Triaxiální zkouška je běžnou laboratorní metody pro měření mechanických vlastností zrnitých materiálů , zejména z půd (např písek , jílu ), kameny a prášky . Existuje několik variant tohoto testu, který je nyní plně standardizovaný.
Při zkoušce triaxiálním smykem se na vzorek aplikuje zatížení takovým způsobem, že vyvine vertikální napětí odlišné od bočního napětí (které působí v kolmém směru). Toho se dosáhne umístěním vzorku mezi dvě rovnoběžné desky kompresního lisu a bočním uzavřením vzorku pomocí membrány naplněné nestlačitelnou tekutinou udržovanou pod řízeným tlakem. Některé nástroje umožňují použít dvě různá boční napětí ve dvou kolmých směrech: jeden pak hovoří o „pravém trojosém“ ( srov. Níže ).
Aplikace různých tlakových napětí v zařízení má za následek výskyt smykového napětí ve vzorku; jeden postupně zvyšuje svislé zatížení a drcení, kontrolované až do zničení vzorku. Během zkoušky je zadržovací tekutina udržována pod tlakem a pohyb spodní a horní desky způsobuje dislokaci válcového zkušebního tělesa vytvořením kluzných rovin, nazývaných smykové pásy . Režim plnění v této zkoušce má obecně za následek svislé rozdrcení a boční vydutí zkušebního kusu; to má za následek snížení tlaku na jevišti a zmenšení boule pod působením omezujícího tlaku, tedy obnovení výšky vzorku. Tento cyklus se opakuje a zaznamenává se kolísání velikosti vzorku a síly na něj působící: omezující tlak (tlak vody, minerálního oleje nebo plynu přítomného v membráně), zatímco tlak pórů ve vzorku lze měřit pomocí přístroje Bishop .
Během stříhání bude granulovaný materiál obecně vidět, že se jeho objem mění: pokud je vzorek zpočátku hustý nebo předem zhutněný , jeho objem se začíná zvětšovat: tento jev se nazývá „ Reynoldsova dilatance “; pokud je naopak zpočátku volná, pak se usazuje až do vytvoření smykových pásů.
Ze záznamu triaxiálního testu je možné odvodit hlavní mechanické vlastnosti vzorku, včetně úhlu vnitřního tření , zdánlivé soudržnosti a úhlu roztažení . Tyto mechanické vlastnosti jsou nezbytné pro výpočty dimenzování nebo analýzu poruch v geotechnických konstrukcích: tedy stanovení bezpečnostního koeficientu pro skluz svahu. Někdy je nutné kombinovat triaxiální zkoušky s jinými zkouškami, aby byly k dispozici všechny užitečné mechanické vlastnosti.
Triaxiální zkouška se provádí na válcovitém vzorku půdy o průměru několika centimetrů a výšce asi deset centimetrů. V případě půdního vzorku je vzorek umístěn uvnitř válcové latexové membrány vybavené kruhovými ocelovými deskami, které uzavírají její horní a dolní konec. Válec je ponořen do utěsněné cely z plexiskla, kde se k vyvíjení tlaku na obvod používá nestlačitelná kapalina . Potom je možné přitlačit nebo zatáhnout za horní desku rovnoběžně s osou válce, aby se materiál napnul. Záznam spočívá v hlášení změn tlakové (nebo tahové) síly v závislosti na posunutí desky (která měří drcení), přičemž přesně kontroluje omezující tlak. Čistou změnu objemu vzorku lze odhadnout z míry úniku.
Po pravdě řečeno, existují tři hlavní způsoby hodnocení:
V drenážním konsolidovaném testu prochází vzorek konsolidací a je stlačován střihem dostatečně pomalu, aby se přetlak pórů v důsledku drcení rozptýlil. Porézní bloky jsou umístěny v horní a dolní části izolační membrány, aby umožňovaly únik vody. Axiální kompresní poměr je udržován konstantní, to znamená, že test je řízen konstantní rychlostí deformace. Cílem je umožnit, aby tlak pórů byl nejčastěji v rovnováze s aplikovanými napětími. Zkouška je proto o to delší, čím méně je vzorek propustný, protože přenosové rychlosti jsou nízké a tlaková bilance je odpovídajícím způsobem zpomalena.
V konsolidovaném a neodvodněném testu je vzorek uchováván v uzavřené cele, aby nemohla unikat voda z pórů; jinými slovy, obsah vody ve vzorku je udržován konstantní, nejčastěji na 100% (nasycení).
Nezpevněný a neodvodněná zkouška spočívá v rychlé použití zatížení, při konstantní rychlosti deformace. Tato varianta se používá k odhadu „krátkodobých charakteristik“ půdy (těch, které se obecně týkají stability půdy během práce).
Pokud je vzorek vyroben z materiálu zpočátku vykazujícího dostatečnou soudržnost, lze provést jednoduchou tlakovou zkoušku bez omezení tlaku. Tento typ testu je levnější a vyžaduje mnohem méně přípravy, ale protože tlak zadržování in situ je zjevně nenulový, jsou výsledky tohoto testu neodmyslitelně bezpečné a možná zbytečně. V zásadě se jedná o tento typ zkoušky, která se provádí na konkrétních vzorcích.
Rowe a další kritizovali klasicky navržená triaxiální zařízení pro stav nerovnoměrného namáhání a přetvoření, které vyvíjejí uvnitř velkého vzorku deformace: numerická simulace skutečně ukazuje, že koncentrace deformace ve smykové oblasti vznikají třením na lisovacích deskách v kombinaci s nadměrnou štíhlostí vzorku.
Za účelem studia mechanické reakce zemin na velké deformace vyvinuli Dánové a Němci „moderní“ a „vylepšená“ triaxiální zařízení: tato zařízení se však neodchylují od základního principu triaxiálního testu. To v zásadě zahrnuje snížení štíhlosti zkušebního kusu (výška již nepřesahuje průměr vzorku) a co největší eliminaci tření desek o vzorek.
Desky klasického triaxiálního zařízení jsou skutečně poněkud drsné: celý povrch pístu je vyroben z porézního filtru s nerovnostmi povrchu. Vylepšení tedy spočívá v jeho nahrazení leštěnými skleněnými deskami, vybavenými zařízením pro absorpci bodů ve středu: díky tomuto hladkému rozhraní může koncová plocha vzorku klouzat a expandovat radiálně a horizontálně. Třecí střih je značně snížen, což upřednostňuje zachování stavu izotropního napětí v hmotnosti vzorku.
Vzhledem k prakticky hydrostatickému napěťovému stavu je kalení prakticky izotropní kalení : objemové napětí nebo relativní variace objemu jsou distribuovány izotropicky, což usnadňuje interpretaci objemové odezvy v podmínkách CD, které tlaku pórů za podmínek CU. Izotropní kalení má za následek rovnoměrné radiální roztažení válce: válec se deformuje bez vyboulení ani při silné deformaci (Vardoulakis v roce 1980 uvedl, že tuto vlastnost udržel až 50% deformací na nenasyceném písku).
Triaixial byl dále zdokonalen v 90. letech dánským LBIbsenem, pokud jde o měření variací objemu, což je aspekt zvláště důležitý pro neodvodněný konsolidovaný test, protože fenomén kavitace vysráží zříceninu pevného kosterního plastu. Objemová variace je monitorována množením tenzometrů v různých bodech vzorku a dokonce i pod drticími deskami. Rozumná kontrola nad drcením umožňuje získat téměř ideální konsolidované neodvodněné podmínky.
Automatizace zatížení a možnost posunutí testu až k velkým deformacím značně rozšířila pole použití triaxiálního testu. Je možné způsobit opakovanou plastifikaci stejného vzorku bez demontáže zařízení, zkapalnit půdu ve velkých deformacích a poté ji zlomit v neodvodněném smyku. Můžeme sledovat cesty stresu, díky nimž se usušené a neodvodněné podmínky vzájemně uspějí, abychom zdůraznili obnovenou tuhost a odolnost po zkapalnění.