triaxcial test

KASETSART UNIVERSITY

Report Lab TRIAXIAL TEST

poom

2/5/2013

1 การทดสอบหาคากาลงในดนแบบ 3 แกน Triaxial Test กลมท 3 วนองคาร

01203353 Soil Mechanic Laboratory Lab 13

การทดสอบคาแรงอด 3 แกน

(TRIAXIAL TEST)

หวขอเรอง

1 สภาพดนตวอยางไมมการอดตวคายน าและไมมการระบายน า

2 ขอบขายการทดลองแรงอด 3 แกน

3 ขนตอนการทดลองแรงอด 3 แกน

4 การคานวณจากผลการทดลองแรงอดแกนเดยวจากการทดลอง

สาระสาคญ

ในบรรดาวธการทดสอบหาความแขงแรงของมวลดนในหองทดลอง เปนทยอมรบกนวา Triaxial

Test เปนการทดสอบทมสภาพใกลเคยงความเปนจรงทเกดขนในชนดนธรรมชาตมากทสด ทงน เพราะ

ความดนโดยรอบตวอยาง (Confining Pressure) สามารถควบคมใหเหมาะสมตามสภาพธรรมชาตได และใน

ระหวางทาการทดลอง ความดนน าในตวอยางดนหรอปรมาตรน าทไหลเขาหรอออกจากตวอยางดนสามารถ

ควบคมไดอยางละเอยด

ดงน นในโครงการกอสรางขนาดใหญ หรอ งานศกษาวเคราะหทตองการความละเอยดของ

คณสมบตดนในดานความแขงแรง จงมกจะทดสอบโดย Triaxial Test นอกจากน การทดสอบวธนยงอาจ

ประยกตใชในการหาคาการทรดตวของชนดน และหาคาความซมน าโดยละเอยดไดอกดวย

จดประสงคการเรยนร

1. บอกลกษณะของพฤตกรรมของดนตวอยางทถกกดได

2. อธบายการทดลองแรงอด 3 แกนได

3. ปฏบตการทดลองแรงอด 3 แกนได

4. คานวณผลการทดลองแรงอด 3 แกนได

มาตรฐานอางอง

ASTM D 2850

ASTM D 4767



บทนา

ความแขงแรงหรอกาลงของดนทวไป จะประกอบดวย 2 สวน คอดนไมมแรงเหนยวนาซงเกดจาก

แรงดงดดทางไฟฟา-เคมระหวางเมดดน แรงเสยดทานซงเกดจากการขดตวระหวางเมดดน และความฝด

ระหวางผวของเมดดน สวนการทดสอบแทงดนชนดมแรงเหนยวนา โดยไมมวสดอนใดมาหอหมแทงดน

ตวอยาง ใหนาดนตวอยางมาเขาเครองกดทดสอบแบบธรรมดา ซงไดถกทดสอบมานานแลว และตอมากเปน

ทยอมรบกนวา การทนาแทงดนมาทดสอบแบบนสามารถทจะหาความตานทานแรงเฉอนของดน

โดยประมาณไดอยางรวดเรว จากการเขยน Mohr’ s Circle หรอ จากการคานวณอยางงาย ๆ คาความ

ตานทานแรงเฉอนของดนประเภทมแรงเหนยวนา คอแรงยดเหนยวระหวางเมดดนนนเอง ซงใชสญลกษณ

เปนตว (c) ดนจาพวกมแรงเหนยวนาไดแกดนเหนยว เมอดนไดรบแรงกดจะเกดความเคนขนทผวสมผส ถา

ดนอยในสภาพหลวมจะทาใหดนจบตวกนแนน ลดชองวางระหวางเมดดนลง แตถามแรงเพมขนอก

จนกระทงไมมชองวางของเมดดนเหลออย หรอแรงกระทาเพมมากอยางรวดเรวจนทาใหพนทสมผส

ระหวางเมดดนเพมขนไมทน กจะทาใหเกดแรงศกยขนภายในมวลดนนน ดนกอนอยในสภาวะทไมสมดล

ทาใหเกดการเคลอนท จะทาใหมวลดนเกดการพบต และระนาบของการพบตเรยกวาระนาบการเลอนไหล

ความแขงแรงเฉอนของดน คอคาหนวยแรงเฉอนสงสดทดนจะทนได ประกอบดวย

ก. แรงยดเหนยวระหวางเมดดนเปนแรงยดเหนยวหรอแรงยดเกาะทเกดขนเองตามธรรมชาต เชน

เกดจากแรงดงดดของประจไฟฟา การเกาะตอเนองจากปฏกรยาทางเคม เรยกสมบตของดนนวาดนมความ

เชอมแนน

ข. แรงเสยดทานเพอตานทานการเคลอนทระหวางเมดดน แรงตานทานสวนนเรยกวา แรงเสยดทาน

ภายในจะมมากหรอนอยขนอยก บแรงกดทกระทากบมวลดน และวดคาไดดวยคามมเสยดทานของดน

ภายใน

ในบรรดาวธการทดสอบหาความแขงแรงของมวลดนในหองทดลอง เปนทยอมรบกนวา Triaxial

Test เปนการทดสอบทมสภาพใกลเคยงความเปนจรงทเกดขนในชนดนธรรมชาตมากทสด ทงนเพราะความ

ดนโดยรอบตวอยาง (Confining Pressure) สามารถควบคมใหเหมาะสมตามสภาพธรรมชาตได และใน

ระหวางทาการทดลอง ความดนน าในตวอยางดนหรอปรมาตรน าทไหลเขาหรอออกจากตวอยางดนสามารถ

ทาไดโดยละเอยด

ดงน นในโครงการกอสรางขนาดใหญ หรอ งานศกษาวเคราะหทตองการความละเอยดของ

คณสมบตดนในดานความแขงแรง จงมกจะทดสอบโดย Triaxial Test นอกจากน การทดสอบวธนยงอาจ

ประยกตใชในการหาคาการทรดตวของชนดน และหาคาความซมน าโดยละเอยดไดอกดวย



รปท 1 แสดงแรงทกระทาในดนในสภาพจรง

รปท 2 การเปลยนแปลงหนวยแรงในมวลดน



มวลดนในระดบตาง ๆ ใตผวดนยอมจะมแรงดนอนเกดจากน าหนกของดนเองโดยรอบซงเรยกวา

“Geostatic Stress” และเมอมแรงกระทาหรอน าหนกภายนอกอนจะเปนสาเหตใหเกดการเคลอนพงของมวล

ดนนนขนภายหลง หนวยของแรงสวนนเราอาจจะเรยกวา “Applied Stress” ซงอาจเกดจากน าหนกของ

อาคารทถายลงบนฐานรากหรอน าหนกของเขอนดนลงบนผวดน เมอม Applied Stress นมากเกนไปจนเกน

กาลงทมวลดนจะรบไหวกจะเกดการเคลอนพง

1. (Principal Stress เปนหนวยแรงทตงฉากกบผวกระทา

2. (Normal Stress) โดยทบนผวนนไมมแรงเฉอน

3. (Shearing Stress) กระทาอยเลย

รปท 3 Stress Condition ใน Triaxial Test

หลกการของ Triaxial Test แตกตางไปจาก Direct Shear Test ในการหาคา Soil Strength

Parameters ดงน คอ

1. Triaxial Test จะมแรงดนตงฉากกบผวของตวอยางดนเทานน โดยทสวนมากแรงดนดานขางจะ

รกษาไวคงท แลวเพมแรงดนดานบนจนกระทงตวอยางดนเกดการเคลอนพงขน

2. ระนาบหรอแนวการเคลอนพงของตวอยางเปนไปโดยธรรมชาต ไมไดกาหนดไวลวงหนา ดงเชนท

เกดขนใน Direct Shear Test

3. การควบคมการไหลถายเทน าภายในตวอยางดนทาไดสมบรณ โดยอาศย Drainage Value และ

Volume Change Indicator



วธการทดลอง

วธการทดสอบ Triaxial Test อาจแบงออกไดเปน 2 ขนตอน คอ

1. Consolidation State หลงจากเตรยมตวอยางดนในสภาพทตองการแลว ตวอยางดนกจะถกอดทก

ๆ ดานดวยแรงดนทเทา ๆ กน เรยกวา Confining pressure หรอ Consolidation pressure ภายใตแรงดนนก

เปรยบเสมอนเรานาตวอยางดนเขาสสภาพความดนใตชนดน ถายงลกมาก ๆ กยงตองม Confining pressure

มาก ภายหลงจากนนอาจจะมการปลอยใหน าภายในตวอยางดนไหลออกจนสสภาพสมดล คอไมไหลตอไป

แลว

2. Shearing State ภายหลงการ Consolidation แลว ความดนดานบน (บางกรณอาจจะเปนดานขางก

ได) จะคอย ๆ เพมขน ซงเปรยบเสมอนตวอยางดนถกน าหนก หรอแรงภายนอกกระทา แรงดนนจะเพมขน

เรอย ๆ จนตวอยางดนทานไวไมไหวกจะเกดการเคลอนพงขนได ซงจะปรากฏเปน Failure plane ใหเหนบน

ตวอยางดน

ในแตละขนตอนจะมรายละเอยดซงจะกลาวถงในลาดบตอไป ถาเรามาพจารณาสภาพของความดน

ในขณะทเกดการเคลอนพง จะเหนวา ความดนหรอแรงดนทงหมดเปน “Principal Stress” หนวยแรงดนทม

คามาก (แนวดง) เรยกวา Major Principal Stress (1) และทนอยกวา (แนวราบ) เรยกวา Minor Principal

Stress (3) หนวยแรง 2 คา นสามารถนามาพลอตเปน Mohr’s Diagram ไดดงแสดงในรปดานลาง

รปท 4 Mohr’s Circle จาก Triaxial Test



และถาตวอยางดนเหมอนๆ กนถกทาการทดลองโดยเปลยนคาของ 3 ใหแตกตางกนไป ผลทไดกคอ

Mohr's Circle หลายวงดงในรปดานลาง ซงเมอลากเสนสมผส Mohr's Circle เหลานน เสนตรงเสนนจะ

เรยกวา Mohr's Coulomb Envelope ซงแสดงคณสมบตทางดานความแขงแรงของมวลดนนนๆ เชนเดยวกบ

Direct Shear Test

Strength Parameter 2 คา คอ ทจดตดแกน y เรยกวา Cohesion, c และความลาดชน คอ tanØ

รปท 5 Mohr’s Diagram จากการทดสอบ Triaxial 3 ตวอยาง

เครองมอและอปกรณ

อปกรณหลก

1. เครองกดตวอยาง (Compression Machine) มพกดการกดครอบคลม อตราการกดทจะทดสอบ

2. วงแหวนวดแรง (Proving Ring หรอตวแปลงสญญาณวดแรง (Load Cell) ขนาด พกดพอเหมาะ

กบคากาลงของตวอยางททดสอบ

3. มาตรหนาปด (Dial Gauge) ขนาดอานละเอยด 0.01 มม.หรอตวแปรงสญญาณวดคาเปลยนรป

(LVDT)

4. เซลล 3 แกน (Triaxial Cell) ขนาดตวอยาง 35 มม. หรอ 50 มม.

5. แผงควบคมความดน (Pressure Control Panel)



รปท 6 TRIAXIAL COMPRESSION MACHINE

รปท 7 รปแสดงวธการตดตงเครองมอ/อปกรณ



รปท 8 TRIAXIAL CELL

รปท 9 อปกรณแตงตวอยางดน รปท 10 อปกรณและวสด



วธการทาการทดลอง

ดนเหนยว (Cohesive Soil)

ใหดาเนนการเหมอนรายละเอยดในการเตรยมตวอยางดนขอ 1 และขอ 2 ในบท Unconfined

Compression Test นอกจากการตดตงตวอยางใน Triaxial Cell ใหทาดงน

1. วางตวอยางดนลงบนฐาน Triaxial Cell โดยม Porous Stone อยระหวางตวอยางและฐานเพอความ

สะดวกในการระบายน าเขาออก ดงรป

2. ใสถงยาง (Rubber membrane) ครอบตวอยางอยางดน โดยใช membrane stretcher แลวรดดวย O-

ring ใหถงยางตดแนนกบฐาน โดยของเหลวภายนอกจะไมสามารถซมผานเขาในตวอยางได

3. วาง Top Porous Stone และ Top Cap ลงบนตวอยางตามลาดบ ดงผายางใหคลมอยภายนอก Top

Cap แลวจงรดดวย O-ring ใหแนน ถา Top Cap มสาย drain ใหตออกปลายหนงเขากบ value A ทฐาน



4. เอาครอบแกวสวมลงบนตวอยางดน ตองระวงให Loading ram อยบนกงกลางของ Top Cap พอด

แลวขน Screw ยดกบฐานใหแนน



การทาใหดนชมนา (Saturation of Sample)

สวนใหญแลวตวอยางดนตองอยในสภาพชมน า (Saturated) ซงสามารถดาเนนการไดดงน ดรป

ดานลางประกอบ

1. ปลอยน า * เขาทาง Valve C เขาภายใน Cell รอบนอกตวอยางดนใหเตมลนออกทาง Bleeding

Value ดานบน Cell (สวนบนของ Cell มกใสน ามนเครองหรอน ามนละหง เพอปองกนน ารวออกทาง

Loading ram และชวยหลอลนไปดวยในตว)

หมายเหต *น าทใชใน Triaxial Test ควรเปนน ากลนทดดเอาฟองอากาศออกแลว(De-aired, Distalled water)

เพองายในการไลฟองอากาศ และไมทาใหเกดตะกอนอนจะทาให valve ตางๆ ชารดไดภายหลง

2. เพมความดนของ Confining pressure ไวเลกนอยประมาณไมเกน 5 psi เพอชวยประคองตวอยางดน

ใหแขงแรงขน ปลอยน าใหเขาสตวอยางทาง Valve B โดยมความดนชวยไมเกน 3 psi นาจะเคลอนจากฐาน

ขนสเบองบน ขณะเดยวกนกจะไลฟองอากาศออกทาง Valve A จนหมด จงปด Value B และ A

3. ในกรณทตองทาการวดความดนในตวอยางดน มกนยมเพมความดนภายในตวอยางและภายนอก

ตวอยางขนเทากนประมาณ 20 – 30 psi เรยกวา “Back Pressure” ซงจะทาใหฟองอากาศทยงหลงเหลออย

ละลายไปได เปนการชวยใหดนชมน าสมบรณขน

Unconsolidated Untrained Test (UU – Test)

การทดลองแบบนอาจใชกบตวอยางชมน าหรอไมกได โดย Value A, B และ D ปดตลอด

การทดสอบ

1. เพม confining pressure ทาง Value C ตามตองการ

2. กดตวอยางโดย Triaxial Compression Machine แรงดนทเกดขนเรยกวา “Diviator Stress”

จนกระทงตวอยางดนเรมเคลอนพง

Consolidated Untrained Test (CU - Test)

การทดลองแบบน ตวอยางดนจะตองทาใหชมน าเสยกอน แลวดาเนนการดงน

1. ปด valves เพม Confining pressure ทาง Value C ใหมากกวา Back pressure ทมอยโดย

Effective Confining pressure = Total Confining pressure - Back pressure

2. คอยเปด valve A เพอใหตวอยางดน Consolidate นาภายในตวอยางดนจะคอยๆไหลออก ถา

ตองการวดปรมาณน าทไหลออกกตองตอกบ Volume Change Indicator ดงในรปดานบน จนกระทงน าหยด

ไหลออกจากตวอยาง ซงอาจจะกนเวลาไมกชวโมงสาหรบ Silty Clay หรอกนเวลา 1-2 วนสาหรบ Highly

Plastic Clay



3. เมอ Consolidate ตวอยางดนเสรจแลวจะกดตวอยางดนภายใต Untrained Condition Valve A, B

และ C จะตองปดตลอดการกด นอกจาก Valve D ถาตองการจะวดความดนภายในตวอยางจะตองตอเขา

เครอง Pore Pressure Measurement ดงแสดงในรปดานบน

4. ยก Triaxial Cell เขาใน Compression Machine ดงแสดงในรปดานลาง จด Dial gage สาหรบวด

Vertical Deformation และเลอนหวกดใหพอด แตะ loading ram

5. ตงอตราการ Loading rate ประมาณ 0.05 – 0.10 in/min, อาน Load และ Pore Pressure ทก

Vertical deformation ประมาณ 0.01 in จนกระทงตวอยางดนเรมเคลอนพง หรอ Vertical Deformation

ประมาณ 20% Strain



Consolidated Drained Test (CD – Test)

การทดลองน ใหดาเนนการเหมอน CU – Test ขอ 1 – 4 ตอไปใหทาดงน

5. เปด Valve A แลวกดตวอยางดวยอตรา Loading rate ชามากจนกระทง Pore Pressure ทวดจาก Valve D

ไมเกดขน ซงขนอยกบชนดของดน และสวนใหญมกใชการกดดวยน าหนกโดยตรง

การคานวณทไดจากผลการทดลองแรงอดแกนเดยว

1) คานวณหาพนทหนาตดตวอยางดนตลอดแทงตวอยาง

A0 = 𝐴1+2𝐴2+𝐴34

เมอ A0 = พนทหนาตดตวอยางดนเฉลย

A1 = พนทหนาตดตวอยางดนดานบน

A2 = พนทหนาตดตวอยางดนตรงกลาง

A3 = พนทหนาตดตวอยางดนดานลาง

2) หาพนทหนาตดดนตวอยาง

A = 𝜋𝑑2

4

เมอ A = พนทหนาตดตวอยางดน

d = เสนผาศนยกลางตวอยางดนในดานทพจารณา

3) หาพนทหนาตดดนตวอยางทเปลยนไป เมอมการเปลยนแปลงความสงของตวอยางดนใน

ระหวางการทดสอบ

AS = 𝐴0

(1−𝜀)

เมอ ε = อตราสวนระหวางการหดตวอยางตอความสงของตวอยางเดม (ε= ∆V/L)

AS = พนทหนาตดดนตวอยางขณะทมการหดตว

L = ความสงของตวอยางดน

∆V = ระยะการหดตว



4) คานวณหา Vertical Diviator Stress

σv =(𝑃.𝑅)𝐾𝐴𝑆

เมอ σv = หนวยแรงกดในแนวดง

P.R = คาทอานไดจาก Proving Ring

K = คาคงทของ Proving Ring

5) คานวณหา Principal Stress

ในกรณททาการทดลอง CU – Test และวด Pore Pressure ดวย

เมอ u = pore pressure

6) การปรบแกไขพนท

พนทแกไข = พนทหนาตดตวอยาง

1−การเคลอนตวในแนวดง

ความสงตวอยาง

7) อานคา 1 สงสด และ 3 นามาเขยน Mohr Circle

8) ทดสอบตวอยางเหมอนเดมโดยใช Confining pressure ตาง ๆ กน อยางนอย 3 ตวอยาง นามาเขยน Mohr

Circle, Mohr – Coulomb’s Envelo

9) ลากเสนตรงสมผสวงกลมทงหมดเรยกวา Mohr – Coulomb’s Envelop จดตดบนแกน Shearing stress

เรยกวา Cohesion (c) และมมเอยง คอ Angle of internal friction (Ø)



ตวอยางการคานวณ



ขอควรระวง

สรปและขอเสนอแนะ

เอกสารอางอง

triaxcial test

Documents