หากเปิดผลทดสอบดินในห้องปฏิบัติการแล้วพบคำว่า Unconfined Compression Test (UC Test หรือ UCT) พร้อมตัวเลข qu และ su สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจคือ ค่านี้บอกกำลังของ ตัวอย่างดินภายใต้รูปแบบการทดสอบหนึ่ง ไม่ใช่กำลังรับน้ำหนักปลอดภัยของฐานรากโดยตรง การแปลผลต้องอ่านชนิดตัวอย่าง ความลึก ความชื้น กราฟความเค้น–ความเครียด และข้อจำกัดของวิธีทดสอบประกอบกัน
การทดสอบนี้ใช้ตัวอย่างดินที่สามารถคงรูปเป็นทรงกระบอกโดยไม่ต้องมีแรงดันด้านข้าง เช่น ดินเหนียวบางประเภท แล้วออกแรงกดในแนวดิ่งจนได้ค่ากำลังอัดแบบไม่ถูกจำกัดด้านข้าง (unconfined compressive strength, qu) จึงเป็นวิธีประเมินกำลังของดินเหนียวที่ทำได้ค่อนข้างรวดเร็ว แต่ไม่สามารถแทนการจำลองสภาพความเค้นจริงใต้ดินทุกกรณี
บทความนี้เน้นการ อ่านรายงาน UC Test ให้ถูกต้อง พร้อมตัวอย่างวิธีคิด qu และ su ไม่ใช่ขั้นตอนสำหรับนำเครื่องมือไปทดสอบแทนห้องปฏิบัติการที่มีบุคลากรและการควบคุมคุณภาพเหมาะสม หากต้องการเข้าใจที่มาของตัวอย่างดิน ให้เริ่มจาก การเก็บตัวอย่างดินคงสภาพ (Undisturbed Sample) แล้วอ่านประกอบกับ Boring Log คืออะไร
Unconfined Compression Test (UC Test) คืออะไร
Unconfined Compression Test คือการทดสอบกำลังอัดในแนวแกนของตัวอย่างดินที่ไม่มีแรงดันโอบรัดด้านข้าง (lateral confinement) เครื่องทดสอบเพิ่มการเคลื่อนตัวตามแนวแกนอย่างควบคุมได้ พร้อมบันทึกแรงกดและการเสียรูปของตัวอย่าง แล้วนำไปสร้างกราฟ axial stress–axial strain เพื่อหากำลังอัดภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว
มาตรฐานที่ตรวจสอบ ณ ตุลาคม 2026 คือ ASTM D2166/D2166M-24 ซึ่งมีสถานะ Active โดยครอบคลุมตัวอย่างดินที่มีแรงยึดเหนี่ยวและคงรูปได้ ทั้งแบบ intact, remolded และ reconstituted ภายใต้ข้อกำหนดของวิธีทดสอบ มาตรฐานชี้ชัดด้วยว่า UC Test ให้ค่ากำลังในเชิง total stress และเป็นตัวชี้บ่งกำลังเฉือนแบบไม่ระบายน้ำ มากกว่าจะเป็นการจำลองสภาพความเค้นในดินจริง
UC Test เหมาะกับดินชนิดใด
เหมาะกับดินที่สามารถตัดแต่งเป็นแท่งทรงกระบอกและคงรูปได้ระหว่างเตรียมและทดสอบ โดยเฉพาะดินเหนียวที่มีความยึดเหนี่ยวเพียงพอ ส่วนดินทรายหลวม ดินร่วนแห้งที่แตกง่าย ดินอินทรีย์บางชนิด ดินที่มีรอยแตกมาก หรือดินที่มีทราย/ทรายแป้งปนจนตัวอย่างไม่คงรูป อาจไม่เหมาะกับการทดสอบนี้
คำว่า “ดินเหนียว” ใน Boring Log เพียงอย่างเดียว ไม่ได้รับประกันว่าตัวอย่างจะเหมาะกับ UC Test ต้องพิจารณาสภาพเนื้อดิน โครงสร้าง รอยแตก ความอิ่มตัว และคุณภาพตัวอย่างจริงก่อน
ค่า qu และ su ต่างกันอย่างไร
| สัญลักษณ์ | ความหมาย | สิ่งที่ควรจำ |
|---|---|---|
| qu | Unconfined compressive strength หรือกำลังอัดสูงสุดตามนิยามวิธีทดสอบ | เป็นค่าความเค้นอัด ไม่ใช่ค่า Bearing Capacity |
| su หรือ cu | Undrained shear strength หรือกำลังเฉือนในสภาวะไม่ระบายน้ำ | อาจประมาณจาก UC Test ด้วยความสัมพันธ์ su ≈ qu/2 เมื่อสมมติฐานเหมาะสม |
| εa | Axial strain หรือความเครียดในแนวแกน | ต้องอ่านร่วมกับช่วงเกิดกำลังสูงสุดและรูปทรงกราฟ |
| w | Water content หรือความชื้นของตัวอย่าง | ช่วยตรวจความสมเหตุสมผลและเปรียบเทียบตัวอย่าง |
ทำไมจึงใช้ su ≈ qu/2
ภายใต้การตีความแบบ total-stress undrained strength สำหรับดินเหนียวที่เหมาะสม และสมมติฐานพฤติกรรม φu ≈ 0 การทดสอบแรงอัดแบบไม่มีแรงดันด้านข้างมีค่าความเค้นหลักด้านข้างประมาณศูนย์ จึงได้ความสัมพันธ์เชิงอุดมคติว่า su ≈ qu/2
อย่างไรก็ตาม ASTM ระบุว่าการทดสอบไม่ได้ทำให้ตัวอย่างมีสภาพความเค้นก่อนรับแรงเหมือนในสนาม และเงื่อนไขการระบายน้ำระหว่างทดสอบก็ไม่สามารถยืนยันได้สมบูรณ์ทุกตัวอย่าง ดังนั้น su ที่ได้ควรใช้เป็นข้อมูลประกอบการประเมิน ไม่ใช่ค่ากำลังออกแบบที่ต้องเลือกใช้โดยอัตโนมัติ
ตัวอย่างการอ่านผลแบบง่าย
สมมติรายงานแสดง qu = 160 kPa สำหรับตัวอย่างดินเหนียวที่เหมาะสมกับวิธีทดสอบ ถ้าการประเมินใช้สมมติฐาน su ≈ qu/2 จะได้ su ≈ 80 kPa
ตัวเลข 80 kPa นี้เป็นค่าประมาณตามวิธีและสมมติฐาน ไม่ได้หมายความว่าฐานรากรับแรงได้ 80 kPa อย่างปลอดภัย เพราะการออกแบบต้องพิจารณารูปทรงฐานราก ความลึก สภาพชั้นดิน น้ำใต้ดิน ลักษณะแรง และเกณฑ์การทรุดตัวร่วมด้วย
ห้องปฏิบัติการทำ UC Test อย่างไรโดยสรุป
1. คัดเลือกและเตรียมตัวอย่าง
เริ่มจากตรวจสอบชื่อโครงการ หมายเลขหลุมเจาะ ความลึก ลักษณะตัวอย่าง และบันทึกการเก็บรักษา ตัวอย่างชนิดคงสภาพมักได้จากกระบอกเก็บตัวอย่างผนังบาง โดยห้องปฏิบัติการต้องลดการรบกวนและการสูญเสียความชื้นให้มากที่สุด จากนั้นตัดแต่งตัวอย่างให้ได้รูปทรงและขนาดตามเกณฑ์ของวิธีทดสอบ
ถ้าตัวอย่างมีรอยแตกจากการขนส่ง ถูกบีบอัดขณะดันออกจากกระบอก หรือสูญเสียความชื้น ผลที่ได้อาจไม่เป็นตัวแทนของดินในพื้นที่ จึงต้องบันทึกสภาพตัวอย่างก่อนทดสอบอย่างตรงไปตรงมา
2. วางตัวอย่างระหว่างแผ่นกดและเพิ่มแรงตามแนวแกน
เครื่องทดสอบจะกดตัวอย่างทรงกระบอกในแนวดิ่งโดย ไม่มีแรงดันโอบรัดด้านข้าง และบันทึกแรงกับระยะยุบตัวตามช่วงเวลาหรือความเครียดที่กำหนด แรงดันด้านข้างจึงไม่เหมือนการทดสอบ Triaxial ซึ่งสามารถจำลองเงื่อนไขความเค้นและการระบายน้ำได้หลากหลายกว่า
3. สร้างกราฟ stress–strain และหาค่าตามเกณฑ์
ผลจากแรงและการเสียรูปจะถูกแปลงเป็นความเค้นอัดและความเครียดตามแนวแกน โดยมีการพิจารณาพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนไปขณะตัวอย่างยุบตัว จากนั้นเลือกค่า qu ตามเกณฑ์ของวิธีทดสอบและรายงานลักษณะการเสียรูปหรือการวิบัติด้วย
วิธีคำนวณ qu จากแรงกดและพื้นที่หน้าตัด
ในภาพรวม ความเค้นอัดมีความสัมพันธ์กับแรงกดและพื้นที่หน้าตัด ณ ช่วงที่พิจารณา:
Axial stress = P / A
โดย P คือแรงกดในหน่วย N และ A คือพื้นที่หน้าตัดที่ใช้คำนวณในหน่วย m² ผลที่ได้มีหน่วย Pa หรือแปลงเป็น kPa
เนื่องจากตัวอย่างดินมักโป่งด้านข้างระหว่างถูกกด จึงไม่ควรใช้พื้นที่เริ่มต้นโดยไม่พิจารณาการเปลี่ยนรูป หากเป็นการคำนวณภายใต้สมมติฐานปริมาตรคงที่โดยประมาณ อาจเขียนพื้นที่แก้ไขได้เป็น A = A₀ / (1 − εa) ทั้งนี้การคำนวณจริงต้องเป็นไปตามวิธีทดสอบที่ใช้และข้อมูลการทดลอง
ตัวอย่างคำนวณเพื่อความเข้าใจ
สมมติตัวอย่างทรงกระบอกมีเส้นผ่านศูนย์กลางเริ่มต้น 50 mm และในช่วงหนึ่งวัดแรงได้ 300 N ที่ axial strain 4%
- พื้นที่เริ่มต้น
A₀ = π(0.05)²/4 ≈ 0.0019635 m² - พื้นที่แก้ไขโดยประมาณ
A = 0.0019635/(1 − 0.04) ≈ 0.0020453 m² - ความเค้นอัด
P/A = 300/0.0020453 ≈ 146.7 kPa
146.7 kPa เป็นเพียงความเค้นที่จุดข้อมูลสมมตินี้ ยังไม่อาจเรียกว่า qu จนกว่าจะพิจารณากราฟทั้งหมดและเกณฑ์การระบุค่าในวิธีทดสอบ ตัวอย่างนี้สร้างเพื่ออธิบายหลักการคำนวณ ไม่ใช่ผลทดสอบของโครงการจริง
วิธีอ่านรายงาน UC Test ให้ถูกต้อง
การอ่านเฉพาะตัวเลข qu อาจพลาดข้อมูลสำคัญ ควรตรวจรายการต่อไปนี้ร่วมกัน
| รายการในรายงาน | ควรตรวจอะไร | ทำไมจึงสำคัญ |
|---|---|---|
| Borehole / Sample ID | หมายเลขหลุม ช่วงความลึก และชนิดตัวอย่าง | ยืนยันว่าเป็นดินชั้นใดของโครงการ |
| Soil description | สี เนื้อดิน รอยแตก ลักษณะการคงรูป | ช่วยพิจารณาความเหมาะสมของวิธีทดสอบ |
| Initial dimensions | เส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูง พื้นที่เริ่มต้น | ใช้ตรวจการคำนวณความเค้น |
| Water content | ความชื้นที่รายงานและวิธีการเก็บตัวอย่าง | ช่วยอธิบายความต่างระหว่างตัวอย่าง |
| Stress–strain curve | จุดสูงสุด รูปร่างกราฟ และความเครียดที่เกี่ยวข้อง | ตรวจว่าค่า qu ถูกกำหนดอย่างไร |
| Failure mode | เฉือนเฉียง โป่งตัว หรือแตกร้าวก่อนทดสอบ | อาจบ่งชี้สภาพตัวอย่างและพฤติกรรมผิดปกติ |
| qu และ su | หน่วย วิธีคำนวณ สมมติฐานของ su | ป้องกันการสับสนระหว่างกำลังอัดกับกำลังเฉือน |
เปรียบเทียบตัวอย่างที่อยู่คนละความลึกอย่างไร
ถ้าตัวอย่างสองระดับให้ qu ต่างกัน อย่าเพิ่งสรุปว่าชั้นที่อยู่ลึกกว่าดีกว่าหรือแย่กว่า ต้องอ่าน ชนิดดิน ระดับน้ำใต้ดิน ประวัติความเค้น ความชื้น และคุณภาพตัวอย่าง ร่วมด้วย บางครั้งค่าที่ต่ำผิดปกติอาจเกิดจากการรบกวนตัวอย่างหรือรอยแตก ไม่ใช่จากชั้นดินจริงเพียงอย่างเดียว
ผู้ที่ต้องการอ่านภาพรวมชั้นดินควรใช้ผลนี้ร่วมกับ SPT N-Value ใน Boring Log และ ระดับน้ำใต้ดิน (GWL) โดยระวังว่าการทดสอบแต่ละวิธีวัดพฤติกรรมคนละเงื่อนไข
ข้อจำกัดสำคัญของ Unconfined Compression Test
ไม่มีแรงดันโอบรัด จึงไม่จำลองสภาพความเค้นในสนาม
ในดินจริง ตัวอย่างอยู่ภายใต้แรงจากดินรอบข้างและน้ำใต้ดิน แต่ UC Test ทดสอบโดยไม่มี lateral confinement ค่าที่วัดจึงไม่สะท้อนสภาพเริ่มต้นทั้งหมด โดยเฉพาะสำหรับการวิเคราะห์ที่อ่อนไหวต่อความเค้นและการระบายน้ำ
ผลไวต่อการรบกวนตัวอย่างและการคลายความเค้น
ตัวอย่างดินคงสภาพก็ยังอาจถูกรบกวนระหว่างเจาะ เก็บ ขนส่ง ดันออกจากกระบอก หรือเตรียมทดสอบ รวมถึงเกิดการเปลี่ยนสภาพหลังนำออกจากแรงโอบรัดในสนามได้ ความแตกต่างนี้มีผลต่อค่ากำลังที่รายงาน
ไม่เหมาะกับดินทุกชนิด
ตัวอย่างที่ไม่คงรูป ดินทราย ดินร่วนแห้งแตกง่าย หรือวัสดุมีรอยแตกและชั้นสลับเด่นชัด อาจไม่ให้ผล UC Test ที่น่าเชื่อถือ การบังคับทดสอบเพราะต้องการตัวเลขเพียงอย่างเดียวอาจเพิ่มความเสี่ยงในการตีความผิด
qu ไม่เท่ากับกำลังรับน้ำหนักฐานราก
Bearing Capacity ขึ้นกับรูปทรง ขนาดและระดับฐานราก ตำแหน่งชั้นดิน น้ำใต้ดิน เงื่อนไขการวิบัติ และปัจจัยความปลอดภัย รวมถึงต้องพิจารณาการทรุดตัว UC Test จึงเป็นเพียงแหล่งข้อมูลกำลังดินสำหรับการวิเคราะห์ ไม่ใช่ผลคำนวณออกแบบฐานรากสำเร็จรูป
UC Test ต่างจาก Field Vane, SPT และ Atterberg Limits อย่างไร
- UC Test: ทดสอบตัวอย่างดินในห้องปฏิบัติการแบบไม่มีแรงดันด้านข้างเพื่อหาค่า qu และประเมิน su ภายใต้ข้อสมมติที่เหมาะสม
- Field Vane Shear Test: ประเมินกำลังเฉือนแบบไม่ระบายน้ำของดินเหนียวอ่อนในสนาม โดยยังมีข้อจำกัดเรื่องการรบกวนและการปรับแก้ค่าตามบริบท
- SPT: ให้ค่า N จากความต้านทานการตอก ไม่ได้วัด su ตรงแบบเดียวกับ UC Test และไม่ควรแปลงด้วยสูตรเดียวสำหรับทุกชั้นดิน
- Atterberg Limits: ให้ค่าดัชนีความเป็นพลาสติก เช่น LL, PL และ PI เพื่อใช้จำแนกและอธิบายพฤติกรรมของดินละเอียด ไม่ได้วัดกำลังอัดของตัวอย่างโดยตรง
การเปรียบเทียบผลควรพิจารณาว่าแต่ละวิธีทำในสนามหรือห้องปฏิบัติการ ใช้ตัวอย่างชนิดใด และอยู่ภายใต้เงื่อนไขการรับแรงแบบใด ถ้าโครงการต้องการกำลังเฉือนสำหรับการออกแบบที่มีความเสี่ยงสูง วิศวกรอาจกำหนดการทดสอบเพิ่มเติม เช่น Triaxial UU/CU หรือวิธีอื่นตามปัญหาที่ต้องวิเคราะห์
Checklist สำหรับผู้ตรวจรายงานก่อนนำ qu หรือ su ไปใช้
- ตัวอย่างที่ทดสอบเป็นดินจากหลุมและระดับความลึกที่ระบุจริงหรือไม่
- เป็นตัวอย่างคงสภาพหรือ Remolded และมีบันทึกความเสียหายจากการเก็บตัวอย่างหรือไม่
- ตัวอย่างสามารถคงรูปและเหมาะกับ ASTM D2166/D2166M-24 หรือไม่
- มีข้อมูลเส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูง ความชื้น และกราฟ stress–strain ครบหรือไม่
- ระบุค่า qu พร้อมหน่วยและวิธีเลือกค่าจากกราฟหรือไม่
- ถ้ารายงานค่า su ระบุหรือเข้าใจสมมติฐาน
su ≈ qu/2หรือไม่ - ค่าที่ได้สอดคล้องกับ Soil Description, Boring Log และผลทดสอบที่เกี่ยวข้องหรือไม่
- ผลทดสอบเพียงพอต่อวัตถุประสงค์ของโครงการหรือจำเป็นต้องทดสอบเพิ่มเติม
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
qu = 100 kPa แปลว่าดินรับน้ำหนักได้ 100 kPa หรือไม่
ไม่ใช่ ค่า qu เป็นกำลังอัดจาก UC Test ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ ไม่ใช่ Allowable Bearing Pressure หรือกำลังรับน้ำหนักปลอดภัยของฐานราก ต้องผ่านการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมและตรวจสอบการทรุดตัวด้วย
ค่า qu กับ UCS เป็นค่าเดียวกันหรือไม่
ในบริบทการทดสอบดิน UCS มักย่อจาก Unconfined Compressive Strength จึงหมายถึงค่ากำลังอัด qu ส่วน UC Test/UCT หมายถึงวิธีทดสอบ อย่างไรก็ตาม UCS ยังใช้กับการทดสอบวัสดุหรือหินในบริบทอื่น จึงควรอ่านชนิดตัวอย่างและมาตรฐานที่อ้างถึงให้ชัดเจน
ทำไมบางรายงานให้ su เป็นครึ่งหนึ่งของ qu
เป็นการประมาณโดยใช้แนวคิดกำลังเฉือนแบบไม่ระบายน้ำใน total-stress ภายใต้สมมติฐานที่เหมาะกับดินเหนียวบางกรณี ไม่ใช่ความสัมพันธ์ที่ใช้ได้กับทุกวัสดุหรือทุกสภาพความเค้น
ตัวอย่างดินเหนียวอ่อนมากทำ UC Test ได้ทุกตัวอย่างหรือไม่
ไม่เสมอไป หากตัวอย่างไม่สามารถคงรูป ถูกทำลายหรือรบกวนมาก การทดสอบอาจไม่เหมาะสมและต้องพิจารณาวิธีอื่นตามลักษณะดินกับวัตถุประสงค์ของโครงการ
ทำไมค่า su จาก UC Test จึงไม่เท่ากับ Field Vane Test
สองวิธีมีตำแหน่งทดสอบ สภาพตัวอย่าง แนวการเฉือน อัตราการรับแรง และผลของการรบกวนต่างกัน ค่าที่ต่างกันจึงไม่ได้ยืนยันว่าเครื่องมือใดผิดโดยอัตโนมัติ ต้องประเมินคุณภาพและเงื่อนไขของข้อมูลทุกชุด
หากต้องการวางแผนการทดสอบสำหรับโครงการควรเริ่มอย่างไร
เริ่มจากกำหนดประเภทโครงสร้าง พื้นที่โครงการ วัตถุประสงค์ของการออกแบบ และข้อมูลชั้นดินที่มีอยู่ แล้วให้วิศวกรกำหนดขอบเขต Soil Boring Test และการทดสอบในห้องปฏิบัติการตามความเหมาะสม สามารถ ขอใบเสนอราคางานเจาะสำรวจดิน โดยแนบรายละเอียดโครงการเพื่อใช้พิจารณาขอบเขตงาน
สรุป
Unconfined Compression Test ช่วยวัดกำลังอัดแบบไม่มีแรงดันโอบรัดของดินที่เหมาะกับการทดสอบ โดยรายงาน qu เป็นค่ากำลังอัด ส่วน su อาจประเมินจาก qu/2 ภายใต้สมมติฐาน undrained total-stress ที่เหมาะสม การอ่านผลให้ถูกต้องต้องพิจารณากราฟ stress–strain คุณภาพตัวอย่าง วิธีทดสอบ และบริบทชั้นดินร่วมกัน ไม่ควรหยิบตัวเลขไปใช้เป็น Bearing Capacity โดยตรง
เอกสารอ้างอิง
- ASTM D2166/D2166M-24 — Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil (ตรวจสถานะ Active ณ ตุลาคม 2026)
- Federal Highway Administration (FHWA) — Soils and Foundations, Volume I (เอกสารวิชาการประกอบเรื่อง qu, su และข้อจำกัด; เป็นเอกสารเผยแพร่ในอดีต ไม่ใช่มาตรฐานทดสอบฉบับปัจจุบัน)
หมายเหตุ: ตัวเลขในตัวอย่างคำนวณเป็นตัวเลขสมมติเพื่อการศึกษาเท่านั้น การเลือกใช้พารามิเตอร์ออกแบบต้องพิจารณาโดยวิศวกรที่รับผิดชอบโครงการตามข้อมูลจริง