Ispitivanje jednoosne tlačne čvrstoće (UCS)
Čvrstoća je osnovno kvantitativno inženjersko svojstvo uzroka stijene. Procjena čvrstoće i deformabilnosti stijenske mase od velikog je značaja za provedbu numeričkih analiza u mehanici stijena.
Jednoosna tlačna čvrstoća (eng. uniaxial compressive strength – UCS) je geomehanički parametar stijene koji opisuje maksimalno aksijalno opterećenje koje uzorak može podnijeti bez bočnog opterećenja. Zbog toga se naziva i neograničena tlačna čvrstoća.
Stijena se uzorkuje bušenjem jezgri, a odabire se uzorak koji najbolje predstavlja stijensku masu. Minimalni promjer uzorka je 47 mm, te 10 puta veći od najvećeg zrna u uzorku. Omjer dužine i promjera uzorka (L/D) mora biti između 2 i 2,5 prema ASTM (American Society for Testing and Materials) standardu, a između 2,5 i 3 prema ISRM (International Society for Rock Mechanics) standardu.
Cilindrične površine pripremaju se brušenjem kako bi bile ravne i glatke. Krajevi uzorka moraju biti izravnati unutar tolerancije od 0,02 mm, s vertikalnom osi unutar 0,06 stupnja. Opterećenje na uzorak se treba nanositi kontinuirano, na takav način da do sloma dođe unutar 5 do 10 minuta od početka naprezanja. Kontinuirani prirast opterećenja je od 0,5 do 1 MPa.
Uređaj koji se koristi u ispitivanju jednoosne tlačne čvrstoće, sastoji se od sljedećih dijelova:
- Preša za nanošenje sile koja konstantno nanosi zahtjevanu silu zadanom brzinom do kraja ispitivanja (slika 1).
- Tlačne ploče, čelične ploče koje se koriste a prijenos aksijalnog opterećenja na krajeve uzorka. Moraju biti izrađene od tvrdog čelika minimalne tvrdoće po Rockwellu 58 („C“ skala). Kontaktne površine ne odstupaju od ravnine za više od 0.015 mm kada su ploče nove i održavaju se unutar dopuštene varijacije od 0,025 mm.
- Uređaji za mjerenje naprezanja
Nakon postavljanja u uređaj za ispitivanje, uzorak se opterećuje aksijalnom silom uz istovremeno mjerenje naprezanja.
Tlačna čvrstoća ispitnog uzorka određuje se prema sljedećem izrazu:
gdje je σ jednoosna tlačna čvrstoća u MPa, P sila pri lomu u kN, a A površina uzorka u mm2.
Aksijalna i radijalna deformacija (εax i εrad) pojmovi su koji se odnose na promjenu visine i promjera uzorka uslijed nanesenog opterećenja, što se tijekom ispitivanja mjeri pomoću senzora pomaka.
Na slici 2, prikazane su deformacijske krivulje za jednoosno naprezanje.
Temeljem jednoosne tlačne čvstoće, stijenu možemo okarakterizirati kao jako slabu do jako čvrstu po sljedećoj ljestvici:
Jednoosna tlačna čvrstoća raste sa starosti stijene kod većine sedimentnih stijena zbog povećanja stupnja litifikacije i smanjivanja poroziteta.
Vrijedi spomenuti da ovaj test ne može u potpunosti replicirati stvarnu čvrstoću stijene jer u obzir ne uzima in situ faktore kao što su diskontinuiteti, rasjedi i trošnost u većem mjerilu. No ispitivanje stijenske mase in situ rijetko je praktično ili ekonomski moguće, a ispitivanje jednoosne tlačne čvrstoće jednostavan je i raširen pokus koji kroz standardizirani postupak generira vrijednosti uvažavamo kao reprezentativne.
*Reference:
ASTM D7012-14e1, (2014). Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures, ASTM International, West Conshohocken, PA.
Attewell, P.B. and Farmer, I.W. (1976). Principles of engineering geology. Chapman and Hall, London.
https://www.geoengineer.org/education/laboratory-testing/unconfined-compression-test
http://geotehnika.weebly.com/uploads/7/3/0/4/7304689/geolab_3.predavanje.pdf
https://www.grad.unizg.hr/_download/repository/GI_6.predavanje__Cvrstoca_stijenske_mase.pdf
http://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/08_poglavlje.pdf
https://www.usb.ac.ir
Saznajte više: Granulometrijska analiza, Izravno smicanje , Edometarsko ispitivanje tla
