เมื่ออ่านผลทดสอบดินจากงาน Soil Investigation เรามักเห็นข้อมูลการกระจายขนาดเม็ดดินจาก Sieve Analysis ซึ่งแสดงสัดส่วน Gravel, Sand และ Fines แต่สำหรับตัวอย่างที่มีอนุภาคละเอียดมาก ตะแกรงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถบอกได้ว่าอนุภาคเล็กกว่าตะแกรง No.200 มีขนาดกระจายตัวอย่างไร จึงมีการใช้ Hydrometer Analysis หรือการวิเคราะห์ขนาดอนุภาคด้วยการตกตะกอนในของเหลวเข้ามาช่วย
บทความนี้อธิบายหลักการทดสอบ วิธีอ่าน Percent Finer, Equivalent Particle Diameter และกราฟ Particle-Size Distribution พร้อมตัวอย่างคำนวณอย่างง่าย และข้อจำกัดสำคัญที่ควรรู้ก่อนนำผลไปประกอบการจำแนกดินหรือการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม
Hydrometer Analysis คืออะไร?
Hydrometer Analysis เป็นการทดสอบในห้องปฏิบัติการเพื่อประเมินการกระจายขนาดอนุภาคของดินละเอียด โดยทำให้อนุภาคดินกระจายตัวในของเหลว แล้วติดตามความเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของสารแขวนลอยที่ตำแหน่งและเวลาต่าง ๆ ด้วย Hydrometer ผลที่ได้ถูกใช้ประมาณสัดส่วนโดยมวลของอนุภาคที่ละเอียดกว่าขนาดต่าง ๆ
มาตรฐานอ้างอิงหลักคือ ASTM D7928-21e1 — Standard Test Method for Particle-Size Distribution (Gradation) of Fine-Grained Soils Using the Sedimentation (Hydrometer) Analysis ซึ่ง ASTM แสดงสถานะ Active ณ วันที่ตรวจสอบ 26 ตุลาคม 2026 วิธีนี้ให้ข้อมูลด้านขนาดอนุภาค ไม่ใช่ผลวิเคราะห์แร่วิทยาหรือการทดสอบกำลังของดินโดยตรง
ทำไม Sieve Analysis อย่างเดียวจึงไม่เพียงพอสำหรับดินละเอียด?
Sieve Analysis ใช้ชุดตะแกรงคัดแยกอนุภาคตามขนาดช่องเปิด ตะแกรง No.200 มีช่องเปิดประมาณ 0.075 มม. หรือ 75 ไมโครเมตร อนุภาคที่ผ่านช่องเปิดนี้ถูกนับเป็นส่วนละเอียด (Fines) แต่การร่อนตะแกรงไม่ได้แยกโดยตรงว่าส่วนละเอียดนั้นมีอนุภาคขนาด 0.02 มม., 0.005 มม. หรือ 0.001 มม. ในสัดส่วนเท่าใด
Hydrometer จึงเป็นอีกวิธีสำหรับประเมินการกระจายขนาดของส่วนละเอียด หากต้องการกราฟการกระจายขนาดเม็ดดินครบช่วงตั้งแต่กรวดและทรายไปถึงส่วนละเอียด อาจต้องนำผลจาก Hydrometer และ Sieve Analysis มารวมบนฐานมวลเดียวกันอย่างถูกต้อง ไม่ควรนำเปอร์เซ็นต์จากสองรายงานมาต่อกันทันทีโดยไม่ดูว่าคำนวณเทียบกับตัวอย่างส่วนใด
หลักการตกตะกอนและกฎของ Stokes
แนวคิดพื้นฐานคือ เมื่ออนุภาคดินตกลงในของเหลวภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม อนุภาคขนาดใหญ่จะตกได้เร็วกว่าอนุภาคขนาดเล็ก กฎของ Stokes อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วการตกกับขนาดอนุภาคสำหรับอนุภาคทรงกลมในสภาวะการไหลแบบลามินาร์ ภายใต้สมมติฐานที่กำหนด
Hydrometer ไม่ได้วัดขนาดเม็ดดินแต่ละเม็ดด้วยการมองเห็น แต่ตรวจค่าที่เกี่ยวกับความหนาแน่นของสารแขวนลอยตามเวลาที่ผ่านไป จากนั้นจึงใช้ข้อมูลเกี่ยวกับระยะตกตะกอน เวลา สมบัติของของเหลว และความถ่วงจำเพาะของอนุภาคเพื่อคำนวณ Equivalent Particle Diameter พร้อมสัดส่วนที่เล็กกว่าขนาดนั้น
ข้อควรระวังคือเม็ดดินเหนียวมักไม่เป็นทรงกลมสมบูรณ์ และอนุภาคบางชนิดจับตัวรวมกันได้ ผลที่ได้จึงเป็น ขนาดสมมูลจากหลักการตกตะกอน ไม่ใช่ขนาดเรขาคณิตที่วัดได้ตรงทุกเม็ด
เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบมีอะไรบ้าง?
ชุดทดสอบโดยทั่วไปประกอบด้วยกระบอกตกตะกอน Hydrometer อุปกรณ์วัดอุณหภูมิและเวลา เครื่องชั่ง อุปกรณ์เตรียมตัวอย่าง และสารช่วยกระจายอนุภาคตามวิธีที่กำหนด การเลือกชนิด Hydrometer การควบคุมสภาพสารแขวนลอยและขั้นตอน Correction ต้องยึดมาตรฐานหรือข้อกำหนดที่โครงการใช้
เพื่อให้ย้อนกลับตรวจสอบได้ รายงานควรบันทึก Sample ID, Borehole, ความลึกที่เก็บตัวอย่าง วิธีเตรียม การอ่าน Hydrometer เวลา อุณหภูมิ และผลคำนวณอย่างเหมาะสม ทั้งหมดนี้ต้องสัมพันธ์กับผล Lab รายการอื่นใน Boring Log หรือ Test Summary
ลำดับการทดสอบ Hydrometer โดยสรุป
- เลือกตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของชั้นดิน ตรวจหมายเลขตัวอย่างและความลึก ไม่เลือกตัวอย่างจากความสะดวกเพียงอย่างเดียว
- เตรียมส่วนดินละเอียดอย่างเหมาะสม โดยพิจารณาความชื้น การจับกลุ่มของอนุภาคและความเหมาะสมของวิธีเตรียม
- ทำให้อนุภาคกระจายตัวในของเหลว ด้วยวิธีและสารช่วยกระจายตามมาตรฐานที่ใช้ ก่อนเริ่มอ่านค่าการตกตะกอน
- อ่าน Hydrometer ตามช่วงเวลาที่กำหนด พร้อมติดตามอุณหภูมิและเงื่อนไขที่มีผลต่อการคำนวณ
- ประมวลผลและปรับแก้ค่าที่จำเป็น เพื่อให้ได้ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดสมมูลของอนุภาคกับสัดส่วนที่ละเอียดกว่า
- ตรวจสอบและรายงานผล รวมทั้งพิจารณาว่าต้องรวมผลกับ Sieve Analysis หรือไม่ และตรวจความต่อเนื่องของกราฟ
รายการนี้เป็นภาพรวมเพื่อช่วยอ่านรายงาน ไม่ใช่ขั้นตอนแทนเอกสารมาตรฐานสำหรับเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการ เพราะรายละเอียดด้านชนิดอุปกรณ์ อัตราส่วนผสม การอ่านค่า และการแก้ไขผลต้องทำตามมาตรฐานฉบับที่ใช้งานจริง
ค่า Percent Finer และ Equivalent Particle Diameter หมายถึงอะไร?
ผล Hydrometer มักเสนอเป็นคู่ข้อมูล ขนาดอนุภาคสมมูล (มม.) และ เปอร์เซ็นต์ของอนุภาคที่ละเอียดกว่าขนาดนั้น เช่น เมื่ออ่านรายงานพบว่า 20% finer than 0.005 mm ต้องตรวจให้แน่ใจว่า 20% นี้เทียบกับมวลของตัวอย่างทั้งหมดหรือเทียบกับส่วนละเอียดที่นำไปทดสอบ
ส่วน Equivalent Particle Diameter คือขนาดสมมูลที่คำนวณตามพฤติกรรมการตกตะกอน ไม่ใช่ผลที่ยืนยันรูปร่างหรือชนิดแร่ของอนุภาคนั้นโดยตรง
ตัวอย่างคำนวณเปอร์เซ็นต์ของดินทั้งหมด
สมมติว่า ข้อมูลตัวอย่างเพื่ออธิบายหลักการ ไม่ใช่ผลทดสอบจริง มีดินแห้งทั้งตัวอย่าง 100 กรัม และ 40 กรัมผ่านตะแกรง No.200 จึงมี Fines เท่ากับ 40% ของทั้งตัวอย่าง หากผล Hydrometer ระบุว่า 25% ของ ส่วน Fines ที่นำมาวิเคราะห์ มีขนาดเล็กกว่า 0.002 มม. สัดส่วนโดยมวลของทั้งตัวอย่างที่ละเอียดกว่า 0.002 มม. จะคิดเชิงสัดส่วนได้เป็น:
40% × 25% = 10% ของมวลทั้งตัวอย่าง
ตัวอย่างนี้มีไว้แสดงหลักการปรับฐานเปอร์เซ็นต์เท่านั้น การคำนวณจากผลจริงต้องดูฐานมวล วิธีเตรียมตัวอย่าง และ Correction ของรายงานให้ครบก่อน ไม่ใช่นำค่าที่อ่านได้จาก Hydrometer มาคูณโดยอัตโนมัติทุกกรณี
ดินที่มีขนาดเล็กกว่า 0.002 มม. ต้องเป็น Clay เสมอไปหรือไม่?
ไม่เสมอไป คำว่า Clay-size fraction หมายถึงกลุ่มอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณ 0.002 มม. หรือ 2 ไมโครเมตร ตามนิยามด้านขนาดที่มักใช้ในการวิเคราะห์การกระจายเม็ดดิน แต่คำว่า Clay ในการจำแนกดินทางวิศวกรรม เช่น USCS ต้องพิจารณาความเป็นพลาสติกควบคู่กับข้อมูลอื่นด้วย
ดินที่มีอนุภาคละเอียดมากอาจไม่ได้แสดง Plasticity เหมือนดินเหนียวทุกชนิด และดินที่มีพฤติกรรมความเป็นพลาสติกแบบ Clay ก็ไม่ควรถูกระบุชนิดจากขนาดอนุภาคอย่างเดียว หากต้องจำแนกกลุ่มตาม USCS จำเป็นต้องใช้ข้อมูลที่เหมาะสม เช่น Atterberg Limits และ Particle-Size Distribution ร่วมกัน
Hydrometer, Sieve Analysis และ Atterberg Limits ต่างกันอย่างไร?
| การทดสอบ | คำถามที่ตอบได้ | ข้อมูลหลักที่รายงาน |
|---|---|---|
| Sieve Analysis | กรวด ทราย และส่วนละเอียดกระจายตามขนาดช่องตะแกรงอย่างไร? | % Retained, % Passing, Gradation curve |
| Hydrometer Analysis | อนุภาคดินละเอียดที่ผ่านการเตรียมตัวอย่างมีการกระจายขนาดสมมูลอย่างไร? | Equivalent diameter และ % finer |
| Atterberg Limits | ดินละเอียดมีลักษณะ Plasticity อย่างไร? | Liquid Limit (LL), Plastic Limit (PL), Plasticity Index (PI) |
การทดสอบทั้งสามกลุ่มให้ข้อมูลคนละมิติ จึงใช้ทดแทนกันไม่ได้ เช่น Hydrometer ไม่ให้ Liquid Limit และ Atterberg Limits ก็ไม่ได้ให้ Grain Size Distribution Curve
ผล Hydrometer ช่วยในการประเมินชั้นดินอย่างไร?
ข้อมูลสัดส่วนอนุภาคละเอียดช่วยให้ผู้อ่านเห็นลักษณะของส่วน Fines ชัดขึ้น และอาจนำไปประกอบการพิจารณาคุณสมบัติดิน เช่น แนวโน้มการซึมผ่าน การอัดตัว และการตอบสนองต่อน้ำ แต่ไม่สามารถใช้ผล Hydrometer เพียงอย่างเดียวคำนวณการทรุดตัวหรือกำลังรับน้ำหนักฐานรากโดยตรงได้
เหตุผลคือพฤติกรรมทางวิศวกรรมยังขึ้นกับโครงสร้างเม็ดดิน ชนิดแร่ Plasticity ความหนาแน่น ประวัติความเค้น ปริมาณน้ำ และสภาพการระบายน้ำ รวมถึงข้อมูลกำลังจากการทดสอบอื่นตามที่เหมาะกับโครงการ
เหตุใดตัวอย่างบางชนิดจึงไม่เหมาะกับ Hydrometer?
อนุภาคที่จับตัวเป็นก้อน (Flocculation) การมีอินทรียวัตถุสูง วัสดุที่มีส่วนประกอบซีเมนต์ วัสดุที่แตกละเอียดเพิ่มระหว่างการเตรียม หรือดินบางชนิดที่กระจายตัวได้ยาก อาจทำให้ผลไม่เป็นตัวแทนของขนาดอนุภาคจริงตามสมมติฐานของวิธีทดสอบ
ASTM D7928-21e1 ยังระบุข้อจำกัดสำหรับวัสดุบางประเภท เช่น ดินที่มีเส้นใยพีต วัสดุที่มีสิ่งปนเปื้อนบางชนิด หรือวัสดุที่มีสารยึดประสานในลักษณะที่ไม่เหมาะกับวิธีนี้ ดังนั้นต้องตรวจสภาพตัวอย่างก่อนเลือกรายการทดสอบ ไม่ใช่สั่ง Hydrometer กับตัวอย่างดินทุกหลุมทุกระดับโดยอัตโนมัติ
ความผิดพลาดที่พบบ่อยในการอ่าน Hydrometer Report
- คิดว่าค่า Percent Finer จากตัวอย่างส่วนละเอียดเท่ากับเปอร์เซ็นต์ของดินทั้งหมดทันที
- เห็น Clay-size fraction แล้วสรุปว่าเป็น Clay ตาม USCS โดยไม่ดู Atterberg Limits
- นำขนาดอนุภาคจาก Hydrometer ไปตีความเป็นชนิดแร่หรือรูปร่างอนุภาค
- ไม่ตรวจว่าผล Hydrometer และ Sieve Analysis ใช้ฐานมวลเดียวกันหรือไม่
- ละเลยคุณภาพตัวอย่าง การกระจายตัวของดิน อุณหภูมิ และการแก้ไขค่าตามวิธีทดสอบ
- เปรียบเทียบตัวอย่างจากคนละ Borehole หรือคนละ Depth โดยไม่ตรวจชั้นดิน
- ใช้ Particle-Size Distribution แทน Strength หรือ Settlement Parameter โดยตรง
ควรอ่าน Hydrometer ใน Boring Log หรือ Test Summary อย่างไร?
เริ่มจากตรวจ Borehole, Sample No. และ From–To Depth ให้ตรงกับตัวอย่างที่ถูกส่งทดสอบ แล้วดูคำบรรยายชนิดดินและสัญลักษณ์ใน Boring Log จากนั้นจึงดูผล Sieve Analysis, Atterberg Limits และข้อมูลอื่น เช่น Water Content หรือ Strength Test ในระดับเดียวกัน
สำหรับโครงการที่ต้องการข้อมูลการจำแนกและคุณสมบัติดินละเอียด ควรถามห้องปฏิบัติการว่าผล Percent Finer รายงานเทียบกับมวลส่วนใด มีการนำผลไปต่อกับ Sieve Analysis หรือยัง และมีข้อจำกัดในการเตรียม specimen หรือการกระจายอนุภาคหรือไม่
FAQ: คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Hydrometer Analysis
Hydrometer Analysis ใช้ทดสอบดินทรายได้หรือไม่?
หากเป็นทรายสะอาดที่มี Fines น้อยมาก การทดสอบแบบ Hydrometer โดยทั่วไปไม่เหมาะที่จะใช้หาการกระจายของอนุภาคละเอียด เพราะปริมาณส่วนละเอียดไม่เพียงพอให้ได้ผลที่มีความหมาย ควรเลือกวิธีทดสอบตามวัสดุและวัตถุประสงค์ของโครงการ
Hydrometer Analysis ใช้แทน Sieve Analysis ได้หรือไม่?
ไม่ได้ทุกกรณี Hydrometer เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ส่วนละเอียด ขณะที่ Sieve Analysis ให้ข้อมูลเม็ดหยาบและเปอร์เซ็นต์ผ่านตะแกรง หากต้องการกราฟตั้งแต่เม็ดหยาบถึงเม็ดละเอียด อาจต้องใช้ผลทั้งสองวิธีร่วมกันโดยจัดฐานมวลให้ถูกต้อง
ค่า Clay-size fraction คือเปอร์เซ็นต์ดินเหนียวตาม USCS หรือไม่?
ไม่ใช่สิ่งเดียวกัน Clay-size เป็นนิยามตามขนาดอนุภาค ส่วนการจำแนก Clay ตาม USCS พิจารณาความเป็นพลาสติกและเกณฑ์จำแนกที่เกี่ยวข้อง
ต้องทำ Hydrometer ทุกตัวอย่างจากหลุมเจาะหรือไม่?
ไม่จำเป็น จำนวนตัวอย่างและรายการทดสอบควรกำหนดจากสภาพชั้นดิน วัตถุประสงค์ของงานสำรวจ และข้อกำหนดผู้ออกแบบ โดยเลือกตัวอย่างที่เป็นตัวแทนและเหมาะกับวิธีทดสอบ
Hydrometer บอกค่า Permeability หรือ Settlement ได้โดยตรงหรือไม่?
ไม่ได้โดยตรง ผลการกระจายขนาดอาจใช้ประกอบการพิจารณาแนวโน้มบางอย่าง แต่การประเมินการซึมผ่านและการทรุดตัวต้องใช้ข้อมูลและวิธีวิเคราะห์อื่นเพิ่มเติม
สรุป: ข้อมูลดินละเอียดที่ควรอ่านร่วมกับการสำรวจดิน
Hydrometer Analysis ช่วยเติมรายละเอียดในส่วนที่ Sieve Analysis แยกได้ไม่ครบ โดยประเมินการกระจายขนาดสมมูลของอนุภาคละเอียดผ่านกระบวนการตกตะกอน ผลสำคัญคือความสัมพันธ์ระหว่าง Equivalent Particle Diameter กับ Percent Finer ซึ่งต้องอ่านร่วมกับฐานมวลของตัวอย่างและข้อจำกัดของวิธีทดสอบ
เมื่อนำผล Hydrometer ไปเชื่อมกับ Sieve Analysis, Atterberg Limits, USCS และ Laboratory Soil Testing ผู้อ่านจะเห็นความสัมพันธ์ระหว่างชนิดดิน ขนาดอนุภาค และลักษณะความเป็นพลาสติกชัดขึ้น โดยยังต้องพิจารณาข้อมูลกำลัง การอัดตัว และสภาพสนามอื่นก่อนนำไปใช้ในการออกแบบ
เอกสารอ้างอิงและบทความเกี่ยวข้อง
- ASTM D7928-21e1 — Particle-Size Distribution of Fine-Grained Soils Using Sedimentation (Hydrometer) Analysis
- ASTM D6913/D6913M-17(2025) — Particle-Size Distribution of Soils Using Sieve Analysis
- Sieve Analysis คืออะไร? อ่าน Grain Size และ % Passing อย่างไร
- Atterberg Limits คืออะไร? ค่า LL, PL และ PI บอกอะไรเกี่ยวกับดิน
- USCS คืออะไร? วิธีอ่านสัญลักษณ์ดินในรายงานเจาะสำรวจดิน
หมายเหตุทางวิศวกรรม: บทความนี้ให้ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับการอ่านผลทดสอบ ไม่ใช่รายการขั้นตอนปฏิบัติห้องปฏิบัติการฉบับมาตรฐานหรือคำแนะนำออกแบบฐานรากเฉพาะโครงการ การทดสอบจริงควรยึดมาตรฐานและข้อกำหนดในสัญญาที่เกี่ยวข้อง
ต้องการข้อมูลสำรวจชั้นดินหรือกำหนดรายการทดสอบสำหรับโครงการ?
หากมีตำแหน่งโครงการ ประเภทอาคาร แบบก่อสร้าง หรือรายการทดสอบจากผู้ออกแบบ สามารถส่งข้อมูลให้ทีมงานตรวจสอบเพื่อจัดขอบเขต งานเจาะสำรวจดิน และ Laboratory Soil Testing ที่เหมาะสมได้ ดูบทความอื่น ๆ ใน Knowledge Center หรือ ติดต่อบริษัทเพื่อขอใบเสนอราคา