Badanie wytrzymałości skał na rozciąganie

1. WSTĘP TEORETYCZNY:
Istnieje wiele metod oznaczenia wytrzymałości skał na rozciąganie. Na zajęciach mieliśmy do czynienia z metodą zginania beleczki, którą dr inż. Tomiczek w swojej publikacji opisuje w następujący sposób „Dla skał najczęściej stosuje się tę metodę w celu wyznaczenia ich wytrzymałości na zginanie. Jednak niektórzy Autorzy podają, że pozwala ona również na wyznaczenie wytrzymałości skał na rozciąganie. Założenie to jest pewnym uproszczeniem, szczególnie w przypadku materiałów kruchych, takich jak betony oraz skały, które mają różne właściwości odkształceniowe przy ściskaniu i przy rozciąganiu. Dlatego też poddaje się tę metodę i sposób obliczania wytrzymałości na rozciąganie modyfikacjom, uwzględniając różne wartości modułu Younga przy rozciąganiu oraz przy ściskaniu, zjawisko koncentracji naprężeń w punktach podparcia i obciążania beleczki oraz położenie osi obojętnej, lub też poszukuje się współczynników pozwalających na otrzymanie za pomocą wzoru takiej samej wartości wytrzymałości na rozciąganie, jak ta oznaczona na podstawie prób rozciągania bezpośredniego.[…] Badania wytrzymałości włókien niektórych materiałów
wskazują jednak, że wytrzymałość samych włókien na rozciąganie może być większa, niż wytrzymałość materiału na rozciąganie bezpośrednie, ponieważ propagacja mikropęknięcia jest hamowana częścią materiału znajdującego się w polu mniejszych naprężeń w rejonie osi obojętnych. Fakt ten ma szczególne znaczenie podczas prób prowadzonych na materiale skalnym i na betonach.”

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA :

Celem ćwiczenia było wyznaczenie wartości wytrzymałości próbek skalnych na rozciąganie. Na zajęciach laboratoryjnych do wyznaczenia wytrzymałości skał na rozciąganie zastosowaliśmy metodę beleczek skalnych. Oznaczenie wytrzymałości skał na rozciąganie wykonaliśmy na próbkach skalnych o przekroju kołowym.
Przed ustawieniem próbki na podporach zmierzono suwmiarką gabaryty beleczek. Urządzenie badawcze zbudowane jest z podpór, wewnątrz których umieszcza się próbkę i trzpienia, którym obciąża się centrycznie badaną próbkę skalną. Po wykonaniu pomiarów próbkę umieszcza się na podporach. Długości między punktami podparcia próbki powinny być 3-5 – krotnie większe od wysokości próbki. Zachowując symetrię obciążenia następuje obciążanie próbki aż do momentu zniszczenia. Na czujniku odczytujemy ugięcie pierścienia Δu [mm].
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA:
Wartość siły krytycznej P, która jest potrzebna w celu wyznaczenia wytrzymałości beleczek skalnych na zginanie
Znając wartość krytyczną oraz gabaryty próbek wyznaczamy wytrzymałości na rozciąganie - Rr.
Przykładowych obliczeń dokonamy na próbce nr 1 o przekroju kołowym:
f = 45,60 mm = 0,04560 m
c = 48,60 mm = 0,04860 m
P = 1807,76 N = 1,80776 kN

Próbka numer 1 uległa zniszczeniu, wzdłuż przekroju poprzecznego, co świadczy o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (znacznie przekracza średnią), oraz braku ukrytych defektów wewnętrznych.

Próbka numer 5 uległa zniszczeniu w sposób niesymetryczny, krusząc się nieznacznie przy krawędzi pęknięcia. Może to świadczyć o niskiej wytrzymałości na rozciąganie oraz na obecność ukrytych defektów. W próbce tej możemy zaobserwować bardzo dobrze widoczne miejsce występowania siły rozciągającej(równomierny przełam wzdłuż średnicy próbki).

Próbka numer 7 również uległa zniszczeniu w sposób bardzo niesymetryczny, krusząc się bardzo znacząco wzdłuż krawędzi pęknięcia. Efekt ten może być spowodowany złym umiejscowieniem próbki w maszynie niszczącej, może świadczyć również o bardzo niskiej wytrzymałości na rozciąganie, nie można także wykluczyć obecności ukrytych defektów wewnętrznych.

5. WNIOSKI:

Wykorzystane w badaniu próbki miały podobne wymiary przekroju poprzecznego.
Z tego faktu wynika, że wskaźnik wytrzymałości na rozciąganie nie ma znacznego wpływu na różnicę w wynikach wytrzymałości skał na rozciąganie badanych próbek.
Wykonując doświadczenie zwróciliśmy uwagę na to, jak pękają próbki. Otóż część próbek wykorzystanych w doświadczeniu ulegało zniszczeniu w pewien niesymetryczny sposób. Spowodowane to było defektami struktury wewnętrznej i próbka pękała w najsłabszym punkcie wykazując tym samym mniejszą wytrzymałość na rozciąganie. Natomiast próbki, które ulegały zniszczeniu wzdłuż pola przekroju poprzecznego wykazywały większą wytrzymałość na rozciąganie. Płaszczyzna zniszczenia nie jest płaszczyzną regularną, dla każdej próbki jest ona inna. W większości przypadków przypomina ona płaszczyznę płaską, chropowatą. Warunki zniszczenia zależą między innymi od przymocowania próbki, zachowania równoległości i prostopadłości, obciążania próbki. Przykłady zostały dołączone do sprawozdania.
Po porównaniu wyników z danymi zawartymi w tabeli 1, która zamieszczona jest
na końcu sprawozdania, a pochodzi ona z książki „Geotermodynamika” M. Chudek, wywnioskowaliśmy, że badane próbki mają wytrzymałość na rozciąganie taką samą jak iłowiec.