Univerzitet u Banjoj Luci
Rudarski fakultet Prijedor
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA I TLA
* Čvrstoća stena
* Smičuća čvrstoća tla
* Indeks čvrstoće
* Tvrdoća stena
* Žilavost stena
* Drobljivost stena
* Habanje stena
Doc. dr Srđan Kostić, dipl.inž.geol.
Prijedor, 03/11/2014
ISPITIVANJE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA IN SITU
TERENSKI OGLED SMICANJA U VELIKOJ RAZMERI
ISPITIVANJE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA IN SITU
TERENSKI OGLED SMICANJA PO PUKOTINI
• na veličinu parametara otpornosti na smicanje duž pukotina najveći uticaj imaju
oblik zidova pukotina (morfologija zidova pukotina i hrapavost) i mehaničke
karakteristike pukotinskih ispuna
TERENSKI OGLED KLIZANJA
• ekperimentalnim putem se ispituje veza između betona i stene na kojoj se objekat
fundira, u cilju dobijanja kvalitativnih i kvantitativnih podataka o otpornosti ove veze
na dejstvo smicanja
ISPITIVANJE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA IN SITU
TERENSKI OGLED KLIZANJA
KONSTITUTIVNE JEDNAČINE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA I TLA
KULON-MOROV LINEARAN ZAKON LOMA
• 1776.g. Kulon je prvi pretpostavio da čvrsti materijali imaju koheziju, a da se na
kontaktu dva materijala, pri relativnom smičućem pomeranju, pojavljuje otpor trenja:
τ f = c + σ n tgϕ
• c kohezija, φ ugao smičuće otpornosti (ugao trenja), σn predstavlja totalni normalni
napon koji deluje na ravan smicanja, tj. ravan loma
• ovaj linearni zakon, koji podrazumeva samo totalne napone, značajno je
modifikovao Tercagi (1923), koji je prvi uočio značaj efektivnih napona i potrebu
uvođenja veličine pornog pritiska, ali je pri tome zadržao konstantu, koheziju
• efektivni normalni napon σn' predstavlja razliku između totalnog normalnog napona
σn i pornog pritiska u:
τ f = c'+(σ n − u )tgϕ ' = c'+σ n' tgϕ '
• ovaj izraz je samo aproksimativan, a stvarna anvelopa napona loma, određena
ispitivanjima na realnom tlu, prolazi kroz koordinatni početak (c'=0) i manje ili više je
zakrivljena linija konkavna u odnosu na osu normalnih napona
KONSTITUTIVNE JEDNAČINE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA I TLA
KULON-MOROV LINEARAN ZAKON LOMA
• smičuća čvrstoća tla može da se izrazi i preko glavnih efektivnih napona σ1' i σ3'
pri lomu u posmatranoj tački
τf
σ 'ff
(
σ 1' − σ 3' ) f
sin 2θ
=
2
(
σ 1' + σ 3' ) f (σ 1' − σ 3' ) f
cos 2θ
=
+
2
2
gde je θ ugao između ravni u kojoj
deluje maksimalni glavni napon i
ravni loma, θ = 450+/-φ’/2
• veza između efektivnih glavnih
napona i parametara čvrstoće:
(
σ 1' − σ 3' ) f
sin ϕ ' =
2c' ctgϕ '+ (σ 1' + σ 3' ) f
KONSTITUTIVNE JEDNAČINE ČVRSTOĆE NA SMICANJE STENA I TLA
KULON-MOROV LINEARAN ZAKON LOMA
• Kulon-Morov kriterijum loma ne sadrži veličine deformacija, a ne figuriše ni
srednji glavni napon σ2; ovaj kriterijum loma se, zbog linearnosti i relativne
jednostavnosti, široko upotrebljava u praksi, iako to nije ni jedini moguć, niti
najbolji opis odnosa napona pri lomu tla
• Kulon-Morov kriterijum loma može da se opiše i Lemovim dijagramom, sa osama
s' i t', tako da modifikovana anvelopa loma ima oblik:
t ' = a '+ s ' tgα '
gde je
(
(
)
)
1 '
σ 1 + σ 3' f
2
1 '
t ' = σ 1 − σ 3' f
2
sin ϕ ' = tgα '
s' =
ϕ ' = arcsin (tgα ')
c' = a ' / cos ϕ '
HEK-BRAUNOV NELINEARNI KRITERIJUM LOMA
• za precizinije definisanje čvrstoće na smicanje ispucale
čvrste stenske mase, Hek predlaže uopšteni kriterijum
loma u obliku:
'


σ
'
'
3

+ s
σ 1 = σ 3 + σ ci  mb

 σ ci

a
gde su σ1' i σ3' maksimalni i minimalni efektivni normalni
naponi, σci jednoaksijalna čvrstoća na pritisak monolitnog
uzorka, mb, s i a konstante koje zavise od karakteristika
stenske mase, i koje se sračunavaju na osnovu vrednosti
parametra mi i geološkog indeksa čvrstoće (GSI)
Vrednosti parametra mi za razne vrste stena
HEK-BRAUNOV NELINEARNI KRITERIJUM LOMA
• Hek-Braunov kriterijum loma sadrži tri konstante, m, s i σc
• konstante m i s su bezdimenzionalne i donekle su analogne uglu trenja i koheziji
klasičnog Kulon-Morovog kriterijuma loma
uticaj različitih vrednosti konstante m na Morovu anvelopu loma za kompaktnu
stenu pri vrednosti s=1 i σc=1
HEK-BRAUNOV NELINEARNI KRITERIJUM LOMA
• uticaj vrednosti konstante s na oblik Morove anvelope loma i na ugao trenja za različite
vrednosti normalnog napona
• pomeranja monolita, u prvom redu, zavise od ispucalosti stenskih masa, jer gustina,
prostorni raspored i svojstva pukotina definišu veličinu, oblik i slobodu pomeranja monolita
• zbog toga su Hek, Kajzer i Bauden (1995) predložili da se ispucalost stenskih masa izrazi
veličinom GSI (geološki indeks čvrstoće), a da se na osnovu nje sračunavaju konstante mb,
s i a, koje definišu čvrstoću ispucalih stenskih masa
• parametri koji definišu čvrstoću na smicanje, nakon određivanja vrednosti GSI, računaju
se na osnovu sledećih izraza:
 GSI − 100 
mb = mi exp

28


HEK-BRAUNOV NELINEARNI KRITERIJUM LOMA
• za stenske mase dobrog kvaliteta, odnosno GSI>25:
• za GSI<25, odnosno za stenske mase lošeg kvaliteta:
 GSI − 100 
s = exp
, a = 0,5
9


s = 0 a = 0,65 −
GSI
200
SMIČUĆA ČVRSTOĆA TLA
• smičuća čvrstoća tla zavisi od:
• efektivnog normalnog napona
• trenja između pojedinih čestica
• kohezije
• promene zapremine
• promene konfiguracije skupa zrna
• loma pojedinih zrna
• početne orijentacije pločastih zrna i promene orijentacije pri deformisanju
• najveći deo smičuće čvrstoće potiče od otpora trenja po kontaktima između zrna
SMIČUĆA ČVRSTOĆA TLA
SMIČUĆA ČVRSTOĆA TLA
krto-plastični lom
plastični lom
žilavo ponašanje
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
• uzorci tla se opterećuju normalnim naponom primenom vertikalne sile, a zatim
horizontalnom silom, koja izaziva napone smicanja po sredini uzorka; mere se
otpori uzorka prema ovom smicanju
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
• opterećenja se nanose u dve faze:
• I faza: nanosi se normalna sila N koja je konstantna za jedan uzorak tokom
celog trajanja opita
• II faza: povećava se smičuća sila T do loma ili do veličine pomeranja u iznosu
10 -15 % dimenzije uzorka u pravcu smicanja
• veličine normalnih napona biraju se tako da se dobiju rezultati u području napona
koji su od interesa u konkretnom slučaju
• prvi uzorak se izlaže najmanjem usvojenom pritisku, drugi sa dva do tri puta većim
naponom primenjenim na prvom uzorku, a treći sa dva do tri puta većim naponom
upotrebljenim na drugom uzorku; tipično, normalni naponi su 100, 200 i 400 kPa
• prema uslovima dreniranja u pojedinim fazama opterećivanja primenjuju se tri
standardna postupka:
• drenirani (spori) D opit
• povratni (reverzni) R opit
• nederenirani (brzi) U opit
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Drenirani ili D opit direktnog smicanja
• postupak sa dreniranjem u obe faze opita za određivanje vršne čvrstoće tla za
efektivne napone
• ovaj opit se standardno primenjuje u praksi i daje parametre izražene efektivnim
naponima
• I faza D opita, koji se izvodi sa ugrađenim filterskim pločama, sastoji se od
konsolidacije uzorka normalnim opterećenjem
• trajanje procesa konsolidacije se prati merenjem veličine sleganja, slično kao u
edometru, tako da se zahteva znatno prekoračenje vremena t100
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Drenirani ili D opit direktnog smicanja
• u II fazi se, postepeno i relativno polako, povećava smičući napon do loma
• brzina smičućeg pomeranja određuje se tako da se lom uzorka dostiže nakon vremena
koje se izračunava po formuli v=δf/tf, gde je δf smičuće pomeranje pri lomu, a tf je
potrebno vreme postepenog nanošenja smičućeg otpora do loma
• smičuće pomeranje pri lomu nije unapred poznato, tako da se na početku serije
ispitivanja pretpostavi, na primer, u veličini od 1mm, a zatim koriguje na osnovu
prethodnih rezultata
• potrebno vreme do loma se određuje na osnovu rezultata merenja sleganja uzorka u
procesu konsolidacije uzimajući da je tf=10t100
• u slučaju glina, trajanje II faze može da iznosi i nekoliko dana, dok je kraće kod
prašinastih materijala, a najkraće kod čistih peskova, jer brzina smicanja zavisi od
vodopropusnosti tla
• orjentaciono se pesak može smicati brzinom od 1 mm/min, prašina sa oko 0,01
mm/min, a glina sa samo 0,001 – 0,003 mm/min
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Drenirani ili D opit direktnog smicanja
Povratni, reverzni ili R opit direktnog smicanja
• drenirani opit smicanja za određivanje rezidualne smičuće čvrstoće za efektivne napone
• služi za merenje rezidualne čvrstoće nakon velikih deformacija, izvodi se na prethodno
presečenim uzorcima po ravni smicanja, kao i na uzorcima koji sadrže ravan smicanja
uzetih iz terena, najčešće klizišta
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Povratni, reverzni ili R opit direktnog smicanja
• ovom opitu se najčešće podvrgavaju uzorci tla koji sadrže sitnozrne frakcije,
minerale glina, koji imaju pločast oblik
• I faza podrazumeva opterećivanje uzorka normalnim naponom i proces
konsolidacije
• II faza podrazumeva prvi ciklus smicanja identičan D opitu
• nakon dostizanja relativnih smičućih pomeranja, ne većih od oko 10 % smicane
dužine uzorka, obično oko 5 do 10mm, smičuće pomeranje se zaustavlja, okviri se
vraćaju polako u početni položaj pre početka smičućeg opterećivanja, sačeka
vreme za ponovnu konsolidaciju i nakon toga ponovo polako smiče brzinom od oko
0,003 do 0,01mm/min
• ovaj postupak se ponavlja sve dok, nakon par ponovljenih ciklusa, smičuća
čvrstoća dalje ne opada; obično je za dostizanje konstantne, rezidualne vrednosti
otpora smicanja, dovoljno 3-4 ciklusa
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Povratni, reverzni ili R opit direktnog smicanja
• iako je anvelopa napona loma često nelinearna, rezidualna čvrstoća može da se
aproksimira linearnom zavisnošću u određenom intervalu efektivnih normalnih napona:
τ f ,r = cr' + σ n' tgϕ r'
pri čemu je rezidualna kohezija cr' stvarno jednaka nuli ili je njena prividna vrednost
relativno mala, od 0 do oko 8 kPa, a φ je rezidualni ugao smičuće otpornosti tla, koji se,
u slučaju da se radi o glini sa znatnim učešćem pločastih zrna (CF > 20 %), obično kreće
u granicama od 5º do 15º
OPIT DIREKTNOG SMICANJA
Nedrenirani ili U opit direktnog smicanja
• postupak bez dreniranja u obe faze opita, služi za merenje nedrenirane čvrstoće koja se
izražava totalnim naponima
• tokom izvođenja opita izoluju se porozni keramički filteri tankim neperforiranim metalnim
pločama u kontaktu sa uzorkom da bi se onemogućilo dreniranje pri nanošenju napona u
obe faze opterećivanja
• uzorak se optereti normalnim naponom i odmah nakon toga brzo smiče do loma u
ukupnom trajanju opita od nekoliko minuta, bez obzira na način nanošenja smičućih
napona
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
• cilindričan uzorak se opterećuje svestranim pritiskom σ3 i aksijalnim naponom σa=σi
do loma
• u standardnim opitima je radijalno opterećenje σr=σ3 konstantno, a uzorak se
dovodi do loma povećanjem aksijalnog napona
• glavna prednost opita triaksijalne kompresije u odnosu na opit direktnog smicanja
je u homogenijem polju napona, uz mogućnost merenja pornih pritisaka ili promene
zapremine u procesu deformisanja
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
• opterećenje se nanosi u dve faze, prva je
OA, a druga AB:
• I faza: nanosi se svestrani pritisak
σr=σa=σ3=σ2=σ1; radijalni pritisak σr=σ3
nakon nanošenja ostaje konstantan za
jednak uzorak tokom celog trajanja opita
• II faza: povećava se aksijalni pritisak
σa=σ1 do loma ili do deformacije od oko 20
% visine uzorka
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
• za kompletan opit najčešće se ispituju najmanje 3 uzorka sa različitim veličinama
svestranih pritisaka σ3 u ćeliji
• veličine svestranih pritisaka za prvu fazu opita biraju se tako da se dobiju rezultati
u području napona koji su od interesa u konkretnom slučaju
• prvi uzorak se izlaže najmanjim usvojenim naponima, drugi sa najmanje
dvostrukom veličinom pritiska primenjenom na prvom uzorku, a treći sa najmanje
dvostrukom veličinom pritiska upotrebljenom za drugi uzorak; tipično, pritisci su
100, 200 i 400 kPa
• prema uslovima dreniranja u pojedinim fazama opterećivanja koriste se tri
standardna postupka :
• nekonsolidovani nedrenirani opit (UU opit)
• konsolidovani nedrenirani opit (CU opit)
• konsolidovani drenirani opit (CD opit)
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
Nedrenirani ili U opit triaksijalne kompresije
• postupak bez dreniranja u obe faze opita, odnosno „brzi opit“; ovom opitu se
podvrgavaju isključivo uzorci sitnozrnog tla (gline i prašine)
• pri izvođenju U opita sprečava se promena zapremine usled evakuacije vode i/ili
vazduha iz uzorka postavljanjem masivne ili porozne pločice (4) na kontaktu baze
uzorka i pijedestala uz zatvaranje ventila (V1)
• brzina aksijalne deformacije je oko 0,5 – 1% visine uzorka u minuti
• priraštaj svestranog pritiska praćen je istom veličinom priraštaja pornog pritiska
• anvelopa napona loma je horizontalna, tj. ϕu = 0, a smičuća čvrstoća je konstantna
nedrenirana kohezija τf = cu
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
Konsolidovani nedrenirani ili CU opit triaksijalne kompresije
• postupak sa konsolidacijom u prvoj fazi i bez dreniranja u drugoj
• pošto se meri porni pritisak, mogu da se odrede i parametri smičuće čvrstoće za
efektivne napone
• u I fazi omogućava se dreniranje i promena zapremine na račun istisnute vode iz
uzorka koja se meri u bireti (13) pri otvorenom ventilu (V1) i zatvorenom ventilu (V2)
• nakon završenog procesa primarne konsolidacije, u II fazi se zatvara ventil (V1), otvara
ventil (V2), nanosi se aksijalni pritisak kontrolisanom brzinom i meri promena pornih
pritisaka uređajem (M2) u funkciji aksijalne deformacije
• brzina aksijalne deformacije bira se uspunjavanjem uslova da se lom uzorka dostigne
nakon vremena koje se određuje primenom koeficijenata i iz odgovarajućih izraza
Uslovi dreniranja uzorka
Jedna porozna pločica
Dve porozne pločice
Dve porozne pločice i filter papir
κ
CU
0.5
2.1
2.3
κ
D
8.5
8.5
18.2
Konsolidovani nedrenirani ili CU opit triaksijalne kompresije
• pouzdanost sistema za merenje pritiska se kontroliše pre, tokom prve i pre početka
druge faze opita, tako što se u uslovima sprečenog dreniranja registruje priraštaj pornog
pritiska usled priraštaja svestranih napona
• ukoliko ove dve veličine nisu praktično jednake, neophodno je povećati stepen
zasićenja uzorka i provoditi opit sa povratnim pornim pritiskom reda veličine 200–300
kPa primenom sistema (S2)
• rezultati ovog opita mogu se prikazati Morovim krugovima totalnih napona i efektivnih
napona, tako da se mogu definisati dve anvelope napona loma
• anvelope napona loma za
totalne i efektivne napone
normalnih napona se seku,
tako da je samo za jednu
veličinu normalnog napona
nedrenirana smičuća čvrstoća
jednaka dreniranoj, tj. kada je
u nedreniranom opitu porni
pritisak jednak nuli
• kada je porni pritisak pri lomu
negativan, nedrenirana čvrstoća
je veća od drenirane
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
Konsolidovani nedrenirani ili CU opit triaksijalne kompresije
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
Drenirani ili D opit triaksijalne kompresije
• postupak sa dreniranjem u obe faze opita, odnosno „spori opit“
• porni pritisci su u toku nanošenja devijatora napona praktično jednaki nuli, tako da su
totalni naponi jednaki efektivnim naponima
• opit daje parametre smičuće čvrstoće za efektivne napone
• faza 1 opita se izvodi na identičan način kao i prva faza CU opita
• u II fazi se povećava aksijalni pritisak do loma, uz merenje promene zapremine uzorka
sistemom (13), dok se porni pritisci ne mere, a pretpostavlja se da su praktično
zanemarljivi
• u dreniranom opitu normalno konsolidovanog i rastresitog tla lom obično nastaje pri
relativno velikim deformacijama uz smanjenje zapremine pri povećanju devijatora napona,
uz eventualne znake očvršćavanja
• prekonsolidovani ili zbijeni uzorci se lome pri manjim deformacijama, obično se uočava
izražena vršna čvrstoća, tako da pri većim deformacija devijator napona opada
• posle početnog smanjivanja zapremine, zapremina uzorka ima tendenciju povećanja pre
loma, tako da se pri daljem deformisanju nakon dostizanja maksimuma, pojavljuje
omekšavanje
OPIT TRIAKSIJALNE KOMPRESIJE
Drenirani ili D opit triaksijalne kompresije
• brzina aksijalne deformacije je va=Δhf/tf, gde je Δhf skraćenje uzorka pri lomu
• potrebno vreme do loma je τf=κt100, gde je κ koeficijent koji zavisi od vrste opita i
uslova dreniranja uzorka
TERENSKO ODREĐIVANJE SMIČUĆE ČVRSTOĆE TLA
OPIT KRILNOM SONDOM
• krilna sonda je terenska metoda
ispitivanja
čvrstoće
na
smicanje
plastičnog glinovitog i muljevitog tla,
treseta
i
rastresitih
finozrnih
vodozasićenih peskova u istražnoj
bušotini, iz jame ili sa površine terena do
dubine od 20 m
• rotacijom sonde dolazi do loma stene
po cilindričnoj površini visine H i prečnika
D, pri čemu se otpornost na smicanje
određuje jednačinom:
а)
б)
9
D
8
7
6
5
4
τ=
M max
K
3
H
2
τ- otpornost stenskih masa na smicanje (kPa)
Mmax - maksimalni momenat torzije (kN⋅m)
K - konstanta krilne sonde (cm3) koja zavisi od
njene visine i prečnika
2
K=
πD H
D
(1 +
)
2
3H
1
B
OPIT KRILNOM SONDOM
LABORATORIJSKO ODREĐIVANJE JEDNOAKSIJALNE ČVRSTOĆE TLA NA PRITISAK
OPIT JEDNOAKSIJALNE KOMPRESIJE
INDEKS ČVRSTOĆE
• odnos primenjene sile i površine poprečnog preseka uzorka:
Is = P /D2
• određuje se na cilindričnom uzorku opitom tačkastog opterećenja tako što se vertikalno
opterećenje P nanosi preko konusa
• uzorak se postepeno opterećuje i registruje se sila P kod koje dolazi do loma; indeks
čvrstoće se zatim određuje pomoću nomograma
• poznavanjem veličine indeksa čvrstoće može se odrediti jednoaksijalna čvrstoća na
pritisak korišćenjem jednačine: σc = 24 Is
INDEKS ČVRSTOĆE
TVRDOĆA STENA
• otpor koji stena pruža prodiranju alata ili nekog drugog tela u svoju masu
• zavisi od mineralnog sastava tj. tvrdoće minerala i načina vezivanja, kao i od vrste
cementa kod posredno vezanih stena
• ispituje se laboratorijski i terenski
• postoje statički i dinamički postupci ispitivanja tvrdoće stena
• statički postupci se zasnivaju na principu utiskivanja igle ili cilindričnog utiskivača
određenih dimenzija u stensku masu:
F
H = (MPa )
S
• dinamičkim postupkom tvrdoća stena ispituje se pomoću:
skleroskopa, duroskopa i sklerometra
• skleroskopska relativna tvrdoća stena se najčešće ispituje
Šorovim skleroskopom
TVRDOĆA STENA
h1 + h 2 + h 3 + ⋅ ⋅ ⋅ + h n
Hs =
n
• duroskopski postupak određivanja tvrdoće se, slično
Šorovom postupku, bazira na elastičnom odskoku
utiskivača, odnosno klatna sa tegom od ispitivane površine
uzorka stene
O1
2
h1
3
1
h2
• sklerometrijska tvrdoća se određuje pomoću instrumenta koga je konstruisao
Schmidt, koji se sastoji od odbojnika i snažne opruge, pod čijim dejstvom odbojnik,
preko kontatnog klipa, prenosi udar na površinu uzorka; veličina odskoka se čita na
skali sa 100 podeoka u % maksimalne visine odskoka
ŽILAVOST STENA (DINAMIČKA ČVRSTOĆA)
• otpor koji stena pruža u momentu loma kada je izložena dinamičkom dejstvu sile
• zavisi od strukture i teksture stena, vrste minerala i njihove svežine, i od
poroznosti stena
• najvećom žilavošću odlikuju se stene sa ofitskom strukturom
• stene zrnaste strukutre su žilavije od stena porfirske strukture
• za stene kod kojih do loma dolazi bez prethodne ili posle neznatne deformacije
kažemo da pokazuju krto ponašanje; ukoliko pre loma stena podnosi velike
deformacije, onda je ponašanje (kvazi) plastično
• čvrstoća na pritisak i žilavost nisu sinonimi – postoje stene koje se odlikuju velikom
čvrstoćom na pritisak, ali malom žilavošću!
ŽILAVOST STENA (DINAMIČKA ČVRSTOĆA)
Vrsta
stene
Jednoaksijalna
čvrstoća na
pritisak (MPa)
Dinamička čvrstoća žilavost (MPa)
4
Granit
185
22,4
Dijabaz
398
41,8
Bazalt,
jedar
Peščar,
glinovit
Peščar,
silicijski
Mermer,
krupnozrni
Mermer,
sitnozrni
254
95
203
123
148
1
71,1
2
13,3
40,3
3
17,0
27,2
• prema našim standardima (SRPS) žilavost se ispituje modifikovanim postupkom
Pejdža (postupak po Foppl-u) – uzorak oblika kocke se izlaže udarima malja od
livenog gvožđa sa različitih visina sve dok ne nastupi razaranje stene
ŽILAVOST STENA (DINAMIČKA ČVRSTOĆA)
• žilavost po metodi M. A. Kobliške određuje se pomoću uređaja sa klatnom:
σdyn
G ⋅ ( H − h)
=
A
1
( N ⋅ m / m2 = J / m2 )
G - težina klatna (N)
h - visina pada klatna (m)
H -visina otklona klatna po izvršenom radu (m)
A -poprečni presek uzorka (m2)
H
4
3
2
h
DROBLJIVOST STENA
• svojstvo koje se ispoljava kod stena i mineralnih sirovina pri učestalim dinamičkim
naprezanjima
• po postupku Protođakonova, za ispitivanje se uzima uzorak uglja sa više mesta na
radilištu u dovoljnoj količini da se u laboratoriji može razbijanjem da dobije 5 uzoraka po
25-75gr mase i krupnoće sa pojedinim stranama preko 10mm
• svaki uzorak se izlaže dejstvu 5 udara tučka pri slobodnom padu sa stalne visine, a
ukupna količina sitneži od svih 5 uzoraka zajedno se proseje kroz sito sa otvorima
prečnika 0,5mm i izmeri u menzuri
DROBLJIVOST STENA
• koeficijent čvrstoće pri drobljenju dobija se po obrascu: f=20 x n/l, gde je n broj udara
tučkom, l je visina stuba ukupne količine sitneži ispod 0,5mm u menzuri
• proračun drobljivosti se vrši prema obrascu: Vmax = (67 / f) – 1,7 (cm3)
Klasa stene
Otpornost prema drobljenju
Vmax (cm3)
1,8
Karakteristične
stene u klasi
I
Izuzetno teško drobljive stene
II
Veoma teško drobljive stene
1,8-2,7
sitnozrni kvarcni
peščar, čvrsti granit
III
Teško drobljive stene
2,7-4,0
granodiorit, kvarcit,
serpentinit, čvrsti
peščar
IV
Stene srednje drobljivosti
4,0-6,0
peridotit,
konglomerat
V
Lako drobljive stene
6,0-9,0
peščar srednje
čvrstoće, mermer,
škriljac
VI
Veoma lako drobljive stene
9,0
diorit, skarn,
korund, porfirit
mekane rude,
slabiji krečnjaci,
gips, kalcit
DROBLJIVOST STENA
• švedski test drobljivosti - materijal za ispitivanje se prethodno pripremi u
laboratorijskoj drobilici, tako da pojedinačni komadi ne budu veći od 16mm niti manji
od 11,2mm
• razaranje uzorka se obavlja spuštanjem tega određene mase na metalni poklopac
posude sa određene visine
• spuštanje tega se ponavlja 20 puta da bi se vrednost drobljivosti (S) dobila kao
količina stenskog materijala iz posude koji prođe kroz kvadratne otvore na situ,
strana 11, 2mm, izraženo u procentima
HABANJE STENA
• svojstvo stena da se troše, tj. da smanjuju masu odnosno zapreminu delovanjem
spoljašnjih sila trenja
• zavisi od tvrdoće minerala, strukture i teksture, postojanja defekata u steni, stanja
svežine; zavisi i od subjektivnih činilaca – od vrste i količine abraziva
• najveće habanje imaju stene izgrađene od minerala sa malom relativnom tvrdoćom
po Mosovoj skali (hloridne i sulfatne stene)
• najmanje habanje imaju stene izgrađene od tvrdih minerala (kvarc, amfiboli,
pirokseni, olivini)
• kod posredno vezanih stena većim habanjem odlikuju se stene sa vezivom manje
čvrstoće (limonitsko, glinovita veziva, i dr.)
• kod metamorfnih stena, veće habanje imaju škriljci nižeg kristaliniteta (stene sa
dosta talka, hlorita, liskuna)
• osim veličine habanja, vrlo je važna i ravnomernost habanja
• monomineralne stene se odlikuju ravnomernim habanjem – mermer se haba
ravnomerno, dok mermer, koji osim kalcita sadrži i ljuspice liskuna, hlorit, grafit i epidot
haba se neravnomerno
HABANJE STENA
• habanje se ispituje laboratorijski primenom
dve metode:
• metoda Los Anđeles – primenjuje se za
ispitivanje habanja prirodnih i drobljenih
agregata stena koji se koriste za izradu podloga
puteva; ispitivanja se vrše u čeličnom cilindru –
bubnju, gde se materijal okreće zajedno sa 5-10
čeličnih kugli
• nakon 500 obrtaja materijal se vadi iz bubnja,
prosejava i meri težina čestica manjih od 1,6mm
koja je nastala udarom o čelične kugle, kao i
međusobnim sudarima agregata
• gubitak težine agregata je merilo habanja
stena
HABANJE STENA
• metoda Bemea – sastoji se u habanju uzorka kocke, koji se izloži delovanju
brusne ploče sa abrazivom; posle svakih 110 obrtaja izmeri se težina/zapremina
uzorka, pa se uzorak okrene za 900 oko svoje vertikalne ose
• veličina habanja se izražava gubitkom zapremine u cm3/50cm2 ili u procentima
Ha = (V1 – V2) / V1
Otpornost stena
prema habanju
Vrlo otporne
Otporne
Srednje otporne
Neotporne
Vrlo neotporne
Veličina habanja Ha
(%)
do 4
4 6
4-6
6-10
10-15
>15
HABANJE STENA
• metoda Devala – za ispitivanje habanja tucanika, pri čemu se materijal stavlja u
dva cilindra koji se za 5 sati okrenu 10 000 puta; po završetku opita vrši se
prosejavanje nastale sitneži kroz sito otvora 1,6mm
D = 400 / m
• prema koeficijentu Devala, stene su podeljene
na:
- vrlo otporne, D > 15
- otporne, D = 11 – 15
- neotporne, D < 11
• značaj poznavanja habanja stena je jako veliki kod njihove primene za izgradnju
puteva i ulica, kod korišćenja stena kao agregata za asfaltne i cement-betonske
zastore, tucaničkog zastora za pruge, za popločavanje podova i izradu
stepeništa, i dr.
Download

null