Thí nghiệm nén 3 trục là một thuật ngữ được phổ biến những năm gần đây. Hãy cùng Nền Móng Đăng Quang tìm hiểu về ưu, nhược điểm của thí nghiệm này ngay tại bài viết dưới đây.
I - Thí nghiệm nén 3 trục là gì?
Casagrande là người đã phát triển thí nghiệm nén 3 trục giúp góp phần giảm thiểu những hạn chế khi thực hiện thí nghiệm cắt trực tiếp. Thí nghiệm nén 3 trục được dùng để mô tả những thái ứng suất khác nhau. Trong đó, bao gồm kiểm tra các mẫu đấu theo những điều kiện trạng thái ứng suất khác nhau (gia tải, dỡ tải theo các phương) hoặc ứng xử thực tế của đất nền xây dựng (vị trí đó có thể thoát nước hay thoát nước kém hoặc không thoát nước).
Trong các loại thí nghiệm xác định sức chống chịu với cắt của đất nền thì thí nghiệm nén 3 trục là một dạng thí nghiệm linh hoạt, đa dụng nhưng cũng có sự phức tạp cao. Mặc dù điều kiện thoát nước của đất được xét trong khá nhiều thí nghiệm khác nhau. Ví dụ: nếu đất nền công trình có sự thấm nước tốt thì có thể thực hiện thí nghiệm khi không thoát nước, còn đất kém thấm nước hơn cũng có thể khảo nghiệm trong điều kiện thoát nước dễ dàng.
Trong thí nghiệm nén 3 trục, rất nhiều yếu tố được kiểm soát rất dễ dàng ví dụ như kiểm soát áp lực nước lỗ rỗng hoặc biến đổi thể tích của đất. Khi thực hiện thí nghiệm, các ứng suất có thể tác động nên nhiều phương khác nhau để có thể thu được kết quả như mong muốn. Trong quá trình thực hiện cắt, các mặt cắt được thay đổi liên tục để ra được kết quả chính xác nhất. Ngoài ra, mắt phá hoại cũng được phình ra hoặc thu nhỏ tùy theo độ mềm dẻo của đất công trình.
Vậy nên, thí nghiệm nén 3 trục là dạng thí nghiệm đáng tin cậy nhất để xác định các thông số cho kỹ thuật viên như sức chống cắt, thông số biến dạng của đất nền một cách đồng thời.
II - Kết cấu máy nén 3 trục
Như đã nói bên trên, thí nghiệm nén 3 trục là phương pháp xác định đất được thường xuyên sử dụng bởi các kỹ sư khi muốn xác định các chỉ số cơ học của đất. Thí nghiệm có thể được chọn kiểm tra trong điều kiện thoát nước hoặc không thoát nước tùy từng trường hợp. Đây là phương pháp linh hoạt, phù hợp với nhiều loại đất nền khác nhau.
Trong phòng thí nghiệm, máy nén 3 trục được thường xuyên sử dụng bởi các kỹ sư để xác định các chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đất nền nơi thi công. Đây là phương pháp rất quan trọng để kiểm tra sức kháng cắt của đất. Độ bền kháng cắt lớn có thể ứng với ứng suất to hoặc có thể kéo dài đến cực đại. Từ kết quả thu được từ dạng thí nghiệm này, kỹ sư sẽ sử dụng chúng cho các khâu xây dựng tiếp theo, cụ thể là để tính toán cách xây dựng nền móng của công trình thi công.
Thông số thường thấy của máy nén 3 trục có thể kể đến như sau:
Xuất xứ: có thể Trung Quốc, Nhật Bản,...
Model
Lực nén tối đa: 30KN
Hành trình: 0mm-90mm
Áp lực thuận max: 2Mpa
Áp lực ngược max: 0.8Mpa
Áp lực khi nước ở chỗ rỗng: 2Mpa
Kích thước máy chính thường là 500x430x1200mm
Nguồn điện được sử dụng: 220V
Trọng lượng toàn thân máy: 175kg
Tiêu chuẩn chất lượng tuân theo ASTM, ISO
Tiêu chuẩn ứng dụng: TCVN 8868:2011
Thí nghiệm nén 3 trục được thực hiện bởi máy nén được nhập khẩu với đồ bền và tính sử dụng sao. Chúng hoạt động rất ổn định để cho ra được những kết quả chính xác nhất.
Chúng có cấu tạo thường thấy là ba trục với các kích thước tương thích với các mẫu thí nghiệm. Từ đó, chúng có thể dễ dàng sử dụng với nước tạo được áp lực nhỏ hơn hoặc bằng 1700kPa khi tiến hành thí nghiệm.
Chất liệu của nắp máy là thép chống nước, kèm theo lỗ giúp thoát khí và ống lót priston khít vào lỗ. Priston giúp đảm bảo lỗ khí được khép kín để có thể tác dụng lực nén mạnh hơn lên trục mẫu. Priston có thể bị biến dạng nhẹ bởi lực thực hiện nhưng không làm ảnh hưởng đáng kể lên máy cũng như kết quả thí nghiệm.
Thân buồng máy có hình trụ chắc chắn có thể tháo ra được để thay thế các mẫu thí nghiệm mới. Phần này cần được lắp chặt chẽ với nắp trên để có thể khớp vào buồng. Tại đế buồng, máy nén cũng có thành phần là thép không gỉ dùng để liên kết với những cửa ống. Mỗi ống đó sẽ được nối với một van riêng biệt.
III - Mô tả và thực hiện thí nghiệm nén 3 trục
Thông thường, trong thử nghiệm nén 3 trục, một mẫu đất hình trụ phải chịu lực nén và áp lực dọc trục cho đến khi mẫu thử không đạt yêu cầu của kỹ thuật viên nữa mới dừng lại. Các mẫu đất hình trụ thường có đường kính gấp 2 đến 2,5 lần đường kính và thường được sử dụng là đường kính 100 mm và chiều cao 200 mm. Mẫu được bọc trong màng. Việc chuẩn bị mẫu phụ thuộc vào loại đất và mục đích nghiên cứu. Mẫu đất có thể được chuẩn bị từ các mẫu hợp nhất hoặc không hợp nhất. Đối với các mẫu đất rời, khuôn được sử dụng để tạo thành các mẫu hình trụ nhằm duy trì hình dạng mong muốn.
Dọc theo mẫu là một màng mỏng, được đặt giữa hai đầu cứng trong một buồng áp suất. Tấm ép phía trên có thể di chuyển theo phương thẳng đứng và tạo áp lực dọc trục lên mẫu. Áp suất được điều khiển bởi chuyển động của trục dọc này. Hơn nữa, áp suất môi trường được kiểm soát bởi áp suất nước xung quanh trong buồng áp suất. Sự thay đổi thể tích của mẫu cũng có thể được kiểm soát bằng cách đo thể tích nước chính xác. Quy trình phức tạp như thế được thực hiện hoàn toàn bằng máy nén 3 trục với các quy định tuân theo chuẩn quốc tế.
Thí nghiệm nén 3 trục có 3 loại chính dựa vào tính chất của mẫu và mức độ thoát nước của nó như sau:
CD - Mẫu đầm nén để thoát nước
CU - Mẫu đầm nén không thoát nước
UU - Mẫu không xáo trộn và không thoát nước
IV - Thí nghiệm máy nén 3 trục trong thực tế
1. Sức kháng cắt không cố kết - không thoát nước
Nguyên tắc của phương pháp thử này bao gồm xác định khả năng chống cắt không thoát nước của mẫu đất dính khi mẫu chịu áp lực ngang và tải trọng dọc trục không đổi, không cho phép thay đổi tổng diện tích của đất. mẫu vật. Phương pháp thử này được sử dụng để xác định độ bền không thoát nước và chỉ áp dụng cho đất sét bão hòa.
2. Sức kháng cắt cố kết - không thoát nước
Như quy định trong phương pháp thử này, mẫu thử được cố định đầu tiên trong điều kiện ứng suất đẳng hướng không đổi và hoàn toàn làm rỗng (giai đoạn cố kết). Sau khi tăng tải trọng dọc trục trong giai đoạn cố kết và không cho phép thoát nước (giai đoạn nén), giai đoạn cố kết ban đầu chuyển sang trạng thái thể tích và áp suất nước lỗ rỗng xác định, từ đó có thể thực hiện các phép đo chính xác. Xác định lượng nước lỗ rỗng tiếp theo hoặc sự thay đổi áp suất. Đo sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong khi thực hiện các thử nghiệm nén. Phương pháp thử nghiệm này được sử dụng để xác định các thông số cường độ như ứng suất tổng hiệu quả, sự thay đổi thể tích, độ cứng của đất.
3. Sức kháng cắt cố kết - thoát nước và thể tích thay đổi
Trong phương pháp thử này, đầu tiên mẫu được cố định trong điều kiện ứng suất đẳng hướng không đổi và được hút chân không hoàn toàn (giai đoạn cố kết). Sau thời gian cố kết, tăng tải trọng dọc trục với tốc độ đủ nhỏ để đảm bảo áp lực nước lỗ rỗng không tăng (giai đoạn nén) và đo sự thay đổi thể tích của mẫu. Mục đích của phương pháp thử này là để xác định các thông số cắt hiệu quả khi mẫu bị hỏng và các đặc tính thay đổi thể tích của mẫu thoát tự do trong quá trình cắt.
Máy nén ba trục chạy ổn định và cho kết quả rất chính xác, là một trong những thiết bị quan trọng để đánh giá chất lượng đất xây dựng trong giai đoạn thí nghiệm, đã được sử dụng rộng rãi trong các trung tâm thí nghiệm, kỹ thuật chất lượng, trung tâm nghiên cứu khoa học và các phòng thí nghiệm xây dựng chuyên nghiệp.
V - Ưu điểm của thí nghiệm nén 3 trục
Ưu điểm của thí nghiệm nén 3 trục có thể kể đến như:
Khi phá hủy, kỹ sư có thể xác định được mặt yếu nhất của mẫu để nhanh chóng có được số liệu chuẩn xác.
Tại mặt phá hủy, sự phân bố ứng suất trên mặt phẳng này luôn được phân chia đồng đều.
Thí nghiệm có thể được điều khiển bằng hệ thống thoát nước một cách dễ dàng.
Thay đổi ở áp lực và thể tích đều có thể đo được bằng máy một cách dễ dàng, số liệu chính xác.
Thí nghiệm này phù hợp với hoạt động nghiên cứu yêu cầu độ chính xác hoặc yêu cầu số liệu chi tiết khi kiểm tra nén.
VI - Nhược điểm của thí nghiệm nén 3 trục
Nhược điểm của thí nghiệm nén 3 trục phải kể đến như là:
Thí nghiệm này yêu cầu nhiều thủ tục phức tạp, rườm rà, gây mất thời gian cho kỹ sư.
Khi thực hiện thí nghiệm, thời gian thoát nước có thể lâu hơn nhiều so với không thoát nước.
Mặt cắt ngang của mẫu vật sẽ khó được định hình nếu như buồng chứa máy có vấn đề.
Sự biến dạng ở mẫu có thể không đồng đều, dẫn đến khó xác định tình trạng của mẫu nhanh chóng.
Thí nghiệm nén ba trục "thông thường" chỉ được sử dụng cho các nghiên cứu cơ học đất. Thử nghiệm nén 3 trục truyền thống không phản ánh các điều kiện vận hành thực tế tại hiện trường. Để phản ánh các điều kiện làm việc thực tế tại hiện trường, có thể sử dụng "thử nghiệm oedometer" (nén một chiều). Bạn có thể sử dụng thử nghiệm nén ba trục để mô phỏng các điều kiện làm việc thực tế tại hiện trường, nhưng bạn phải biết cách điều chỉnh "áp suất đơn vị" và "ứng suất lệch". Các thử nghiệm cắt trực tiếp "thông thường" được sử dụng cho các vấn đề "biến dạng mặt phẳng" (ví dụ: đường hầm, đập, tường chắn, móng băng).
Có một số hạn chế đối với thử nghiệm này, chẳng hạn như "ứng suất không đồng nhất" trên mặt cắt ngang, đây không nhất thiết là mặt yếu nhất của đất. Thử nghiệm này thường chỉ được sử dụng cho đất rời, và mặt cắt ngang của đất yếu nhất đã được xác định. Có thể dễ dàng chuyển đổi kết quả của thử nghiệm 3 trục sang thử nghiệm cắt. Chỉ cần rút vòng Moiré và nó sẽ được tính toán ngay lập tức. Vì thế, điều này cũng gây tốn nhiều thời gian hơn khi thực hiện thí nghiệm này.
Kết luận
Qua những thông tin trên đây, bạn đã hiểu hơn về thí nghiệm nén 3 trục cũng như ưu điểm, nhược điểm chi tiết của nó. Ngoài ra bạn có thể tìm hiểu thêm về trắc địa là gì cũng như việc làm trắc địa để nâng cao kỹ năng chuyên môn.
