การวัดขนาดอนุภาค
แนวคิดพื้นฐาน
ขนาดอนุภาค , ขนาดเกรน , การกระจายขนาด , สัณฐานวิทยา
วิธีการและเทคนิค
มาตราส่วนตาข่าย , การวัดขนาดอนุภาคด้วย แสง , การวิเคราะห์ตะแกรง , การจำแนกขนาดอนุภาคดิน
แนวคิดที่เกี่ยวข้อง
การทำเม็ด , วัสดุเม็ด , ฝุ่นแร่ , การจดจำรูปแบบ , การกระเจิงแสงแบบไดนามิก
วี ที อี

ในวิทยาศาสตร์ดินการไล่ระดับขนาดของดิน เป็นการจำแนกประเภทของ ดินหยาบที่จัดลำดับดินตามขนาดอนุภาคที่แตกต่างกันที่มีอยู่ในดิน^{[ 1 ]}การไล่ระดับขนาดของดินเป็นสิ่งสำคัญในกลศาสตร์ดินและวิศวกรรมธรณีเทคนิคเนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้คุณสมบัติทางวิศวกรรมอื่นๆ เช่นความสามารถในการอัดตัวความแข็งแรงเฉือนและการนำไฟฟ้าของน้ำในการออกแบบ การไล่ระดับขนาดของ ดิน ในพื้นที่ (ในสถานที่) มักจะควบคุมการออกแบบและการระบายน้ำใต้ดินของพื้นที่ ดินที่มีการไล่ระดับขนาดไม่ดีจะมีการระบายน้ำที่ดีกว่าดินที่มีการไล่ระดับขนาดดี^{[ 2 ]}หากดินนั้นไม่มีปริมาณ ดินเหนียว สูง

ดินจะถูกจัดเกรดเป็นดินที่มีเกรดดีหรือดินที่มีเกรดไม่ดี^{[ 3 ]}การจัดเกรดดินจะพิจารณาจากผลการวิเคราะห์ตะแกรง^{[ 4 ] [ 5 ]}หรือ การ วิเคราะห์ไฮโดรมิเตอร์^{[ 1 ]}

กระบวนการจัดระดับดินเป็นไปตามระบบการจำแนกประเภทดินแบบรวม (Unified Soil Classification System)หรือระบบการจำแนกประเภทดินของ AASHTO (AASHTO Soil Classification System ) การจัดระดับดินจะพิจารณาจากการอ่าน เส้นโค้ง การกระจายขนาดเม็ดดินที่ได้จากผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับดิน การจัดระดับดินยังสามารถพิจารณาได้จากการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอ ( C _u ) และค่าสัมประสิทธิ์ความโค้ง ( C _c ) ของดิน และเปรียบเทียบค่าที่คำนวณได้กับขีดจำกัดการจัดระดับที่เผยแพร่^{[ 1 ] [ 6 ]}

การจำแนกขนาดอนุภาคของดินเป็นการจำแนกการกระจายขนาดอนุภาคของดิน ดินที่มีขนาดอนุภาคหยาบ ส่วนใหญ่เป็นกรวดหรือทราย จะถูกจำแนกเป็นดินที่มีการเรียงตัวของอนุภาคดีหรือไม่ดี ดินที่มีการเรียงตัวของอนุภาคไม่ดีจะถูกแบ่งย่อยออกเป็นดินที่มีการเรียงตัวของอนุภาคสม่ำเสมอหรือดินที่มีการเรียงตัวของอนุภาคเป็นช่องว่าง ดินที่มีขนาดอนุภาคละเอียด ส่วนใหญ่เป็นตะกอนและดินเหนียว จะถูกจำแนกตาม ขีดจำกัด ของAtterberg ^{[ 1 ] [ 6 ]}

ดินที่มีการคัดขนาดดีคือดินที่มีอนุภาคขนาดหลากหลายและมีการกระจายตัวที่ดีของทุกขนาดตั้งแต่ตะแกรงเบอร์ 4 ถึงเบอร์ 200 ^{[ 3 ]}กรวดที่มีการคัดขนาดดีจัดเป็น GW ในขณะที่ทรายที่มีการคัดขนาดดีจัดเป็น SW ^{[ 1 ]}

ดินที่มีการเรียงขนาดอนุภาคไม่ดี คือดินที่ไม่มีการกระจายตัวที่ดีของอนุภาคทุกขนาดตั้งแต่ตะแกรงเบอร์ 4 ถึงเบอร์ 200 กรวดที่มีการเรียงขนาดอนุภาคไม่ดีจัดเป็น GP ในขณะที่ทรายที่มีการเรียงขนาดอนุภาคไม่ดีจัดเป็น SP ดินที่มีการเรียงขนาดอนุภาคไม่ดีมีแนวโน้มที่จะเกิดการเหลวตัวของดินมากกว่าดินที่มีการเรียงขนาดอนุภาคดี^{[ 1 ]}

ดินที่มีช่องว่างขนาดอนุภาค คือ ดินที่มีอนุภาคขนาดบางขนาดมากเกินไปหรือน้อยเกินไป หรือดินที่มีอนุภาคขนาดใดขนาดหนึ่งหายไปอย่างน้อยหนึ่งขนาด^{[ 1 ] [ 3 ]}ตัวอย่างของดินที่มีช่องว่างขนาดอนุภาค คือ ดินที่ทรายขนาดเบอร์ 10 และเบอร์ 40 หายไป แต่ทรายขนาดอื่นๆ มีอยู่ครบ^{[ 3 ]}

กระบวนการจัดระดับดินเป็นไปตามระบบการจำแนกประเภทดินแบบรวมหรือระบบการจำแนกประเภทดินของ AASHTO ขั้นตอนในการจัดระดับดิน ได้แก่ การรวบรวมข้อมูล การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอและความโค้ง และการจัดระดับดินตามเกณฑ์การจัดระดับที่กำหนดไว้ในระบบการจำแนกประเภทดินที่ใช้^{[ 1 ]}

การจำแนกขนาดอนุภาคของดินจะพิจารณาจากผลการวิเคราะห์ตะแกรงหรือ การ วิเคราะห์ไฮโดรมิเตอร์^{[ 4 ] [ 5 ]}

ในการวิเคราะห์ด้วยตะแกรง ตัวอย่างดินเม็ดหยาบจะถูกเขย่าผ่านตะแกรงตาข่ายสี่เหลี่ยมที่ทำจากลวดสานหลายชุด ตะแกรงแต่ละอันจะมีช่องเปิดที่เล็กลงเรื่อยๆ ดังนั้นอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดของตะแกรงแต่ละอันจะถูกกักไว้บนตะแกรง^{[ 4 ] [ 5 ]}เปอร์เซ็นต์ของขนาดดินแต่ละขนาดจะถูกวัดโดยการชั่งน้ำหนักของอนุภาคที่เหลืออยู่บนตะแกรงแต่ละอันและเปรียบเทียบน้ำหนักกับน้ำหนักรวมของตัวอย่าง ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ด้วยตะแกรงจะถูกพล็อตเป็นเส้นโค้งการกระจายขนาดเม็ด ซึ่งจะถูกวิเคราะห์เพื่อกำหนดการกระจายขนาดของดินนั้นๆ^{[ 1 ]}

ในการวิเคราะห์ไฮโดรมิเตอร์ ตัวอย่างดินละเอียดจะถูกทิ้งไว้ให้ตกตะกอนใน ของเหลว หนืดวิธีนี้ใช้ตามกฎของสโตกส์ซึ่งเชื่อมโยงความเร็วปลายของการตกของอนุภาคในของเหลวหนืดกับเส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดและความหนาแน่นของเม็ดที่แขวนลอย เส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดคำนวณจากระยะทางและเวลาที่ทราบของการตกของอนุภาค วิธีนี้ใช้ในการจำแนกประเภทดินละเอียด^{[ 1 ]}

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอและความโค้งต้องใช้เส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดดิน สามารถหาเส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดดินได้สำหรับแต่ละเปอร์เซ็นต์ของดินที่ผ่านตะแกรงขนาดใดขนาดหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าหาก 40% ของตัวอย่างถูกกักไว้บนตะแกรงเบอร์ 200 ก็จะมี 60% ที่ผ่านตะแกรงเบอร์ 200 ^{[ 1 ]}

ค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอ C _uเป็นพารามิเตอร์รูปร่างอย่างคร่าวๆ และคำนวณโดยใช้สมการต่อไปนี้:

${\displaystyle C_{u}={\frac {D_{60}}{D_{10}}}}$

โดยที่ D ₆₀คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดที่ผ่านตะแกรง 60% และ D ₁₀คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดที่ผ่านตะแกรง 10%

ค่าสัมประสิทธิ์ความโค้ง C _cเป็นพารามิเตอร์รูปร่างและคำนวณโดยใช้สมการต่อไปนี้:

${\displaystyle C_{c}={\frac {(D_{30})^{2}}{D_{10}\times \ D_{60}}}}$

โดยที่ D ₆₀คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดที่ผ่านตะแกรง 60%, D ₃₀คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดที่ผ่านตะแกรง 30% และ D ₁₀คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดที่ผ่านตะแกรง 10%

เมื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอและค่าสัมประสิทธิ์ความโค้งแล้ว จะต้องนำไปเปรียบเทียบกับเกณฑ์การไล่ระดับที่เผยแพร่^{[ 1 ]}

เกณฑ์ต่อไปนี้เป็นไปตามระบบการจำแนกประเภทดินแบบรวม (Unified Soil Classification System) :

เพื่อให้กรวดได้รับการจัดประเภทว่ามีคุณภาพดี ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

C _u > 4 และ 1 < C _c < 3

ถ้าไม่ตรงตามเกณฑ์ทั้งสองข้อนี้ กรวดจะถูกจัดประเภทเป็นกรวดที่มีการคัดขนาดไม่ดี หรือ GP แต่ถ้าตรงตามเกณฑ์ทั้งสองข้อนี้ กรวดจะถูกจัดประเภทเป็นกรวดที่มีการคัดขนาดดี หรือ GW

ทรายที่จะได้รับการจัดประเภทว่ามีคุณภาพดี ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

C _u ≥ 6 และ 1 < C _c < 3

หากไม่ตรงตามเกณฑ์ทั้งสองข้อนี้ ทรายจะถูกจัดประเภทเป็นทรายที่มีขนาดเม็ดเล็กหรือ SP หากตรงตามเกณฑ์ทั้งสองข้อนี้ ทรายจะถูกจัดประเภทเป็นทรายที่มีขนาดเม็ดใหญ่หรือ SW ^{[ 1 ]}

การจำแนกขนาดอนุภาคของดินมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิศวกรรมธรณีเทคนิค เนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้คุณสมบัติทางวิศวกรรมอื่นๆ เช่น ความสามารถในการอัดตัว ความต้านทานแรงเฉือน และการนำไฟฟ้าของน้ำ

ในการออกแบบนั้น การเรียงตัวของเม็ดดินในพื้นที่หรือบริเวณที่ก่อสร้างมักเป็นปัจจัยควบคุมการออกแบบและการระบายน้ำใต้ดินของพื้นที่ ดินที่มีการเรียงตัวของเม็ดดินไม่ดีจะระบายน้ำได้ดีกว่าดินที่มีการเรียงตัวของเม็ดดินดี เนื่องจากมีช่องว่างในดินที่มีการเรียงตัวของเม็ดดินไม่ดีมากกว่า

ในการเลือกวัสดุถมสำหรับโครงการต่างๆ เช่น คันดินริมทางหลวงหรือเขื่อนดิน จะต้องพิจารณาถึงการกระจายขนาดของเม็ดดินด้วย ดินที่มีการกระจายขนาดเม็ดดินที่ดีจะสามารถอัดแน่นได้มากกว่าดินที่มีการกระจายขนาดเม็ดดินที่ไม่ดี โครงการประเภทนี้อาจมีข้อกำหนดเกี่ยวกับการกระจายขนาดของเม็ดดินที่ต้องเป็นไปตามนั้นก่อนที่จะยอมรับดินที่จะนำมาใช้

เมื่อเลือกตัวเลือกสำหรับเทคนิคการฟื้นฟูพื้นดิน การเรียงขนาดของดินถือเป็นปัจจัยควบคุม^{[ 2 ]}