Triaxialgerät

Das Triaxialgerät (Dreiaxialgerät) ist ein Versuchsgerät eines bodenmechanischen Labors, mit dem die Scherparameter (Kohäsion c und Reibungswinkel ϕ) einer Bodenprobe ermittelt werden können. Die Versuchsdurchführung ist in der DIN 18137, Teil 2 genau festgelegt.

Es ist ein zylindrisches Gerät, in das eine Bodenprobe (die möglichst ungestört aus einem Bohrkern entnommen wird) eingesetzt wird. Oben hat das Gerät einen Druckstempel, der auf die Bodenprobe drückt, und seitlich wird sie von einem größeren Zylinder umhüllt, der mit einer Flüssigkeit (oder Druckluft) gefüllt ist. Die Bodenprobe ist mit einem Gummistrumpf so abgedichtet, dass die Flüssigkeit nicht eindringen kann. Oben und unten sind Filtersteine, die Wasser aus der Probe entweichen lassen können.

Beim Versuch wird die Probe seitlich und zentrisch mit Druck belastet, bis sie bricht. Zuerst wird ein horizontaler Druck aufgebracht, dann wird mit dem Druckstempel ein vertikaler Druck erzeugt. Beide Spannungen werden gemessen und können auch variiert werden. Außerdem wird die Zusammendrückung gemessen. Typisch für den Bruchzustand ist, dass die Probe auf einer oder mehreren schrägen Flächen abschert.

Aus den Spannungsverhältnissen beim Bruch berechnet man dann die Scherparameter. Hierzu dienen die Mohr'schen Spannungskreise, von denen jeder Versuch einen Kreis liefert. Die Ergebnisse mehrerer Versuche trägt man in ein Diagramm mit Druckspannungen und Schubspannungen ein, und zeichnet die einhüllende Gerade der Bruchkreise (die Schergerade), an der man direkt die Scherparameter ablesen kann.

Die Scherparameter braucht man bei der Standsicherheitsberechnung von Böschungen, Fundamenten und Bauwerken, die auf Böden gegründet werden.

Je nachdem, ob man während des Versuches und während des Bruches zulässt, dass das Wasser entweichen kann oder nicht und wie schnell man die Probe belastet, gibt es Varianten für die Scherversuche mit dem Triaxialgerät:

• Konsolidierter, drainierter Versuch (CD-Versuch)
• Konsolidierter, undrainierter Versuch (CU-Versuch)
• Unkonsolidierter, undrainierter Versuch (UU-Versuch)

In der Natur können alle diese Verhältnisse vorkommen, und deshalb muss man den Versuch so durchführen, wie er am besten die Natur und den Bauzustand wiedergibt. Die resultierenden Scherparameter sind dementsprechend verschieden.

Das Triaxialgerät heißt so, weil von allen drei Seiten Druck auf die Probe aufgebracht wird. Der Versuch heißt deshalb auch dreiaxialer Druckversuch oder triaxialer Kompressionsversuch. Wenn der seitliche Druck ganz weggelassen wird, handelt es sich um einen einachsialen Druckversuch mit unbehinderter Seitendehnung, den sogenannten Zylinderdruckversuch.

Verwendet wurde das Triaxialgerät schon 1910 von Theodore von Karman^[1], um die Mohr-Coulombschen Spannungsbedingungen zu überprüfen. Für die Bodenmechanik wurde 1928 von Ehrenberg (einem Mitarbeiter von Hans-Detlef Krey in Berlin) ein erstes Triaxialgerät konstruiert^[2]. Triaxialgeräte wurden insbesondere in den 1930er Jahren in Wien von Karl von Terzaghi und Leo Rendulic in Wien (und von Rendulic und Arthur Casagrande danach in Berlin bei der Degebo) zur experimentellen Untermauerung des Konzepts effektiver Spannungen benutzt. Das Gerät wurde insbesondere in den 1940er Jahren vom Terzaghi-Schüler Arthur Casagrande in Harvard weiterentwickelt (der befasste sich damit allerdings schon um 1930 am MIT) und zum Beispiel in England in den 1950er Jahren von Alan W. Bishop. Letzterer schrieb ein Standardwerk über das Triaxialgerät mit Henkel^[3].

Weblinks

• TU München, siehe dort Seite 11, Kap. I.4.1 (PDF-Datei; 1,41 MB)

Siehe auch: Rahmenschergerät, Kastenschergerät, Kreisringschergerät, Bodenmechanik

Einzelnachweise

1. ↑ zum Beispiel B. Vasarhelyi Tribute to the first triaxial test performed in 1910, Acta Geod. Geophys. Hung., Band 45, 2010, S. 227. Darauf wies aber auch schon Alec Skempton in den 1950er Jahren hin.
2. ↑ Klaus Weiß 50 Jahre Degebo, Degebo Mitteilungen Nr.33, 1978, S.25
3. ↑ Bishop, Henkel The measurement of soil properties in the triaxial test, 2. Auflage, Edward Arnold, London 1962