Mô đun đàn hồi (Elastic Modulus, ký hiệu E) là đại lượng thể hiện độ cứng của vật liệu, được định nghĩa là tỷ số giữa ứng suất và biến dạng trong vùng đàn hồi. Giá trị này rất quan trọng để:
Dự đoán khả năng chịu lực và biến dạng của vật liệu dưới tải trọng.
Thiết kế nền móng, đê đập, đường giao thông, kết cấu bê tông, đá, hoặc đất.
Mô phỏng hành vi vật liệu trong phần mềm kỹ thuật (FEM, Plaxis, Abaqus…).
Áp dụng cho mẫu đất/đá/bê tông đặt trong buồng áp suất kín.
Tải được tăng dần theo trục dọc, trong khi áp suất bên duy trì không đổi (CU, CD hoặc UU).
Trong giai đoạn đầu (đàn hồi), biểu đồ ứng suất – biến dạng có xu hướng tuyến tính.
Cách xác định:
E=Δσ1−σ3Δϵ1E = \frac{\Delta \sigma_1 - \sigma_3}{\Delta \epsilon_1}E=Δϵ1Δσ1−σ3
Δσ1−σ3\Delta \sigma_1 - \sigma_3Δσ1−σ3: thay đổi ứng suất hiệu (tải trục dọc – áp lực bên)
Δϵ1\Delta \epsilon_1Δϵ1: biến dạng trục dọc tương ứng
Mô đun có thể được lấy từ:
Đoạn tuyến tính đầu tiên của đường cong (E ban đầu)
Đoạn giữa hoặc toàn bộ biểu đồ (E secant hoặc tangent)
Tải trọng dạng sin hoặc vuông được lặp lại nhiều chu kỳ (dưới dạng dao động).
Sử dụng để đo mô đun đàn hồi động (Dynamic Elastic Modulus, ký hiệu EdE_dEd) và tỷ số suy giảm biến dạng.
Tính toán từ đồ thị:
Ed=σmax−σminϵmax−ϵminE_d = \frac{\sigma_{max} - \sigma_{min}}{\epsilon_{max} - \epsilon_{min}}Ed=ϵmax−ϵminσmax−σmin
Thường sử dụng cảm biến đo dịch chuyển LVDT với độ chính xác cao (μm).
Phân tích dữ liệu bằng phần mềm điều khiển thí nghiệm (GDSLAB, GeoSys, TriaxSoft…).
| Tên mô đun | Mục đích/Ý nghĩa |
|---|---|
| Mô đun đàn hồi tĩnh (E) | Từ thí nghiệm nén đơn hoặc ba trục – đo độ cứng ban đầu |
| Mô đun đàn hồi động (Ed) | Từ thí nghiệm chu kỳ – dùng trong mô hình động đất, dao động nền |
| Mô đun tiếp tuyến (Et) | Tại một điểm cụ thể của đường cong ứng suất-biến dạng |
| Mô đun secant (Es) | Tỷ số giữa ứng suất/biến dạng trong vùng không hoàn toàn tuyến tính |
Phân tích ổn định công trình ngầm, móng, mái dốc.
Mô phỏng địa kỹ thuật trong điều kiện tải trọng động và địa chấn.
Thiết kế lớp nền móng đường, sân bay có cốt liệu lớn (ballast, đá nghiền…).
Đánh giá độ suy giảm mô đun theo số chu kỳ tải – ứng dụng trong cơ học phá hủy mỏi.
Cần hiệu chuẩn cảm biến đo tải và biến dạng chính xác.
Lấy dữ liệu ở vùng biến dạng nhỏ (<1%) để đảm bảo mô đun phản ánh hành vi đàn hồi.
Thí nghiệm có thể thực hiện ở các điều kiện khác nhau: bão hòa, không bão hòa, nhiệt độ cao…
