 ปฏิกริ ิยาระหว่างดินและโครงสร้าง (Soil-structure interaction)

สาหรับการออกแบบโครงการวศิ วกรรมโยธาขนาดใหญ่ มกั แบ่งงานกนั ระหวา่ งผเู้ ช่ียวชาญแต่ละ
สาขาอย่างชดั เจน เช่น วิศวกรโครงสร้างรับผิดชอบรายละเอียดโครงสร้างหลกั ซ่ึงรวมถึงหลงั คา
บนั ได พ้ืน คาน และเสา ในขณะท่ีวศิ วกรเทคนิคธรณีรับผิดชอบงานฐานรากและโครงสร้างใตด้ ิน
วิศวกรเคร่ืองกลออกแบบระบบประปา และวิศวกรไฟฟ้ารับผิดชอบเกี่ยวกบั งานไฟฟ้าและระบบ
ท่ีเก่ียวขอ้ ง เป็นตน้

เมื่อพิจารณาถึงสภาพโครงสร้างตามความเป็ นจริง พบว่าส่วนที่สัมผสั กบั ดินตลอดอายุ
การใช้งานไม่ใช่มีแต่เฉพาะฐานรากและโครงสร้างใตด้ ินเท่าน้ัน มักมีส่วนหน่ึงส่วนใดของ
โครงสร้างส่วนบนที่สัมผสั กบั ดินเช่นกนั ทาให้เกิดแนวคิดที่ว่า โครงสร้างส่วนบนและส่วน

14 บทท่ี 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม

ใตด้ ินมีพฤติกรรมตอบสนองต่อแรงกระทาร่วมกนั เป็นหน่ึงเดียว การต้งั สมมติฐานดงั กลา่ วอาจไม่
เห็นภาพอยา่ งชดั เจนเม่ือแรงกระทาต่อโครงสร้างเป็นแบบสถิต แตถ่ า้ แรงกระทาต่อโครงสร้างเป็น
แบบแรงจลน์ เช่น แรงกระทาเน่ืองจากแผ่นดินไหวหรือแรงสั่นสะเทือนจากการทางานของ
เคร่ืองจักรขนาดใหญ่ ผลของแรงจลน์จะทาให้ท้ังพ้ืนดินและตัวโครงสร้างเกิดการเสียรูป
ไปดว้ ยกนั ในเวลาเดียวกนั การวิเคราะห์พฤติกรรมความเคน้ และความเครียดของโครงสร้าง จึง
ตอ้ งพิจารณาโดยเปรียบเสมือนโครงสร้างส่วนบน ส่วนฐานรากและโครงสร้างใตด้ ิน รวมท้งั ดิน
ฐานราก เป็นส่วนหน่ึงส่วนเดียวกนั ดงั แสดงในรูป 1.13 ซ่ึงแสดงถึงการถ่ายทอดคล่ืนสัน่ สะเทือน
จากช้ันดินไปสู่โครงสร้าง ในขณะเดียวกันมีน้าหนักกระทา (ท้งั น้าหนักคงที่และน้าหนักจร)
ถ่ายทอดลงมาสู่ฐานรากและดินฐานราก

W WW

รูป 1.13 การพจิ ารณาพฤติกรรมร่วมกนั ระหวา่ งโครงสร้าง ฐานราก และดินรองรับฐานราก

1.3 พัฒนาการของการศกึ ษากลศาสตรข์ องดนิ

กลศาสตร์ของดินเมื่อเปรียบเทียบกบั ศาสตร์สาขาอ่ืนของวิศวกรรมโยธา เช่น กลศาสตร์โครงสร้าง
และกลศาสตร์ของไหล ถือว่าเริ่มตน้ การพฒั นาท่ีชา้ กว่ามาก การก่อสร้างระบบฐานรากในอดีต
(ก่อน ค.ศ. 1900 หรือ พ.ศ. 2443) อาศยั ประสบการณ์ของผูก้ ่อสร้างเป็ นหลกั การเอียงตวั ของ
หอเอนเมืองปิ ซา (Tower of Pisa) ถือเป็ นตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนถึงความไม่เข้าใจเกี่ยวกับ
พฤติกรรมของดินอ่อนอยา่ งแทจ้ ริงเม่ือมีน้าหนกั กระทา

องคค์ วามรู้เชิงกลศาสตร์ของดินท่ีมีระเบียบวิธีคานวณอย่างชดั เจนในอดีต (และยงั ใชม้ า
จนถึงปัจจุบนั ) คือทฤษฎีความดนั ดินทางดา้ นขา้ ง เน่ืองจากการทาสงครามในอดีตตอ้ งมีการขดุ
สนามเพลาะ ดังน้ันทหารช่างจึงตอ้ งเขา้ ใจถึงพฤติกรรมของดินเม่ือตอ้ งขุดหลุมแลว้ ทาให้เกิด

บทท่ี 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม 15

ลาดชันแนวดิ่ง การก่อสร้างระบบกาแพงกันดินจึงต้องรู้ว่าแรงกระทาทางด้านข้างมีค่าเท่าใด
นอกจากน้ันองค์ความรู้ท่ีเกี่ยวเน่ืองกันก็คือเสถียรภาพของลาดชัน ซ่ึงการวิเคราะห์พฤติกรรม
สามารถใช้หลกั การกลศาสตร์อย่างง่าย เช่น การเปรียบเทียบแรงและโมเมนต์ที่ทาให้มวลดิน
เคลื่อนตวั กบั แรงเฉือนตา้ นทานตามแนวระนาบท่ีคาดวา่ ลาดชนั จะเกิดการเคล่ือนตวั

Leonardo da Vinci (พ.ศ. 1995 – พ.ศ. 2062) ถือไดว้ ่าเป็นอจั ฉริยะคนหน่ึง เป็นท้งั ศิลปิ น
นักคิดค้น นักประดิษฐ์ และนักวิทยาศาสตร์ นอกจากน้ันยงั ศึกษาค้นควา้ เกี่ยวกับธรณีวิทยา
ภมู ิศาสตร์ และกายวภิ าคศาสตร์ รวมไปจนถึงงานสถาปัตยกรรมและวศิ วกรรมศาสตร์ ไดเ้ คยเขยี น
บนั ทึกไวว้ ่า ถา้ โรยทรายจนเกิดเป็ นกองภูเขา จะพบว่าความกวา้ งของตวั ฐานมีค่าเท่ากบั สองเท่า
ของความสูงเสมอ และนาไปสู่ขอ้ สรุปที่ว่ากองทรายขณะหยุดนิ่งจะมีมุมเอียงของดา้ นขา้ งกอง
ทรายเทา่ กบั 45 ซ่ึงกค็ อื มมุ เสียดทานภายในของดินทรายนน่ั เอง

องคค์ วามรู้ส่วนใหญ่ท่ีเก่ียวกบั กลศาสตร์ของดิน ไดม้ ีการเผยแพร่อย่างทวั่ ไปแลว้ ต้งั แต่
ช่วงเร่ิมตน้ ของศตวรรษท่ี 20 ผา่ นการตีพิมพ์ หนงั สือ และการจดั ประชุมทางวิชาการ รวมท้งั การ
นาเสนอผลการทดลองและวิจยั ผ่านวารสารวิชาการโดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกาและยุโรป ส่งผล
ให้การศึกษากลศาสตร์ของดินมีการแบ่งแยกออกเป็ นรายวิชาและสาขาย่อยอย่างชดั เจน และ
บุคคลท่ีมีอิทธิพลอยา่ งสูงก็คือ Karl Terzaghi (พ.ศ. 2425 – 2506) ซ่ึงไดต้ ีพิมพห์ นงั สือที่รวบรวม
ผลงานการศึกษาและวิจยั ช่ือ Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer grundlage ใน พ.ศ. 2468
(ค.ศ. 1925) ซ่ึงตอ่ มาไดร้ ับการยกยอ่ งวา่ เป็นบิดาแห่งกลศาสตร์ของดิน

เม่ือคอมพิวเตอร์มีพฒั นาการอยา่ งรวดเร็วในช่วงเวลา 30 ปี ที่ผา่ นมา ทาใหก้ ารวิเคราะห์
พฤติกรรมความเค้นและการเสียรูปของดินสามารถใช้ทฤษฎีท่ีซับซ้อนมากข้ึนได้ เช่น การ
ประยุกตใ์ ชว้ ิธีไฟไนตเ์ อลิเมนต์ (ซ่ึงพฒั นาเพ่ือการวิเคราะห์พฤติกรรมความเคน้ -ความเครียด ของ
วสั ดุของแขง็ ) มาใชก้ บั งานดิน นอกจากน้นั ยงั มีการพยายามใชว้ ิธี Discrete element method ซ่ึงใช้
หลกั การสร้างโมเดลของดินให้เป็นวสั ดุเมด็ และแต่ละเม็ดดินมีแรงปฏิกิริยาระหว่างกนั จะเห็นได้
วา่ การวิเคราะหพ์ ฤติกรรมของดินในเชิงวิศวกรรมเพ่ือใหเ้ ขา้ ใจอยา่ งถ่องแทต้ อ้ งใชก้ ารประมวลผล
ของคอมพิวเตอร์เป็ นสาคญั แต่การท่ีจะประสบความสาเร็จไดต้ อ้ งมีความรู้ความเขา้ ใจเก่ียวกบั
พ้นื ฐานของกลศาสตร์ของดินเสียก่อน

1.4 กลศาสตร์ของดินกับคอมพิวเตอร์

ธรรมชาติของทรายแท้ที่จริงแล้วมีลักษณะเป็ นวสั ดุเม็ด (Granular material) พฤติกรรมการ
ถ่ายทอดแรงกระทาของเม็ดดินหน่ึงสู่เม็ดดินท่ีอยู่รอบตัว อธิบายได้โดยใช้หลกั การของแรง
ต้งั ฉากและแรงเสียดทาน ถา้ พิจารณาเฉพาะปฏิกิริยาระหวา่ งสองเมด็ ดิน การคานวณดว้ ยมือเพื่อ

16 บทท่ี 1 ดนิ ในงานวิศวกรรม

หาแรงเฉือนท่ีทาใหเ้ มด็ ดินท้งั สองเคล่ือนตวั ออกจากกนั สามารถกระทาไดโ้ ดยงา่ ย แต่เมื่อพจิ ารณา
ถึงสถาพพ้ืนดินในสนามซ่ึงมีจานวนเม็ดดินมากมายมหาศาล การคานวณด้วยมือไม่สามารถ
กระทาได้ สาหรับดินเหนียว เม่ือรับแรงกระทาจนทาใหเ้ กิดระนาบแรงเฉือนและบลอ็ กดินเคลื่อน
ตวั ออกจากกนั การอนุมานโดยพิจารณาถึงแรงกระทาต่อบล็อกของดินเป็ นเร่ืองสมเหตุสมผล
แต่เมื่อพิจารณาถึงระดบั อนุภาคของดินเหนียว ก็พบว่ามีพฤติกรรมไม่แตกต่างจากทราย โดย
อนุภาคของดินเหนียวตอ้ งเคลื่อนตวั ผา่ นอนุภาคอ่ืน ๆ เช่นกนั

ดังน้ัน การศึกษาเร่ืองกลศาสตร์ของดินซ่ึงเป็ นรายวิชาแรกสาหรับนักศึกษา การ
กาหนดให้พิจารณาถึงแรงกระทาและการเสียรูปของดินโดยการสมมุติให้พิจารณาเป็ นมวลดิน
(แทนท่ีจะพิจารณาไปจนถึงพฤติกรรมของแต่ละเม็ดดิน) จึงเป็ นการช่วยให้ทาความเขา้ ใจถึง
พฤติกรรมของดินไดง้ ่ายข้ึน จากน้นั จึงใชท้ ฤษฎียดื หยนุ่ มาช่วยสาหรับการสร้างสูตรเพ่ือวิเคราะห์
พฤติกรรมความเคน้ และความเครียดโดยกาหนดใหม้ ีพฤติกรรมแบบเชิงเสน้ (แต่ในความเป็นจริง
แลว้ พฤติกรรมของดินเป็นแบบไม่เชิงเสน้ )

ความซับซอ้ นของพฤติกรรมของดินเป็นเรื่องท่ีเขา้ ใจกนั มานาน แต่การใชท้ ฤษฎียดื หยนุ่
ร่วมกบั การกาหนดอตั ราส่วนความปลอดภยั ที่เหมาะสม ก็ทาให้การดาเนินโครงการวิศวกรรม
เทคนิคธรณีประสบความสาเร็จไดเ้ ช่นกนั เมื่อประเทศเนเธอร์แลนด์ตอ้ งการสร้างเข่ือนป้องกนั
น้าทะเล พบว่าตวั เข่ือนตอ้ งต้งั อยู่บนช้นั ดินอ่อนมาก และทฤษฎีกลศาสตร์ของดินที่ศึกษากนั มา
(Classical soil mechanics) ไม่สามารถนามาวิเคราะห์พฤติกรรมของดินได้ เน่ืองจากน้าหนักของ
ตวั เขื่อนมีมากในขณะที่ดินฐานรากเป็นดินเหนียวอ่อนมากและรับน้าหนกั บรรทุกไดน้ อ้ ย วิศวกร
จึงไดพ้ ฒั นาโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์เพ่ือโครงการน้ีโดยเฉพาะ จากน้ันจึงพฒั นาเพิ่มเติมจน
กลายเป็ นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ Plaxis (Plain strain and axial symmetry) ซ่ึงถือเป็ นโปรแกรม
มาตรฐานสาหรับการวิเคราะห์พฤติกรรมความเคน้ และความเครียดของดิน อย่างไรก็ตาม ยงั มี
โปรแกรมอ่ืนท่ีนิยมใช้เช่นกนั เช่น FLAC (Fast lagrangian analysis of continua) และ Sigma/W
(เป็นส่วนหน่ึงของชุดโปรแกรม GeoStudio ของบริษทั Geoslope)

กรณีท่ีวิศวกรต้องแก้ปัญหาเฉพาะบางประเภท การคานวณด้วยมืออาจเสียเวลาเป็ น
อย่างยิ่ง ยกตวั อย่างเช่น ในระหว่างการก่อสร้างศูนยซ์ ่อมบารุงรถไฟฟ้ามหานคร สายสีน้าเงิน
(MRTA Depot) ผเู้ ขียนตอ้ งประมวลผลขอ้ มูลเสาเขม็ ตอกจานวนกว่า 17,000 ตน้ การกรอกขอ้ มูล
เพอื่ ประมวลผลตามปกติตอ้ งใชเ้ วลาเป็นอยา่ งมาก ผเู้ ขยี นจึงแกป้ ัญหาโดยการเขียนโปรแกรมดว้ ย
VBA (Visual basic for applications) ซ่ึงใชเ้ วลาพฒั นาประมาณ 1 สัปดาห์ เพ่ือใหก้ ารประมวลผล
เป็นแบบก่ึงอตั โนมตั ิ เมื่อใชง้ านจริงพบว่าสามารถประมวลผลไดเ้ ร็วกวา่ การป้อนขอ้ มูลตามปกติ
กวา่ 10 เท่า ทาใหม้ ีเวลาเพิ่มมากข้ึนสาหรับการทางานอยา่ งอ่ืน

บทท่ี 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม 17

ทกั ษะทางดา้ นคอมพิวเตอร์ถือเป็ นส่วนสาคญั สาหรับการเป็ นวิศวกรในปัจจุบนั การใช้
โปรแกรม Basic (Beginner’s all-purpose symbolic instruction code) ในอดีต พบเห็นไดท้ ว่ั ไปใน
การประยกุ ตใ์ ชใ้ นงานวิศวกรรมสารวจ วิศวกรรมโครงสร้าง และสาขาอื่น เน่ืองจากเรียนรู้ไดง้ ่าย
และสามารถพฒั นาโปรแกรมข้ึนมาไดอ้ ย่างรวดเร็ว จากน้นั จึงมีการใชโ้ ปรแกรมที่มีความสามารถ
สูงข้ึน เช่น C, Pascal และ Delphi เมื่อ พ.ศ. 2534 โปรแกรมเมอร์ชื่อ Guido van Rossum ไดท้ าการ
ตีพิมพ์ซอร์สโค้ดของโปรแกรม Python (เป็ นโปรแกรมประเภทโอเพ่นซอร์ส) และเปิ ดให้
โปรแกรมเมอร์อ่ืน ๆ เขา้ มาใช้และสามารถปรับปรุงได้ ปัจจุบนั Python เป็ นท่ีนิยมใช้กันอย่าง
กวา้ งขวางและหลากหลายสาขา ส่วนที่เกี่ยวขอ้ งกบั งานวิศวกรรมโยธาก็ได้มีโปรแกรมเมอร์
พฒั นาโมดูลที่สามารถรันโปรแกรมใน Python ไดอ้ ยา่ งมากมาย กรณีท่ีวิศวกรไม่พบโมดูลที่ตรง
กบั ความตอ้ งการ จึงตอ้ งพฒั นาข้ึนมาเองใหต้ รงกบั สภาพปัญหา และจากประสบการณ์ของผเู้ ขียน
ท่ีผา่ นการแกป้ ัญหาทางวิศวกรรมโยธามาหลายปี พบวา่ ทกั ษะการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ถือ
เป็นส่วนสาคญั อยา่ งยง่ิ สาหรับการพฒั นาทางวชิ าชีพ

1.5 หลักการแกป้ ญั หาวศิ วกรรมเทคนิคธรณี

การก่อสร้างบา้ นพกั อาศยั หรือโครงสร้างลกั ษณะเดียวกัน มีจุดเร่ิมต้นจากความต้องการของ
เจา้ ของบา้ นหรือเจา้ ของโครงการ เช่น จานวนห้องนอน ห้องน้า พ้ืนท่ีใชส้ อย ขนาดพ้ืนที่สาหรับ
รองรับจานวนรถที่ตอ้ งจอดในช่วงเวลาหน่ึง ๆ รูปทรงและความสวยงาม ลกั ษณะรูปแบบหลงั คา
จากน้นั สถาปนิกจะเป็ นผูน้ าความตอ้ งการไปสร้างแบบสถาปัตยกรรม ต่อมาวิศวกรโครงสร้าง
จึงกาหนดและออกแบบรายละเอียดของโครงสร้าง เช่น พ้ืน คาน เสา โครงถกั เพ่ือรองรับกนั กบั
รูปแบบอาคาร โดยตอ้ งคานึงถึงความปลอดภยั ราคาค่าก่อสร้าง และความยากง่ายสาหรับการ
ก่อสร้างจริงในสนาม กรณีท่ีวิศวกรโครงสร้างรับผิดชอบเฉพาะโครงสร้างส่วนท่ีอยู่เหนือผิวดิน
ข้ึนไป (เช่น ไม่รวมระบบฐานรากและโครงสร้างใตด้ ิน) การออกแบบรายละเอียดโครงสร้างอาจ
ไม่จาเป็นตอ้ งไปตรวจสอบสถานที่ก่อสร้างเลยก็ได้

สาหรับงานระบบฐานรากและโครงสร้างใตด้ ิน (หรือที่สัมผสั กบั ดินโดยตรง) ผอู้ อกแบบ
ตอ้ งมีความรู้เกี่ยวกบั ลกั ษณะของช้นั ดินที่เกี่ยวขอ้ งอย่างครบถว้ น การเจาะสารวจช้นั ดินถือเป็นวิธี
ปฏิบัติมาตรฐานเพ่ือให้ได้ขอ้ มูลของสภาพช้ันดินเพื่อประกอบการออกแบบ กรณีโครงการ
ครอบคลุมพ้นื ท่ีขนาดใหญ่ ตอ้ งมีการสารวจขอ้ มลู เบ้ืองตน้ (Desk study) ก่อนการกาหนดตาแหน่ง
เจาะสารวจ เช่น การศึกษาสภาพธรณีวทิ ยา สภาพภมู ิประเทศ (พ้ืนท่ีเป็นระนาบหรือลาดชนั ) ระบบ
คลองและทางน้าไหล และขอ้ มูลฐานรากของโครงสร้างท่ีอยใู่ กลเ้ คียง จากน้นั จึงกาหนดจุดเจาะ
สารวจ โดยจานวนจุดเจาะสารวจอาจมากข้ึนเมื่ออย่ใู กลบ้ ริเวณทางน้า (ท้งั ปัจจุบนั และท่ีเคยเป็ น
ในอดีต) ผลการเจาะสารวจช้นั ดินควรนามาเชื่อมต่อกนั เพ่ือสร้างภาพสามมิติแสดงช้นั ดินต่าง ๆ

18 บทที่ 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม

กรณีมีความไม่ต่อเน่ืองหรือขอ้ สงสัยเก่ียวกับการเปลี่ยนแปลงของช้ันดิน อาจตอ้ งมีการเจาะ
สารวจเพมิ่ เติมเพ่อื ยตุ ิขอ้ สงสัย

โดยปกติ วิศวกรเทคนิคธรณีจะออกแบบระบบฐานรากและโครงสร้างใตด้ ินโดยอาศยั
ขอ้ มูลจากการเจาะสารวจช้นั ดิน แต่สาหรับการออกแบบฐานรากพิเศษ เช่น ตอ้ งออกแบบฐานราก
แผ่ท่ีก่อสร้างบนพ้ืนท่ีลาดชนั ผูอ้ อกแบบควรมีความเขา้ ใจสภาพพ้ืนที่ก่อสร้างอยา่ งชดั แจง้ และ
บอ่ ยคร้ังจาเป็นตอ้ งไปสารวจพ้นื ที่ดว้ ยตวั เอง ท้งั น้ี เน่ืองจากสภาพพ้นื ที่ในขณะทาการเจาะสารวจ
ช้ันดินเทียบกับสภาพหลงั จากการปรับพ้ืนที่เพื่อก่อสร้างอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ลาดชัน
ในขณะทาการก่อสร้างอาจมีความลาดชนั เพ่ิมมากข้ึน (หรือนอ้ ยลง) ซ่ึงทาใหก้ ารออกแบบฐานราก
ท่ีอยู่บนสมมติฐานเดิมมีค่าอัตราส่วนความปลอดภัยน้อยกว่าค่าท่ียอมให้ กล่าวโดยสรุป การ
ออกแบบระบบฐานรากและโครงสร้างท่ีตอ้ งสัมผสั กบั ดิน (หรือหิน) โดยตรง ผูอ้ อกแบบตอ้ งมี
ความเขา้ ใจสภาพช้ันดิน เช่น ความลาดชัน ความสม่าเสมอของช้ันดิน และลกั ษณะพิเศษของ
ภูมิประเทศอยา่ งชดั เจน

1.6 มาตรฐานวชิ าชีพ

วิศวกรโยธาท่ีทางานเข้าข่ายงานวิศวกรรมควบคุมในสาขาวิศวกรรมโยธา ตามกฎกระทรวง
กาหนดสาขาวิชาชีพวิศวกรรมและวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม พ.ศ. 2550 ตอ้ งอยู่ภายใตก้ ารกากบั
และควบคุมของของสภาวิศวกรซ่ึงจดั ต้งั ข้ึนตามพระราชบญั ญตั ิวิศวกร พ.ศ. 2542 สาหรับกรณี
บุคคล สภาวิศวกรได้กาหนดประเภทใบอนุญาตดังต่อไปน้ี (1) ภาคีวิศวกร (2) สามญั วิศวกร
(3) วุฒิวิศวกร (4) วิศวกรวิชาชีพอาเซียน และ (5) วิศวกรวิชาชีพ เอเปก โดยใบอนุญาต
แต่ละประเภทจะมีขอบเขตของงานที่สามารถปฏิบตั ิได้ รายละเอียดสามารถตรวจสอบได้จาก
เวบ็ ไซตข์ องสภาวิศวกร www.coe.or.th

การปฏิบตั ิหนา้ ท่ีงานวิศวกรรมโยธา ตามขอ้ กฎหมายท่ีเก่ียวขอ้ งเป็นแค่ส่วนหน่ึงของการ
กากบั และควบคมุ โดยสภาวิศวกร อีกส่วนหน่ึงที่สาคญั ไม่ต่างกนั คือวศิ วกรโยธาตอ้ งปฏิบตั ิหนา้ ท่ี
ให้เป็ นไปตามข้อบงั คับการประกอบวิชาชีพและจรรยาบรรณแห่งวิชาชีพ โดยข้อบังคับสภา
วิศวกรว่าดว้ ยจรรยาบรรณแห่งวิชาชีพวิศวกรรมและการประพฤติผิด ซ่ึงจรรยาบรรณอนั จะนามา
ซ่ึงความเสื่อมเสียเกียรติศักด์ิแห่งวิชาชีพ พ.ศ. 2543 ได้กาหนดจรรยาบรรณแห่งวิชาชีพของ
ผปู้ ระกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคมุ ดงั ตอ่ ไปน้ี

(1) ไมก่ ระทาการใด ๆ อนั อาจนามาซ่ึงความเสื่อมเสียเกียรติศกั ด์ิแห่งวิชาชีพ
(2) ตอ้ งปฏิบตั ิงานที่ไดร้ ับทาอยา่ งถกู ตอ้ งตามหลกั ปฏิบตั ิและวิชาการ
(3) ตอ้ งประกอบวชิ าชีพวศิ วกรรมควบคมุ ดว้ ยความซื่อสตั ยส์ ุจริต

บทที่ 1 ดนิ ในงานวิศวกรรม 19

(4) ไม่ใช้อานาจหน้าท่ีโดยไม่ชอบธรรม หรือใช้อิทธิพล หรือให้ผลประโยชน์แก่
บคุ คลใดเพื่อใหต้ นเองหรือผอู้ ่ืนไดร้ ับหรือไม่ไดร้ ับงาน

(5) ไม่เรียก รับ หรือยอมรับทรัพยส์ ิน หรือผลประโยชน์อยา่ งใดสาหรับตนเองหรือ
ผูอ้ ่ืนโดยมิชอบ จากผูร้ ับเหมา หรือบุคคลใดซ่ึงเก่ียวข้องในงานท่ีทาอยู่กับ
ผวู้ า่ จา้ ง

(6) ไม่โฆษณา หรือยอมให้ผูอ้ ่ืนโฆษณา ซ่ึงการประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม
เกินความเป็ นจริ ง

(7) ไม่ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคมุ เกินความสามารถท่ีตนเองจะกระทาได้
(8) ไมล่ ะทิ้งงานท่ีไดร้ ับทาโดยไม่มีเหตอุ นั สมควร
(9) ไม่ลงลายมือชื่อเป็ นผูป้ ระกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม ในงานที่ตนเองไม่ได้

รับทา ตรวจสอบ หรือควบคุมดว้ ยตนเอง
(10) ไม่เปิ ดเผยความลบั ของงานที่ตนไดร้ ับทา เวน้ แต่ไดร้ ับอนุญาตจากผวู้ า่ จา้ ง
(11) ไมแ่ ยง่ งานจากผปู้ ระกอบวชิ าชีพวศิ วกรรมควบคุมอื่น
(12) ไม่รับทางาน หรือตรวจสอบงานชิ้นเดียวกนั กบั ที่ผูป้ ระกอบวิชาชีพวิศวกรรม

ควบคุมอ่ืนทาอยู่ เวน้ แต่เป็ นการทางานหรือตรวจสอบตามหนา้ ที่ หรือแจ้งให้
ผปู้ ระกอบวิชาชีพวศิ วกรรมควบคุมอ่ืนน้นั ทราบล่วงหนา้ แลว้
(13) ไมร่ ับดาเนินงานชิ้นเดียวกนั ใหแ้ ก่ผูว้ า่ จา้ งรายอ่ืน เพื่อการแข่งขนั ราคา เวน้ แต่ได้
แจ้งให้ผูว้ ่าจ้างรายแรกทราบล่วงหน้าเป็ นลายลกั ษณ์อกั ษร หรือได้รับความ
ยินยอมเป็ นลายลกั ษณ์อกั ษรจากผูว้ ่าจา้ งรายแรก และไดแ้ จง้ ให้ผูว้ ่าจา้ งรายอ่ืน
น้นั ทราบล่วงหนา้ แลว้
(14) ไม่ใช้หรือคดั ลอกแบบ รูป แผนผงั หรือเอกสาร ที่เก่ียวกับงานของผูป้ ระกอบ
วิชาชีพวิศวกรรมควบคุมอื่น เว้นแต่จะได้รับอนุญาตจากผูป้ ระกอบวิชาชีพ
วศิ วกรรมควบคุมอ่ืนน้นั
(15) ไม่กระทาการใด ๆ โดยจงใจให้เป็ นท่ีเสื่อมเสียแก่ช่ือเสียง หรื องานของ
ผปู้ ระกอบวชิ าชีพวิศวกรรมควบคมุ อ่ืน

ปัญหาท้ายบท

1.1 อธิบายการเช่ือมโยงขององคค์ วามรู้เก่ียวกบั ธรณีวทิ ยากบั การศึกษาดินในเชิงกลศาสตร์
1.2 คน้ ควา้ ตาราเกี่ยวกบั ธรณีวิทยา และอธิบายว่าทาไมเปลือกโลกบริเวณมหาสมุทรมกั มี

ความหนานอ้ ยกวา่ เปลือกโลกที่อยใู่ นเขตทวปี

20 บทท่ี 1 ดนิ ในงานวศิ วกรรม

1.3 อา้ งอิงถึงรูป 1.1 กาหนดใหพ้ จิ ารณามวลดินเป็นแบบสองมิติ มีเมด็ ดินจานวน 9 เมด็ และ
มีขนาดเส้นผ่านศูนยก์ ลางเท่ากบั d บรรจุอยู่ในภาชนะรูปทรงสี่เหลี่ยมจตั ุรัสซ่ึงมีความ
กวา้ งเทา่ กบั D คานวณ (1) พ้ืนท่ีช่องวา่ ง (ไม่ถูกครอบครองโดยเม็ดดิน) กรณีเมด็ ดินเรียง
ตวั กนั แบบรูป 1.1 (a) และกรณีเมด็ ดินเรียงตวั แบบรูป 1.1 (b) (2) อภิปรายผลการคานวณ
ใหค้ วามเห็นถึงความแตกตา่ งระหวา่ งพ้ืนท่ีช่องวา่ งท้งั สองรูปแบบ

1.4 อธิบายสาเหตุของความคลา้ ยและแตกต่างกนั ระหว่างกลศาสตร์ของดินกบั กลศาสตร์
ของแขง็

1.5 อธิบายความแตกต่าง (หรือความเหมือนกนั ) ระหวา่ งการหากาลงั รับน้าหนกั บรรทุกของ
ดินกบั การหากาลงั รับแรงดึงของเหลก็ โครงสร้าง

1.6 อธิบายความแตกต่าง (หรือความเหมือนกนั ) ระหวา่ งการหากาลงั รับน้าหนกั บรรทุกของ
ดินกบั การหากาลงั รับแรงดึงของเหลก็ โครงสร้าง

1.7 คน้ ควา้ ประวตั ิการสร้างหอเอนแห่งเมืองปิ ซา แล้วทาการสรุป (1) สาเหตุที่ทาให้หอ
เอียงตวั (2) สรุปวธิ ีการท่ีนามาแกไ้ ขงานฐานรากจนปัจจุบนั สามารถยตุ ิการเอียงตวั ไดแ้ ลว้

1.8 จากประโยคที่ว่า “ลาดชนั ใด ๆ ตอ้ งวิบตั ิในซักวนั หน่ึง” ให้อภิปรายว่า เห็นดว้ ยหรือไม่
เห็นดว้ ย และใหเ้ หตผุ ลประกอบ

1.9 อธิบายพฤติกรรมและลกั ษณะการใชง้ าน ระหวา่ งเขอ่ื นดินและเขอ่ื นคอนกรีต
1.10 คน้ ควา้ ประวตั ิของนักวิทยาศาสตร์ในอดีตจานวน 3 คน ท่ีมีส่วนเกี่ยวขอ้ งกบั การพฒั นา

ทฤษฎีเกี่ยวกบั แรงดนั ดินทางดา้ นขา้ ง
1.11 อธิบายว่า Karl Terzaghi ไดส้ ร้างคุณประโยชน์อะไรไวบ้ า้ ง สาหรับแวดวงการศึกษาวชิ า

กลศาสตร์ของดิน
1.12 อธิบายถึงสาเหตุของการที่ช้นั ดินซ่ึงตกตะกอนจากการกดั เซาะและพดั พาของน้าและลม

มกั อย่ใู นสภาพหลวม และถ้าดินขนาดเดียวกนั ถูกพดั พาดว้ ยน้าและลมจนไปตกตะกอน
เป็ นระยะทางจากตน้ กาเนิดเท่ากนั ดินที่ตกตะกอนเนื่องจากสาเหตุใดจะมีสภาพหลวม
กวา่ กนั
1.13 อธิบายถึงสาเหตแุ ละความจาเป็นของการพฒั นาทฤษฎีปฏิกิริยาระหวา่ งดินและโครงสร้าง
1.14 วิศวกรโยธาที่ปฏิบตั ิงานในประเทศไทยอยู่ภายใตก้ ารควบคุมของสถาบนั อะไร และให้
บอกขอ้ กฎหมายท่ีตอ้ งเก่ียวขอ้ งกบั การปฏิบตั ิงานวิศวกรรมโยธา

บทที่ 2

การกำเนิดและองค์ประกอบของดิน

2.1 บทนำ

คนทว่ั ไปเมื่อมองพ้ืนดินอาจจะแยกแยะวา่ บริเวณพ้ืนที่เป็นทราย ดินเหนียว ดินแหง้ หรือดินเปี ยก
แต่ถา้ เป็นเกษตรกรอาจกาลงั พิจารณาวา่ เป็นดินร่วน ดินเหนียว หรือดินทราย และเหมาะกบั การ
ปลูกพืชชนิดใด แต่สาหรับวิศวกรโยธา ดินมีองค์ประกอบอยู่ด้วยกัน 3 ส่วน คือ ของแข็ง
ของเหลว และกา๊ ซ และสามารถจาแนกออกไดเ้ ป็นดินอ่อน เช่น ดินเหนียวและดินตะกอนที่อดั ตวั
ไดส้ ูง นอกจากน้นั ยงั รวมถึงดินที่มีส่วนผสมของสารอินทรียเ์ ป็ นจานวนมาก ไปจนถึงดินแข็ง
เช่น ทราย กรวด และหิน ส่วนท่ีเป็ นของแข็งคือเม็ดดินซ่ึงยงั แบ่งออกได้ตามขนาดและรูปร่าง
โดยเฉพาะขนาดซ่ึงมีต้งั แตข่ นาดใหญท่ ่ีมองเห็นและแบง่ แยกไดด้ ว้ ยตาเปลา่ ขนาดเลก็ มากจนมอง
ไม่เห็นดว้ ยตาเปล่า ไปจนถึงขนาดท่ีเล็กมากท่ีสุดจนสามารถแขวนลอยในน้าได้ (จนกลายเป็ น
สารละลาย) ส่วนของเหลวที่อย่ใู นมวลดินมกั เป็นน้าและสารละลาย และก๊าซก็คืออากาศ แต่ดิน
บางบริเวณอาจมีก๊าซตา่ ง ๆ ที่เป็นผลจากการยอ่ ยสลายของซากพืชซากสัตว์

ดินท่ีเกิดตามธรรมชาติมกั มีองคป์ ระกอบท่ีหลากหลาย แมแ้ ต่ในพ้ืนที่โครงการก่อสร้าง
ขนาดเล็ก บางคร้ังยงั พบว่าสภาพช้นั ดินมีความไม่สม่าเสมอซ่ึงอาจเกิดไดจ้ ากหลายสาเหตุ ส่ิงท่ี
ควรคานึงไวเ้ สมอคอื ดินส่วนใหญ่ไม่ไดก้ าเนิดข้นึ ณ ตาแหน่งน้นั แต่เกิดจากการถกู พดั พามาจาก
ท่ีอ่ืนและตกตะกอนในท่ีดงั กลา่ ว ดว้ ยเหตุที่พ้ืนท่ีก่อสร้างประกอบดว้ ยดินหลายรูปแบบ ข้นั ตอน
แรก ๆ ของโครงการวิศวกรรมโยธา จึงประกอบดว้ ยการขดุ เจาะสารวจและแบ่งประเภทดิน โดยมี
วตั ถุประสงคเ์ พ่อื หาคณุ สมบตั ิท้งั ทางกายภาพและวิศวกรรมเพอื่ นาไปออกแบบและก่อสร้างต่อไป

คุณสมบตั ิทางกายภาพและค่าดชั นีต่าง ๆ ของดิน เป็ นผลโดยตรงจากปฏิกิริยาระหว่าง
องคป์ ระกอบของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ร่วมกบั แรงกระทาต่าง ๆ เช่น แรงจากการเปล่ียนแปลง

21

22 บทที่ 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดิน

ของสภาพแวดลอ้ ม และการเปล่ียนแปลงทางกายภาพของโลก การประเมินคุณลกั ษณะของดิน
ชนิดหน่ึง ๆ ตอ้ งทราบองค์ประกอบของวสั ดุและแร่ธาตุประกอบ นอกจากน้นั ยงั ตอ้ งมีความรู้
เกี่ยวกบั สถานะของดินในสภาพปัจจุบนั รวมท้งั ในอดีตอีกดว้ ย ธรรมชาติของช้นั ดินและหินจะเกิด
การเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาเน่ืองจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลกและสภาพภูมิอากาศที่
ห่อหุ้มโลก อตั ราการเปล่ียนแปลงข้ึนอยู่กบั (1) สภาพอากาศ โดยเฉพาะอุณหภูมิและความช้ืน
(2) สภาพน้าผิวดินและใตด้ ิน (3) สภาพภูมิประเทศ (4) ปริมาณซากพชื ซากสตั ว์ และ (5) เวลา

2.2 โลกและผิวโลก

โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตยเ์ ป็นลาดบั ที่ 3 อยู่ในกลุ่มที่เรียกว่า Terrestrial planets ซ่ึงประกอบดว้ ย
ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวองั คาร ดาวกลุ่มน้ีมีลกั ษณะเหมือนกนั คือ องคป์ ระกอบประมาณ
90% ประกอบดว้ ย เหลก็ ออกซิเจน ซิลิกอน และแมกนีเซียม ในขณะที่ดาวอ่ืน ๆ ในระบบสุริยะ
จกั รวาลมีองคป์ ระกอบท่ีเป็นธาตุและแร่ท่ีเบากวา่ และยงั มีก๊าซมีเทนและแอมโมเนียอีกดว้ ย โลก
ตอนเริ่มก่อกาเนิดอยู่ในสภาพลูกบอลหินร้อน (Molten lava) จากน้นั จึงเร่ิมเยน็ ตวั ลงและแบ่งได้
ออกเป็ น 4 ช้นั ประกอบดว้ ย (1) เปลือกโลก (Crust) (2) เน้ือโลก (Mantle) (3) แก่นโลกช้นั นอก
(Outer core) และ (4) แก่นโลกช้นั ใน (Inter core) ดงั แสดงในรูป 2.1

7 6 5 4 3 2 1 0 X 1,000 kmเปลือกโลก (Crust)

รอยผิดวสั ยั โมโฮโรวคิ ซิก
(Mohorovicic discontinuity)

เน้ือโลกช้ันบน
(Upper mantle)
เน้อื โลกช้ันลา่ ง
(Lower mantle)
แกน่ โลกชัน้ นอก
(Outer core)
แก่นโลกชนั้ ใน
(Inner core)

รูป 2.1 ภาพตดั แสดงโครงสร้างช้นั ต่าง ๆ ภายในโลก

ความหนาของช้นั เปลือกโลกแปรเปลี่ยนระหวา่ ง 5 – 80 km เปลือกโลกบริเวณมหาสมุทร
จะมีความหนานอ้ ยกวา่ บริเวณทวปี ระหวา่ งเปลือกโลกและช้นั เน้ือโลกมีแนวขอบเขตเรียกวา่ รอย
ผิดวิสัยโมโฮโรวิคซิก (Mohorovicic discontinuity เรียกส้ัน ๆ ว่า Moho) ช้ันเน้ือโลกซ่ึงเป็ น

บทที่ 2 การกำเนิดและองค์ประกอบของดิน 23

หินแข็งมีความหนาประมาณ 2,900 km แก่นโลกช้ันนอกมีความหนาประมาณ 2,250 km
ประกอบดว้ ยเหลก็ และนิกเก้ิลหลอมเหลวเป็นส่วนใหญ่ ส่วนแก่นโลกช้นั ในมีความหนาประมาณ
1,300 km ซ่ึงส่วนใหญ่ประกอบดว้ ยเหล็กและนิกเก้ิล และอยู่ในสภาพของแข็งเนื่องจากมีแรง
กดดนั มหาศาลจากช้นั บนกระทาจนส่งผลใหข้ องเหลวกลายเป็นของแขง็

ระดับลึกสุดของเปลือกโลกมีอุณหภูมิประมาณ 870C ในขณะที่รอยต่อระหว่าง
ช้นั เน้ือโลกและแก่นโลกมีอุณหภูมิประมาณ 2,200C และท่ีแก่นโลกมีอณุ หภมู ิประมาณ 5,000C
สาหรับวิศวกรโยธา ได้ให้ความสนใจเฉพาะส่วนเปลือกโลกเท่าน้ัน และส่วนประกอบของ
เปลือกโลกเมื่อแบ่งตามน้าหนกั จะประกอบดว้ ย ออกซิเจน = 49.20% ซิลิกอน = 25.67% อลมู ิเนียม
= 7.50% เหล็ก = 4.71% แคลเซียม = 3.39% โซเดียม = 2.63% โพแทสเซียม = 2.40% และ
แมกนีเซียม = 1.93% รวมส่วนประกอบท่ีกล่าวมา = 97.43%

บริเวณผวิ โลก บริเวณการยอ่ ยสลายรุนแรง มีการสะสมของสารอนิ ทรีย์
A Horizon ดินบริเวณน้ีโดยท่วั ไปไมเ่ หมาะกบั เป็ นช้ันฐานราก
B Horizon เน่อื งจากอดั ตัวไดส้ ูง และไม่คงตวั
บริเวณการยอ่ ยสลายปานกลาง มกี ารสะสมของสารต่าง ๆ
C Horizon รวมท้งั ดินเหนียวและหินเล็ก มคี วามคงตวั พอสมควร แต่
อาจจะมีคณุ สมบตั ิท่ีไมเ่ หมาะสมกับงานวศิ วกรรมบา้ ง

บริเวณการยอ่ ยสลายของหนิ ดง้ั เดิมเพยี งเลก็ นอ้ ย วสั ดุอาจ
เป็ นหินผุ หรือมวลท่ียงั ไมผ่ า่ นการถูกอดั ตวั เป็ นชนั้ ที่
ค่อนขา้ งคงตวั เหมาะกบั การเป็ นชัน้ ฐานราก

D Horizon บริเวณชั้นหิน

รูป 2.2 รายละเอียดช้นั ดินบริเวณผิวของเปลือกโลก

บริเวณช้นั นอกสุดของเปลือกโลกเรียกว่าผิวเปลือกโลก (Regolith) เป็ นส่วนท่ีวิศวกร
โยธาตอ้ งทางานดว้ ย รูป 2.2 แสดงการแบ่งช้นั ผิวเปลือกโลกดงั กล่าวออกเป็น 4 ช้นั ประกอบดว้ ย
A ถึง D Horizon ผิวเปลือกโลกเกิดจากการผุกร่อนและย่อยสลายของหินและแร่ต่าง ๆ ช้ัน
A Horizon เป็นบริเวณที่มีการยอ่ ยสลายรุนแรงมากที่สุด มีการสะสมของซากพืชซากสัตวจ์ านวน
มาก เป็นช้นั ดินท่ีมีการอดั ตวั ไดส้ ูงไมเ่ หมาะกบั การเป็นดินฐานราก ช้นั B Horizon เป็นบริเวณท่ีมี
การยอ่ ยสลายปานกลาง เป็นการสะสมของดินเหนียวและหินขนาดเลก็ มีความแขง็ แรงระดบั หน่ึง
แต่อาจมีคุณสมบตั ิบางประการท่ีไม่เหมาะกบั งานวิศวกรรม เช่น มีความช้ืนสูงและอดั ตวั ไดม้ าก
ช้นั C Horizon ส่วนใหญ่ประกอบดว้ ยหินย่อยและหินผุ เหมาะสมกบั การเป็นช้นั ดินฐานราก และ
ช้นั D Horizon คือช้นั หินแขง็ สามารถเป็นที่รองรับโครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น เข่อื นและอาคารสูง

24 บทที่ 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดิน

เมืองแมนฮตั ตนั มลรัฐนิวยอร์ก ประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นศนู ยก์ ลางทางการเงินของโลก
และท่ีต้งั ของตลาดหลกั ทรัพยน์ ิวยอร์ก มีพ้ืนที่ขนาดเล็กแต่มีประชากรอาศยั อยู่เป็ นจานวนมาก
ตึกสูงมากมายท่ีสามารถก่อสร้างในพ้ืนท่ีดังกล่าวเพื่อรองรับจานวนประชากรก็เนื่องจากช้ัน
หินแข็งอยใู่ นระดบั ลึกไม่กี่เมตรเท่าน้นั จากผิวดิน ซ่ึงหมายความว่าสามารถรับน้าหนกั ไดม้ ากมาย
มหาศาล ทาใหก้ ารก่อสร้างอาคารสูงไม่เป็นอปุ สรรคแต่อย่างใด ในขณะท่ีพ้ืนท่ีกรุงเทพมหานคร
เกิดจากการทบั ถมของตะกอนปากแม่น้า ช้นั ดินดา้ นบนคือดินเหนียวอ่อนและอดั ตวั ไดส้ ูง การ
ก่อสร้างอาคารสูงจึงจาเป็นตอ้ งใชฐ้ านรากเสาเขม็ ซ่ึงปลายเสาเขม็ อยูล่ ึกจนถึงช้นั ดินทราย อาคาร
สูงในกรุงเทพมหานครซ่ึงมีปลายเสาเขม็ อยลู่ ึกกวา่ 50 m จึงถือเป็นเรื่องปกติ

2.3 วงจรธรณวี ิทยา

วงจรซ่ึงแสดงการเปล่ียนแปลงของโครงสร้างโลกต้งั แต่ตอนก่อกาเนิดและยงั ดาเนินต่อไปจนกวา่
โลกจะสิ้นสุดลง เรียกว่า วงจรธรณีวิทยา ในความเป็ นจริง กระบวนการการเปล่ียนแปลงต่าง ๆ
เช่น หินแตกยอ่ ยออกเป็นหินขนาดเลก็ และถูกยอ่ ยสลายจนกลายเป็นดินเป็นไปอยา่ งชา้ มาก ๆ การ
สังเกตการเปล่ียนแปลงในพ้นื ท่ีขนาดใหญอ่ าจทาไดย้ าก แตถ่ า้ สมมุติใหพ้ ้นื คอนกรีตเป็นหิน น้าที่
หยดจากหลงั คาลงมากระทบพ้ืนในระยะ 10 ปี ก็อาจก่อให้เกิดหลุมขนาดเล็กจนเป็ นท่ีสังเกตได้
ดงั น้ัน เม่ือพิจารณารูป 2.3 ซ่ึงแสดงให้เห็นว่าโลกก่อกาเนิดมามากกว่า 4,500 ลา้ นปี ก็ไม่เป็ น
การยากที่จะอนุมานถึงผลจากสภาพแวดลอ้ มที่สามารถเปล่ียนแปลงสภาพหินแขง็ ได้

เยน็ ตวั ลง เยน็ ตัวลง

4,500 ่ยอยสลาย

กระบวนการไหลวนของหินหลอมเหลว (Convection)
ทาใหเ้ ปลือกโลกเคลือ่ นตวั ตลอดเวลา
สง่ ผลให้เปลือกโลก ถกู ดดู ลงไปหลอมละลายอีกคร้งั

ควแารมงร้กอดนด ัแนละ

ยอ่ ยสลาย พดั พา ทบั ถม อัดตวั ยดึ ประสาน
ความรอ้ นและแรงกดดนั

รูป 2.3 วงจรธรณีวิทยา

บทที่ 2 การกำเนิดและองค์ประกอบของดิน 25

จุดเร่ิมต้นของวงจรธรณีวิทยาคือจุดที่หินหลอมเหลวเร่ิมเย็นตวั จนกลายเป็ นหินอคั นี
(Igneous rock) เมื่อหินอคั นีสัมผสั กบั สภาพแวดลอ้ ม น้า ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และการ
เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หินจะเกิดการแยกตวั และผุกร่อนจนมีขนาดเล็กลง สุดทา้ ยเม่ือหินยอ่ ย
ดงั กล่าวผกุ ร่อนเพ่ิมมากข้ึน ผลที่ไดก้ ็คือดิน ดินที่เกิดจากกระบวนการน้ีและไม่ถูกพดั พาไปท่ีอื่น
เรียกวา่ ดินคงเหลือ (Residual soil) ดินคงเหลืออาจผา่ นกระบวนการกระทาทางเคมี เนื่องจากการ
ผสมกันกบั ซากพืชซากสัตว์ ต่อมาดินอาจถูกพดั พาโดยน้า ลม และธารน้าแข็ง ไปตกตะกอน
ห่างไกลออกไป ดินท่ีตกตะกอนน้ีเรียกวา่ ช้นั ดินตกตะกอน (Sedimentary deposits) ถา้ ดินชนิดน้ี
ผสมกบั สสารท่ีมีคุณสมบตั ิยึดประสาน จะทาให้กลุ่มเม็ดดินยดึ กนั แน่นจนกลายเป็ นหินตะกอน
(หรือหินช้นั Sedimentary rock)

กรณีท่ีมีแรงกดดนั มหาศาลและความร้อนสูงมากกระทาต่อช้ันหินตะกอน (รวมท้งั หิน
อคั นี) จะส่งผลให้โครงสร้างหินเปลี่ยนแปลงสภาพจนกลายเป็นหินประเภทใหม่ เรียกว่าหินแปร
(Metamorphic rock) ในขณะท่ีบางส่วนของหินตะกอนอาจผกุ ร่อนและพดั พาไปตกตะกอนที่อ่ืน
และเกิดการแขง็ ตวั จนกลายเป็นหินตะกอนใหม่อีกคร้ังหน่ึง ความร้อนระดบั สูงมากร่วมกบั แรงกด
ทบั มหาศาลอาจทาใหห้ ินต่าง ๆ เกิดการหลอมละลายจนกลายเป็นหินอคั นีอีกคร้ัง ซ่ึงหมายความ
วา่ เป็นการนาหินไปสู่จุดเริ่มตน้ ของวงจรธรณีวทิ ยานนั่ เอง (เป็นท่ีมาของการเรียกวา่ เป็นวงจร)

หินพุ
(Extrusive rock)

หินพนงั (Dike) หินพนงั (Dike)
ฐาน
หินแทรกซอน (Sill)
(Intrusive rock)

หินอคั นมี วลไพศาล
(Batholith )

รูป 2.4 ภาพตดั แสดงพนงั ฐาน และการกาเนิดของหินอคั นี

การะเบิดของภูเขาไฟเป็ นระยะ ๆ เป็ นการพิสูจน์ว่าภายในโลกของเราประกอบดว้ ยหิน
หลอมเหลวท่ีมีอณุ หภูมิสูงและอยภู่ ายใตแ้ รงกดดนั มหาศาล อยา่ งไรกต็ าม หินหลอมเหลวดงั กล่าว
ยังอาจข้ึนสู่ผิวโลกได้โดยการไหลผ่านรอยแยกและรอยเลื่อนต่าง ๆ ของเปลือกโลก หิน
หลอมเหลวที่ไหลผา่ นออกมาจากรอยแยกสู่ผิวโลกเรียกว่าลาวา (Lava) และลาวาที่เยน็ ตวั บริเวณ

26 บทที่ 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดนิ

ผิวโลกเรียกว่าหินอคั นีพุ (Extrusive igneous rock) ในขณะท่ีหินหลอมเหลวที่เยน็ ตวั ภายในช้ัน
เปลือกโลกเรียกว่า หินอัคนีแทรกซอน (Intrusive igneous rock) และถ้าหินหลอมเหลวเย็นตัว
ภายในรอยแยกหรือรอยเล่ือนในขณะที่กาลงั ไหลข้ึนสู่ผิวโลกน้นั จะเรียกว่าหินพนงั (Dike rock)
ซ่ึงเป็นส่วนหน่ึงของหินอคั นีแทรกซอน ดงั แสดงในรูป 2.4

สาหรับงานวิศวกรรมโยธา ดินคือวสั ดุท่ีตอ้ งทางานดว้ ยโดยไม่ต้องมีการขุดหรือการ
ระเบิด และวงจรธรณีวิทยาได้แสดงให้เห็นแลว้ ว่า ดินเกิดจากการย่อยสลายของหิน ดังน้ัน
การศึกษาและจาแนกประเภทของหินจึงมีความจาเป็ นสาหรับการศึกษากลศาสตร์ของดินด้วย
เช่นกนั สาหรับธรณีวทิ ยา หินแบ่งออกไดเ้ ป็น 3 ประเภท ดงั ตอ่ ไปน้ี

(1) หินอัคนี (Igneous rocks) คือหินที่เกิดจากการเย็นตัวลงของหินหลอมเหลว
ซ่ึงการเยน็ ตวั อาจเกิดข้ึนไดท้ ้งั บนและภายในเปลือกโลก ตวั อยา่ งเช่น หินแกรนิต
(Granite) หิ นบะซอลต์ (Basalt) หิ นโดเลอไรต์ (Dolerite) หิ นแอนดิไซต์
(Andesite) หิ นแก็บโบร (Gabbro) หิ นไซไนต์ (Syenite) และหิ นเน้ือดอก
(Porphyry)

(2) หินตะกอน (Sedimentary rocks) กาเนิดข้ึนจากการตกตะกอนของเศษหินและ
ดินในแหล่งน้ า เช่น หินปูน (Limestone) หินทราย (Sandstone) หินโคลน
(Mudstone) หินดินดาน (Shale) และหินกรวดมน (Conglomerate)

(3) หินแปร (Metamorphic rocks) กาเนิดข้ึนจากการแปรเปล่ียนสภาพของหินชนิด
ใด ๆ 1) เนื่องจากความร้อนท่ีสูงมาก เช่น หินอ่อน (Marble) และหินควอไซต์
(Quartzite) 2) เนื่องจากแรงดันสูงมาก เช่น หินชนวน (Slate) และหินชิสต์
(Schist)

2.4 ผลของการผุกร่อน

การผุกร่อนของหิน (Weathering) คือ กระบวนการต่าง ๆ ทางธรรมชาติที่เกิดข้ึนบริเวณผิวโลก
ซ่ึงประกอบดว้ ย การพดั พาของลมและน้า การเคลื่อนตวั ของธารน้าแขง็ ขนาดใหญ่ แรงกระทาจาก
ฝน การแขง็ ตวั ของน้าในช่องว่างของหิน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความช้ืน และที่สาคญั
คือแรงโน้มถ่วงของโลก โดยแต่ละกระบวนการอาจให้ผลท่ีแตกต่างกัน แต่ผลลัพธ์สุดท้าย
เหมือนกนั ซ่ึงก็คือ ทาให้หินย่อยสลายจนมีขนาดเล็กลง ตวั อย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิลดลงต่าจนถึง
จุดเยอื กแข็ง น้าท่ีขงั อยู่ในช่องว่างในหินจะเกิดการแข็งตวั ทาให้ปริมาตรน้าขยายตวั และกดดนั
หินจนแตกออกมีขนาดเลก็ ลง น้าฝนสามารถชะลา้ งและพดั พาไปจากตาแหน่งเดิมได้ ระหวา่ งการ
พดั พาเน่ืองจากแรงโนม้ ถว่ งของโลก หินขนาดเลก็ ก็จะขดั สีกนั เองรวมท้งั กบั พ้ืนหินที่กลิง้ ผา่ นไป
ผลท่ีไดค้ อื หินที่มีขนาดเลก็ ลงไปอีก กระบวนการดงั กลา่ วทาให้หินถูกยอ่ ยสลายและมีหลากหลาย

บทที่ 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดิน 27

ขนาดต้งั แต่หินขนาดเล็ก กรวด ทราย การตกตะกอนจนสะสมเป็ นช้นั ดินจะเกิดข้ึนเมื่อพลงั ของ
การพดั พาลดนอ้ ยลงจนหมดสิ้นไป

อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่กล่าวมา ซ่ึงการทาให้หินกลายเป็ นหินย่อยและกลายเป็ น
กรวดกบั ดินทรายในที่สุด ยงั ไม่เพียงพอสาหรับการทาให้ผกุ ร่อนเพ่ิมเติมจนกลายเป็นดินเหนียว
แร่ชนิดหน่ึง ๆ อาจเกิดการผุกร่อนไดม้ ากข้ึนเมื่อทาปฏิกิริยาทางเคมี ในขณะที่แร่อื่น ๆ อาจมี
ความตา้ นทานตอ่ การผกุ ร่อนเม่ือทาปฏิกิริยาทางเคมีประเภทเดียวกนั ยกตวั อยา่ งเช่น หินแกรนิตมี
แร่ประกอบท่ีสาคญั คือ Quartz, Orthoclase feldspar, Plagioclase feldspar, Muscovite และ Biotite
mica แร่ Quartz กบั Muscovite มีความทนทานต่อปฏิกิริยาทางเคมีเป็ นอยา่ งมาก เมื่อผุกร่อนจาก
หินแกรนิตและมีขนาดเล็กสุดจนกลายเป็ นทราย ก็จะไม่ผุกร่อนมากข้ึนไปอีก หรืออีกนัยหน่ึง
เม่ือกาทรายข้ึนมาพิจารณา แต่ละเมด็ ทรายก็คือแร่ Quartz (หรือ Muscovite) นน่ั เอง ในขณะที่แร่
Orthoclase feldspar, Plagioclase feldspar และ Biotite mica มีความตา้ นทานต่อปฏิกิริยาทางเคมี
นอ้ ยกว่า ทาให้ผุกร่อนเพิ่มมากข้ึนจนกลายเป็นดินเหนียวต่าง ๆ รวมท้งั ดินท่ีมีขนาดเล็กมากจน
มองไม่เห็นดว้ ยตาเปล่า ตาราง 2.1 แสดงให้เห็นถึงกระบวนการทางเคมีท่ีทาให้แร่หินแกรนิต
ผกุ ร่อนจนกลายเป็นดินประเภทตา่ ง ๆ

ตาราง 2.1 ผลจากการผกุ ร่อนของหินแกรนิตจนกลายเป็นดนิ ประเภทตา่ ง ๆ

แร่ประกอบในหินแกรนิต ความน่าจะเป็ นของการกลายเป็ นแร่ ประเภทดินท่ีอาจเป็ นไปได้
เม่ือผกุ ร่อน เมื่อผกุ ร่อนเพมิ่ เติม

Quartz Quartz ทราย

Muscovite Muscovite ไมกาทราย

Biotite mica Chlorite or Vermiculite ดินเหนียวสีเขม้

+Mg Carbonate solution

Orthoclase feldspar Illite or Kaolinite ดินเหนียวสีออ่ น

+K Carbonate solution

Plagioclase feldspar Montmorillonite ดินเหนียวบวมตวั ไดง้ ่าย

+Na or Ca

Carbonate solution โคลนหินปนู ดินเหนียว หรือ ดินมาร์ล

2.5 ผลจากการพัดพา

ดินที่เกิดจากการผกุ ร่อนของหินและไม่เคยถูกพดั พาไปท่ีไหนเรียกว่า ดินคงเหลือ (Residual soil)
จากหัวขอ้ 2.4 ผลของการผกุ ร่อน ไดอ้ ธิบายว่า จุดเร่ิมตน้ ของการก่อกาเนิดของดินคอื การผกุ ร่อน
ของหินจนกลายเป็นหินขนาดเลก็ จากน้นั ถูกพดั พาจนผกุ ร่อนเพ่มิ เติมและตกตะกอนกลายเป็ นดิน

28 บทท่ี 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดนิ

ประเภทต่าง ๆ เพราะฉะน้นั ดินคงเหลือจึงเกิดข้ึนไดโ้ ดยปฏิกิริยาทางเคมีเป็ นหลกั ซ่ึงแสดงว่า
ดินคงเหลือมกั เกิดข้ึนในเขตร้อนช้ืน ลกั ษณะท่ีสาคญั ของดินคงเหลือคือคุณสมบตั ิต่าง ๆ มีการ
เปล่ียนแปลงสูง มีขนาดท่ีหลากหลาย และประกอบดว้ ยแร่หลายชนิด ในเขตร้อนช้ืนที่มีฝนตกชุก
การชะลา้ งทาให้เกิดการผุกร่อนเพิ่มเติมรวมท้งั เคล่ือนยา้ ยแร่บางอย่างออกไป เหลือแร่ท่ีมีความ
ตา้ นทานตอ่ การผกุ ร่อนท่ีมากกวา่ เช่น แร่ดินลูกรัง บอกไซต์ (Bauxite) และดินขาว (China clay)

กระบวนการพดั พาทาให้เม็ดดินเรียงลาดบั ตามขนาด เช่น หินเล็กและกรวดตกตะกอน
ก่อนเป็นลาดบั แรก จากน้นั จึงเป็นทราย และดินขนาดเล็กสุดตกตะกอนที่ปากแม่น้าหรือเม่ือพลงั
การพดั พาหมดสิ้นลง แหลง่ น้าท่ีขงั บนเทือกเขาสูงเมื่อไหลลงไปที่ต่ากวา่ และเจอพ้ืนที่ลาดชนั อาจ
เกิดเป็ นน้าตกข้ึนมา เพราะฉะน้ันบริเวณน้าตกจึงมกั เจอกอ้ นหิน หินขนาดเล็ก กรวด และทราย
ขนาดใหญ่ มกั ไมเ่ จอดินเหนียวเน่ืองจากพลงั การพดั พาบริเวณน้าตกยงั มีมาก ทาใหส้ ามารถพดั พา
ดินขนาดเล็กไปได้ระยะทางไกล ดินท่ีตกตะกอนโดยการพดั พาของกระแสน้าเรียกรวมกนั ว่า
ดินตะกอนน้าพา (Alluvial soil) ดินประเภทน้ีมกั มีรูปร่างค่อนขา้ งกลม ซ่ึงเกิดจากกระบวนการ
พัดพาทาให้เม็ดหินและดินขัดสีกัน ในเขตร้อนและแห้งแล้ง ดินท่ีถูกพดั พาได้โดยลมแล้ว
ตกตะกอนเรียกว่าดินลมหอบ (Loess) เม่ือตอ้ งทางานกับดินประเภทน้ีตอ้ งมีความระมดั ระวงั
เน่ืองจากกระบวนการพดั พาโดยลมแลว้ ตกตะกอนจะทาให้ดินมกั มีขนาดใกลเ้ คียงกนั ช้นั ดินจึง
มกั อย่ใู นสภาพหลวมและอดั ตวั ไดส้ ูง น้าหนกั กดทบั บนผิวหินเมื่อธารน้าแขง็ เคลื่อนตวั อาจทาให้
หินแตกย่อยและมีขนาดเล็กลง จากน้ันจึงถูกเคล่ือนยา้ ยไปตกตะกอนห่างจากตาแหน่งเดิม
ในขณะที่ถูกเคลื่อนยา้ ยอาจเกิดการเสียดสีและผุกร่อนมากข้ึนจนมีขนาดเลก็ ลงและกลายเป็นดิน
ซ่ึงดินท่ีจากกระบวนการน้ีเรียกวา่ ตะกอนธารน้าแขง็ (Moraine)

2.6 องคป์ ระกอบของดิน

องคป์ ระกอบส่วนใหญ่ของดินคือสารอนินทรีย์ เช่น อนุภาคของแร่ต่าง ๆ เรียกว่าของแข็ง และ
เนื่องจากมวลดินประกอบดว้ ยเมด็ ดินขนาดเลก็ จานวนมากทาใหม้ ีช่องวา่ งระหวา่ งเม็ดดินเช่ือมตอ่
ถึงกัน ความดันบรรยากาศและน้าจึงสามารถแทรกซึมเข้าไปภายในมวลดินได้ ทาให้มีอีก
2 องคป์ ระกอบท่ีสาคญั คือ น้า (ความช้ืน) และอากาศ ดินจึงประกอบดว้ ย 3 องคป์ ระกอบร่วมกนั
แต่เพื่อให้การพิจารณาถึงคุณสมบตั ิทางกายภาพของดินง่ายข้ึน ผเู้ ขียนจึงแบ่งท้งั 3 องคป์ ระกอบ
แยกออกจากกนั ดงั แสดงในรูป 2.5

2.6.1 ของแข็ง

องคป์ ระกอบในดินส่วนท่ีเป็นส่วนของแขง็ อาจมีไดห้ ลากหลายขนาด เช่น กลุ่มที่มีขนาดใหญ่กวา่
2 mm ประกอบดว้ ย เศษหิน หินย่อย เม็ดกรวด เมด็ แร่ และกลุ่มท่ีมีขนาดต้งั แต่ 2 mm ลงไปจนถึง

บทท่ี 2 การกำเนิดและองคป์ ระกอบของดนิ 29

ขนาด 1 m (อ่านว่า 1 ไมครอน เท่ากบั 1 m  10-6 = หรือ 0.001 mm) การแบ่งประเภทดินตาม
ขนาดอย่างคร่าว ๆ อาจใช้เกณฑเ์ บ้ืองตน้ ท่ี 0.06 mm เช่น ดินเม็ดหยาบ (Coarse soils) คือดินท่ีมี
ขนาดใหญ่กว่า 0.06 mm ในขณะท่ีดินเม็ดละเอียด (Fine soils) คือดินท่ีมีขนาดเล็กกวา่ 0.06 mm
การแบ่งเช่นน้ีมีประโยชนส์ าหรับการแบ่งประเภทดินในสนามเบ้ืองตน้ เน่ืองจากสามารถมองดว้ ย
ตาเปล่าเพ่ือพิจารณาได้ อย่างไรก็ตาม การแบ่งประเภทดินสาหรับงานวิศวกรรมโยธายงั ตอ้ ง
พิจารณาองค์ประกอบอื่น ๆ เช่น ความเป็ นพลาสติก และสัดส่วนของดินท่ีมีขนาดเล็ก เป็ นตน้
รายละเอียดของวิธีการแบง่ ประเภทดิน ผเู้ ขียนจะอธิบายโดยละเอียดในบทท่ี 4

ส่วนท่ีเป็ นของแข็งยงั รวมถึงสารอินทรีย์ เช่น ซากพืชและซากสัตว์ที่ย่อยสลายจน
กลายเป็นส่วนหน่ึงของดิน สารอินทรียม์ กั พบท่ีบริเวณผวิ ดินและลึกลงไปในช้นั ดินเลก็ นอ้ ย ดินที่
มีส่วนผสมของสารอินทรียเ์ ป็ นปริมาณมาก เรียกว่า พีท (Peat) ซ่ึงมีคุณสมบตั ิที่ไม่พึงประสงค์
หลายประการ เช่น รับน้าหนกั ไดน้ อ้ ย อดั ตวั ไดส้ ูง และดูดซบั น้าไดม้ าก การท่ีพีทดูดซบั น้าไดม้ าก
ทาให้การทานายพฤติกรรมการทรุดตวั ทาไดย้ าก ดงั น้นั จึงไม่ควรก่อสร้างฐานรากบนพีท ถา้ มี
ความหนาไม่มากนกั อาจใชว้ ธิ ีการขดุ ออกแลว้ ถมกลบั ดว้ ยดินที่แขง็ แรงกวา่ กรณีช้นั พีทหนามาก
ควรพจิ ารณาใชฐ้ านรากเสาเขม็ เพื่อถ่ายทอดน้าหนกั ไปในช้นั ดินที่รับน้าหนกั บรรทุกไดด้ ีกวา่

ก๊าซ อากาศ ไอน้ า

ของเหลว น้ า สารละลาย

ของแขง็ เสศาษรหอินินทแรรี่ย์

รูป 2.5 แบบจาลองแสดงองคป์ ระกอบและส่วนประกอบของดิน

2.6.2 ของเหลว

ของเหลวในมวลดินท่ีพบโดยส่วนใหญ่ คือ น้าและสารละลายต่าง ๆ เม่ือพิจารณาถึงคุณสมบตั ิ
ของดินในเชิงวิศวกรรม น้าเป็ นองค์ประกอบที่ส่งผลต่อดินมากกว่าองค์ประกอบอื่น ๆ (เช่น
ของแข็งและอากาศ) นอกจากน้ัน การไหลของน้าผ่านมวลดินยงั อาจก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกบั
ความดนั น้าและเสถียรภาพของลาดชนั เมื่อตอ้ งทางานในสภาพดงั กล่าวอีกดว้ ย คุณสมบตั ิอีกอยา่ ง
หน่ึงของน้า คือ ไม่มีกาลงั รับแรงเฉือนและไม่สามารถอดั ตวั ได้ และน้ายงั สามารถละลายแร่ธาตุ

30 บทท่ี 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดนิ

บางอย่างแล้วพดั พาสารละลายไปได้ ทาให้ส่งผลท่ีไม่เป็ นท่ีต้องการในด้านวิศวกรรม เช่น
สารละลายท่ีมีส่วนผสมของเกลือที่อยใู่ นดินอาจทาใหโ้ ครงสร้างฐานรากที่เป็นคอนกรีตเสียหายได้

2.6.3 ก๊าซ

เน่ืองจากผิวดินสมั ผสั กบั บรรยากาศ ดงั น้นั ไมว่ า่ มวลดินจะอยใู่ นสถานะแหง้ เปี ยก หรืออิ่มตวั มกั
มีอากาศอย่ภู ายในดว้ ยเสมอ สาหรับดินบริเวณชายฝ่ังหรือใตท้ ะเล บางคร้ังอาจมีก๊าซอ่ืน ๆ เช่น
มีเทนผสมอยู่ด้วย คุณสมบตั ิที่สาคัญของอากาศก็คือการอดั ตัวได้ ซ่ึงจะส่งผลต่อคุณสมบัติ
ทางดา้ นวศิ วกรรมของดินดว้ ยเช่นกนั

2.7 โครงสรา้ งของแรด่ ินเหนียว

จากตาราง 2.1 แร่ดินเหนียวส่วนใหญ่กาเนิดมาจากการผุกร่อนของเฟลดส์ ปาร์และไมกา จากน้นั
จึงรวมตวั กันอยู่ในรูปโครงสร้างแร่แบบ Layer-lattice minerals ซ่ึงประกอบด้วยโครงสร้างที่
ซับซ้อน คุณสมบตั ิท่ีสาคญั ของโครงสร้างดงั กล่าวคือ มีรูปร่างเป็ นแผ่นและมีขนาดท่ีเล็กมาก
ส่งผลให้มีพ้ืนท่ีผิวมากข้ึนตามไปดว้ ย นอกจากน้นั ท่ีบริเวณผิวยงั มีประจุไฟฟ้าลบ ซ่ึงเป็นสาเหตุ
ที่ทาใหพ้ ฤติกรรมของดินเหนียวมีความซบั ซอ้ น

รูป 2.6 แสดงสองหน่วยโครงสร้างพ้ืนฐานของแร่ดินเหนียว คือ (1) Tetrahedral unit
ซ่ึงประกอบไปด้วย Oxygen ions จานวน 4 ตัว ล้อมรอบ Silicon ion และ (2) Octahedral unit
ซ่ึงประกอบไปดว้ ย Hydroxyl ions จานวน 6 ตวั ลอ้ มรอบ Ion ของ Aluminium หรือ Magnesium
ที่อยตู่ รงกลาง

(a) (b)

= Si4+ = (OH)-
= O2- = oArl3M+ G2+

รูปดา้ น รูปดา้ น

รูป 2.6 หน่วยแร่ธาตดุ ินเหนียว (a) Tetrahedral unit (b) Octahedral unit

บทที่ 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดิน 31

(a) (Si4O10)4-
สญั ลกั ษณ์ (Al4(OH)12)

G (b)
สญั ลกั ษณ์

(Mg6(OH)12)

(c)
B
สญั ลกั ษณ์

G (d) G (e)
Dioctahedral B Dioctahedral B
Trioctahedral Trioctahedral

รูป 2.7 โครงสร้างช้นั แลตติส (a) Silica layer (b) Gibbsite layer (c) Brucite layer (d) Two-layer lattices (e)
Three-layer lattices

ต่อมาโครงสร้างแบบช้นั (Layer structure) เกิดข้ึนเม่ือแตล่ ะ Oxygen ions เช่ือมตอ่ กนั ทาง
เคมี เช่น Silica layer (รูป 2.7 (a)) เกิดจากการเช่ือมต่อกนั ของ Tetrahedral units และสูตรทางเคมี
คือ n Si4O10(OH)2 ในขณะที่การเชื่อมต่อกันของ Octahedral units จะกลายเป็ น Gibbsite layer
(Al4(OH)6) ซ่ึงสองในสามของตาแหน่งตรงกลางถกู ครอบครองโดย Al3+ Ions ทาใหเ้ กิดโครงสร้าง
แบบ Dioctahedral structure (รูป2.7 (b)) แต่ถ้าตาแหน่งตรงกลางคือ Mg2+ Ions จะกลายเป็ น
Brucite layer (Mg6(OH)6) และก่อให้เกิดโครงสร้างแบบ Trioctahedral structure (รูป 2.7 (c))
จากน้ัน โครงสร้างอาจเชื่อมต่อซ้อนกันทาให้เกิดโครงสร้างแบบสองช้ัน (Two-layer structure)
หรือสามช้ันก็ได้ (Three-layer structure) ซ่ึงตาราง 2.2 ได้แสดงตวั อย่างแร่ที่มีโครงสร้างแบบ
Layer-lattice ท้งั แบบ 2 ช้นั และ 3 ช้นั

จากตาราง 2.1 ท้งั ดินเหนียวและทรายลว้ นเกิดจากการผุกร่อนของหิน ดังน้ัน แร่ธาตุ
องคป์ ระกอบของดินเหนียวก็ตอ้ งเป็นแร่เดียวกนั กบั ท่ีเป็นส่วนประกอบของหิน และแร่ธาตุหลกั
ที่เป็นส่วนประกอบของเปลือกโลกก็คือซิลิกอน เพราะฉะน้นั เม่ือศึกษาโครงสร้างของดินเหนียว
ซิลิกอนจึงเป็นองคป์ ระกอบท่ีควรมีมากท่ีสุด ผเู้ ขียนไดเ้ คยนาดินเหนียว Kaolinite จากเหมืองแร่
ระนอง โดยการอนุเคราะห์ของบริษทั Mineral Resources Development Co., Ltd. เพื่อมาศึกษา

32 บทท่ี 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดิน

การเร่งการทรุดตวั ของช้นั ดินเหนียวโดยใชพ้ ีวีดี (Promputthangkoon, 2015) และพบวา่ ดินเหนียว
ดงั กล่าวมีองคป์ ระกอบท่ีหลากหลาย ดงั แสดงในตาราง 2.3 และจากตารางจะสังเกตไดว้ า่ แร่ธาตทุ ี่
มีมากท่ีสุดคือ SiO2 ตามมาดว้ ย Al2O3 และ Fe2O3 ตามลาดบั ซ่ึงเป็นไปตามหวั ขอ้ 2.2 ที่อธิบายถึง
ส่วนประกอบของเปลือกโลกนั่นเอง องค์ความรู้เช่นน้ีเป็ นเรื่องสาคญั สาหรับผูว้ ิจยั และศึกษา
โครงสร้างและองคป์ ระกอบของดิน ตวั อยา่ งเช่น ถา้ ผลการวเิ คราะห์ไม่เป็นไปตามท่ีคาดหมายไว้
อาจมีสิ่งผดิ ปกติ เช่น ดินมีส่วนผสมแปลกปลอมหรือผลการทดสอบไม่ถูกตอ้ ง เป็นตน้

ตาราง 2.2 ตวั อยา่ งโครงสร้างดนิ เหนียวแบบช้นั แลตติส (Whitlow, 1995)

ประเภทโครงสร้าง Dioctahedral หรือ Trioctahedral หรือ
Gibbsite layer Brucite layer
Serpentine
2 Layer Kaolinite Chrysotile

Dickite Talc
Biotite
Nacrite Chlorite
Vermiculite
3 Layer Pyrophyllite

Muscovite

Montmorillonite

Illite

กล่าวโดยสรุป หน่วยเล็กสุดของแร่ดินเหนียว คือ Tetrahedral unit และ Octahedral unit
เม่ือหน่วยเล็กสุดเชื่อมต่อกนั จึงกลายเป็ นโครงสร้าง 3 แบบ คือ Silica layer, Gibbsite layer และ
Brucite layer จากน้ันโครงสร้างจึงเช่ือมต่อกนั จนกลายเป็ นโครงสร้างแลตติส โครงสร้างแต่ละ
แบบมีคุณสมบตั ิแตกต่างกนั และแบ่งออกไดเ้ ป็น 4 กลุม่ (ข้ึนอยกู่ บั หน่วยพ้ืนฐานและการเช่ือมต่อ
กนั ) ดงั รายละเอียดต่อไปน้ี

(1) Kaolinite group คือ กลุ่มดินที่มีการเชื่อมต่อกนั อย่างแน่น เกิดจากการผุกร่อน
ของ Orthoclase feldspar ดินกลุ่มน้ีมกั มีรูปร่างแบบแผ่น เรียงซ้อนกันไม่เป็ น
ระเบียบ มีความหนาประมาณ 100 ช้นั ตวั อย่างของดินกลุ่มน้ีคือ Kaolin และ
China clay ดิน Halloysite จดั อยใู่ นกลมุ่ น้ีเช่นกนั แตม่ ีการเชื่อมต่อกนั โดยน้าและ
มีรูปร่างคลา้ ยทอ่ ซ่ึงตา่ งจากแร่ดินเหนียวกลุ่มอื่น เน่ืองจากการมีรูปร่างแบบท่อ
ทาให้ Halloysite สามารถดูดซบั น้าไวไ้ ดม้ าก การอบดินเหนียวประเภทน้ีโดยใช้
อุณหภูมิเกิน 60C อาจทาให้โครงสร้างดินเสียหาย (ผลทดสอบจะไม่สะทอ้ นถึง
โครงสร้างดินที่แทจ้ ริง) ดังน้ันจึงควรทาให้แห้งโดยการตากแดดหรือผ่ึงลม
เท่าน้นั

บทท่ี 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดิน 33

ตาราง 2.3 คุณสมบตั ิของดินเหนียว Kaolinite จากเหมืองแร่ระนอง (Promputthangkoon, 2015)

รายละเอียดองคป์ ระกอบ ค่าต่าสุด ค่าเฉลี่ย คา่ สูงสุด
Residue on 45 micron (mass %) 12.0 2.00 4.00
LOI 13.0 15.0
Physical Properties
Deflocculated Demand (mass %) 0.20 0.40
Casting Rate (mm/10 minutes) 7.0 9.0
Chemical Composition (mass %)
SiO2 45.5 46.5
Al2O3 38.0 39.0
Fe2O3 0.80 1.20
TiO3 0.03 0.07
CaO 0.01 0.01
MgO 0.01 0.01
K2O 0.90 1.20
Na2O 0.01 0.01
Particle Size Distribution (mass %)
< 10.0 mm 70.0 78.0
< 1.0 mm 20.0 28.0
Fired Properties
Shrinkage (%) 6.0 8.0
Water Absorption (mass %) 18.0 20.0
Whiteness, L* (%) 91.0 93.0
Mineral Composition (mass %)
Kaolinite 82
Quartz 2
Mica 11
Gibbsite 5

(2) Illite group คือ ดินเหนียวที่ผุกร่อนจากไมกาซ่ึงตกตะกอนในน้าเค็ม เช่น ดิน
เหนียวในทะเล และดินดาน นอกจากน้ัน Illite ยงั อาจเกิดจากการผุกร่อนของ
Orthoclase ซ่ึงยงั มี Potassium Ions หลงเหลืออยูบ่ า้ ง ดินกลุ่มน้ีมีโครงสร้างแบบ
Three-layer gibbsite sheet ซ่ึงมี K+ เป็ นตวั เช่ือมต่อระหว่าง Silica layers แต่จุด
เช่ือมต่อจะอ่อนแอกว่ากลุ่มของ Kaolinite ทาให้อนุภาคของ Illite มีขนาดเล็ก
และบางกวา่

34 บทท่ี 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดิน

(3) Montmorillonite group แร่กลุ่มน้ีบางคร้ังอาจเรียกว่า Smectites ซ่ึงปรากฏอยูใ่ น
ดินเบนโทไนต์ (Bentonite) โดยทว่ั ไปเป็ นผลมาจากการสึกกร่อนเพ่ิมเติมจาก
Illite แต่ก็มีบางส่วนที่เกิดจากการผุกร่อนของพวก Plagioclase feldspar ท่ีเกิด
จากการตกตะกอนของเถา้ ภูเขาไฟ โครงสร้างของดินกลุ่มน้ีเป็ นแบบ Three-
layer ซ่ึงตรงกลางของ Octahedral layer ส่วนใหญ่ถูกครอบครองโดย Gibbsite
และมีบางส่วนที่ Al ถูกแทนท่ีโดย Mg ทาใหร้ อยเช่ือมตอ่ มีความอ่อนแอ และน้า
สามารถแทรกซึมเขา้ ไปในระหวา่ งรอยต่อไดโ้ ดยง่าย ทาใหเ้ กิดการบวมตวั หรือ
หดตวั ไดม้ าก

(4) Vermiculite group ดินกลุ่มน้ีเป็ นผลผลิตจากการผุกร่ อนของ Biotite และ
Chlorite โครงสร้างคลา้ ยกนั กบั Montmorillonite ยกเวน้ ตวั เชื่อมต่อกนั ระหวา่ ง
ช้นั คือ Mg และโมเลกุลของน้าอีกเลก็ นอ้ ย (ดงั ตาราง 2.4) ดงั น้นั การบวมตวั และ
หดตวั จะคลา้ ยกนั กบั Montmorillonite เพยี งแต่การดูดซึมน้าไดจ้ ะมีคา่ นอ้ ยกวา่

2.8 คุณสมบัติทสี่ ำคญั ของแร่ดินเหนยี ว

ลกั ษณะที่สาคญั ของแร่ดินเหนียวและส่วนท่ีแตกตา่ งจากดินทรายคือ มีรูปร่างแบบแผน่ และขนาด
เลก็ มาก และมกั มีประจุไฟฟ้าลบที่ผิวนอก ส่งผลใหม้ ีพ้นื ท่ีผิวจาเพาะมาก สาหรับทรายท่ีมีขนาด
เฉลี่ย 1 mm พ้ืนที่ผิวจาเพาะมีค่าประมาณ 0.0023 m2/g (พ้ืนที่ผิวจาเพาะ = Surface area หาไดโ้ ดย
การชงั่ น้าหนกั ดิน 1 g จากน้นั หาพ้ืนท่ีผิวของเม็ดดินทุกเมด็ มีหน่วยเป็น m2/g) แต่จากตาราง 2.4
พบว่า Kaolinite อาจมีพ้ืนท่ีผิวจาเพาะไดถ้ ึง 30 m2/g นอกจากน้ัน Montmorillonite ยงั สามารถมี
พ้ืนที่ผิวไดม้ ากสุดถึง 800 m2/g การมีพ้ืนท่ีผิวจาเพาะมากข้ึน ส่งผลให้ดินสามารถดูดซับน้าได้
มากข้ึนตามไปดว้ ย ผลที่ตามมาก็คือดินสามารถบวมตวั ไดม้ าก และในขณะเดียวกนั ถา้ ดินเหนียว
ดังกล่าวอยู่ในสถานะอ่ิมตัวและแห้งลงในเวลาต่อมา ดินก็จะเกิดการหดตัวได้มากเช่นกัน
พฤติกรรมท้งั สองแบบทาใหก้ ารทางานกบั ดินเหนียวมีความยงุ่ ยาก

ไอออนที่อยู่บริเวณผิวของอนุภาคดินเหนียว คือ O2- หรือ (OH)- ซ่ึงก็คือ ประจุไฟฟ้าลบ
ในขณะท่ีโมเลกุลของน้ามีท้งั ข้วั ลบและบวก ส่งผลให้ช้นั ของน้ายึดติดกบั ผิวอนุภาคดินเหนียว
โดยการยดึ เหนี่ยวของไฮโดรเจน ((H3O)+) และการยดึ เหน่ียวดงั กลา่ วมีความแน่นหนามาก บริเวณ
ผวิ นอกดินเหนียวท่ียดึ เหน่ียวกบั น้าเรียกวา่ ช้นั ดูดซบั น้า (Adsorbed water layer) อยา่ งไรกต็ าม แรง
ยึดเหนี่ยวจะอ่อนแรงลงเม่ืออยู่ห่างจากผิวดินเหนียว ช้ันดูดซับน้าจะมีความหนืดและความ
หนาแน่นสูงกว่าน้าที่อยู่ห่างออกไปจากผิว นอกจากน้นั ยงั มีจุดเดือดท่ีสูงข้ึนและจุดเยือกแข็งท่ี
ต่าลง เพราะฉะน้ันการหาปริมาณความช้ืนของดินเหนียว จึงควรอบแห้งโดยปรับอุณหภูมิท่ี
105C เพอื่ กาจดั ช้นั ดูดซบั น้าดงั กลา่ ว (ยกเวน้ สาหรับดิน Halloysite)

บทท่ี 2 การกำเนิดและองคป์ ระกอบของดิน 35

ตาราง 2.4 โครงสร้างและคุณสมบตั ิของแร่ดินเหนียว (Whitlow, 1995)

แร่ดินเหนียว สัญลกั ษณ์ ลกั ษณะ ขนาด พ้นื ที่ผิวจาเพาะ การถา่ ยเทประจุ
โครงสร้างแร่ การเช่ือมตอ่ (m) (m2/g) (me/100g)

Kaolinite G H-bond ยาว = 0.2-2.0 10-30 5
linkage หนา = 0.05-0.2

G

Halloysite G H2O (รูปทรงแบบทอ่ ) 40-50 15
ยาว = 0.5

G หนา = 0.05

Illite K+ linkage ยาว = 0.2-2.0 50-100 30
Montmorillonite หนา = 0.02-0.2 100
G
KK Weak cross- ยาว = 0.1-0.5 200-800
linkage between
G Mg/Al ions หนา = 0.001-0.01

G

G

Vermiculite Mg2+ linkage 20-400 150
B

Mg Mg Mg Mg

B

เมื่ออนุภาคดินเหนียวสองตวั แขวนลอยอยใู่ นน้า จะเกิดแรงปฏิกิริยาระหวา่ งกนั อยู่ 2 แบบ
คอื (1) แรงดึงดูด เน่ืองจาก van der Walls’ หรืออาจเรียกวา่ แรงยดึ เหน่ียวทุติยภูมิ และ (2) แรงผลกั

ซ่ึงเกิดจากธรรมชาติของประจุลบที่ผิวอนุภาคดินเหนียวและช้นั ดูดซบั น้า แรงดึงดูดจะเพิ่มข้ึนเม่ือ
สองอนุภาคเขา้ ใกลก้ นั มากข้ึน ซ่ึงเกิดจากความหนาของช้นั ดูดซบั น้าลดลง แต่ถา้ ช้นั ดูดซับน้ามี
ความหนามาก แรงผลกั จะมีอิทธิพลมากกว่าแรงดึงดูด ทาให้สองอนุภาคเป็ นอิสระต่อกนั และ
รวมกนั อยแู่ บบกระจายตวั ก่อใหเ้ กิดโครงสร้างดินแบบการเกาะกล่มุ (Flocculation) ดงั รูป 2.8 (a)

โดยมกั เกิดข้ึนกบั ดินเหนียวที่ตกตะกอนในทะเลซ่ึงมีความหนาแน่นของประจุบวกสูง ในขณะท่ี
ดินเหนียวที่ตกตะกอนในน้าจืด มีแนวโนม้ ท่ีจะมีโครงสร้างแบบกระจายตวั (Dispersed Structure)
ดงั แสดงในรูป 2.8 (b)

36 บทที่ 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดิน (b)
(a)

รูป 2.8 โครงสร้างระดบั อนุภาคของดินเหนียว (a) Flocculent (b) Dispersed

2.9 คำนยิ ามประเภทดินในทางวิศวกรรม

ดินมีความหมายได้หลากหลายข้ึนอยู่กบั ว่านาไปใช้ในบริบทหรือสภาพแวดลอ้ มอย่างไร หรือ
บคุ คลกลมุ่ ใดเป็นผอู้ ธิบายความหมาย แตส่ าหรับงานวศิ วกรรมโยธา ดินตอ้ งมีความหมายท่ีส่ือถึง
ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งความหมายและพฤติกรรมทางดา้ นวศิ วกรรมของดินน้นั ๆ คาอธิบายสาหรับ
ดินและหินต่อไปน้ี ผูเ้ ขียนได้สรุปจาก BS 5930 (1976) และ Barker (1981) เพ่ือเป็ นแนวทาง
เบ้ืองตน้ สาหรับการศึกษากลศาสตร์ของดิน

(1) Rock คือ ส่วนของเปลือกโลกท่ีเป็นของแขง็ หรือตกตะกอนและยดึ ติดกนั แน่น
แบ่งออกเป็ นหินอคั นี หินตะกอน และหินแปร ข้ึนอยูก่ บั การก่อกาเนิด สาหรับ
นกั ธรณีวิทยา หินคือส่วนเปลือกโลกที่ยึดติดกนั และมีอายมุ ากกวา่ 1 ลา้ นปี วสั ดุ
ที่อ่อนกว่า เช่น ดินเหนียว ดินดาน และทราย บางคร้ังนักธรณีวิทยาเรียกว่าหิน
ในขณะที่วิศวกรโยธาเรียกวา่ ดิน

(2) Soil คือ วสั ดุที่เกิดข้ึนตามธรรมชาติ เป็นผลจากการผุกร่อนและย่อยสลายของ
หิน ตกตะกอนเป็นช้นั อยู่บริเวณดา้ นบนของเปลือกโลก แบ่งยอ่ ยไดเ้ ป็น กรวด
ทราย ดินเหนียว ดินตะกอน และ พที สามารถทางานไดโ้ ดยไมต่ อ้ งใชก้ ารระเบิด

(3) Organic soil คือ ส่วนผสมระหว่างดินขนาดต่าง ๆ กับซากส่ิงมีชีวิตท่ีผ่าน
กระบวนการยอ่ ยสลายแลว้ สงั เกตไดจ้ ากการสัมผสั ท่ีนุ่มกวา่ มีสีคล้า และมีกล่ิน
ซากพชื ซากสตั ว์

(4) Peat คือ วสั ดุที่องค์ประกอบส่วนใหญ่คือซากสิ่งมีชีวิตที่ย่อยสลายแล้ว มี
ลกั ษณะฟฟู ่ อง อดั ตวั ไดส้ ูงและอาจติดไฟได้

(5) Residual soils คือ ผลผลิตจากการผุกร่อนของหินต่าง ๆ แลว้ อยู่กบั ที่ ไม่ไดถ้ ูก
พดั พาให้ไปตกตะกอนท่ีอื่น ๆ โดยทั่วไปคือทรายและกรวดซ่ึงมีออกไซด์
ค่อนขา้ งหนาแน่นเน่ืองจากผา่ นกระบวนการกดั กร่อน เช่น ดินลูกรัง

บทที่ 2 การกำเนดิ และองค์ประกอบของดนิ 37

(6) Alluvial soils ไดแ้ ก่วสั ดุ เช่น ทรายและกรวด ซ่ึงตกตะกอนจากการพดั พาของ
กระแสน้า โดยท่ัวไปมีการจัดเรียงตัวค่อนข้างเป็ นระเบียบ แต่ไม่มีรูปแบบ
แน่นอน

(7) Cohesive soils คือ ดินที่มีสัดส่วนของดินเหนียวและดินตะกอนในปริมาณมาก
เพยี งพอท่ีทาใหด้ ินมีคณุ สมบตั ิความเป็นพลาสติกและมีแรงยดึ เหน่ียว

(8) Cohesionless soils คือ ทรายและกรวด ซ่ึงมีรูปร่างกลมมนหรือเป็นเหลี่ยม และ
ไมม่ ีคณุ สมบตั ิความเป็นพลาสติก รวมท้งั ไมม่ ีแรงยดึ เหนี่ยว

(9) Boulder clay บางคร้ังเรียกวา่ Till คือดินที่เกิดจากธารน้าแข็ง ประกอบไปดว้ ย
ขนาดเมด็ ดินหลายขนาด ต้งั แต่เป็นผงถึงขนาดกอ้ นหิน

(10) Drift เป็ นคาศพั ท์ทางธรณีวิทยา ใชส้ าหรับอธิบายวสั ดุบริเวณผิวเปลือกโลกท่ี
ตกตะกอนในช่วงเวลาไม่นานนกั และไม่เคยผา่ นการอดั ตวั (Unconsolidated)

ปัญหาท้ายบท

2.1 คน้ ควา้ ขอ้ มูลทางธรณีวิทยาของประเทศไทยจากกรมทรัพยากรธรณี แลว้ สรุปลกั ษณะ
และประเภทของช้นั หินของแต่ละภาค

2.2 อธิบายถึงสาเหตทุ ่ีอุณหภูมิภายในโลกยง่ิ สูงข้นึ เม่ืออยลู่ ึกมากข้ึนจากผวิ โลก
2.3 คน้ ควา้ ขอ้ มูลจากแหล่งที่น่าเชื่อถือไดเ้ พื่อตรวจสอบว่า ช้นั หินแข็งที่เมืองแมนฮัตตนั

มลรัฐนิวยอร์ก ประเทศสหรัฐอเมริกา มีความหนาเฉลี่ยและสามารถรับน้าหนักบรรทุก
ไดเ้ ทา่ ใด
2.4 บอกองคป์ ระกอบท่ีสามารถทาใหห้ ินแขง็ ผกุ ร่อนเป็นหินยอ่ ย
2.5 จากรูป 2.3 ให้อธิบายถึงสาเหตุท่ีอาจทาให้หินหลอมละลายจนไปสู่จุดเริ่มตน้ ของวงจร
ธรณีวทิ ยา
2.6 จากรูป 2.9 ใหเ้ ติมคา (กระบวนการ) ท่ีขาดหายไป เพอ่ื ทาใหว้ งจรธรณีวทิ ยาสมบูรณ์
2.7 หินมีกี่ประเภท แต่ละประเภทก่อกาเนิดข้ึนไดอ้ ยา่ งไร
2.8 เม่ือเปรียบเทียบระหว่างหินอคั นี หินช้นั และหินแปร หินประเภทใดแข็งแรงมากท่ีสุด
เพราะเหตุใด
2.9 อธิบายปรากฏการณ์ Metamorphism และผลของปรากฏการณ์ดงั กลา่ วทาใหเ้ กิดอะไรข้ึน
2.10 แร่ดินเหนียวแบ่งออกไดเ้ ป็ น 4 กลุ่ม ประกอบดว้ ยอะไรบา้ ง กลุ่มใดรับน้าหนักได้มาก
ท่ีสุด เพราะเหตุใด
2.11 อธิบายลกั ษณะสาคญั 3 ประการ ท่ีทาใหด้ ินเหนียวมีพฤติกรรมแตกตา่ งจากทราย

38 บทที่ 2 การกำเนดิ และองคป์ ระกอบของดนิ

2.12 เม่ือเปรียบเทียบระหว่างโครงสร้างดินเหนียวแบบ Flocculation และแบบ Dispersed
โครงสร้างแบบใดรับน้าหนกั บรรทกุ ไดม้ ากกวา่ เพราะเหตุใด

หนิ หลอมเหลว
กลมุ่ กา๊ ซต่าง

4,500 ลา้ นปก่อน

นั ดิน หนิ แปร
ตกตะกอน

รูป 2.9 สาหรับปัญหา 2.6

บทที่ 3

คุณสมบัติทางกายภาพของดิน

3.1 หนว่ ยเอสไอสำหรบั งานวศิ วกรรม

ระบบหน่วยองั กฤษที่ใช้มาเป็ นเวลานาน มีตน้ กาเนิดจากแนวความคิดท่ีไม่สอดคลอ้ งกบั หลกั
วิทยาศาสตร์ เช่น ระยะทาง 1 หลา มีคา่ เทา่ กบั รอบเอวของกษตั ริย์ ขอ้ สงสัยก็คอื ถา้ กษตั ริยผ์ อมลง
หรืออว้ นข้ึน หน่วยวดั ดงั กล่าวจะแปรเปล่ียนดว้ ยหรือไม่ หน่วยน้าหนกั หรือหน่วยอื่น ๆ ก็มีการ
คิดคน้ ในทานองเดียวกนั ระบบหน่วยมาตรฐานท่ีใชใ้ นการคานวณงานวิศวกรรม คือ ฟุต ปอนด์
วินาที (FPS Foot-pound-second) และระบบหน่วย เมตร กิโลกรัม วินาที (MKS Meter-kilogram-
second) แต่บางคร้ังมีการใช้ผสมกันระหว่างสองหน่วย จนทาให้เกิดความสับสนและเขา้ ใจผิด
ในปี ค.ศ. 1960 มีการจดั ประชุมวิชาการเกี่ยวกบั น้าหนกั และการวดั ณ กรุงปารีส ประเทศฝร่ังเศษ
และยอมรับให้หน่วย SI (Le Système international d’unités หรือ International System of Units)
เป็นมาตรฐานสาหรับการใชค้ านวณทวั่ โลก

แรงที่ทาใหม้ วล 1 kg เคล่ือนที่เป็นความเร่งเทา่ กบั 1 m/s2 มีคา่ เทา่ กบั 1 N (Newton) หรือ
อีกนัยหน่ึง 1 kg.m/s2 เท่ากบั 1 N นน่ั เอง เพราะฉะน้ันมวล 1 kg จึงมีน้าหนกั เท่ากบั W = mg = 1
kg  9.81 m/s2 = 9.81 kg.m/s2 = 9.81 N เหตุผลที่ตอ้ งแยกหน่วยระหว่างมวลกบั น้าหนกั (และแรง)
ก็เน่ืองจากมวลของสสารใด ๆ จะมีค่าคงที่เสมอไม่ว่าต้งั อยู่ ณ สถานท่ีใด (หรือแมแ้ ต่ในอวกาศ)
แต่น้ าหนักจะข้ึนอยู่กับระดับของแรงโน้มถ่วงของสถานที่ซ่ึงมวลต้ังอยู่ ยกตัวอย่างเช่น
ที่ระดบั น้าทะเล บุคคลหน่ึงซ่ึงมีมวล 60 kg จะมีน้าหนักเท่ากบั 60 9.81 = 588.6 N แต่ถา้ บุคคล
ดงั กลา่ วไปอยบู่ นดวงจนั ทร์ จะมีน้าหนกั แค่ 60  1.62 = 97.2 N (แรงโนม้ ถว่ งของดวงจนั ทร์เท่ากบั
1.62 m/s2) ในขณะที่ปริมาณสสาร (มวล) ของบุคคลดงั กล่าวยงั เท่าเดิม การกาหนดให้น้าหนัก
(และแรง) คานวณเช่นน้ีจึงสมเหตุสมผล เนื่องจากน้าหนักของวตั ถุใด ๆ มีค่าไม่คงท่ี ข้ึนอยู่กบั

39

40 บทที่ 3 คณุ สมบตั ิทางกายภาพของดนิ

ตาแหน่งและสถานที่ซ่ึงวตั ถนุ ้นั ต้งั อยู่ เช่น วตั ถเุ ดียวกนั มีน้าหนกั ท่ีระดบั น้าทะเลเท่าใด เมื่อไปอยู่
บนยอดเขาเอเวอเรสตจ์ ะมีน้าหนกั นอ้ ยลง

หน่วยท่ีมักสร้างความสับสนสาหรับผูซ้ ่ึงทางานเกี่ยวกับวิศวกรรมเทคนิคธรณี (และ
วิศวกรรมโยธา) คือ ความหนาแน่นและหน่วยน้าหนัก คานิยามของความหนาแน่น คือ มวลต่อ
ปริมาตร ในขณะท่ีหน่วยน้าหนกั คือ น้าหนกั ต่อปริมาตร ดงั น้นั หน่วยสาหรับความหนาแน่น คือ
g/cm3 หรือ kg/m3 หรือ Mg/m3 ในขณะท่ีหน่วยสาหรับหน่วยน้าหนัก คือ N/m3 หรือ kN/m3 หรือ
MN/m3 ตารามาตรฐานที่ตีพิมพเ์ ป็ นภาษาองั กฤษและใช้อา้ งอิงกนั ทว่ั ไปจะมีการใช้หน่วยเอสไอ
ตามมาตรฐานท่ีกาหนด เน่ืองจากการใชห้ น่วยกากบั ปริมาณที่ไม่ถูกตอ้ งจะทาใหค้ วามหมายของ
ปริมาณน้ันเปล่ียนไป สาหรับตาราภาษาไทยหลายเล่ม เมื่อพูดถึงหน่วยน้าหนักและความ
หนาแน่นมกั ใชห้ น่วยเดียวกนั คือ kg/m3 (หรือ t/m3) เนื่องจากความเคยชิน แต่การกาหนดดงั กลา่ ว
คลาดเคลื่อนจากความเป็นจริง ดงั น้นั รายการคานวณสาหรับเลม่ น้ีจึงใชห้ น่วยเอสไอท้งั หมด

3.2 แบบจำลองดินและคณุ สมบตั พิ ้นื ฐาน

การแสดงความสัมพนั ธ์ระหวา่ งองคป์ ระกอบยอ่ ยของมวลดินออกมาเป็นตวั เลข ตอ้ งแบ่งมวลดิน
ออกเป็ นสามส่วน คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แต่สภาพตามธรรมชาติในความเป็ นจริง
องคป์ ระกอบท้งั สามส่วนอยู่รวมตวั ผสมกนั ซ่ึงการสังเกตดว้ ยสายตาเพื่อแยกแต่ละส่วนประกอบ
ออกจากกันเป็ นไปได้ยาก ดังน้ันจึงจาเป็ นตอ้ งสร้างแบบจาลองมวลดินซ่ึงประกอบดว้ ยสาม
องคป์ ระกอบใหแ้ ยกออกจากกนั อยา่ งชดั เจนแต่ยงั คงสัดส่วนของแตล่ ะองคป์ ระกอบไว้

รูป 3.1 แสดง 3 แบบจาลอง สาหรับการแยกองคป์ ระกอบย่อย ของแข็ง ของเหลว และ
ก๊าซ แต่ละแบบจะอา้ งอิงกบั “หน่ึงหน่วย” ขององคป์ ระกอบ เช่น แบบจาลองหน่ึงหน่วยปริมาตร
ของแขง็ (Unit solid volume) กาหนดใหป้ ริมาตรของแข็งที่ประกอบอยู่ในมวลดินท่ีพิจารณามีค่า
เท่ากบั 1 หน่วยของปริมาตร (ตวั อย่างเช่น 1 m3) ในขณะท่ีแบบจาลองหน่ึงหน่วยมวลของแข็ง
(Unit solid mass) กาหนดใหม้ วลส่วนซ่ึงเป็นของแขง็ ที่ประกอบอยู่ในมวลดินมีคา่ เท่ากบั 1 หน่วย
และแบบจาลองปริมาตรรวม (Unit total volume) กาหนดใหป้ ริมาตรท้งั หมดมีค่าเท่ากบั 1 หน่วย

แบบจาลองหน่ึงหน่วยปริมาตรของแข็งเหมาะสมในการใช้งานมากที่สุด เน่ืองจาก
องคป์ ระกอบของแขง็ ของมวลดินถือว่าไม่มีการอดั ตวั ดงั น้นั แบบจาลองจึงอา้ งอิงกบั หน่ึงหน่วย
ขององคป์ ระกอบของแข็งซ่ึงมีค่าคงที่ ส่วนที่เหลือซ่ึงก็คือของเหลวและก๊าซจะถกู อา้ งอิงกบั ส่วน
ของแข็ง เม่ือปริมาตรของของแข็งคงท่ี แสดงว่าของเหลวและก๊าซจะแปรเปลี่ยนไปตาม
สภาพแวดลอ้ ม สาหรับปริมาตรส่วนที่ไม่ใช่ของแขง็ แบบจาลองเรียกรวมกนั วา่ ปริมาตรช่องวา่ ง
(Voids volume) และอัตราส่วนระหว่างปริมาตรช่องว่างต่อปริมาตรของแข็งคือค่า e สาหรับ

บทที่ 3 คณุ สมบตั ิทางกายภาพของดิน 41

ดินแห้งซ่ึงไม่มีน้า ปริมาตรช่องว่างก็คืออากาศ ในขณะที่ดินอิ่มตวั ปริมาตรช่องว่างก็คือน้า
รูป 3.2 แสดงการการใชแ้ บบจาลองหน่วยปริมาตรของแข็งเพ่ือพฒั นาความสัมพนั ธ์ระหว่างกัน
ขององคป์ ระกอบตา่ ง ๆ ของมวลดินจนไดเ้ ป็นคุณสมบตั ิทางกายภาพ โดยที่มาและการพฒั นาสูตร
ความสมั พนั ธ์ไดอ้ ธิบายไวเ้ ป็นลาดบั ดงั ต่อไปน้ี

อากาศ Va อากาศ Ma อากาศ Va ป ิรมาตรรวม = 1
นา้ Vw นา้ Mw นา้ Vw

ของแขง็ Vs= 1 ของแข็ง Ms= 1 ของแข็ง Vs

(a) หน่วยปริมาตรของแข็ง (b) หนว่ ยมวลของแขง็ (c) หน่วยปริมาตรรวม
(Unit solid volume) (Unit solid mass) (Unit total volume)

รูป 3.1 แบบจาลองมวลดินแสดง 3 องคป์ ระกอบยอ่ ย

มวล ปริมาตร

Ma= 0 อากาศ Va = e (1-Sr) e ป ิรมาตรจาเพาะ, v = 1 + e
Mw = wGsrw นา้ Vw = Sre = wGs

Ms = Gsrw ของแข็ง Vs= 1

รูป 3.2 แบบจาลองหน่วยปริมาตรของแขง็ สาหรับการพฒั นาความสมั พนั ธ์ระหว่างองคป์ ระกอบยอ่ ย

(1) อตั ราส่วนช่องว่าง (Void ratio, e) คือ อตั ราส่วนของปริมาณช่องว่างต่อปริมาตร
ของแขง็ มกั เขยี นเป็นจุดทศนิยม 2 ถึง 3 ตาแหน่ง เป็นปริมาณท่ีแสดงถึงสถานะ
ความแน่นของดินโดยเฉพาะดินเมด็ หยาบ

= ปริมาตรชอ่ งว่าง = v = a+ w [3. 1]
ปริมาตรของแข็ง s s

เมื่อ Vv = ปริมาตรช่องวา่ ง
Vs = ปริมาตรของแขง็
Va = ปริมาตรอากาศ
Vw = ปริมาตรน้า