Politechnika Wrocławska Wrocław, dnia 12.01.2003r.

Wydział Górniczy

EKSPLOATACJA

I

OBRÓBKA SKAŁ

Laboratorium

Temat:

1) Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie.

Opracowane na podstawie:

1) Oznaczanie wytrzymałości na zginanie.

Opracowane na podstawie:

prowadzący: dr inż. W. Frankiewicz

wykonał: Piotr Pelc

1. Ściskanie.

Wstęp.

Podczas laboratorium wykonano ćwiczenie które miało za zadanie wyznaczenie wytrzymałości wapienia i granitu na ściskanie. Próbki miały kształt walca o średnicy około 50[mm] i smukłości 1. Norma obejmuje pięć rodzajów badania:

1. próbek w stanie suchym;

2. próbek w stanie nasycenia wodą;

3. próbek w stanie nasycenia wodą po badaniu mrozoodporności;

4. obliczanie współczynnika rozmiękczania;

5. obliczanie współczynnika odporności na zamarzanie;

Współczynnik rozmiękczenia liczymy ze wzoru:

r = r_pn/r_ps, gdzie:

r - wsp. rozmiękczania;

r_pn - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia H₂O;

r_ps - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie powietrzno - suchym;

Współczynnik odporności na zamarzanie liczymy ze wzoru:

r_z = r_pnz/r_ps, gdzie:

r_z - wsp. odporności na zamarzanie;

r_pnz - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia H₂O po zakończeniu badania na mrozoodporność metodą bezpośredniego zamrażania i odmrażania;

r_pn - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia wodą przed badaniem na mrozoodporność;

Metoda badania

Badanie polega na obciążeniu próbki w kształcie sześcianu lub walca siłą ściskającą i odczytaniu wartości siły niszczącej w chwili pęknięcia próbki i obliczeniu na tej podstawie wytrzymałości próbki.

Przyrządy:

1. Hydrauliczna prasa laboratoryjna;

2. Piła tarczowa do cięcia skał;

3. Szlifierka szybkoobrotowa;

4. Suwmiarka;

Obciążenia prasy przy których nastąpiło zniszczenie próbki oraz średnica próbki:

	suchy	φ suchego	nasiąknięty H2O	φ nasiąkniętego
	P [kN]	[mm]	P [kN]	[mm]
Wapień	300	50	250	49
Granit Morów	450	51	420	50,5

Obliczam wytrzymałość skały na ściskanie:

Wapień suchy

R_c = (P/F) * 10^-2[Mpa], gdzie:

• F = 300[kN];

• P = 3,14 * 2,5² = 19,63[cm²]

R_c = (300000/19,625) * 10^-2 = 152,9[MPa]

Wapień nasiąknięty H₂O

R_c = (P/F) * 10^-2[Mpa], gdzie:

• F = 250[kN];

• P = πr² = 3,14 * 2,55² = 18,85[cm²]

R_c = (250000/18,85) * 10^-2 = 132,6[Mpa]

Granit Morów suchy

R_c = (P/F) * 10^-2[Mpa], gdzie:

• F = 450[kN];

• P = 3,14 * 2,55² = 20,42[cm²]

R_c = (450000/20,42) * 10^-2 = 220,4Mpa

Granit Morów nasiąknięty H₂O

R_c = (P/F) * 10^-2[Mpa], gdzie:

• F = 420[kN];

• P = 3,14 * 0,025025² = 19,66[cm²]

R_c = (420000/19,66) * 10^-2 = 213,6[Mpa]

Przyjmuje że badane skały nie były poddawane badaniu na mrozoodporność i obliczam wsp. rozmiękczenia:

WAPIEŃ

r = r_pn/r_ps, gdzie:

r - wsp. rozmiękczania;

r_pn = 132,6[kN] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia H₂O;

r_ps = 152,9[kN] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie powietrzno - suchym;

r =132,6 /152,9

r = 0,87

Współczynnik rozmiękczenia wapienia wynosi 0,87.

GRANIT MORÓW

r = r_pn/r_ps, gdzie:

r - wsp. rozmiękczania;

r_pn = 213,6[kN] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia H₂O;

r_ps = 220,4[Mpa] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie powietrzno - suchym;

r = 213,6/220,4

r = 0,97

Jak możemy zauważyć granit nie ma tendencji do „picia” wody i nie wykazuje zbyt wielkiej korelacji pomiędzy wytrzymałością na ściskanie w stanie powietrzno suchym i nasycenia wodą.

2. Zginanie.

Wstęp.

Podczas laboratorium wykonano ćwiczenie które miało za zadanie wyznaczenie wytrzymałości wapnia zginanie. Próbki miały kształt prostopadłościanu.

Norma obejmuje trzy rodzaje badania:

1. oznaczenie wytrzymałości na zginanie próbek w stanie powietrzno - suchym i nasycenia wodą po badaniu na mrozoodporność;

2. obliczanie współczynnika rozmiękczania;

3. obliczanie współczynnika zmniejszania wytrzymałości na zginanie po badaniu mrozoodporności;

Współczynnik rozmiękczenia liczymy ze wzoru:

r = r_pn/r_ps, gdzie:

r - wsp. rozmiękczania;

r_pn - wytrzymałość na zginanie próbki w stanie nasycenia H₂O;

r_ps - wytrzymałość na zginanie próbki w stanie powietrzno - suchym;

Współczynnik odporności na zamarzanie liczymy ze wzoru:

r_z = r_pnz/r_ps, gdzie:

r_z - wsp. odporności na zamarzanie;

r_pnz - wytrzymałość na zginanie próbki w stanie nasycenia H₂O po zakończeniu badania na mrozoodporność metodą bezpośredniego zamrażania i odmrażania;

r_pn - wytrzymałość na zginanie próbki w stanie nasycenia wodą przed badaniem na mrozoodporność;

Metoda badania

Badanie polega na obciążeniu próbki w kształcie sześcianu siłą ściskającą w prasie hydraulicznej ze specjalną wkładką z dwóch stalowych rolek spełniających rolę podpór i odczytaniu wartości siły niszczącej w chwili pęknięcia próbki i obliczeniu na tej podstawie wytrzymałości próbki na zginanie.

Przyrządy:

1. Hydrauliczna prasa laboratoryjna;

2. Wkładka spełniająca rolę dwóch podpór;

3. Piła tarczowa diamentowa do wycinania próbek;

4. Szlifierka szybkoobrotowa;

5. Płyta metalowa;

6. Kątomierz metalowy z podziałką milimetrową;

7. Suwmiarka;

DANE:

	suchy	wymiary wysokość * długość * szerokość	nasiąknięty H2O	wymiary wysokość * długość * szerokość
	P [kN]	[mm]	[kN]	P [mm]
Wapień	0,6	50 * 200 * 75	0,5	50 * 200 * 75

Obliczam wytrzymałość na zginanie ze wzoru:

- dla wapnia suchego:

R_r = [(3PL)/(2 * b * h²)] * 10^-2 , gdzie:

• P - siła łamiąca próbkę = 600[N];

• L - odległość między osiami podpór = 15,0[cm];

• b - szerokość próbki = 7,5[cm];

• h - grubość próbki = 5,0[cm];

R_r = [(3 * 600 * 15,0)/(2 * 7,5 * 5,0²)] * 10^-2

R_r = (27000/375) * 10^-2

R_r = 0,72[Mpa]

Wytrzymałość na zginanie wapienia suchego wynosi 0,72[Mpa].

- dla wapnia nasyconego H₂:

R_r = [(3PL)/(2 * b * h²)] * 10^-2 , gdzie:

• P - siła łamiąca próbkę = 500[N];

• L - odległość między osiami podpór = 15,0[cm];

• b - szerokość próbki = 7,5[cm];

• h - grubość próbki = 5,0[cm];

R_r = [(3 * 500 * 15,0)/(2 * 7,5 * 5,0²)] * 10^-2

R_r = (22500/375) * 10^-2

R_r = 0,6[Mpa]

Wytrzymałość na zginanie wapienia nasyconego wynosi 0,6[Mpa].

Przyjmuje że badane skały nie były poddawane badaniu na mrozoodporność i obliczam wsp. rozmiękczenia:

WAPIEŃ

r = r_pn/r_ps, gdzie:

r - wsp. rozmiękczania;

r_pn = 0,6[MPa] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie nasycenia H₂O;

r_ps = 0,72[MPa] - wytrzymałość na ściskanie próbki w stanie powietrzno - suchym;

r = 0,6/0,72

r = 0,83

Współczynnik rozmiękczenia wapienia wynosi 0,83. Skała ma mniejszą wytrzymałość na zginanie w stanie nasycenia wodą.

6

---