Univerzitet u Banjoj Luci
Rudarski fakultet Prijedor
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA I TLA
* Čvrstoća stena
Doc. dr Srđan Kostić, dipl.inž.geol.
Prijedor, 20-21/10/2014
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA
• otpor koji stena pruža kada je izložena pritisku, zatezanju, savijanju i smicanju
• zavisi od:
• objektivnih činilaca
• vrsta minerala
• struktura i tekstura stena
• poroznost
• stanje svežine sastojaka
• vlažnost
• dejstvo temperature
• subjektivnih činilaca
• način uzimanja uzorka i obrada uzorka
• odnos visine i prečnika uzorka (oblik i dimenzije uzorka)
• pravac opterećenja
• brzina priraštaja sile
• način prenošenja opterećenja na uzorak
• od čvrstoće stena zavisi napredovanje radova pri izvođenju različitih iskopa u terenu, kao
i stabilnost kosina površinskih kopova i podzemnih prostorija; utiče i na eksploataciju,
preradu i korišćenje stena kao građevinskih materijala
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA PRITISAK
• maksimalni otpor koji stena pruža kada je izložena statičkoj sili pritiska u
momentu loma
• ispituje se laboratorijski, na cilindričnim ili prizmatičnim uzorcima, pomoću
hidrauličke prese
• odnos opterećenja u momentu loma F i površine poprečnog preseka uzorka A
predstavlja (jednoaksijalnu) čvrstoću na pritisak
σ = F / A (MPa)
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA PRITISAK
• uticaj vlažnosti na čvrstoću na pritisak izražava se preko koeficijenta omekšavanja:
Kom = σp’ / σp
gde je σp’ čvrstoća vodom zasićenog uzorka
• stene sa koeficijentom omekšavanja manjim od 0,6 ne treba koristiti kao kamen u
građevinarstvu
• otpornost na delovanje mraza preko jednoaksijalne čvrstoće na pritisak:
Km = σpm / σp
gde je σpm čvrstoća na pritisak uzorka posle 25 ciklusa zamrzavanja-otkravljivanja
• ukoliko je koeficijent zamrzavanja veći od 0,75, stena je postojana na delovanje
mraza
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA PRITISAK
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA SAVIJANJE
Vrsta stene
• odnos maksimalnog momenta na savijanje Ms
i otpornog momenta W:
Ms
(MPa)
σs =
W
• ispituje se
uzorcima
laboratorijski,
Granit, svež
Granit, škriljast
na
prizmatičnim
• čvrstoća na savijanje je 10-20 puta manja od
čvrstoće na pritisak
Peščar,
silicijski
Čvrstoća
na
pritisak
(MPa)
Čvrstoća
na
savijanje
(MPa)
185, 0
21,4
135,0
8,4
203,0
6,8
Peščar,
glinovit
Krečnjak,
jedar
95,0
4,2
136,0
16,2
Krečnjak,
porozan
50,2
3,2
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
Vrsta stene
ČVRSTOĆA NA ZATEZANJE
• određuje se:
• direktnom metodom – uzorak se prethodno
pričvrsti lepkom za čeljusti posebno ugrađenog
držača, a potom se čeljusti rastežu čeličnim
sajlama sve do loma uzorka
σp =
F
A
( MPa )
• indirektnom metodom (brazilijanski opit) –
uzorak oblika cilindra izlaže se ravnomerno
raspoređenom pritisku po osi uzorka, usled
čega dolazi do cepanja uzorka
σz =
2⋅F
2⋅F
=
π⋅A π⋅d ⋅l
( MPa )
• čvrstoća na zatezanje najčešće iznosi 10%
čvrstoće na pritisak
Granit, svež
Granit,
škriljast
Peščar,
silicijski
Peščar,
glinovit
Krečnjak,
jedar
Krečnjak,
porozan
Čvrstoća Čvrstoća
na
na
pritisak zatezanje
(MPa)
(MPa)
185,0
16,0
135,0
4,8
203,0
3,6
95,0
2,3
136,0
6,4
50,2
1,5
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA SMICANJE
• određuje se:
• laboratorijski – na prizmatičnim uzorcima, kada se u specijalnom aparatu
nanose istovremeno i horizontalna sila smicanja Fs i normalna sila Fn na
ravan smicanja; pri konstantnom priraštaju smičućih deformacija povećava
se smičuća sila sve do loma, dok se normalna sila održava konstantnom
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA SMICANJE
τ = c + σ ⋅ tgϕ
gde je c kohezija, a φ ugao unutrašnjeg trenja
• određuje se i terenskim postupcima u potkopima, galerijama i površinskim kopovima
ogledom smicanja u velikoj razmeri
• čvrstoća na smicanje je najčešće 10-25% od čvrstoće na pritisak
MEHANIČKA SVOJSTVA STENA
ČVRSTOĆA NA SMICANJE
Kohezija
c (MPa)
Ugao unutrašnjeg
trenja ϕ (°)
Paleozojski argilošist
0,09
39
Paleozojski gnajs
0,72
44
Filitičan škriljac
0,03
40
Laporac
0,58
34
Krečnjak, masivan
0,40
70
Andezit, kaolinisan
0,10
55
Amfibolitski škriljac
0,10
62
Vrsta stene
Download

MEHANIČKA SVOJSTVA STENA I TLA