Der Triaxialversuch

Von Andrew Lees

Triaxialversuche sind eine hervorragende Methode zur Messung der mechanischen Eigenschaften von Boden, Gestein und rolligen Materialien. Die Ergebnisse werden zur Lösung einer Vielzahl von geotechnischen Problemen verwendet.

Triaxialversuche werden an hochwertigen Proben mit einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von etwa 2: 1 durchgeführt; Die Probendurchmesser liegen typischerweise im Bereich von 38 mm bis 100 mm, obwohl viel größere Proben mit einem Durchmesser von bis zu 0,5 m und einer Länge von 1 m in Großgeräten getestet werden können.

Triaxialversuch nach Bishop.
Andrew Lees besucht das erste Triaxialgerät in Großbritannien.

Versuchsanordnung

Die Probe wird in eine Gummimembran eingeschlossen und dann in eine wassergefüllte Zelle gegeben, die unter Druck gesetzt wird, um in situ Spannungsbedingungen wiederherzustellen.

Die vertikale Spannung auf die Probe wird dann mittels des Laststempels verringert oder üblicherweise erhöht, damit sich in der Probe eine Scherspannung aufbaut. Die Differenz zwischen dem Zellendruck und der vertikalen Spannung wird als deviatorische Spannung bezeichnet und kann bis zum Scherversagen der Probe erhöht werden.

Versuchsverfahren

Es gibt drei Hauptverfahren, die darauf basieren, ob während der Konsolidierungs- und Scherphasen des Tests ein Wasserfluss in oder aus der Probe zulässig ist: Konsolidierter, drainierter Versuch (CD), Konsolidierter, undrainierter Versuch (CU) und Unkonsolidierter, undrainierter Versuch (UU).

Bei CD- und CU-Tests ist die Probe vor Beginn des Tests gesättigt und erhöhte Porendruckverluste sind während der Konsolidierung zulässig, um Gleichgewichtsbedingungen zu erreichen. Ziel ist es, die Probe so nah wie möglich an die Bedingungen in ihrem natürlichen Zustand im Boden zu bringen. In der nachfolgenden Scherstufe, in der die deviatorische Spannung ausgeübt wird, sind erhöhte Porendruckverluste in CD-Tests (normalerweise an Sanden durchgeführt) zulässig, in CU-Tests (normalerweise an Tonen durchgeführt) jedoch nicht zulässig. Üblicherweise wird der übermäßige Porendruck wird in CU-Tests gemessen, damit die effektive Spannung in der Probe bestimmt werden kann.

Ein UU-Test ist ein "Gesamtspannungs" -Test, da effektive Spannungen in der Probe nicht bekannt sind. Damit können die mechanischen Eigenschaften eines Bodens eher näherungsweise bestimmt werden. Der Test hat jedoch einen großen Vorteil: Es gibt keine Sättigungsstufe und es wird schnell, ohne Porenwasserableitung Spannung erzeugt, sodass der Versuch in weniger als einer halben Stunde abgeschlossen werden kann. Daher wird er manchmal als "Undrainierter Schnelltest" bezeichnet Er sollte jedoch eher als Charakterisierungstest und nicht als genaue Methode zur Parametermessung angesehen werden.

Großmaßstäbliche Triaxialversuche können auch an trockenen Materialien wie Schotter durchgeführt werden, wobei der Druck mittels eines Vakuums anstelle von Zellwasser ausgeübt wird. Darüber hinaus können einaxiale Druckversuche ohne radialen Druck an kohäsiven Böden durchgeführt werden, führen jedoch tendenziell zu übermäßig konservativen Ergebnissen.

Wie Ergebnisse verwendet werden

Daten aus Triaxialversuchen können verwendet werden, um grundlegende Materialeigenschaften, einschließlich innerer Reibungswinkel, Kohäsion, Dilatanz und Steifigkeit abzuleiten. Die Ergebnisse werden in nahezu allen Bereichen der Geotechnik verwendet, von der Hangstabilitätsanalyse über die Fahrbahnplanung, Tunnelbau- und Tragfähigkeitsberechnungen bei temporären Arbeiten bis hin zur Fundamentplanung.

Traxialversuche an geogitterstabilisierten Materialien

Großmaßstäbliche Triaxialversuche sind für die Vorhersage der Leistung von geogitterstabilisierten Tragschichten von entscheidender Bedeutung und waren der Schlüssel zur Entwicklung der T-Value-Methode von Tensar für die Bemessung von Arbeitsplattformen. Mehr dazu beim nächsten Mal…

Prof. Alan Bishop

Weitere Informationen zu Leben und Werk des Pioniers des Triaxialversuchs Alan Bishop finden Sie in „The Bishop Method: The life and achievements of Professor Alan Bishop, soil mechanics pioneer“ von Laurie Wesley mit Beiträgen unseres Kollegen Mike Dobie. Erhältlich im internationalen Buchhandel.

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