ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

การบดอัดดิน (Compaction Test)

อ้างอิง ASTM D 698 – 70

ASTM D 1577 – 70

วัตถุประสงค์ เพื่อให้นักศึกษาได้ทราบถึงวิธีการบดอัดดินในห้องปฏิบัติการ และทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่าง

ปริมาณความชื้นและความหนาแน่นของดิน รวมทั้งการหาค่าความหนาแน่นสูงสุด (Maximum

density) และปริมาณความชื้นที่เหมาะสม (Optimum Moisture Content)

ทฤษฎี งานส่วนใหญ่ในทางวิศวกรรมโยธา เช่น งานเขื่อน ถนน สนามบิน จะใช้ดินเป็นวัสดุถม (Fill

Material) ซึ่งก่อนทำการก่อสร้างงานต่าง ๆ ดังกล่าวข้างต้น จำเป็นต้องมีการบดอัดดินเพื่อ

วัตถุประสงค์ต่าง ๆ คือ

1. ช่วยลดการทรุดตัวของดินในระยะยาว (Long term settlement)

2. ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน (Increase shear strength)

3. เพื่อลดความซึมของน้ำใต้ดิน (Decrease soil permeability)

โดย เมื่อดินถูกบดอัด เม็ดดิน (Soil particles) จะถูกบีดอัดให้เข้าใกล้กันมากที่สุด เป็นผลให้

ปริมาณช่องอากาศในมวลดินลดลง โดยที่ปริมาณน้ำ (Water content) ในมวลดินไม่ลดลงหรือ

ลดลงน้อยมาก

- ดินเม็ดละเอียด (Fine-grained soil) เมื่อดินมีปริมาณความชื้นอยู่น้อย เม็ดดินจะมี

Film น้ำบาง ๆ ล้อมรอบอยู่ แต่เมื่อมีปริมาณความชื้นเพิ่มมากขึ้น Film น้ำจะหนาขึ้นทำให้เม็ด

ดิน Slide ตัวระหว่างกันได้ดีขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่า Lubrication

- ดินเม็ดหยาบ (Coarse-grained soil) Film น้ำจะมีผลน้อยกว่าดินเม็ดละเอียด

เนื่องจาก Film น้ำมีความหนาน้อยมากเมื่อเทียบกับขนาดของเม็ดดิน เมื่อมีการบดอัดดิน Film

น้ำจะเป็นตัวช่วยทำให้อนุภาคดินเคลื่อนที่เข้าใกล้กัน ทำให้หน่วยน้ำหนักของดินเพิ่มมากขึ้น

และเมื่อเพิ่มปริมาณน้ำสู่จุดหนึ่ง และทำการบดอัดต่อไป ปริมาณช่องว่างของอากาศส่วนใหญ่จะ

ถูกไล่ออกจากมวลดิน เป็นผลให้ปริมาณช่องอากาศที่เหลืออยู่มีปริมาณน้อยและเม็ดดินจะ

ถูกบีดอัดให้เข้าใกล้กันมากที่สุด ทำให้ดินมีหน่วยน้ำหนักมากที่สุด (Maximum Density) โดยที่

ปริมาณความชื้นที่ทำให้ดินมีหน่วยน้ำหนักมากที่สุดเรียกว่า ปริมาณความชื้นที่เหมาะสม

�!1

ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

(Optimum moisture content, OMC) ถ้าเรายังมีการเพิ่มปริมาณความชื้นขึ้นจากจุดนี้ น้ำใน

มวลดินจะไม่ช่วยให้อนุภาคเม็ดดินเคลื่อนที่เข้าหากัน แต่จะกลายเป็นน้ำส่วนเกิน (Excess

water) โ ดยปริมาณน้ำส่วนเกินนี้จะเป็นผลให้เกิดแรงผลักของน้ำระหว่างเม็ดดินขึ้น ทำให้เม็ด

ดินไม่สามารถเบียดอัดกันได้ดีเท่าที่ควร น้ำจะแทนที่เม็ดดิน ทำให้หน่วยน้ำหนักของดินมีค่าลด

ลง และปริมาณความชื้นในดินจะมีค่าเพิ่มขึ้น

ด้วยเหตุผลและข้อเท็จจริงดังกล่าว RR. Proctor (1933) ไ ด้กำหนดวิธีทดสอบหาความสัมพันธ์

ระหว่างปริมาณความชื้น และความหนาแน่นของดิน ที่ได้จากการบดอัดในห้องปฏิบัติการ ใ น

งานก่อสร้างทั่วไป เช่น งานเขื่อน งานถนน จะใช้วิธีการทดสอบแบบมาตรฐาน (Standard

proctor test) แต่ในปัจจุบันยานพาหนะที่ใช้ในงานขนส่งได้มีขนาดใหญ่มากขึ้น บรรทุกน้ำหนัก

ได้มากขี้น พลังงานที่ใช้ในการบดอัดก็ต้องสูงขึ้นตามไปด้วย จึงได้มีวิธีการทดสอบโดยการเพิ่ม

พลังงานให้สูงขึ้น เพื่อที่จะให้ดินสามารถรับน้ำหนักได้เพิ่มมากขึ้น เรียกว่า การทดสอบแบบโมดิ

ฟายด์ (Modified proctor test)

�!2

ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

ตารางเปรียบเทียบอุปกรณ์และพลังงานที่ใช้ทดสอบการบดอัดแบบมาตรฐานและแบบโมดิฟายด์

Standard compaction

148 Chapter 6: Soil Compaction

(c)

Figure 6.2 Standard Proctor test equipment: (a) mold; (b) hammer; (c) photograph of laboratoryequipment used for test (Courtesy of Braja M. Das, Henderson, Nevada)

114.3 mmdiameter(4.5 in.)

101.6 mmdiameter

(4 in.)

116.43 mm(4.584 in.)

Extension

Drop !304.8 mm

(12 in.)

50.8 mm(2 in.)

Weight of hammer ! 2.5 kg(mass ! 5.5 lb)

(a) (b)

© C

enga

ge L

earn

ing

2014

�!3

Type of testStandard compaction Modified compaction

ASTM D 698 ASTM D 1557

Mold (in) Ø 4” x 4.6” Ø 6” x 5” Ø 4” x 4.6” Ø 6” x 5”

Mold (cm) Ø 10.2 x 11.6 Ø 15.2 x 11.6 Ø 10.2 x 11.6 Ø 15.2 x 11.6

Rammer / Hammer 24.4 N (2.5 kg) 24.4 N (2.5 kg) 44.5 N (4.5 kg) 44.5 N (4.5 kg)

Hammer drop 12 in 12 in 18 in 18 in

Hammer drop (mm) 305 305 457 457

No. of layer 3 3 5 5

No. of blow / layer 25 56 25 56

Compaction energy 12,375 ft–lb/ft3 12,375 ft–lb/ft3 56,250 ft–lb/ft3 55,986 ft–lb/ft3

(Work done per unit volume of soil)

592 kJ / m3 589 kJ / m3 2,695 kJ / m3 2,683 kJ / m3

ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

เมื่อบดอัดดินโดยใช้พลังงานบดอัดต่อปริมาตรเท่ากัน แต่เพิ่มปริมาณความชื้นในการบดอัด

แต่ละครั้ง มวลดินจะมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ดินมีความหนาแน่นสูงสุด (Maximum

dry density) ความชื้นที่ทำให้ดินมีความหนาแน่นสูงสุดเรียกว่า ความชื้นที่เหมาะสม

(Optimum moisture content, OMC) ทางด้านซ้ายเรียกว่า ด้านแห้ง (Dry side) ทางขวา

เรียกว่า ด้านเปียก (Wet side)

เส้นปริมาณอากาศในดินเป็นศูนย์ (Zero-Air-Void curve) คือ เส้นที่แสดงค่าความหนาแน่น

แห้งสูงสุดของดินตามทฤษฎีหรือในสภาวะอุดมคติ (maximum theoretical dry density) ณ

ค่าความชื้นใด ๆ ของมวลดินที่ภายในมวลดินที่ถูกบดอัดแล้วไม่มีอากาศอยู่เลย (no air void

space) ซึ่งสามารถหาได้จากสมการ

ณ ค่าความชื้นใด ๆ ของมวลดิน เส้นปริมาณอากาศในดินเป็นศูนย์ (Zero-Air-Void curve)

หรือ เส้นที่แสดงค่าความหนาแน่นแห้งสูงสุดของมวลดินตามทฤษฎีหรือในสภาวะอุดมคติ

(maximum theoretical dry density) ที่ภายในมวลดินที่ถูกบดอัดแล้วไม่มีอากาศอยู่เลย

(no air void space) โดยค่าระดับความอิ่มตัวในมวลดินเท่ากับ 100% (Sr = 1)

โดย คือ ค่าความหนาแน่น ณ ค่าปริมาณอากาศในดินเป็นศูนย์

Dry Density (kg/m3)

Moisture content

(%)

Wet SideDry Side

OMC

⇢d =Gs⇢w1 + e

Sr · e = w ·Gs

⇢d =Gs⇢w

1 + GswSr

⇢zav =Gs⇢w

1 +Gsw=

⇢ww + 1

Gs

�!4

ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

การทดลอง 1. เตรียมตัวอย่างดินแห้งประมาณ 5 kg สำหรับการทดสอบแบบ Standard test และ

ประมาณ 7 kg สำหรับการทดสอบแบบ Modified test

2. นำดินร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 4 สำหรับการทดสอบแบบ Standard test และ ร่อนผ่าน

ตะแกรงเบอร์ 3/4 สำหรับการทดสอบแบบ Modified test

3. นำดินที่ร่อนผ่านตะแกรงแล้วใส่ถาดจากนั้นผสมน้ำประมาณ 3-4 % ของน้ำหนักดินทั้งหมด

คลุกดินและน้ำให้เข้ากันดี

4. ตักดินใส่ Mold ทีละชั้น โ ดยถ้าเป็นการทดสอบแบบ Standard test (ใช้ Mold Ø 4” x

4.6”) ใ ห้ทดสอบทั้งหมด 3 ชั้นโดยแต่ละชั้นให้ทำการบดอัดชั้นละ 25 ครั้ง และถ้าเป็นการ

ทดสอบแบบ Modified test (ใช้ Mold Ø 6” x 5”) ให้ทดสอบทั้งหมด 5 ชั้นโดยแต่ละชั้นให้

ทำการบดอัดชั้นละ 56 ครั้ง

5. เมื่อทำการบดอัดจนครบทุกชั้น ให้นำ Collar (Extension) ออก จากนั้นให้ปาดดินในส่วนบน

ของ Mold ออกให้ดินอยู่ในระดับเดียวกับปากขอบ Mold ส่วนบนสุด และให้นำดิน + Mold

ไปชั่งเพื่อหาค่าความหนาแน่นของดินและเก็บตัวอย่างดินเพื่อหาปริมาณความชื้น

6. นำดินออกจาก Mold ใ ห้หมด ผสมลงในถาดที่มีดินเหลืออยู่ จากนั้นเพิ่มปริมาณน้ำอีก

ประมาณ 2 - 3 % ของน้ำหนักดิน คลุกดินและน้ำให้เข้ากัน จากนั้นทำการทดสอบซ้ำในข้อ 4 -

ข้อ 6 จนค่าความหนาแน่นของดินเริ่มมีค่าลดลง โดยการทดสอบทั้งหมดไม่ควรเกิน 5 -6 ครั้ง

6.3 Standard Proctor Test 149

has a drop of 30.5 mm. Figure 6.2c is a photograph of the laboratory equipment requiredfor conducting a standard Proctor test.

For each test, the moist unit weight of compaction, g, can be calculated as

(6.1)

where W ! weight of the compacted soil in the moldVm ! volume of the mold

For each test, the moisture content of the compacted soil is determined in the laboratory.With the known moisture content, the dry unit weight can be calculated as

(6.2)

where w (%) ! percentage of moisture content.The values of gd determined from Eq. (6.2) can be plotted against the corresponding

moisture contents to obtain the maximum dry unit weight and the optimum moisture con-tent for the soil. Figure 6.3 shows such a plot for a silty-clay soil.

The procedure for the standard Proctor test is elaborated in ASTM Test DesignationD-698 (ASTM, 2010) and AASHTO Test Designation T-99 (AASHTO, 1982).

gd !g

1 "w 1%2

100

1944 cm32g !

WVm

Figure 6.3 Standard Proctor compaction testresults for a silty clay

© C

enga

ge L

earn

ing

2014

Optimum moisture content

Moisture content, (%)

185 1510

16.5

19.5

17.0

17.5

18.0

18.5

19.0

Dry

uni

t wei

ght, g d

(kN

/m3)

Maximum gd

Zero-air-void curve (Gs ! 2.69)

�!5

ห้องปฏิบัติการปฐพีกลศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ B

การคำนวณ 1. ความหนาแน่นเปียก / ความหนาแน่นทั้งหมดของดิน (Wet density)

2. ความหนาแน่นแห้งของดิน (Dry density)

บรรณานุกรม

Jean-Pierre Bardet. 1997. Experimental Soil Mechanics. Printice Hall, Inc.

Das and Sobhan. 2014. Principles of Geotechnical Engineering, Eighth Edition, SI. Engage Learning.

วรากร ไ ม้เรียง จิรพัฒน์ โ ชติกไกร และประทีป ดวงเดือน. 2525. ปฐพีกลศาสตร์ ทฤษฎีและปฏิบัติการ. ภาควิชา

วิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลักษณะการบดอัด

Dry Density (kg/m3)

Moisture content

(%)

OMC

�!6

⇢d =⇢

1 + w

⇢ =M

V