آزمایش سه محوری (Triaxial Test)

استاندارد آزمایش سه محوری

آزمایش تحکیم نیافته زه‌کشی نشده (UU): AASHTO T 296 و ASTM D 2850-87

آزمایش تحکیم یافته زه‌کشی نشده (CU): AASHTO T 297 و ASTM D 4767-88

آزمایش تحکیم یافته زه‌کشی نشده (CD): ASTM D 7181

مقدمه آزمایش سه محوری

در آزمايش سه محوری، فشار همه جانبه نماينده فشار جانبی خاک در محل واقعی است و معمولاً معادل مقدار تقريبی K0.γ.Z انتخاب می‌شود که K0 ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون γ وزن مخصوص المان خاک و Z عمق المان در این آزمایش است. در اين آزمايش نمونه‌ای از خاک با مشخصات استاندارد برداشته و يک غشای ظريف و نازک دور آن كشيده می‌شود و سپس در داخل محفظه استوانه شكلی از جنس پلاستيک يا شيشه كه معمولاً مملو از آب يا گليسيرين است، قرار می‌گيرد و گاهی نيز از هوا استفاده می‌شود. برای آن كه نمونه تحت برش گسيخته شود، يک تنش محوری از طريق يک بازوی قائم برای اعمال بار نصب شده، به نمونه وارد می‌شود. اين تنش، تنش محوری اضافی نام دارد.

به‌طور کلی آزمایش‌ها به دو صورت انجام می‌گیرد :

• کنترل تنش (با اضافه کردن وزنه‌هایی با گام مساوی تا لحظه گسیختگی نمونه)
• کنترل کرنش (اعمال تغییر شکل با سرعت ثابت به وسیله پرس هیدرولیک تا لحظه گسیختگی نمونه)

در این روش مقدار بار محوری وارده مربوط به یک تغییر شکل محوری مشخص با یک حلقه یا سلول اندازه‌گیری نیرو که بر روی بازوی دستگاه نصب شده است، اندازه‌گیری می‌شود.

این آزمایش جهت تعیین مقاومت برشی نمونه است و مدل بسیار خوبی برای خاک در محل می‌باشد. در عمل با اعمال فشار همه‌جانبه σ3 برابر نیروی همه جانبه در محل و افزایش نیروی محوری بر روی نمونه آن را شکسته و نیروی شکست و تغییر شکل در لحظه شکست را اندازه می‌گیرند. بدین ترتیب پوش دوایر موهر کشیده می‌شود یعنی هم C و φ برای انواع آزمایشها به‌دست می‌آید و هم رفتار خاک زیر بارگذاری مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

انتخاب نوع آزمایش سه محوری

نوع آزمایش سه محوری که باید انجام شود، بستگی به نوع و چگونگی مسأله مورد مطالعه دارد. در آزمایشگاه‌های مکانیک خاک معمولاً به این شکل است که آزمایش CD (تحکیم یافته زه‌کشی شده) برای خاک‌های دانه‌‎ای مثل ماسه‌ها و برای بررسی رفتار دراز مدت خاک‌های چسبنده انجام می‌شود. آزمایش‌های UU (تحکیم نیافته زه‌کشی نشده) و CU (تحکیم یافته زه‌کشی نشده) در شرایط اشباع همراه با اندازه‌گیری فشار منفذی برای بررسی رفتار خاک‌های ریزدانه در شرایط زه‌کشی نشده استفاده می‌شوند و آزمایش UU در شرایط نیمه اشباع جهت بررسی رفتار خاکریز حین ساخت استفاده می‌شود. آزمایش‌های سه محوری بسته به اینکه شیر خروج جریان منفذی باز یا بسته باشد به سه صورت انجام می‌گیرد:

۱. آزمایش زه‌کشی نشده، تحکیم نیافته (UU)؛ این آزمایش در شرایطی انجام می‌شود که شیر زه‌کشی در تمام مراحل بسته است و آزمایش بلافاصله بعد از نصب سلول فشار آغاز می‌شود. برای خاک‌های دانه‌ای نرم اگر درصد اشباع کمتر از 100 درصد باشد تفاوت اندكی بين باز و بسته بودن شير وجود دارد. اين آزمايش برای خاک‌های غيرچسبنده با درجه اشباع 100 درصد قابل استفاده نيست. یک مثال از موارد استفاده این آزمایش در پایداری کوتاه مدت شیب‌ها است.

۲. آزمایش زه‌کشی نشده، تحکیم یافته (CU) يا آزمايش سريع تحكيم يافته؛ در اين آزمايش بعد از اين كه نمونه تحت فشار محفظه تحكيم شد، بار محوری در شرايط زهكشی نشده اعمال می‌شود. براي برخی آزمايش‌ها وسايلي برای نشان دادن توقف تغييرات حجم نمونه (متوقف شدن جريان آب منفذی) و نشان دادن پايان عمل تحكيم وجود دارد، زيرا اصولاً تحكيم، خصوصاً برای خاک‌های رسی، زمان قابل توجهی می‌برد. به‌علاوه تكنيک‌هايی برای افزايش سرعت زهكشی مانند استفاده از سنگ‌های متخلخل يا استفاده از كاغذ صافی به‌كار برده می‌شوند. وقتی تحكيم پايان يافت، شير زهكشی بسته می‌شود و تنش محوری اضافی اعمال می‌شود تا نمونه گسيخته شود. قسمت آخر آزمايش مانند آزمايش تحكيم نشده زهكشی نشده است. از این آزمایش برای مدل کردن شرایط پایداری سدهای خاکی در زمانی که آب پشت سد به سرعت تخلیه شود و سد در مرحله دوم فرصت کافی برای زه‌کشی نداشته باشد، استفاده می‌شود.

۳. آزمایش زه‌کشی شده، تحکیم یافته (CD)؛ در اين آزمايش در مرحله اعمال تنش همه جانبه و تنش محوری اضافی، شيرهای زهكشی باز هستند. در مرحله اول آزمايش رفتار نمونه برای بررسی اتمام تحكيم بررسی می‌شوند. تنش محوری اضافی بايد با سرعت بسيار كم اعمال شود تا فشار آب منفذی در طول شكست به وجود نيايد يا آن قدر كوچک باشد كه در پارامترهای خاک تأثير نگذارد. به علت حساسيت بيش از حد خاک و تأثيرپذيری زياد پارامترهای خاک از ميزان دست‌خوردگی و نوع آن، آزمايش‌های سه محوری طبقه‌بندی‌های خاصی دارند و در كلاس‌های مختلف انجام می‌شوند. به‌عنوان مثال آزمايش‌های CD و CU و UU برای خاک‌های چسبنده و غيرچسبنده، خاک‌های عادی تحكيم يافته و پيش تحكيم يافته متفاوت است. همچنين آزمايش‌ها را می‌توان در شرايطی با اندازه‌گيری فشار آب منفذي و بدون اندازه‌گيری فشار آب منفذی انجام داد. این آزمایش روی خاک‌های دانه‌ای یا بررسی پایداری دراز مدت شیب‌ها و زمین زیر ساختمان‌ها به‌کار می‌رود. آزمایش ممکن است روی خاک‌های دانه‌ای غیر چسبنده (نمونه باید دست‌نخورده باشد و اگر دست‌خورده باشد تراکم آن عین تراکم در محل باشد) انجام ‌شود یا روی نمونه خاک چسبنده ریز دانه که نمونه باید عیناً دست‌نخورده و یا حداقل دست‌خوردگی را داشته باشد (مخصوصاً اگر خاک حساس هم باشد).

معيار اشباع بودن نمونه، پارامتر فشار آب منفذي اسكمپتون (B) است. در همه موارد اساس كار يكسان است، يعنی نمونه ابتدا بر اثر فشار سيال داخل محفظه تحت يک فشار محيطی همه جانبه (3σ) قرار می‌گيرد. بسته به نوع آزمايش ممكن است اجازه تحكيم و زايل شدن فشار آب منفذی به نمونه داده شود. بر اثر اين فشار، فشار آب منفذی نمونه به مقدار Uc افزايش می‌يابد كه اثر آن را با پارامتر بدون بعد فشار آب منفذی اسكمپتون (B) نشان می‌دهند. در خاک‌های اشباع B=1 است. بعد از آن كه نمونه تحكيم شد، در آزمايش‌های CU و CD تنش محوری اضافی (dσ∆) روی نمونه اعمال می‌شود. در اين مرحله هم بسته به نوع آزمايش، سرعت بارگذاری متفاوت است و شير زهكشي هم می‌تواند باز يا بسته باشد.

پارامتر B از این رابطه به‌دست می‌آید:

وسایل آزمایش سه محوری

۱. دستگاه چرخ‌دنده با ایستگاه‌های مختلف جهت سرعت های کم و زیاد

۲. یک قاب بالایی که رینگ ثبت نیرو و تغییر شکل بر روی آن قرار دارد

۳. دستگاه تعیین فشار آب درون خاک؛ این دستگاه از ۲ قسمت تشکیل شده است.

• بلوک شفاف که در آن لوله U شکل تا نیمه از جیوه پر شده است و یک طرف آن به انتهای تحتانی نمونه خاک وصل می‌شود. این قسمت دارای قطر نازکی برابر یک میلی‌متر است.
• شاخص متحرک برای تعیین نمودن سطح جیوه در لوله. (در هنگام آزمایش باید همه مجرای زه‌کشی و اندازه‌گیری فشار از آب پر شود و به‌خصوص باید دقت کرد که در قسمتی از مجرای زه‌کشی که بین نمونه خاک و نمایانگر فشار قرار گرفته است، هیچ حباب هوایی وجود نداشته باشد.)

۴. یک یا دو تشک فلزی که در مواقعی که زه‌کشی لازم نیست، جانشین سنگهای متخلخل می‌شود.

۵. قوطی‌های مخصوص برای تعیین درصد رطوبت و …

۶. سلول که با سه گیره محکم می‌شود و شامل استوانه آلومنیومی زیر نمونه و بالای نمونه است.

۷. غشاء لاستیکی؛ برای خاک‌های چسبنده، قطر استوانه غشاگيری چند ميلی‌متر بيشتر از قطر نمونه مورد آزمايش است و به وسيله مكش در پشت غشای لاستيكي نمونه در داخل اين استوانه قرار می‌گيرد، بدين ترتيب كه با مكش هوای محبوس بين غشا و قالب، غشا كاملا به قالب می‌چسبد و نمونه را می‌توان به سادگی داخل آن قرار داد. برای خاک‌های دانه‌ای خشک، قالب استوانه‌ای كه برای قرار دادن غشای لاستيكی به كار می‌رود، قطری بيشتر از قطر نمونه دارد. اين اختلاف قطر تقريبا دو برابر ضخامت غشای لاستيكی است. اين قالب می‌تواند دو يا سه تكه‌ای باشد. اين استوانه در قسمت پايين دارای يک گلوگاه است كه بدين ترتيب عمل قرار دادن حلقه‌های لاستيكی (كش‌ها) روی پايه محفظه امكان‌پذير است. برای خاک‌های دانه‌ای اشباع شده، می‌توان قالب استوانه‌ای حالت قبل را به كار برد. در اين حالت فشار آب نمونه، غشای لاستيكی را به ديواره داخلی قالب می‌چسباند و ايجاد مكش بين غشای لاستيكی و ديواره داخلی قالب ضروری نيست.

۸. جک و سر جک جهت بیرون آوردن نمونه

۹.کاردک

۱۰. محفظه فشار

۱۱. وسیله اعمال فشار با شرط کنترل کرنش (پرس): این وسیله شامل یک داربست است که در قسمت پایین آن، یک سکو به وسیله موتوری که سرعت آن قابل کنترل آست، به طرف بالا یا پایین می‌رود. بین این سکو و اتکا فوقانی، سلول فشار و فشارسنج برای اندازه‌گیری تغییرات فشار در حین آزمایش قرار دارد. پرس فوق با ظرفیت‌های مختلف، معمولاً بین ۱۰ تا ۵۰ تن که برای آزمایش‌های خاک مورد استفاده است، ساخته می‌شود.

۱۲. نمونه اصلاح کن

۱۳. اره سیمی

۱۴. منبع ایجاد خلاء

۱۵. گرمکن

۱۶. کولیس

۱۷. لوله جهت داخل کردن نمونه در غشاء

۱۸. نمونه‌گیرهای مختلف

۱۹. ظرف تبخیر

۲۰. ورقه‌های کاغذ صافی بر زیر و روی نمونه (بین نمونه خاک و سنگ‌های متخلخل) برای جلوگیری از ورود ذرات خاک به درون سنگ متخلخل و همچنین در اطراف نمونه برای تسهیل زه‌کشی جانبی

۲۱. ترازو با دقت 0.1 گرم

۲۲. بورت برای اندازه‌گیری تغییر حجم؛ اندازه‌گيری تغيير حجم آب درون نمونه به وسيله بورت صورت می‌گيرد، بدين طريق كه با تغيير حجم نمونه خاک، مقداری از آب به بورت وارد يا از آن خارج می‌شود. اين وارد و خارج شدن، سطح پارافين در لوله وسطی را تغيير می‌دهد كه بدين ترتيب تغییرحجم مشخص می‌شود.

۲۳. یک یا دو حلقه لاستیکی (کش) در بالای نمونه در شیار مخصوص کلاهک فوقانی و در پایین نمونه در شیار مخصوص پایه برای جلوگیری از نفوذ آب به درون نمونه

۲۴. دستگاه کمپرسور مربوط به فشار هیدرواستاتیک جانبی؛ اين دستگاه معمولاً در سه نوع ساخته می‌شود كه نوع جيوه‌ای آن در اكثر دستگاه‌های سه محوری به‌كار می‌رود. دستگاه دارای دو مخزن جيوه‌ای است كه يكی از آن‌ها در سطحی ثابت و ديگری آويزان است و مقدار فشار منتقل شده به وسيله اين دستگاه از روی اختلاف ارتفاع اين دو مخزن به دست می‌آيد و مقدار آن به وسيله فشارسنج عقربه‌ای خوانده می‌شود. برای خواندن دقيق، يك فشارسنج U شکل جيوه‌ای هم به سيستم اضافه می‌شود كه فشارهای كوچک را به خوبی تعيين می‌كند. فشار جانبی كه به وسيله اين مخازن جيوه ايجاد می‌شود، بستگي به اختلاف سطح دو مخزن دارد. برای آن كه فشار بزرگتری ايجاد شود، بايد دو يا چند مخزن را به طور سری به هم وصل كرد. (فشاری در حدود 10 تا 15 كيلوگرم بر سانتی‌مترمربع)

مشخصات نمونه‌ها

هرچه شرايط نمونه بيشتر شبيه شرايط خاک در محل باشد، از آزمايش نتايج دقيق‌تری به‌دست خواهد آمد. درصورتی‌كه نمونه خاک نماينده خاک پی يک سازه باشد، تهيه يک نمونه دست‌نخورده بسيار مفيد است و درصورتی‌كه نماينده خاكريز باشد، بايد يک نمونه دست‌نخورده با همان شرايط تراكم محلی را آزمايش كرد. مواردی که باید در نمونه‌گیری به آن‌ها توجه کرد:

۱. تهيه نمونه دست‌نخورده از خاک‌های دانه‌ای بسيار مشكل است و اغلب نمونه‌ای دست‌نخورده با همان چگالی نسبی در محل تهيه می‌شود.

۲. در خاک‌های چسبنده ريزدانه، نمونه بايد عيناً دست‌نخورده باشد يا حداقل دست‌خوردگی را داشته باشد (به‌خصوص اگر خاک حساس باشد).

۳. در استفاده‌های آموزشی می‌توان از نمونه بازسازی شده در قالب تراكم استفاده كرد.

۳. نمونه‌های تهيه شده با نمونه‌گير جدار نازک (شلبی) می‌تواند به وسيله يک نمونه اصلاح كن به ابعاد دلخواه درآيد.

۴. برای اندازه‌گيری ابعاد نمونه طول را چهار بار و هر بار با 90 درجه تغيير زاويه اندازه می‌گيريم، قطر را هم در سه منطقه بالا، وسط و پايين و در هر منطقه 4 بار اندازه می‌گيريم. سپس طول و قطر متوسط را به دست می‌آوريم و در محاسبات به كار می‌بريم.

۵. هنگام خارج كردن نمونه خاک از لوله حفاری، اگر خاک چسبنده است يا قابليت تراكم زياد دارد، نبايد آن را با جک زدن خارج كرد و در صورت اجبار، نيرو در همان جهتی كه نمونه به استوانه وارد شده، بر نمونه داخل استوانه اعمال شود.

۶. پس از خارج شدن نمونه، سريعاً بريده می‌شود تا خشک نشود.

۷. قسمت‌های بالا و پايين نمونه خاک، دست‌خورده است. در صورت تمايل به استفاده از نمونه دست‌نخورده، بالا و پايين نمونه كنار گذاشته می‌شود.

۸. اگر ناهمگنی خاک زياد باشد، آزمايش روی خاک صحيح نخواهد بود.

۹. نسبت طول به قطر نمونه باید بین 2 و 3 باشد، اگر ارتفاع نمونه کمتر از 2 برابر قطر باشد، اجازه تغییر شکل به نمونه نمی‌دهد و اصطکاک بین سطح نمونه و استوانه باعث برش نمونه می‌گردد و اگر ارتفاع نمونه بزرگتر از 3 برابر قطر باشد، نمونه کمانش خواهد کرد و گسیختگی به جای مکانیکی، هندسی خواهد بود. بنابراین بهترین نسبت ارتفاع به قطر حدود 2.5 است.

۱۰. ابعاد نمونه استوانه‌ای؛ قطر برابر 6.35 میلیمتر و ارتفاع برابر 9.88 میلی‌متر

به‌دست آوردن پارامترهای برشی خاک به‌وسيله آزمايش سه محوری هم در حالت اشباع كامل و هم در شرايط نيمه اشباع خاک امكان‌پذير است و آزمايش سه محوری روی خاک‌های غيراشباع فقط برای اندازه‌گيری تنش‌های كل است. به‌علاوه ممكن است در زمان بهره‌برداری، خای اشباع شود. اشباع كردن نمونه‌های خاک به روش‌های مختلف انجام می‌گيرد. در ادامه به سه روش كه برای اشباع نمونه سه محوری به كار می‌رود، اشاره خواهيم كرد.

۱۱. استفاده از پس فشار (Back Pressure)؛ در حالی كه شير زهكشی مرتبط با بالای نمونه باز است تا هوا خارج شود، آب را با فشار مشخصی از انتهای نمونه وارد می‌كنيم.

۱۲. استفاده از پمپ خلاء؛ برای خارج كردن هوای داخل نمونه به وسيله مكش، البته هم‌زمان می‌توان از پس فشار هم استفاده كرد.

۱۳. استفاده از گاز co2؛ پيش از استفاده از دو روش بالا، از گاز co2 استفاده می‌شود. در اين حالت گاز co2 جايگزين هوای حفره‌ای می‌شود و در مراحل بعد آب به‌راحتی جايگزين co2 می‌گردد. پس از مراحل فوق در شرايطی كه شير زهكشی بالای نمونه بسته است، پس فشار از پايين نمونه وارد می‌شود. اين امر موجب می‌شود تا هوای محبوس داخل نمونه در آب حل شود و به اشباع شدن نمونه كمك كند.

۱۴. در دو آزمايش CD و CU لازم است قبل از اين كه نمونه تحت تنش محوري اضافی (dσ∆) گسيخته شود، تحكيم گردد. بدين منظور بلافاصله بعد از برقراری فشار 3σ شيرهای زهكشی را باز می‌كنيم و تغيير سطح آب در بورت‌های متصل به آن‌ها را در زمان‌های استاندارد شده توسط ASTM اندازه‌گيری می‌كنيم و بر اساس اين داده‌ها می‌توان نمودارهای ΔVs – log t یا ΔVs – √t را رسم كرد. (ΔVs تغييرات حجم نمونه است)

روش انجام آزمایش سه محوری

این آزمایش به سه شکل به شرح ذیل انجام می‌گیرد:

• حالت تحکیم یافته زه‌کشی شده (CD)
• حالت تحکیم یافته زه‌کشی نشده (CU)
• حالت تحکیم نیافته زه‌کشی نشده (UU)

روند کلی این آزمایش به این صورت است که یک نمونه استوانه‌ای خاک که اغلب ارتفاع آن دو برابر قطر آن است درون محفظه‌ای قرار گرفته و سپس تحت تأثیر یک فشار همه جانبه قرار می‌گیرد که دراین حالت اگر قصد تحکیم نمونه را داشته باشیم شیرهای خروج آب باز نگه داشته می‌شود تا نمونه تحکیم شود و فشار منفذی به صفر برسد. پس از این مرحله با اعمال بار قائم نمونه به گسیختگی می‌رسد در این حالت اختلاف بار قائم و بار همه جانبه که به تنش انحرافی معروف است باعث گسیختگی نمونه می‌شود درصورتی که قصد زه‌کشی نمونه وجود داشته باشد در این مرحله نیز شیرهای خروج آب باز نگه داشته می‌شود.
این آزمایش نیز با فشارهای جانبی مختلف انجام می‌شود سپس دوایر موهر حاکم بر هرکدام از آزمایشها در یک دستگاه مختصات ترسیم شده و پوش این دوایر رسم می‌شود، شیب این خط زاویه اصطکاک داخلی خاک و عرض از مبداء آن چسبندگی خاک می‌باشد. همانند آزمایش برش مستقیم، این آزمایش هم بر اساس تئوری موهر کلمب انجام می‌شود با این تفاوت که این آزمایش تشابه بسیار زیادی با رفتار خاک در محل داشته و گسیختگی در ضعیف‌ترین سطح اتفاق می‌افتد.

۱. ‌تحکیم نیافته زه‌کشی نشده (UU)

ابتدا به وسیله جک نمونه‌گیر را داخل لوله خاک که قبلاً به وسیله دستگاه حفاری از محل مورد نظر برداشته شده و به آزمایشگاه آورده شده ‌است، خارج می‌کنیم و پس از صاف کردن سر و ته آن، نمونه مورد آزمایش را از داخل نمونه‌گیر خارج می‌‌کنیم (برای خاک چسبنده و ریزدانه) از این نوع نمونه حداقل سه عدد تهیه می‌نماییم. برای خاک دانه‌ای می‌توان در قالب‌های مخصوص خاک را ریخته و متراکم کرد تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء ریخته و متراکم کرد تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء گذاشت. برای خاک‌های غیرحساس هم می‌‌توان نمونه را دوباره سازی نمود. برای تعیین درصد رطوبت، نمونه را داخل فر می‌گذاریم تا ۲۴ ساعت در دمای ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد بماند. نمونه را دقیقه وزن کرده و ابعاد آن را اندازه می‌گیریم. سپس نمونه را به‌وسیله قالب مخصوص و دستگاه خلا داخل غشاء لاستیکی می‌گذاریم و آن را دقیقاً در محل خود قرار داده، سلول را روی آن گذاشته و گیره‌های سلول را می‌‌بندیم.
از سوراخ بالای سلول آن را به نحوی پر از آب می‌کنیم که هوایی داخل سلول نماند سپس پیچ سوراخ آب را بسته و میله بالای سلول را پایین می‌آوریم تا بین استوانه زیر رینگ و قاب زیرین تماس برقرار شود. بعد از تراز کردن دستگاه، فشار جانبی را که توسط سیستم جیوه و آب و لوله‌های مرتبط تأمین می‌شود بر نمونه وارد می‌‌‌کنیم. این عمل با باز کردن شیر آب انجام می‌شود. آن‌گاه دستگاه را روشن می‌کنیم تا با سرعت یک میلی‌متر بر دقیقه بالا آمده و اندازه‌گیر نیرو شروع به حرکت نماید. در این حالت دستگاه را خاموش کرده و پس از صفر کردن دو اندازه‌گیر و تغییر شکل دستگاه را مجدداً روشن می‌کنیم.
در هر دور تغییر شکل میزان نیرو را می‌خوانیم. قرائت اندازه‌گیر نیرو نشان‌دهنده نیرو در لحظه فوق‌الذکر است که اگر به سطح متوسط تقسیم شود همان تنش 3σ خواهد بود. این عمل ادامه پیدا می‌کند تا نمونه شکسته شود یعنی اندازه گیر نیرو برگردد یا نمونه خمیری شود که نقطه شکست ۲۰ درصد تغییر شکل نمونه خواهد بود. این عمل را با فشارهای جانبی مختلف برای سه نمونه انجام داده و نتایج را برای هر نمونه یادداشت می‌کنیم. پس از اتمام آزمایش نمونه را درآورده و وزن می‌کنیم که نباید افزایش وزن داشته باشد.

۲.‌ تحکیم یافته زه‌کشی نشده (CU سریع)

ابتدا فشار جانبی را به آرامی وارد نموده و شیر زه‌کشی را باز می‌‌گذاریم تا آب خارج شود و نمونه به 100 درصد تحکیم برسد. آن‌گاه شیر زه‌کشی بسته می‌‌شود، تا این لحظه فشار تماماً مؤثر است. سپس فشار محوری را وارد می‌نمائیم تا نمونه بشکند.

از سوراخ بالای سلول آن را به نحوی پر از آب می‌کنیم که هوائی داخل سلول نماند سپس پیچ سوراخ آب را بسته و میله بالای سلول را پایین می‌آوریم تا بین استوانه زیر رینگ و قاب زیرین تماس برقرار شود. بعد از تراز کردن دستگاه، فشار جانبی را که توسط سیستم جیوه و آب و لوله‌های مرتبط تأمین می‌شود بر نمونه وارد می‌‌‌کنیم. این عمل با باز کردن شیر آب انجام می‌شود. آن‌گاه دستگاه را روشن می‌کنیم تا با سرعت یک میلی‌متر بر دقیقه بالا آمده و اندازه‌گیر نیرو شروع به حرکت نماید. در این حالت دستگاه را خاموش کرده و پس از صفر کردن دو اندازه‌گیر و تغییر شکل دستگاه را مجدداً روشن می‌کنیم.

در هر دور تغییر شکل میزان نیرو را می‌خوانیم. قرائت اندازه گیر نیرو نشان دهنده نیرو در لحظه فوق‌الذکر است که اگر به سطح متوسط تقسیم شود همان تنش 3σ خواهد بود. این عمل ادامه پیدا می‌کند تا نمونه شکسته شود یعنی اندازه‌گیر نیرو برگردد یا نمونه خمیری شود که نقطه شکست 20 درصد تغییر شکل نمونه خواهد بود. این عمل را با فشارهای جانبی مختلف برای سه نمونه انجام داده و نتایج را برای هر نمونه یادداشت می‌کنیم. پس از اتمام آزمایش نمونه را درآورده و وزن می‌کنیم که نباید افزایش وزن داشته باشد.

۳.‌ تحکیم یافته زه‌کشی شده (CD سریع)

در تمام مدت آزمایش شیر زه‌کشی باز است. یعنی هم 3σ و هم 1σ فشارهای مؤثر خواهند بود. از این آزمایش به‌عنوان تحکیم نمونه نیز می‌توان استفاده کرد ولی این عمل برای خاک‌های ریزدانه خیلی طول می‌‌کشد. نمونه اگر اشباع نباشد مشابه تحکیم در همان فشار همه جانبه معادل فشار جانبی وارده در محل اتفاق می‌افتد.

محاسبات آزمایش سه محوری

برای هر قرائت كرنش محوری از این رابطه محاسبه می‌شود:

ΔH: تغيير ارتفاع نمونه

H0: ارتفاع اوليه نمونه قبل از اعمال بار

مساحت متوسط نمونه در زمان هر قرائت محاسبه می‌گردد:

A0: مساحت متوسط اوليه نمونه

ε: كرنش محوري در قرائت مورد نظر

تنش محوری اضافی برای هر قرائت تعیین می‌شود:

P: بار وارده بر نمونه (تصحيح شده)

A: مساحت متوسط نمونه

در ادامه منحنی (تنش انحرافی اضافی- كرنش) برای نمونه‌های آزمايش شده رسم می‌شود. مقاومت نمونه‌ها و كرنش در زمان گسيختگی مطابق تعريف ارائه شده تعيين شده و دايره مور مربوط به شرايط گسيختگی نمونه رسم می‌گردد تا پوش گسيختگی را به‌دست آوريم. سپس با استفاده از ابعاد، وزن و درصد رطوبت نمونه مقدار درجه اشباع نمونه محاسبه می‌شود.