ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΙ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ: ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΙ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑΝΝΟΥ ΑΝΘΗ ΜΠΑΜΠΟΥ ΚΥΡΙΑΚΗ Επιβλέπων καθηγητής ΘΕΟΔΟΣΙΟΣ Θ. ΠΑΠΑΛΙΑΓΚΑΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΑΡΤΙΟΣ 2015

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ σελ:2 ΣΚΟΠΟΣ σελ:3 1Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Πετρώματα Μαγματικά (πυριγενή) πετρώματα Ιζηματογενή πετρώματα Μεταμορφωμένα πετρώματα σελ:4 σελ:4 σελ:8 σελ: Ιδιότητες πετρωμάτων Φυσικά χαρακτηριστικά πετρωμάτων Μηχανικά χαρακτηριστικά πετρωμάτων σελ:18 σελ:18 σελ:20 Αντοχή σε θλίψη και σκληρότητα πετρωμάτων Αντοχή σε θλίψη Σκληρότητα Μέθοδος Brinell Μέθοδος Rockwell Μέθοδος Vickers 2Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.1 Μονοαξονική θλίψη Σερβοϋδραυλική μηχανή φόρτισης Βασικά χαρακτηριστικά Πειραματική διαδικασία Ανάλυση διαγραμμάτων Δελτία αποτελεσμάτων Παράγοντες διαφοροποίησης αποτελεσμάτων 2.2 Σκληρομέτρηση Μετρήσεις Πειραματική διαδικασία σελ:21 σελ:22 σελ:24 σελ:27 σελ:27 σελ: σελ:32 σελ:33 σελ:35 σελ:35 σελ:37 σελ:39 σελ:39 σελ:40 σελ:40 σελ:43 3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Αποτελέσματα θλιπτικής αντοχής Αποτελέσματα σκληρομέτρησης σελ:44 σελ:50 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ σελ:67 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σελ:69 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ) σελ:71 1

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην εργασία αυτή πραγματοποιήθηκαν εργαστηριακές δοκιμές μονοαξονικής θλίψης και σκληρότητας ορισμένων τύπων πετρωμάτων. Αρχικά παρουσιάζονται τα πετρώματα που υπάρχουν και τα χαρακτηριστικά τους και ύστερα αναλύονται οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν. Αναφέρονται ο εξοπλισμός, και η πειραματική διαδικασία για κάθε δοκιμή που ακολουθήθηκε. Τέλος ακολουθούν τα αποτελέσματα των δοκιμών με τη μορφή πινάκων και διαγραμμάτων και παράρτημα με φωτογραφίες των δοκιμίων. 2

4 ΣΤΟΧΟΣ Στόχος της πτυχιακής εργασίας ήταν η συσχέτιση της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη με τη σκληρότητα των πετρωμάτων. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιηθήκαν δοκιμές μονοαξονικής θλίψης και σκληρότητας με τη μέθοδο Rockwell σε τρείς τύπους γρανίτη των οποίων η προμήθεια έγινε από το εμπόριο. Επίσης σε πέντε τύπους μαρμάρων όπως Καβάλας, Θάσου, Διονύσου, Κρυσταλλίνα Θάσου και Ψαμμίτης Δεματίου. Καθώς και σε δύο ακόμα πετρώματα Γνεύσιο και Τούβλο. 3

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο 1.1 Πετρώματα Τα πετρώματα είναι τα στερεά υλικά από τα οποία αποτελείται ο φλοιός της Γης. Είναι συγκεντρώσεις ή αποθέσεις ορυκτών σε στερεά μορφή και σχηματίζονται με διάφορες διαδικασίες, είτε μέσα στο εσωτερικό της Γης, είτε πάνω στην επιφάνεια της. Η διάκριση στους διάφορους τύπους πετρωμάτων γίνεται ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού τους, τα ορυκτά που περιέχουν και τον τρόπο με τον οποίο αυτά είναι ενωμένα. Μπορεί τα ίδια ορυκτά να σχηματίσουν διάφορους τύπους πετρωμάτων, όπως για παράδειγμα συμβαίνει στο γρανίτη και στο ρυόλιθο, ή στο χαλαζίτη και στον ψαμμίτη. Τα πετρώματα που αποτελούνται από πολλά ορυκτά ή κόκκους ορυκτών ονομάζονται πολύμεικτα, τέτοια είναι τα περισσότερα μαγματικά και μεταμορφωμένα πετρώματα. Ενώ, τα ορυκτά που αποτελούνται από ένα ορυκτό ονομάζονται μονόμεικτα, όπως ο χαλαζίτης, το μάρμαρο, οι ασβεστόλιθοι και οι ψαμμίτες. Υπάρχουν τρεις μεγάλες γενετικά, κατηγορίες πετρωμάτων: Μαγματικά (πυριγενή) Ιζηματογενή Μεταμορφωμένα (κρυσταλλοσχιστώδη) Μαγματικά (πυριγενή) πετρώματα Πυριγενή πετρώματα είναι εκείνα τα πετρώματα, τα οποία δημιουργούνται μετά από τη στερεοποίηση του μάγματος (φυσικό τήγμα το οποίο υπάρχει μέσα στη Γη σε διάφορα βάθη). Το μάγμα όταν εκχυθεί στην επιφάνεια λέγεται λάβα. Κατηγορίες πυριγενών πετρωμάτων: Όταν το μάγμα στερεοποιηθεί μέσα στο φλοιό, σε βάθος, τα πετρώματα που προκύπτουν ονομάζονται βαθυγενή ή πλουτωνίτες, Στην αντίθετη περίπτωση, όπου το μάγμα (λάβα) φθάνει στην επιφάνεια και στερεοποιείται, τα πετρώματα 4

6 ονομάζονται ηφαιστίτες ή εκρηξιγενή. Μερικές φορές η στερεοποίηση γίνεται σε μικρά βάθη, οπότε τα πετρώματα χαρακτηρίζονται ως υποηφαιστειακά. Όταν το μάγμα εισχωρήσει μέσα σε μεγάλα ρήγματα ή ανοίγματα δημιουργούνται τα φλεβικά πετρώματα. Ιστός πυριγενών πετρωμάτων Η διάκριση μεταξύ των πλουτωνικών και ηφαιστειακών πετρωμάτων στηρίζεται στον ιστό και στην υφή του πετρώματος. Ως ιστός χαρακτηρίζεται ο τρόπος εμφάνισης των ορυκτών συστατικών μέσα στη μάζα του πετρώματος, ο βαθμός κρυστάλλωσης τους, το μέγεθος και το σχήμα τους. Κατά τον σχηματισμό των πλουτωνιτών η ψύξη του μάγματος γίνεται με βραδύ ρυθμό, με συνέπεια να υπάρχει δυνατότητα τα ορυκτά συστατικά να κρυσταλλωθούν πλήρως και να σχηματισθούν ευμεγέθεις κρύσταλλοι, ορατοί με γυμνό μάτι. Στην περίπτωση αυτή ο ιστός ονομάζεται ολοκρυσταλλικός ή γρανιτικός. Στα ηφαιστειακά πετρώματα όμως, λόγω της απότομης ανόδου του μάγματος προς την επιφάνεια, η θερμοκρασία του πέφτει απότομα με συνέπεια να σχηματισθούν υαλώδεις η μικροκρυσταλλικές μάζες. Στην πρώτη περίπτωση μιλάμε για υαλώδη ιστό και στην δεύτερη περίπτωση μιλάμε για αφυρικό ιστό. Πολλές φορές όμως μέσα στην υαλώδη ή μικροκρυσταλλική μάζα βρίσκονται κρύσταλλοι διαφόρων ορυκτών μικροί ή μεγάλοι, οι οποίοι σχηματίζονται πριν την έκχυση της λάβας και οι οποίοι ονομάζονται φαινοκρύσταλλοι. Ο συνδιασμός της υαλώδης ή μικροκρυσταλλικής μάζας και των φαινοκρυστάλλων χαρακτηρίζεται ως πορφυριτικός ιστός. Χρωματικός δείκτης Τα ορυκτά συστατικά των πετρωμάτων διακρίνονται σε έγχρωμα ή φεμικά (από το Fe και το Mg που συνήθως είναι άφθονα σ αυτά τα ορυκτά, όπως π.χ. βιοτίτης, κεροστίλβη) και σε λευκά ή σαλικά (από το Si και Al που αφθονούν στα ορυκτά αυτά, όπως π.χ. χαλαζίας, άστριοι. Χρωματικός δείκτης (Χ.Δ) ονομάζεται το % ποσοστό των έγχρωμων συστατικών ενός πετρώματος. Ο χρωματικός δείκτης δε χρησιμοποιείται στα ηφαιστειακά πετρώματα. 5

7 Κυριότερα πυριγενή πετρώματα Γρανίτης Ο γρανίτης αποτελείται από τρία βασικά ορυκτά, χαλαζία, άστριο και μαρμαρυγία (ή μίκα). Η ύπαρξη ποικιλίας γρανιτών οφείλεται στην διαφορετική κάθε φορά αναλογία των τριών βασικών ορυκτών που τους συνθέτουν (συνήθως υπερισχύει ο άστριος) ή στη συμμετοχή και άλλων ορυκτών. Όταν εξαλλοιωθεί, μετατρέπεται σε καολίνη. Από τον καολίνη παράγεται η πορσελάνη (china clay). Οι χονδρόκοκκοι γρανίτες χρησιμοποιούνται στην παρασκευή σκύρων οδοστρωσίας, κυβολίθων και ασφαλτικών σκυροδεμάτων, καθώς επίσης και σε βάθρα μνημείων. Οι λεπτόκοκκοι έχουν χρήση στις επενδύσεις τοίχων, σε επιστρώσεις δαπέδων και στον οικιακό εξοπλισμό, εξαιτίας της ωραίας εμφάνισης και της μεγάλης αντοχής που διαθέτουν.πολλοί γρανίτες παρουσιάζουν αυξημένες εκπομπές ραδονίου. Οφείτης Ο οφείτης ονομάζεται επίσης περιδοτίτης ή σερπεντινίτης. Είναι πέτρωμα μαλακό κατά την εξαγωγή του, που σκληραίνει μετά την πλήρη ξήρανσή του. Περιέχει τα ορυκτά ολιβίνη, χρυσοτίλη και σερπεντίνη, από τον οποίο εξάγονταν παλαιότερα αμίαντος. Ξεχωρίζει από τα «νερά» που διασχίζουν τη μάζα του και του προσδίδουν πολύ ωραία εμφάνιση. Το χρώμα των ελληνικών οφειτών είναι οι αποχρώσεις του πράσινου. Χρησιμοποιείται ως διακοσμητικός λίθος σε επενδύσεις. Γάββρος Ο γάββρος αποτελείται από πολλά ορυκτά όπως άστριο, ολιβίνη, βιοτίτη, λευκόξενο, δευτερευόντως απατίτη, μαγνητίτη και ιλμενίτη και μικρή ποσότητα χαλαζία, τα οποία περιέχουν σίδηρο, χρώμιο, τιτάνιο κ.ά.. Ανήκει στα σκούρα πετρώματα. Είναι μαύρος πράσινος ή ελαιοπράσινος. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή σκύρων για οδοστρώσεις και για διακοσμήσεις κτηρίων και επίπλων. 6

8 Διορίτης Ο διορίτης είναι πέτρωμα συγγενικό του συηνίτη, με σκοτεινό χρώμα. Περιέχει άστριο, μαρμαρυγία, κεροστίλβη και αυγίτη. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή σκύρων, σε επιστρώσεις και στην παραγωγή αμιάντου. Συηνίτης Ο συηνίτης μοιάζει, στην κρυσταλλική, κοκκώδη δομή του, με το γρανίτη. Περιέχει ως βασικό του ορυκτό άστριο και δευτερευόντως μαρμαρυγία, αμφίβολο, κεροστίλβη, χαλαζία και συχνά νεφελίνης. Συστατικά του νεφελίνη, χρησιμοποιούνται στην παρασκευή φαγεντιανής πορσελάνης. Έχει χρώμα ανοιχτό τεφρό ή ρόδινο και, εξαιτίας της ωραίας του εμφάνισης, χρησιμοποιείται σε επιστρώσεις. Δουνίτης Ο δουνίτης είναι συγγενικό πέτρωμα του γάββρου, με βασικό του ορυκτό τον ολιβίνη. Από τα ορυκτά του εξάγεται πλατίνα και χρωμιούχος σίδηρος, γιαυτό ταξινομείται και στα μεταλλεύματα. Τραχείτης Ο τραχείτης είναι έκχυτο πέτρωμα, αντίστοιχο του συηνίτη. Αποτελείται από τα ορυκτά άστριο, βιοτίτη, κεροστίλβη, αυγίτη. Έχει τραχεία και πορώδη μάζα με μεγάλους κρυστάλλους και χρώμα φαιό. Είναι πέτρωμα ευπρόσβλητο στην αποσάθρωση.χρησιμοποιείται ως προσθήκη στο τσιμέντο για την παρασκευή αδιάβροχου σοβά. Ανδεσίτης Ο ανδεσίτης είναι έκχυτο πέτρωμα, αντίστοιχο του διορίτη. Περιέχει άστριο, πυρόξενο, κεροστίλβη και σπανίως βιοτίτη. Αντίθετα με τον τραχείτη, ο ανδεσίτης παρουσιάζει αντοχή στην αποσάθρωση και χρησιμοποιείται στην οδοποιία για την κατασκευή αντιολισθητικών ταπήτων. 7

9 Βασάλτης Ο βασάλτης είναι το πιο διαδεδομένο έκχυτο πέτρωμα. Δεν περιέχει χαλαζία. Η χημική του σύσταση προσεγγίζει αυτή του γάββρου. Με την ψύξη του μάγματος κατά την έκχυσή του, και τη συστολή που υφίσταται, το πέτρωμα αποκτά πρισματοειδή μορφή. Τα ορυκτά τα οποία περιέχει είναι άστριος, κεροστίλβη, πυρόξενος, αυγίτης και ολιβίνης. Είναι πέτρωμα λεπτόκοκκο, πολύ στερεό, με χρώμα σχεδόν μελανό. Χρησιμοποιείται σε οδοστρώσεις και επιστρώσεις ως κυβόλιθος, στις μυλόπετρες, ως αντιολισθητικό αδρανές στις σιδηροδρομικές γραμμές. Εξ αιτίας της δομής του, χρησιμοποιείται διογκωμένος στην παρασκευή πετροβάμβακα και υαλοβάμβακα. Ρυόλιθος Ο ρυόλιθος ή λιπαρίτης είναι έκχυτο πέτρωμα, αντίστοιχο του γρανίτη. Αποτελείται από τα ορυκτά άστριο, χαλαζία, μαρμαρυγία (βιοτίτη) και ενίοτε κεροστίλβη και αυγίτη. Παρουσιάζει υαλώδη ιστό ο οποίος οφείλεται στη μεγάλη ποσότητα διοξειδίου του πυριτίου που περιείχε η λάβα. O ιστός αυτός είναι ασταθής και σχηματίζει, σε υπερβολική ψύξη, πετρώματα τα οποία αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από γυαλί. Το χρώμα του είναι από λευκό έως ανοιχτό ερυθρό ή φαιό αναλόγως της σύνθεσης των ορυκτών του Ιζηματογενή πετρώματα Ιζηματογενή πετρώματα είναι εκείνα τα πετρώματα, τα οποία σχηματίζονται από απόθεση ή καταβύθιση υλικών που βρίσκονται σε αιώρηση ή διάλυση μέσα σε ένα ρευστό μέσο (νερό ή αέρας) και τη μετέπειτα συγκόλληση των υλικών που αποτέθηκαν. Χαρακτηρίζονται από τη στρώση των υλικών τους σε διαδοχικά επίπεδα και τα απολιθώματα, τα οποία βρίσκονται μόνο μέσα σε ιζήματα. 8

10 Διαδικασίες σχηματισμού ιζηματογενών πετρωμάτων Διάβρωση και αποσάθρωση, που είναι οι φυσικοχημικές και βιολογικές διεργασίες που υφίστανται τα προϋπάρχοντα πετρώματα με αποτέλεσμα την καταστροφή τους. Μεταφορά των υλικών που προέκυψαν από την αποσάθρωση, με τον άνεμο και το νερό των ποταμών και των θαλασσών. Απόθεση των υλικών που βρίσκονται σε αιώρηση ή σε διάλυση. Η απόθεση γίνεται σε διαδοχικά στρώματα. Διαγένηση, που είναι η διαδικασία με την οποία ένα χαλαρό ίζημα μετατρέπεται σε συμπαγές πέτρωμα, με την βοήθεια της πίεσης των υπερκείμενων στρωμάτων και της φυσικής συνδετικής ύλης. Κατηγορίες ιζηματογενών πετρωμάτων Διακρίνονται σε 3 κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο που συντελείται η όλη διαδικασία. Τα κλαστικά που είναι ιζήματα που προκύπτουν από απόθεση υλικών αποσάθρωσης, που αιωρούνται στο νερό ή στον αέρα. Τα χημικά τα οποία σχηματίστηκαν από συγκέντρωση ορυκτών που αποτέθηκαν κατευθείαν από υδατικά διαλύματα με ανόργανες χημικές διεργασίες. Τα βιογενή όταν γίνεται συσσώρευση ή απόθεση ύλης προερχόμενης από ζωικούς ή φυτικούς οργανισμούς. Κυριότερα ιζηματογενή πετρώματα Κλαστικά ιζηματογενή Κροκαλοπαγή Τα κροκαλοπαγή είναι συμπαγή πετρώματα που προκύπτουν από συγκόλληση κροκαλών (αποστρογγυλεμένα κομμάτια πετρώματος), ενώ τα λατυποπαγή από συγκόλληση λατυπών (γωνιώδη). Η συγκολλητική ύλη συνήθως είναι ασβεστιτική ή χαλαζιακή. Ο κύριος σχηματισμός τους γίνεται όταν έχουμε επίκλυση ή απόσυρση της θάλασσας. 9

11 Ψαμμίτης Ο ψαμμίτης είναι συμπαγές πέτρωμα που προκύπτει από διαγένεση της άμμου. Το συνδετικό υλικό ποικίλει, και χαρακτηρίζει το πέτρωμα (χαλαζιακό, ασβεστιτικό, αργιλικό). Το μέγεθος των κλαστικών κόκκων κυμαίνεται από 2mm έως 1/16mm. O χαλαζίας κατέχει το μεγαλύτερο ποσοστό συμμετοχής και ακολουθούν οι άστριοι, ο μοσχοβίτης, ο γλαυκονίτης, ο ασβεστίτης και άλλα σε μικρές ποσότητες. Οι ψαμμίτες που είναι πλούσιοι σε αστρίους ονομάζονται αρκόζες. Πηλόλιθος Ο πηλόλιθος είναι το αφθονότερο κλαστικό ιζηματογενές πέτρωμα στην επιφάνεια της Γης. Κύρια συστατικά του είναι αργιλικά ορυκτά, χαλαζίας, άστριοι, ασβεστίτης και οργανική ύλη. Το μέγεθος των συστατικών του κυμαίνεται από mm μέχρι mm. Άργιλος Η άργιλος είναι κλαστικό ίζημα που αποτελείται κατά το πλείστον από ορυκτά της αργίλου (καολινίτης, μοντμοριλλονίτης, ιλλίτης) και χλωρίτη. Το μέγεθος των κόκκων των ορυκτών είναι μικρότερο των mm. Στη συνηθισμένη του εμφάνιση το πέτρωμα έχει χαλαρή έως ημισυμπαγή υφή. Με τη διαγένεση της αργίλου σχηματίζεται η σχιστή άργιλος και με μεταμόρφωση αυτής ο αργιλικός σχιστόλιθος Μάργα Η μάργα είναι ιζηματογενής σχηματισμός, που χημικά και ορυκτολογικά κυμαίνεται μεταξύ ασβεστολίθου και αργίλου. Η τυπική μάργα περιέχει 35-65% άργιλο. Μπορούν να βρεθούν όλες οι ενδιάμεσες συστάσεις μεταξύ ασβεστολίθου και μάργας. Φλύσχης Ο όρος φλύσχης δεν αναφέρεται σ' ένα συγκεκριμένο πέτρωμα, αλλά χρησιμοποιείται για να δηλώσει θαλάσσια ιζηματογενή φάση. Χαρακτηρίζεται από παχιά ακολουθία ιζημάτων που αποτελούνται κυρίως από εναλλαγές μαργών, ασβεστολίθων, κροκαλοπαγών, και αδρόκκοκων ψαμμιτών. Είναι ένας 10

12 προορογενετικός σχηματισμός και αντιπροσωπεύει το σύνολο των πετρογραφικών φάσεων που αποτίθενται στις λεκάνες στο τελευταίο στάδιο πλήρωσης του γεωσυγκλίνου. Μολάσσα Η μολάσσα είναι περιγραφικός όρος παράλιας ιζηματογενούς φάσης. Αποτελείται από απολιθωματοφόρα στρώματα κροκαλοπαγών, ψαμμιτών, πηλολίθων και μαργών. Ο σχηματισμός της χαρακτηρίζει μία μετα-ορογενετική περίοδο. Βωξίτης Είναι προϊόντα έντονης αποσάθρωσης γάββρων, γρανιτών, γνευσίων και άλλων, σε τροπικά μέχρι εύκρατα κλίματα. Ο βωξίτης είναι πλούσιος σε άμορφα ή κρυσταλλικά αργιλιούχα οξείδια και υδροξείδια. Διακρίνονται σε αυτόχθονους όταν βρίσκονται στην αρχική τους θέση και ετερόχθονους όταν έχουν μεταφερθεί. Τόφφοι Οι τόφφοι είναι πετρώματα που σχηματίζονται από την καθίζηση υλικών, που εκτινάσσονται από διάφορα ηφαίστεια. Διακρίνονται ανάλογα με τον τύπο της λάβας σε βασαλτικούς τόφφους, ρυολιθικούς τόφφους, τραχειτικούς κ.λ.π. Χημικά και Βιογενή ιζηματογενή Ασβεστόλιθος Ο ασβεστόλιθος είναι μονόμεικτο πέτρωμα αποτελούμενο κυρίως από ασβεστίτη. Η απόθεση του ανθρακικού ασβεστίου μπορεί να είναι είτε χημική (κορεσμός λόγω εξάτμισης ή αύξησης συγκέντρωσης ή αλλαγής φυσικοχημικών σταθερών) είτε βιογενής από συσσώρευση και συμπαγοποίηση των σκελετικών στοιχείων διαφόρων ζωικών ή φυτικών οργανισμών μετά το θάνατό τους. Τραβερτίνης Ο τραβερτίνης είναι πέτρωμα ανθρακικό, με ανοιχτό, καστανοκίτρινο χρώμα και με χαρακτηριστική πορώδη υφή. Το ανθρακικό ασβέστιο αποτίθεται γύρω από φυτικά 11

13 μέρη, τα οποία μετά την αποσύνθεσή τους απομακρύνονται και αφήνουν τους πόρους στο πέτρωμα. Κρήτις (κιμωλία) Η κρητίς (κιμωλία) είναι λευκό, λεπτομερές, στιφρό, ασβεστολιθικό πέτρωμα που σχηματίζεται από λείψανα τρηματοφόρων. Δολομίτης Ο δολομίτης είναι πέτρωμα μονόμεικτο, το οποίο αποτελείται κυρίως από δολομίτη. Σχηματίζεται όταν ένα μέρος του ασβεστίου του CaCO 3 του ασβεστολίθου αντικατασταθεί από μαγνήσιο (δολομιτίωση). Μπορεί να υπάρχουν όλα τα ενδιάμεσα σε σύσταση πετρώματα μεταξύ ασβεστολίθου και δολομίτη. Κερατόλιθοι Οι κερατόλιθοι είναι σκληρά, πολύ συμπαγή ιζήματα που αποτελούνται κατά το πλείστον από κρυπτοκρυσταλλικό και άμορφο διοξείδιο του πυριτίου με διάφορες ξένες προσμίξεις (αιματίτη, ασβεστίτη, αργιλικά ορυκτά). Το υλικό μπορεί να είναι οργανικής (διάτομα, ραδιολαρίτες, σπόγγοι) ή ανόργανης προέλευσης. Συνήθως είναι βαθυπελαγικοί σχηματισμοί. Ορυκτοί άνθρακες Οι ορυκτοί άνθρακες είναι προϊόντα αλλοίωσης φυτικών λειψάνων τα οποία βρίσκονται ενδιαστρωμένα μέσα σε άλλα ιζήματα. Τα "θαμμένα" φυτά μετατρέπονται σε ορυκτούς άνθρακες με τη διαδικασία της εξανθράκωσης (απομάκρυνση Ο, Η, Ν με τη βοήθεια της πίεσης, της θερμοκρασίας και του γεωλογικού χρόνου). Ανάλογα με το βαθμό εξανθράκωσης διακρίνονται οι εξής τύποι: Tύρφη: Διατηρεί ακόμη το ξυλώδη ιστό των φυτών. Περιέχει 30-60% άνθρακα. Λιγνίτης: Είναι πιο συμπαγής από την τύρφη και περιέχει 60-75% άνθρακα. Λιθάνθρακας: Περισσότερο συμπαγής, παλαιότερος και με ποσοστό άνθρακα από 75-85%. Ανθρακίτης: Έχει υποστεί εξανθράκωση πολύ υψηλού βαθμού και περιέχει 85-95% άνθρακα. 12

14 1.1.3 Μεταμορφωμένα πετρώματα Μεταμορφωμένα πετρώματα είναι εκείνα τα πετρώματα, τα οποία προκύπτουν από άλλα προϋπάρχοντα μετά από ιστολογικές, ορυκτολογικές και χημικές μεταβολές τις οποίες υφίστανται χωρίς όμως να περάσουν από το στάδιο της τήξης. Ιστός μεταμορφωμένων πετρωμάτων Τα μεταμορφωμένα πετρώματα χαρακτηρίζονται από τον σχιστοφυή ιστό τους, που εμφανίζεται στα περισσότερα από αυτά, και ο οποίος είναι το αποτέλεσμα της στρωσιφυούς ανάπτυξης των συστατικών των πετρωμάτων κυρίως φυλλόμορφων και ινόμορφων. Χαρακτηρίζονται επίσης από την παρουσία ορυκτών, όπως ανδαλουσίτη, κυανίτη, σιλλιμανίτη, ζοισίτη, γρανάτη και άλλων, τα οποία δεν συναντώνται ή είναι επουσιώδη στα πυριγενή πετρώματα. Παράγοντες παραμόρφωσης Οι παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν το είδος και την ένταση της μεταμόρφωσης είναι κυρίως Η πίεση (Ρ) Η θερμοκρασία (T) και Τα θερμά διαλύματα και αέρια Αλλαγές κατά την μεταμόρφωση Ανάλογα με τις αλλαγές του πετρώματος η μεταμόρφωση χαρακτηρίζεται ως: Ισοφασική χαρακτηρίζεται η μεταμόρφωση, όταν έχουμε μεταβολή μόνο του ιστού του προϋπάρχοντος πετρώματος. Αλλοφασική χαρακτηρίζεται η μεταμόρφωση, όταν έχουμε αλλαγή και της ορυκτολογικής σύστασης. Ισοχημική χαρακτηρίζεται η μεταμόρφωση, εάν η χημική σύσταση του πετρώματος παραμένει ίδια. Αλλοχημική χαρακτηρίζεται η μεταμόρφωση, εάν έχουμε αλλαγή της χημικής σύστασης του πετρώματος. 13

15 Είδη μεταμόρφωσης Τα κύρια είδη της μεταμόρφωσης είναι τρία, εξαρτώμενα από την δράση των παραγόντων μεταμόρφωσης Γενική μεταμόρφωση Κατά τη γενική μεταμόρφωση το βασικό ρόλο παίζουν η πίεση (P) και η θερμοκρασία (T). Σ αυτό το είδος της μεταμόρφωσης το εύρος των τιμών τόσο της θερμοκρασίας όσο και της πίεσης ποικίλουν, όπως και η συμμετοχή της ρευστής φάσης. Είναι η πιο συχνή μεταμόρφωση και τα προϊόντα της είναι μεγάλου όγκου. Σχετίζεται με την ορογενετική δράση. Δυναμική μεταμόρφωση Κατά τη δυναμική μεταμόρφωση ο βασικός παράγοντας μεταμόρφωσης είναι η πίεση (P) με τη μορφή ισχυρών παραμορφωτικών τάσεων, ενώ επικρατούν σχετικά χαμηλές τιμές θερμοκρασιών και λιθοστατικών πιέσεων. Συχνό φαινόμενο σ αυτή την κατηγορία είναι ο θρυμματισμός του πετρώματος. Θερμική μεταμόρφωση ή μεταμόρφωση επαφής Κατά τη θερμική μεταμόρφωση ο βασικός παράγοντας μεταμόρφωσης είναι η θερμοκρασία (T) και τα ρευστά διαλύματα. Προέρχεται από την επίδραση της θερμοκρασίας και των ρευστών συστατικών ενός πυριγενούς πετρώματος που έχει υποστεί τη θερμομεταμόρφωση κυμαίνεται από λίγα εκατοστά εώς και εκατοντάδες μέτρα. Η μεταμορφωθείς ζώνη ονομάζεται άλως μεταμόρφωσης. Βαθμός μεταμόρφωσης Ο βαθμός μεταμόρφωσης είναι όρος ο οποίος χρησιμοποιείται για να δηλώσει την ένταση της δράσης των παραγόντων της. Τρεις γενικοί χαρακτηρισμοί χρησιμοποιούνται για το βαθμό μεταμόρφωσης. Χαμηλού βαθμού μεταμόρφωση έχουμε όταν οι μεταμορφικοί παράγοντες έχουν χαμηλές τιμές. Υψηλού βαθμού όταν οι τιμές των παραγόντων είναι σε υψηλά επίπεδα και τέλος Μέσου βαθμού μεταμόρφωση όταν έχουμε ενδιάμεσες τιμές. 14

16 Φάσεις μεταμόρφωσης Με σκοπό να έχουμε ακριβέστερο προσδιορισμό του βαθμού μεταμόρφωσης και συστηματική ταξινόμηση της μεγάλης ποικιλίας των μεταμορφωμένων πετρωμάτων γίνεται κατάταξη τους στις λεγόμενες μεταμορφικές φάσεις. Προιούσα μεταμόρφωση Η μεταμόρφωση ονομάζεται προιούσα όταν στη νέα κατάσταη του πετρώματος αντιστοιχεί θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτή της προηγούμενης θέσης. Ανάδρομος μεταμόρφωση Αντίθετα εάν η νέα θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από την προηγούμενη, η μεταμόρφωση λέγεται ανάδρομος. Κυριότερα μεταμορφωμένα πετρώματα Φυλλίτης Ο φυλλίτης χαρακτηρίζεται από την έντονη σχιστότητα και το πολύ μικρό μέγεθος των ορυκτών συστατικών του. Αποτελείται κυρίως από μοσχοβίτη (σερικίτη), και από χαλαζία, γρανάτη, χλωρίτη. Ως επουσιώδη μπορεί να βρεθούν ασβεστίτης, γραφίτης, επίδοτο, βιοτίτης, σιδηροπυρίτης, μαγνητίτης. Σχηματίζεται με χαμηλού έως μέσου βαθμού μεταμόρφωση αργιλοπηλιτικών ή μαργαϊκών ιζημάτων. Μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος Ο μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος είναι πέτρωμα μεσόκκοκο με καλή σχιστότητα. Τα κύρια ορυκτά που απαντούν είναι οι μαρμαρυγίες (μοσχοβίτης και βιοτίτης) και ο χαλαζίας. Πολλά άλλα ορυκτά συμμετέχουν στη σύστασή του, όπως γρανάτης, χλωρίτης, άστριοι, επίδοτο, σταυρόλιθος, κυανίτης. Σχηματίζεται από αργιλοπηλιτικά και μαργαϊκά ιζήματα. 15

17 Γνεύσιος Ο γνεύσιος έχει ως θεμελιώδη συστατικά αστρίους και χαλαζία. Είναι κατά το πλείστον μεσόκοκκο και χαρακτηρίζεται από τη σχιστότητα και τη γνευσιοειδή υφή. Κύριο συστατικό του είναι κάποιο είδος μαρμαρυγία, βιοτίτης ή μοσχοβίτης, αλλά μπορούν να βρεθούν πάρα πολλά άλλα ορυκτά, όπως κεροστίλβη, επίδοτο, γρανάτης, κορδιερίτης, σταυρόλιθος, σιλλιμανίτης, ανδαλουσίτης, κυανίτης και άλλα. Χαλαζίτης Ο χαλαζίτης αποτελείται από χαλαζία σε ποσοστό >85% και από σερικίτη, δισθενή, άστριο και άλλα. Προέρχεται από ψαμμίτες ή από χαλαζιακές φλέβες. Πρασινοσχιστόλιθος Ο πρασινοσχιστόλιθος αποτελείται από αλβίτη, χλωρίτη, επίδοτο. Με μικρή συμμετοχή βρίσκονται βιοτίτης, χαλαζίας, γρανάτης, ακτινόλιθος κ.ά. Είναι χαρακτηριστικό πέτρωμα της πρασινοσχιστολιθικής φάσης και προέρχεται από βασικά πυριγενή (γάββροι, βασάλτες, δολερίτες) ή ακόμη και από ανάδρομη μεταμόρφωση βιοτιτικών σχιστολίθων και αμφιβολιτών. Αμφιβολίτης Ο αμφιβολίτης έχει ως ουσιώδη ορυκτολογικά συστατικά κεροστίλβη και πλαγιόκλαστα. Προκύπτει από μέσου βαθμού μεταμόρφωση γαββρικών πετρωμάτων και ασβεστομαγνησιούχων αργιλικών ιζημάτων. Αμφιβολιτικός σχιστόλιθος Ο αμφιβολιτικός σχιστόλιθος αποτελείται κατά το πλείστον από αμφίβολο που αντιπροσωπεύεται από τον ακτινόλιθο. Μπορεί επίσης να περιέχει σε μικρά ποσοστά χαλαζία, πλαγιόκλαστα, χλωρίτη, βιοτίτη. Προέρχεται από γαββρικά πετρώματα, από μαγνησιούχες μάργες ή ασβεστοδολομιτικά ιζήματα. 16

18 Σερπεντινίτης Ο σερπεντινίτης αποτελείται κυρίως από σερπεντίνη. Μπορεί να περιέχει επίσης λίγο τάλκη, αμφίβολο και χλωρίτη. Είναι προϊόν της διαδικασίας της σερπεντινίωσης των περιδοτιτών. Εκλογίτης Ο εκλογίτης ως κύρια συστατικά γρανάτη και ο ομφακίτη (πυρόξενος). Είναι πέτρωμα μεταμόρφωσης υψηλής πίεσης και ποικίλης θερμοκρασίας, αρχικών βασικών πυριγενών πετρωμάτων. Ταλκικός σχιστόλιθος Ο ταλκικός σχιστόλιθος αποτελείται κατά το πλείστον από τάλκη και προέρχεται από γαββρικά και υπερβασικά πετρώματα. Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος: Χαρακτηρίζεται από την παρουσία του γλαυκοφανή που είναι νατριούχος αμφίβολος με κυανό χρώμα. Προκύπτει από γαββρικά κυρίως πετρώματα σε περιοχές μεγάλης πίεσης και μικρής θερμοκρασίας. Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος Ο γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος χαρακτηρίζεται από την παρουσία του γλαυκοφανή που είναι νατριούχος αμφίβολος με κυανό χρώμα. Προκύπτει από κυρίως γαββρικά πετρώματα σε περιοχές μεγάλης πίεσης και μικρής θερμοκρασίας. Κερατίτης Ο κερατίτης είναι πέτρωμα χωρίς σχιστότητα, συνήθως λεπτόκοκκο και στιφρό που συνίσταται από ένα μωσαϊκό ισομεγέθων κόκκων χωρίς προτιμητέο προσανατολισμό (γρανοβλαστικός ιστός). Είναι προϊόν θερμομεταμόρφωσης επαφής. Μάρμαρο Το μάρμαρο είναι μονόμεικτο πέτρωμα, αποτελούμενο μόνο από ασβεστίτη, προϊόν ανακρυστάλλωσης των ασβεστολίθων. Χαρακτηρίζεται από κοκκοβλαστικό ιστό. Τα μάρμαρα με μικρό ποσοστό μαρμαρυγιών χαρακτηρίζονται ως σιπολίνες. 17

19 Σμύριδα Η σμύριδα αποτελείται από κορούνδιο, αιματίτη, μαγνητίτη, λίγους αστρίους. Προέρχεται από μεταμόρφωση υψηλού βαθμού βωξιτών και λατεριτών. 1.2 Ιδιότητες πετρωμάτων Τα πετρώματα είναι σύνθετα στερεά λόγω της ετερογένειας που παρουσιάζουν. Οι κρύσταλλοι του κάθε ορυκτού δεν είναι απαραίτητο να έχουν τον ίδιο βαθμό αποσάθρωσης, ενώ οι συνδέσεις μεταξύ των κόκκων παρουσιάζουν ατέλειες (ύπαρξη κενών). Τέλος οι κρύσταλλοι έχουν την δική τους χαρακτηριστική ανισοτροπία (τυχαία διάταξη και διανομή των προσανατολισμών των κρυστάλλων). Οι φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες εξετάζονται επί τόπου (στο ύπαιθρο) στη φυσική θέση και κατάσταση του πετρώματος, είτε σε κατάλληλα διαμορφωμένα δοκίμια στο εργαστήριο Φυσικά χαρακτηριστικά πετρωμάτων Τα πετρώματα παρουσιάζουν φυσικές ιδιότητες που είναι το ειδικό βάρος, το φαινόμενο βάρος, ο λόγος κενών, το πορώδες, η υδροαπορροφητικότητα, ο βαθμός κορεσμού και η διαπερατότητα. Αυτές προσδιορίζονται μέσω εργαστηριακών δοκιμών και συγκεκριμένα: Ειδικό βάρος Ειδικό βάρος ενός πετρώματος ορίζεται ως ο λόγος του βάρους του σε ξηρή κατάσταση προς τον όγκο των στερεών συστατικών του. Το ειδικό βάρος ενός πετρώματος έχει άμεση σχέση με το ειδικό βάρος των ορυκτών του και την ποσοστιαία αναλογία αυτών στη δομή του πετρώματος. Φαινόμενο βάρος Φαινόμενο βάρος ενός πετρώματος είναι το βάρος του δοκιμίου σε ξηρή κατάσταση στη μονάδα του όγκου. Όταν το πέτρωμα είναι συμπαγές είναι προφανές ότι το 18

20 φαινόμενο βάρος και το ειδικό βάρος θα έχουν μικρή διαφορά. Αντιθέτως η διαφορά είναι μεγάλη όταν το πέτρωμα είναι πορώδες. Πορώδες Μία από τις κυριότερες φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων, που καθορίζει τις σχέσεις τους με το νερό είναι το πορώδες, δηλαδή η παρουσία πόρων ή άλλων κενών χώρων μέσα στη μάζα του άσχετα από τον τρόπο δημιουργίας τους. Οι πόροι των πετρωμάτων πληρούνται από κάποιο αέριο (ατμοσφαιρικό αέρα, CO2, γήινο αέριο), ή υγρό (νερό, πετρέλαιο). Η γνώση του πορώδους των πετρωμάτων έχει μεγάλη σημασία για πολλά τεχνικά έργα, δεδομένου ότι οι τιμές του επηρεάζουν πολλές άλλες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες π.χ. το μέτρο συμπιεστότητας, την υδατοαπορροφητικότητα, η διαπερατότητα, την αντοχή σε φθορά από παγετό, κ.ά. Οι πόροι των πετρωμάτων μπορεί να έχουν ποικίλη μορφή, ακόμη μπορεί να είναι μεμονωμένοι ή να επικοινωνούν μεταξύ τους. Ένα αέριο ή ένα υγρό μπορεί να διεισδύει μέσα στους πόρους που επικοινωνούν μεταξύ τους. Επομένως αυτοί είναι.που ρυθμίζουν την κυκλοφορία του νερού, του πετρελαίου και των γήινων αερίων μέσα στα πετρώματα. Υδροαπορροφητικότητα Είναι η ικανότητα που έχει ένα πέτρωμα να απορροφά νερό. Ισούται με το λόγο του βάρους του απορροφημένου Η2O προς το βάρος του πετρώματος σε ξηρή κατάσταση. Όταν ένα δείγμα πετρώματος βυθιστεί στο Η2O, δεν απορροφά τόσο Η2O όσο απαιτείται για την πλήρωση όλων των πόρων του, δεδομένου ότι πολλοί πόροι είναι απομονωμένοι και δεν μπορούν να γεμίσουν με νερό. Επίσης κατά τη βύθιση, μέρος του αέρα των πόρων παγιδεύεται από το νερό και δε μπορεί να απομακρυνθεί. Εξάλλου η άργιλος που υπάρχει μέσα στους πόρους με τη διαβροχή της διογκώνεται και εμποδίζει την παραπέρα διείσδυση Η2O. Επομένως πετρώματα με το ίδιο πορώδες δεν έχουν πάντα την ίδια ικανότητα να απορροφούν Η2O. 19

21 Φυσική υγρασία Φυσική υγρασία είναι η ποσότητα του νερού που περιέχεται σε ένα πέτρωμα στο φυσικό του περιβάλλον. Συνεπώς η τιμή της εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του ίδιου του πετρώματος, αλλά και του περιβάλλοντος του. Εκφράζεται με το λόγο του βάρους του περιεχόμενου στο πέτρωμα νερού προς το ξηρό βάρος του. Λόγος κενών Λόγος κενών ενός πετρώματος ορίζεται ως ο λόγος του όγκου των κενών προς τον όγκο των στερεών συστατικών του Μηχανικά χαρακτηριστικά πετρωμάτων Η αντοχή ενός πετρώματος εξαρτάται από την αντοχή κάθε ορυκτού συστατικού του πετρώματος, την αντοχή συνδέσεων των κόκκων στο πέτρωμα, τον ιστό του πετρώματος (μέγεθος κόκκων, διάταξη, κ.λ.π.), τις υπάρχουσες επιφάνειες μικρής συνοχής (ρωγμές, φλέβες,ενστρώσεις) και το πορώδες και την περιεκτικότητα σε νερό. Η αντοχή όμως εξαρτάται και από έναν αριθμό εξωτερικών παραγόντων όπως ο τύπος και η τοπική κατανομή των εξωτερικών φορτίων (μονοαξονική ή πολυαξονική φόρτιση κ.λ.π.), ο τρόπος επιβολής των φορτίων (σταθερή φόρτιση, κατά βαθμίδες αύξηση της φόρτισης κ.λ.π.) και άλλες φυσικές και χημικές συνθήκες όπως θερμοκρασία, υγρασία, κ.ά. Τα πετρώματα στο έδαφος θεμελιώσεως των τεχνικών έργων, δέχονται την επίδραση στατικών κατά το πλείστον δυνάμεων που παράγουν στα πετρώματα ελαστικές τάσεις τριών ειδών που τείνουν να τα θραύσουν: 1) θλιπτικές που τείνουν να ελαττώσουν τον όγκο του υλικού (το πέτρωμα άρα παρουσιάζει αντοχή στη θλίψη σc), 2)διατμητικές που τείνουν να μετακινήσουν τμήμα του υλικού σε σχέση προς το υπόλοιπο (αντοχή σε διάτμηση) και 3) εφελκυστικές που έχουν την τάση να μεγαλώσουν τον όγκο και να προκαλέσουν σχισμές και ρωγμές στο υλικό (αντοχή σε εφελκυσμό). Από αυτές οι θλιπτική αντοχή είναι η πιο σημαντική, η οποία μπορεί να εκτιμηθεί άμεσα ή έμμεσα με τη χρήση διαφόρων εργαστηριακών δοκιμών. 20

22 1.3 Μηχανική συμπεριφορά των υλικών Κατηγορίες μηχανικών δοκιμών Η μηχανική συμπεριφορά των υλικών είναι πολύ σημαντική, τόσο για την απευθείας χρήση τους σε μηχανολογικές κατασκευές, όσο και για την επιλογή του τρόπου διαμόρφωσης τους σε συγκεκριμένη γεωμετρία. Οι μηχανικές δοκιμές ή δοκιμασίες των υλικών έχουν ως σκοπό τον έλεγχο των μηχανικών τους ιδιοτήτων και χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Στις καταστρεπτικές μεθόδους (άμεσοι μέθοδοι), στις οποίες απαιτείται καταστροφή του δοκιμίου και Στις μη καταστρεπτικές μεθόδους (έμμεσοι μέθοδοι), στις οποίες δεν απαιτείται καταστροφή του δοκιμίου Στην κατηγορία των δοκιμών με καταστροφή του δοκιμίου ανήκουν βασικά οι μηχανικές δοκιμές, που έχουν ως αντικειμενικό στόχο τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών. Τέτοιες δοκιμές είναι οι ακόλουθες: H αντοχή σε εφελκυσμό, που δείχνει τη μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα υλικό χωρίς να προκαλέσει τη θραύση του Η σκληρότητα, που αποτελεί μέτρο της ικανότητας πλαστικής παραμόρφωσης ενός υλικού Η δυσθραυστότητα, που δείχνει το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για τη θραύση ενός δοκιμίου με τη βοήθεια ενός κρουστικού φορτίου και αποτελεί μέτρο της αντίστασης ενός υλικού σε θραύση Η αντοχή σε ερπυσμό, που δείχνει τη συμπεριφορά ενός υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες υπό φόρτιση Η αντοχή σε κόπωση, που δείχνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη τάση που μπορεί να εφαρμόζεται σε ένα υλικό που υφίσταται επαναλαμβανόμενες καταπονήσεις χωρίς να σπάσει. 21

23 1.3.1 Αντοχή σε θλίψη Αντοχή ή μέγιστη αντοχή, είναι η μέγιστη τάση που το πέτρωμα δύναται να αναλάβει για δεδομένες συνθήκες. Μετά την επίτευξη της μέγιστης τιμής το δοκίμιο μπορεί να εξακολουθεί να αναλαμβάνει κάποιο φορτίο. Η παραμένουσα αντοχή, όταν επιτυγχάνεται, συμβαίνει μετά από σημαντική παραμόρφωση. Ψαθυρή θραύση είναι η διαδικασία κατά την οποία συμβαίνει ξαφνική απώλεια αντοχής με ελάχιστη ή μηδενική πλαστική παραμόρφωση. Όλκιμη παραμόρφωση ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία το πέτρωμα συνεχίζει να παραμορφώνεται χωρίς να χάνει τη φέρουσα ικανότητά του. Διαρροή ονομάζεται η κατάσταση κατά την οποία η καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων αποκλίνει από την ελαστική συμπεριφορά. Η τάση διαρροής αντιστοιχεί στην έναρξη της διαρροής. Αστοχία είναι ένας γενικότερος όρος που άλλες φορές ταυτίζεται με την επίτευξη της μέγιστης αντοχής, άλλες φορές με την αδυναμία ανάληψης των δρώντων φορτίων, άλλοτε με υπερβολικές παραμορφώσεις, κ.α. Δοκιμές για μέτρηση της αντοχής σε θλίψη είναι απαραίτητες σε προιόντα από φυσικούς λίθους που προορίζονται για στοιχεία τοιχοποιίας και για φέροντα στοιχεία, καθώς και σε κυβολίθους για λιθοστρώσεις. Υπολογισμός μονοαξονικής θλίψης Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη υπολογίζεται με βάση το μετρούμενο φορτίο θραύσης του δοκιμίου, σε επίπεδο κάθετο ή και παράλληλο στο επίπεδο της στρώσης/ανισοτροπίας του πετρώματος, κατά περίπτωση, σύμφωνα με τα οριζόμενα στην προδιαγραφή ΕΛΟΤ ΕΝ 1926 και εκφράζεται σε Μεγαπασκαλ- MPa. Για την εκτέλεση της δοκιμής, κατάλληλα διαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια υποβάλλονται σε μονοαξονική θλίψη με σκοπό να υπολογιστεί η αντοχή του πετρώματος, δηλαδή η μέγιστη τάση (μέση τιμή σε ένα επίπεδο) την οποία ένα πέτρωμα δύναται να αντέξει. 22

24 Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η μονοαξονική θλίψη Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη του βραχώδους υλικού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που κυρίως έχουν σχέση με : 1. το υλικό του πετρώματος δηλαδή την ορυκτολογική του σύσταση, το μέγεθος των κόκκων, την ανισοτροπία μικρής κλίμακας (π.χ. σχιστότητα) 2. την περιεχόμενη υγρασία του 3. τις συνθήκες εκτέλεσης της δοκιμής και τη διαμόρφωση των δειγμάτων (δηλαδή λόγος μήκους διαμέτρου του δοκιμίου, ρυθμός φόρτισης, παραλληλία βάσεων δοκιμίου κ.λ.π. Χαρακτηριστικά μονοαξονικής θλίψης Τα δοκίμια έχουν κυλινδρική μορφή με λόγο H/D =2.5 έως 3 όπου Η το ύψος και D η διάμετρος του δοκιμίου. Η διάμετρος δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 54 mm (NX μέγεθος πυρήνα) και πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από το μέγιστο μέγεθος κόκκου του υπό δοκιμή πετρώματος. Οι βάσεις των δοκιμίων πρέπει να είναι επίπεδες με ανοχή 0.02 mm, και κάθετες στον διαμήκη άξονα συμμετρίας του δοκιμίου με απόκλιση όχι περισσότερο από rad ή 0.05mm στα 50mm. Η πλευρική επιφάνεια πρέπει να είναι λεία, με ανοχή όχι περισσότερο από 0.3 mm. Τα δοκίμια πρέπει να έχουν ληφθεί πριν από 30 ημέρες το πολύ από το μητρικό πέτρωμα, έτσι ώστε να διατηρούν, κατά το δυνατόν, τη φυσική τους υγρασία. Το φορτίο θα εφαρμόζεται στο δοκίμιο με σταθερό ρυθμό MPa/s. Αξονικό φορτίο και ακτινικές ή διαμετρικές παραμορφώσεις θα καταγράφονται καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής. Θα πρέπει να εκτελούνται τουλάχιστον πέντε δοκιμές. 23

25 Από συσχετίσεις αποτελεσμάτων αντοχής σε μονοαξονική θλίψη με άλλες παραμέτρους του βραχώδους υλικού φαίνεται ότι : 1. αύξηση της πυκνότητας σημαίνει αύξηση της αντοχής 2. αύξηση του πορώδους σημαίνει μείωση της αντοχής 3. αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της αντοχής Επίσης έχει διαπιστωθεί ότι δοκίμια ακέραιου πετρώματος που έχουν ξηρανθεί παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή από αυτά που έχουν κάποια περιεχόμενη υγρασία Σκληρότητα Σκληρότητα ενός υλικού είναι η αντίσταση που εμφανίζει το υλικό στη δυείσδυση ενός ξένου σώματος που πιέζεται στην επιφάνεια του υλικού με κάποια συγκεκριμένη δύναμη και για ορισμένη χρονική διάρκεια. Θα μπορούσε μαθηματικά η σκληρότητα να εκφρασθεί ως εξής: H=P/A Σχέση:1 Όπου P: η εφαρμοζόμενη δύναμη και Α: η επιφάνεια του αποτυπώματος Το σώμα αυτό που επιχειρεί να διεισδύσει στο προς εξέταση υλικό ονομάζεται διεισδυτής ή εντυπωτής. Η αρχή λειτουργίας των περισσότερων δοκιμών σκληρότητας βασίζεται στη μέτρηση των διαστάσεων του αποτυπώματος, που δημιουργεί ο διεισδυτής στο υλικό. Αν το αποτύπωμα αυτό είναι μικρό, σημαίνει ότι το υλικό αντιστέκεται στη διείσδυση και επομένως είναι σκληρό, ενώ αν το αποτύπωμα είναι μεγαλύτερο, το υλικό αντιστέκεται λιγότερο και επομένως είναι λιγότερο σκληρό. 24

26 Τα αποτελέσματα της σκληρομέτρησης παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με διάφορα θέματα που χαρακτηρίζουν τα υλικά όπως για παράδειγμα: Προσδιορισμός υλικού. Έλεγχος ορθής διαδικασίας θερμικής κατεργασίας. Έλεγχος ποιότητας επιφανειακών κατεργασιών. Συμπεριφορά και αντοχή του υλικού κατά τη διάρκεια του χρόνου. Συμπεριφορά του υλικού σε συνθήκες φθοράς και καταπόνησης. Έλεγχος μείωσης αντοχής μετά από θερμική κατεργασία. Πληροφορίες σχετικά με αντοχή σε εφελκυσμό. Σε γενικές γραμμές η σκληρομέτρηση έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: Είναι μια γρήγορη, απλή, εύκολη και αξιόπιστη μέτρηση. Δίνει στοιχεία σχετικά με τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού και έτσι μπορεί να συσχετιστεί άμεσα με την αντοχή σε εφελκυσμό (Tensile Strength). Μεγαλύτερη σκληρότητα συνεπάγεται μεγαλύτερη αντοχή σε παραμόρφωση. Είναι ένας Μη-Καταστροφικός έλεγχος. Προϋποθέσεις: Για την ακριβή σκληρομέτρηση θα πρέπει να εφαρμόζονται τα παρακάτω: Η επιφάνεια του δοκιμίου πρέπει να έχει λειανθεί καλά γιατί τυχόν επιφανειακές ανωμαλίες οδηγούν σε εσφαλμένη εκτίμηση της διαμέτρου του αποτυπώματος. Λόγω κινδύνου πλαστικής παραμόρφωσης του μεταλλικού διεισδυτή, η μέθοδος χρησιμοποιείται για μαλακά υλικά και υλικά μέτριας σκληρότητας μέχρι 450ΗΒ. Γενικά πρέπει η σκληρότητα της σφαίρας να είναι 2 2,5 φορές μεγαλύτερη της σκληρότητας του υλικού που εξετάζουμε. Η διείσδυση δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή γιατί ενδέχεται να υπάρχει ασάφεια στα όρια του αποτυπώματος. Επίσης αν η διείσδυση είναι πολύ μεγάλη παραμορφώνεται το υλικό στα όρια του αποτυπώματος και σχηματίζεται κρατήρας, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη μέτρηση της διαμέτρου του αποτυπώματος. Γενικά θα πρέπει να ισχύει η σχέση: 0,2D d 0,7 δηλαδή η διάμετρος του αποτυπώματος να είναι μεταξύ του 20% και του 70% της διαμέτρου του διεισδυτή. 25

27 Το πάχος του δοκιμίου (s) δεν πρέπει να είναι πολύ μικρό, γιατί τότε μέρος από την παραμόρφωση κατά τη διείσδυση μεταφέρεται στο υποστήριγμα του δοκιμίου και το αποτύπωμα επηρεάζεται από την αντίσταση του υποστηρίγματος. Γενικά για ορθές μετρήσεις θα πρέπει το πάχος του δοκιμίου να είναι τουλάχιστον δέκα φορές μεγαλύτερο από το βάθος της διείσδυσης (h), ενώ για ακριβέστερες θα πρέπει να είναι τουλάχιστον δεκαπενταπλάσιο. Για ακριβείς μετρήσεις ανάλογα με τη σκληρότητα του εξεταζόμενου υλικού έχουν τυποποιηθεί κατάλληλοι συνδυασμοί δυνάμεων F και διαμέτρων διεισδυτή D, έτσι ώστε ο λόγος F/D2 να παίρνει ορισμένες τιμές για ορισμένες περιοχές σκληρότητας (Πίνακας 1). Η μέθοδος δηλαδή απαιτεί μια εκ των προτέρων εκτίμηση της σκληρότητας του υλικού. Οι συνδυασμοί F και D έχουν επιλεγεί ώστε να πληρούνται οι περιορισμοί που αναφέρθηκαν σχετικά με τη διάμετρο του αποτυπώματος και το πάχος του δοκιμίου. Η απόσταση του διεισδυτή από τις άκρες του δοκιμίου πρέπει να είναι τουλάχιστον όσο 2,5 φορές η διάμετρος του αποτυπώματος. Τα σημεία δοκιμής πρέπει να απέχουν τουλάχιστον 5 διαμέτρους μεταξύ τους. Οι μέθοδοι σκληρομέτρησης, αναλόγως με το αν θα εφαρμοστούν στατικά ή κρουστικά φορτία, χωρίζονται στις παρακάτω πιο διαδεδομένες μεθόδους: Α) Στατικές μέθοδοι Β) Δυναμικές μέθοδοι ή μέθοδος Η βασική αρχή των Στατικών μεθόδων έγκειται στην αρχή του ότι μέσω μιας συσκευής που λέγεται διεισδυτής, ασκείται στο δοκίμιο στατικά, ένα συγκεκριμένο φορτίο για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και δημιουργεί ένα αποτύπωμα πάνω σε αυτό. Η τιμή της σκληρότητας προκύπτει από την ανάγνωση των στοιχείων του αποτυπώματος. 26

28 Οι πλέον γνωστές Στατικές Μέθοδοι σκληρομέτρησης είναι: Brinell Rockwell Vickers Η δοκιμή Brinell Κατά τη δοκιμή αυτή, ο διεισδυτής είναι σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα ή από καβίδιο, με αποτέλεσμα να δημιουργεί σφαιρικό αποτύπωμα στο υλικό. Η εφαρμοζόμενη δύναμη αλλά και η διάμετρος της σφαίρας ποικίλουν. Η τυποποιημένη μέθοδος Brinell χρησιμοποιεί σφαίρα διαμέτρου 10 mm, φορτίο 3000 kp και διάρκεια 30 sec. Η σκληρότητα κατά Brinell δίνεται από τον τύπο: HB=2P/(ΠD.(D^2-d^2)^1/2) Σχέση:2 Όπου P: η εφαρμοζόμενη δύναμη σε kp, D: η διάμετρος του διεισδυτή σε mm και d: η διάμετρος του αποτυπώματος σε mm Η δοκιμή Brinell εφαρμόζεται ευρέως σε μαλακά κυρίως υλικά με μεγάλη μεταλλουργική ανομοιογένεια Η δοκιμή Rockwell Η δοκιμή αυτή βασίζεται στη μέτρηση του βάθους του αποτυπώματος (και όχι της διαμέτρου), που προκαλεί ο διεισδυτής κατά τη διάρκεια δύο φάσεων: 1. της παραφορτίσεως, που χρησιμοποιείται μικρή δύναμη (10 Kp) και 2. της φορτίσεως που χρησιμοποιείται μεγαλύτερη δύναμη, η οποία είναι καθορισμένη (100 ή 150 Kp). 27

29 Σύμφωνα, τώρα, με το είδος του διεισδυτή και επιβαλλόμενων φορτίων και συνεπώς με τον τύπο του δοκιμαζόμενου υλικού, υπάρχουν δυο κυρίως ευρύτατα χρησιμοποιούμενοι μέθοδοι σκληρομέτρησης κατά Rockwell: Rockwell C: Χρησιμοποιείται ως διεισδυτής κώνος από διαμάντι, γωνίας 120 και άκρης με ακτίνα καμπυλότητας 0.02 mm. Κατά τη διάρκεια της προφορτίσεως, η εφαρμοζόμενη δύναμη είναι ίση με 10 kp και κατά τη διάρκεια της φορτίσεως είναι ίση με 150 kp. Η κλίμακα της σκληρότητας εκτείνεται από 20 έως 70 HRC (HRC: μονάδα σκληρότητας κατά Rockwell C). Πρέπει να σημειωθεί ότι η δοκιμή σκληρότητας κατά Rockwell C εφαρμόζεται ευρύτατα στην περίπτωση θερμικά κατεργασμένων χαλύβων και γενικότερα μετάλλων και κραμάτων μετά από κατεργασίες σκληρύνσεως (π.χ. βαμμένοι χάλυβες, επιφανειακά κατεργασμένοι χάλυβες, κράματα αλουμινίου μετά από γήρανση, κ.λ.π.) Rockwell B: Χρησιμοποιείται ως διεισδυτής σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα, διαμέτρου 1/16 in.( περίπου 1,59 mm). Η δύναμη προφορτίσεως είναι ίση με 10 kp και της φορτίσης είναι ίση με 100 kp. Η κλίμακα της ξεκινά από 35 HRB και φθάνει στα 100 HRB. Τα υλικά που μπορούν να σκληρομετρηθούν είναι κοινοί χάλυβες, ακατέργαστοι κραματωμένοι χάλυβες, κράματα χαλκού, κράματα αλουμινίου και γενικά υλικά που δεν έχουν υποστεί κατεργασίες σκληρύνσεως Η δοκιμή Vickers Η δοκιμή σκληρότητας κατά Vickers χρησιμοποιεί ως διεισδυτή πυραμίδα διαμαντιού, ανοίγματος 136. Τα φορτία που εφαρμόζονται ξεκινούν από μερικά p και φθάνουν μέχρι κάποιες εκατοντάδες kp. Με τη διείσδυση της πυραμίδας, μέσα στο υλικό, δημιουργείται ένα τετραγωνικό αποτύπωμα στην ιδανικότερη περίπτωση, Στην πραγματικότητα, το αποτύπωμα που δημιουργείται είναι σχήματος ρόμβου και οφείλεται στη μικροσκοπική ανισοτροπία του υλικού. Η τιμή της σκληρότητας δίνεται από τον τύπο: HV=1.854 P/d^2 Σχέση: 3 όπου P: η εφαρμοζόμενη δύναμη σε kp και d:ο μέσος όρος των διαγωνίων του αποτυπώματος ( mm) 28

30 Το αριθμητικό αποτέλεσμα έχει μονάδες Kp/mm^2 ή απλώς HV (HV: μονάδα σκληρότητας κατά Vickers). Η δοκιμή σκληρότητας κατά Vickers χρησιμοποιείται για ένα μεγάλο εύρος υλικών (σκληρών και μαλακών) λόγω της ποικιλίας φορτίων που χρησιμοποιεί. Επίσης, λόγω του ρηχού αποτυπώματος που δημιουργεί, μπορεί να χρησιμοποιειθεί άνετα και στη σκληρομέτρηση πολύ λεπτών ελασμάτων (λαμαρίνες, φύλλα αλουμινίου). Η δυνατότητα χρήσης επίσης πολύ μικρών φορτίων (μάζας μερικών μόλις γραμμαρίων) κάνει τη μέθοδο Vickers κατάλληλη για μικροσκληρομέτρηση υλικών, η οποία είναι πολύ βασική για τη μελέτη της κατανομής της σκληρότητας, αλλά και για τη μέτρηση της σκληρότητας των διαφόρων φάσεων και συστατικών, που εμπεριέχονται μέσα στο υλικό. Οι διαστάσεις των μικροαποτυπωμάτων μετρούνται στο οπτικό μικροσκόπιο. Δοκιμή σκληρότητας Διεισδυτής Brinell σφαίρα βαμμένου χάλυβα, διαμέτρου 10mm (πρότυπη) Rockwell C Φορτίο Χρήσεις μαλακά υλικά και 3000 Kp (πρότυπη) ανομοιογενή υλικά κώνος διαμαντιού 120, προφόρτιση: 10 kp καμπυλότητας 0.02 mm φόρτιση: 150 kp σκληρά υλικά (βαμμένοι χάλυβες) Rockwell B σφαίρα βαμμένου χάλυβα 1/16 in. προφόρτιση : 10 kp φόρτιση: 100 kp μαλακά υλικά Vickers πυραμίδα διαμαντιού, 136 μερικά p εώς εκατοντάδες kp σκληρά και μαλακά υλικά, λεπτά φύλλα ΠΙΝΑΚΑΣ

31 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΚΩΝ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ Ο παρακάτω πίνακας δίνει ενδεικτικές τιμές σκληρότητας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να συγκριθεί η σκληρότητα των μετάλλων με τη σκληρότητα του υλικού. Η αντίθεση μεταξύ σκληρότητας και λείανσης του υλικού δείχνει αν μπορεί να αναμένεται μια υψηλού ή χαμηλού επιπέδου φθορά. Στον πίνακα γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων κοινών ορυκτών. ΟΡΥΚΤΑ Mg/m3 Mohs H (-) 2, , ,5 1, , ,3 5 3, ,5 7-7, ,5 5,5 Rosiwal H Quartz=100 (-) 1,8-5,6 1,9-3, ,8-4, ,3-0, , ,3-5,5 5,1-9, , ΒΙΟΤΙΤΗΣ ΑΣΒΕΣΤΙΤΗΣ ΔΟΛΟΜΙΤΗΣ ΆΣΤΡΙΟΣ ΟΡΘΟΚΛΑΣΤΟ ΦΘΟΡΙΤΗΣ ΛΥΓΝΙΤΗΣ ΓΥΨΟΣ ΧΑΛΑΖΙΑΣ ΟΦΕΙΤΗΣ ΤΑΛΚΗΣ ΑΝΔΑΛΟΥΣΙΤΗΣ ΚΕΡΟΣΤΙΛΒΗ ΑΝΥΔΡΙΤΗΣ ΑΠΑΤΙΤΗΣ ΑΡΑΓΩΝΙΤΗΣ ΚΑΣΣΙΤΕΡΙΤΗΣ ΧΛΩΡΙΤΗ ΚΟΡΔΙΕΡΙΤΗΣ ΚΟΡΟΥΝΔΙΟ ΕΠΙΔΟΤΟ ΑΔΟΥΛΑΙΟΣ ΛΕΥΚΑΣΜΕΝΑ ΛΑΒΡΑΔΟΡΙΤΗΣ ΓΚΑΪΤΕ ΓΥΑΛΙ (ΠΑΡΑΘΥΡΟΥ) ΑΛΙΤΗΣ ΑΙΜΑΤΙΤΗΣ ΙΛΜΕΝΙΤΗΣ ΚΥΑΝΙΤΗΣ ΛΕΥΚΙΤΗ ΜΑΓΝΗΤΙΤΗ ΜΟΣΧΟΒΙΤΗΣ ΟΛΙΒΙΝΗ ΔΙΟΨΙΔΙΟΣ ΥΠΕΡΣΘΕΝΗ ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΙΤΗΣ ΡΟΥΤΙΛΙΟ ΣΚΟΠΟΛΙΘΟΣ ΣΠΙΝΕΛΛΙΟ ΤΙΤΑΝΙΤΗΣ ΤΟΠΑΖΙ ΤΟΥΡΜΑΛΙΝΗ ΖΙΡΓΚΟΝ 3,01 2,72 2,85 2,6-2,7 2,57 3,18 3,8-4,2 2,32 2,65 2,5 2,74 3,2 3,22 2,9-2,3 3,16 2,95 6,84 2,78 2,64 3,95 3,39 2,62 2,71 4,37 2,51 2,16 4,9 4,7 3,5-3,7 2,47 5,15 2,85 3,41 3,2 3,4-3,5 5,1 4,25 2,65 3,5 3,48 3,56 3,15 4,45 Vickers H (MPa) Vickers H Corrected (MPa) ,5 5,5-6, , , ,25 6-6,25 5,25 8 5, ,5 7,5 1,2-1, ,5-6, ΠΙΝΑΚΑΣ

32 Σκληρότητα ορισμένων ορυκτών σύμφωνα με τρεις διαφορετικές μεθόδους δοκιμής ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ ΟΡΥΚΤΑ ΤΑΛΚΗΣ ΑΛΙΤΗΣ ΓΥΨΟΥ VICKERS MOHS 1 2 ROSIWAL 0,3 1,25-2 ΑΣΒΕΣΤΙΤΗΣ ,5 ΦΘΟΡΙΤΗΣ ΑΠΑΤΙΤΗΣ ,5-8 ΑΣΤΡΙΟΣ ΧΑΛΑΖΙΑΣ ΤΟΠΑΖΙ ΚΟΡΟΥΝΔΙΟ ΔΙΑΜΑΝΤΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μαλακότερο από το νύχι Σκληρότερο από το νύχι Ισοδύναμη με χάλκινο νόμισμα Ισοδύναμη με γυάλινο παράθυρο Ισοδύναμη με σουγιά Ισοδύναμη με σκληρό χαρτί - ΠΙΝΑΚΑΣ

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο 2.1 Μονοαξονική θλίψη Η θλιπτική αντοχή ή αλλιώς μονοαξονική θλίψη των πετρωμάτων είναι μία από τις σημαντικότερες μηχανικές ιδιότητες που γίνονται στις περισσότερες εφαρμογές στην βραχομηχανική.η ιδιότητα αυτή χρησιμοποιείται άμεσα σαν παράμετρος για την ταξινόμηση των πετρωμάτων με βάση την αντοχής τους, για την διατμητική αντοχή των ασυνεχειών τους και τη φέρουσα ικανότητα των βραχωδών υλικών. Η μονοαξονική ή ανεμπόδιστη θλιπτική αντοχή δεν εξαρτάται από απλούς μηχανισμούς αστοχίας όπως άμεση θραύση των φυσικοχημικών δεσμών μεταξύ των μορίων και κρυστάλλων όπως στον εφελκυσμό ή την σχετική ολίσθηση επιφανειών του κρυσταλλικού πλέγματος όπως στη διάτμηση. Είναι ένα σύνθετο φαινόμενο που εξαρτάται τόσο από τις προαναφερθείσες ιδιότητες όσο και από την κρυσταλλική δομή του πετρώματος, από γεωμετρικές ιδιότητες του δοκιμίου όπως το μέγεθος και το σχήμα του αλλά και από την ταχύτητα φόρτισης. Η δοκιμή απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στην προετοιμασία των δοκιμίων η οποία οφείλει να διασφαλίζει την παραλληλία μεταξύ των επιφανειών έδρασης του δοκιμίου, την καθετότητά τους ως προς τον άξονα του καθώς και την επιπεδότητά τους. Η προετοιμασία ενός δοκιμίου απαιτεί χρόνο γιατί η απλή κοπή με τον τροχό δεν αρκεί αλλά χρειάζεται πρόσθετος εξοπλισμός για την επιπλέον επεξεργασία των επιφανειών έδρασης για την όσο το δυνατό λεία και επίπεδη διαμόρφωση τους. Επιπλέον οι μετρήσεις έχουν σημαντική διασπορά και χρειάζεται μεγάλος αριθμός δοκιμών για να ληφθεί μία αντιπροσωπευτική μέση τιμή. Μία πρόσθετη δυσκολία είναι ότι τα δοκίμια αυτά πρέπει να είναι μακροσκοπικά παρόμοια και να μην εμφανίζουν κατά το δυνατό μακροσκοπικές ατέλειες ώστε τα αποτελέσματα να είναι συγκρίσιμα, γεγονός που απαιτεί αυξημένη διαθεσιμότητα υλικού και την μεταφορά του στο εργαστήριο. Κατά τη διάρκεια της πειραματικής μας διαδικασίας είχαμε στη διάθεση μας κυλινδρικά δοκίμια από μάρμαρο Καβάλας με διαστάσεις διαμέτρου D=54,5mm, ύψους H=98-113mm και βάρους W= gr 32

34 2.1.1 Σερβοϋδραυλική μηχανή φόρτισης Η Σερβοϋδραυλική μηχανή φόρτισης δοκιμίων έχει την δυνατότητα ελέγχου τεσσάρων πλαισίων φόρτισης με ηλεκτρονική επιλογή του ενεργού πλαισίου και περιλαμβάνει τον ακόλουθο εξοπλισμό: Πλαίσιο θλίψης δυναμικότητας τουλάχιστον 5000 kn για την εκτέλεση δοκιμών μονοαξονικής και τριαξονικής θλίψης σε υψηλής αντοχής πετρώματα και σκυρόδεμα. Πλαίσιο θλίψης με δύο έμβολα δυναμικότητας 15 και 250 kn αντίστοιχα, για την εκτέλεση δοκιμών μονοαξονικής θλίψης σε χαμηλής αντοχής πετρώματα, δοκιμών κάμψης σε μικρών διαστάσεων δοκούς πετρώματος, δοκιμών έμμεσου εφελκυσμού. Πλαίσιο κάμψης δυναμικότητας φόρτισης 150 kn για την εκτέλεση δοκιμών κάμψης σε δοκούς σκυροδέματος και δυσθραυστότητας σε μικρές πλάκες εκτοξευομένου σκυροδέματος. Αυτόματη μονάδα εφαρμογής και ελέγχου πλευρικής πίεσης σε δοκιμές τριαξονικής θλίψης. Αισθητήρες/μορφοτροπείς για την μέτρηση της απόκρισης πετρωμάτων και σκυροδέματος κατά τις δοκιμές. Βοηθητικός εξοπλισμό, συσκευές και εξαρτήματα για την προετοιμασία και εκτέλεση των απαιτούμενων δοκιμών και την απόληψη των μετρήσεων. Πλαίσιο φόρτισης δοκιμών θλίψης υψηλής δυναμικότητας: Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες πετρώματος διαμέτρου NX και μήκους φορές της διαμέτρου. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες πετρώματος διαμέτρου 100 mm και μήκους 200 mm. 33

35 Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε κύβους πετρώματος με μήκος ακμής 100 mm. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε κύβους σκυροδέματος με μήκος ακμής 100 mm, 150 mm και 200 mm. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες σκυροδέματος διαμέτρου 100 mm και μήκους 200 mm. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες σκυροδέματος διαμέτρου 150 mm και μήκους 300 mm. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες σκυροδέματος διαμέτρου 160 mm και μήκους 320. Δοκιμές τριαξονικής θλίψης σε δοκίμια πετρώματος διαμέτρου NX (με τη χρήση κατάλληλου τριαξονικού κελιού Hoek). Πλαίσιο φόρτισης δοκιμών θλίψης με δύο έμβολα μικρής και μεσαίας δυναμικότητας: Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες διαμέτρου NX και μήκους φορές της διαμέτρου. Δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε πυρήνες διαμέτρου έως 100 mm και μήκους έως 200 mm. Δοκιμές κάμψης σε δοκούς διαστάσεων 40x40x160 mm. Δοκιμές θλίψης σε τμήματα δοκών 40x40x160 mm που έχουν δοκιμασθεί προηγουμένως σε κάμψη. Δοκιμές έμμεσου εφελκυσμού (splitting tensile) σε δοκίμια πετρώματος διαμέτρου ΝΧ. 34

36 2.1.2 Βασικά χαρακτηριστικά της συνιστώμενης διαδικασίας είναι: Τα δοκίμια έχουν κυλινδρική μορφή (Σχήμα 1)με λόγο = 2.5 έως 3 όπου Η το ύψος και D η διάμετρος του δοκιμίου. Η διάμετρος δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 54 mm (NX μέγεθος πυρήνα) και πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από το μέγιστο μέγεθος κόκκου του υπό δοκιμή πετρώματος. Οι βάσεις των δοκιμίων πρέπει να είναι επίπεδες με ανοχή 0.02 mm, και κάθετες στον διαμήκη άξονα συμμετρίας του δοκιμίου με απόκλιση όχι περισσότερο από rad ή 0.05mm στα 50mm. Η πλευρική επιφάνεια πρέπει να είναι λεία, με ανοχή όχι περισσότερο από 0.3 mm. Τα δοκίμια πρέπει να έχουν ληφθεί πριν από 30 ημέρες το πολύ από το μητρικό πέτρωμα, έτσι ώστε να διατηρούν, κατά το δυνατόν, τη φυσική τους υγρασία. Το φορτίο θα εφαρμόζεται στο δοκίμιο με σταθερό ρυθμό MPa/s. Αξονικό φορτίο και ακτινικές ή διαμετρικές παραμορφώσεις θα καταγράφονται καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής. Θα πρέπει να εκτελούνται τουλάχιστον πέντε δοκιμές Πειραματική διαδικασία Στην παρούσα έρευνα εκτελέστηκαν πειράματα μονοαξονικής θλίψης σε κυλινδρικά δοκίμια για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής τους. Η δοκιμή πραγματοποιείται μέσω της επιβολής θλιπτικού φορτίου κατά τον άξονα ενός δοκιμίου, το οποίο αυξάνεται με σταθερό ρυθμό έως ότου αυτό αστοχήσει. Η φόρτιση γίνεται με σύγκλιση δύο μεταλλικών πλακών ανάμεσα στις οποίες τοποθετείται το δοκίμιο, 35

37 με την άνω πλάκα να είναι αρθρωτή ώστε να περιοριστεί η πιθανότητα έκκεντρης φόρτισης. Τα δοκίμια υποβάλλονται σε μονοαξονική θλίψη με σκοπό να υπολογιστεί η αντοχή του πετρώματος, δηλαδή η μέγιστη τάση (μέση τιμή σε ένα επίπεδο) την οποία ένα πέτρωμα δύναται να αντέξει. Αντικειμενικός σκοπός της δοκιμής αυτής ήταν ο προσδιορισμός της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη δοκιμίων. Το θλιπτικό φορτίο ασκήθηκε από συσκευή φόρτισης, υπό σταθερό ρυθμό με δυνατότητα ταυτόχρονης καταγραφής του επιβαλλόμενου φορτίου. Ο ρυθμός φόρτισης που χρησιμοποιήθηκε στη δοκιμή είναι ανάλογος με αυτόν που συνιστούν τα διεθνή πρότυπα. Το φορτίο εφαρμόστηκε πάνω στο δοκίμιο μέσω της σφαιρικής κεφαλής έδρασης. Η σφαιρική κεφαλή τοποθετήθηκε στην ανώτερη επιφάνεια του δοκιμίου και ο άξονάς της ήταν ευθυγραμμισμένος με τον άξονα του δοκιμίου και των πλακών φόρτισης. Για την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου πάνω στο δοκίμιο, χρησιμοποιήθηκαν πλάκες φόρτισης. Η συσκευή φόρτισης περιλάμβανε χαλύβδινους δίσκους, οι οποίοι τοποθετούνταν ανάμεσα στις πλάκες φόρτισης, με σκοπό την μείωση της πλευρικής παραμόρφωσης των δοκιμίων λόγω δυνάμεων τριβής στα σημεία επαφής και άκαμπτο πλαίσιο φόρτισης. Για την κατάλληλη εκτέλεση των δοκιμών ήταν απαραίτητη η άσκηση του επιβαλλόμενου φορτίου σε ομαλή και λεία επιφάνεια. Τα δοκίμια τοποθετούνταν στη μηχανή φόρτισης και φορτίζονταν έως ότου αστοχήσουν. Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη Cο προσδιορίσθηκε σύμφωνα με την παρακάτω σχέση: Σχέση:4 όπου Fmax είναι το μέγιστο φορτίο που ασκήθηκε στο δοκίμιο μέχρι την αστοχία του και Α είναι η επιφάνεια που ασκήθηκε το φορτίο. 36

38 Graph 1 25 Θλιπτική τάση [MPa] Θλιπτική παραμόρφωση (Βράχυνση %) [%] ΓΡΑΦΗΜΑ Ανάλυση διαγραμμάτων Με βάση το διάγραμμα ενεργών τάσεων-τροπών (ανηγμένων παραμορφώσεων), που σχεδιάζεται από τη δοκιμή αυτή, μπορούν να υπολογιστούν διάφορα μέτρα ελαστικότητος Ε (Young s Modulus) του πετρώματος καθώς και ο λόγος του Poisson ν. Στη συνήθη περίπτωση που δεν υφίσταται πίεση νερού των πόρων, η ενεργή τάση ταυτίζεται με την δρώσα αξονική δύναμη διαιρεμένη με την επιφάνεια φόρτισης του δοκιμίου. Η μέτρηση των παραμορφώσεων επιτυγχάνεται συνήθως με την τοποθέτηση μετρητών παραμόρφωσης (strain gauges) που επικολλώνται με τη χρήση ειδικής κόλλας. Ο κατακόρυφος μετρητής μετράει την αξονική παραμόρφωση του δοκιμίου, και ο οριζόντιος την διαμετρική παραμόρφωση. Η φόρτιση του δοκιμίου πρέπει να είναι συνεχόμενη με σταθερό ρυθμό. Η θραύση του δοκιμίου, ανάλογα με την αντοχή του, επιτυγχάνεται συνήθως μέσα σε 5 έως 10 λεπτά. Κατά την διεξαγωγή της δοκιμής καταγράφονται οι ενδείξεις φορτίου της θλιπτικής μηχανής και οι ενδείξεις παραμορφώσεων των δύο ενισχυτών σήματος. Η αξονική και η διαμετρική παραμόρφωση, εx, εy, δίνονται από τις σχέσεις: Σχέση:5 37

39 όπου η μεταβολή του μήκους που μετράει ο μετρητής και το μήκος στο οποίο γίνεται αυτή η μέτρηση (3 cm). Για την περίπτωση των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων, τα μεγέθη εx, εy δίνονται από τις ενδείξεις των ενισχυτών του, πολλαπλασιαζόμενες με κατάλληλο συντελεστή. Η θλιπτική τάση με την οποία καταπονείται το δοκίμιο, δίνεται όπως αναφέραμε από τη σχέση: Σχέση:6 όπου P το θλιπτικό φορτίο σε kn, και Αο το εμβαδόν της βάσης του κυλινδρικού δοκιμίου όπως μετρήθηκε πριν από τη δοκιμή. Το εφαπτομενικό μέτρο ελαστικότητας (Εt) υπολογίζεται από την καμπύλη τάσης αξονικής τροπής ως εξής. Σε σημείο που αντιστοιχεί σε κάποιο ποσοστό της μέγιστης τάσεως (συνήθως το 50%) φέρεται η εφαπτομένη. Η κλίση της ευθείας αυτής είναι το εφαπτομενικό μέτρο ελαστικότητος. Το μέσο μέτρο ελαστικότητας (Εμεσ) υπολογίζεται από την μέση κλίση του ευθύγραμμου χονδρικά τμήματος της ίδιας καμπύλης. Το τέμνον μέτρο ελαστικότητας (Ετ) υπολογίζεται από την κλίση της ευθείας που χαράσσεται στην ίδια καμπύλη, για τιμές τάσεως μεταξύ 0 και συνήθως 50% της μέγιστης τάσεως. Τα μέτρα ελαστικότητας εκφράζονται συνήθως σε GPa. Για τον προσδιορισμό του λόγου του Poisson σχεδιάζονται οι καμπύλες αξονικής τάσης-αξονικής τροπής και αξονικής τάσης - διαμετρικής τροπής που φαίνονται στο Σχήμα 4. Σε συνέχεια υπολογίζονται οι κλίσεις τους Δσ/Δεα, Δσ/Δεd. Ο λόγος του Poisson υπολογίζεται από τη σχέση: Σχέση:7 όπου η κλίση της καμπύλης τάσεως-διαμετρικής παραμόρφωσης υπολογίζεται με τον ίδιο τρόπο που υπολογίστηκε κάθε μία από τις τρεις κλίσεις της καμπύλης τάσεως-αξονικής παραμόρφωσης, για τον προσδιορισμό των μέτρων ελαστικότητας. 38

40 2.1.5 Δελτία αποτελεσμάτων Μετά την ολοκλήρωση της πειραματικής διαδικασίας συμπληρώνουμε το δελτίο αποτελεσμάτων στο οποίο θα πρέπει να συμπεριλαμβάνονται τα εξής: Η πετρογραφική περιγραφή του δείγματος Η προέλευση του δείγματος ( γεωγραφική θέση, το βάθος και η μέθοδος λήψεως, η ημερομηνία και οι συνθήκες διατηρήσεως ). Η ημερομηνία της δοκιμής και ο τύπος της μηχανικής φορτίσεως. Η ταχύτητα θραύσεως του δοκιμίου και ο χρόνος δοκιμής. Η φυσική υγρασία και ο βαθμός κορεσμού του δοκιμίου. Η διάμετρος και το ύψος του δοκιμίου καθώς και κάθε άλλο διαθέσιμο στοιχείο για τη φυσική κατάσταση αυτού ( ειδικό βάρος, πορώδες κ.λ.π.). Ο προσανατολισμός των επιφανειών ασυνέχειας ( σχιστότητα, στρώση κ.λ.π.) ως προς τον άξονα φορτίσεως. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη για κάθε δοκίμιο του δείγματος καθώς και η μέση αντοχή αυτών που εκφράζει την αντοχή του πετρώματος σε θλίψη. Κάθε απόκλιση από τη μέθοδο της δοκιμής όπως έχει περιγραφεί Παράγοντες διαφοροποίησης των αποτελεσμάτων Επίδραση των άκρων Επίδραση του καταναγκασμού των άκρων στις τάσεις και παραμορφώσεις του δοκιμίου. Επίδραση της λυγηρότητας Παρατηρούμε μικρή επίδραση της λυγηρότητας στην απόκριση του δοκιμίου σε θλίψη, στην περίπτωση χρήσης πλακών φόρτισης με ακίδες. 39

41 Επίδραση του όγκου Έχει παρατηρηθεί συχνά ότι για παρόμοια σχήμα του δοκιμίου, η μονοαξονική αντοχή μειώνεται με τον όγκο. Για την εξήγηση του φαινομένου έχουν προταθεί πολλές θεωρίες, χωρίς όμως γενική αποδοχή. Οι πλέον ικανοποιητικές είναι εκείνες στις οποίες η επιφανειακή ενέργεια χρησιμοποιείται ως η βασική ιδιότητα του υλικού. Επίδραση της ταχύτητας της δοκιμής Με την αύξηση της ταχύτητας της δοκιμής αυξάνεται και η αντοχή του δοκιμίου. Εν τούτοις, μεταβολή του ρυθμού φόρτισης από 10-8/s σε 102/s διπλασιάζει μόνον τη μετρούμενη αντοχή. Συμπεριφορά μετά την μέγιστη αντοχή Η μέτρηση της αντοχής μετά την επίτευξη της μέγιστης τιμής απαιτεί τη χρήση δύσκαμπτων μηχανών φόρτισης. 2.2 Σκληρομέτρηση Σκληρότητα λέμε την αντίσταση του υλικού στην οποιαδήποτε παραμόρφωση. Το πείραμα μας πραγματοποιήθηκε με τη μηχανή σκληρότητας Rockwell. Η μέθοδος Rockwell βασίζεται στην ίδια αρχή με εκείνη της μεθόδου Brinell. Για τη διείσδυση στην επιφάνεια του σώματος, του οποίου πρόκειται να μετρηθεί η σκληρότητα, χρησιμοποιείται ένας κώνος από διαμάντι με γωνία ανοίγματος 120ο ή μια σφαίρα από βαμμένο χάλυβα με διάμετρο D = 1/16 = mm. Συνολικά υπάρχουν 6 μέθοδοι Rockwell που χαρακτηρίζεται με τα γράμματα A, B, C, F, N και Τ. Στις μεθόδους Α, C και Ν χρησιμοποιείται σα σώμα διεισδύσεως κώνος ενώ στις υπόλοιπες χρησιμοποιείται σφαίρα Μετρήσεις Σ όλες τις μεθόδους Rockwell η διεξαγωγή της μετρήσεως γίνεται ως εξής: 1) Στο σώμα διεισδύσεως (κώνο ή σφαίρα) εξασκείται αρχικά μια μικρή δύναμη Fo με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια διείσδυση βάθους to στην επιφάνεια, της οποίας 40

42 πρόκειται να μετρηθεί η σκληρότητα. Το βάθος αυτό to είναι το βάθος αναφοράς της μετρήσεως. Η συσκευή μετρήσεως φέρει ένα μικρότερο, που παρακολουθεί την κίνηση του σώματος διεισδύσεως. Μετά την εφαρμογή της αρχικής δυνάμεως Fo και τη διείσδυση μέχρι του βάθους to, το μικρότερο ρυθμίζεται έτσι ώστε ο δείκτης του να δείχνει βάθος διεισδύσεως 0. Συνήθως η κλίμακα του μικρότερου αυτού δεν δίνει το βάθος διεισδύσεως, αλλά απ ευθείας τη σκληρότητα της επιφάνειας. Έτσι ο δείκτης του μετά την αρχική διείσδυση to πρέπει να ρυθμιστεί στη μέγιστη σκληρότητα, που μπορεί να μετρηθεί με τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο. 2) Ακολουθεί η κυρίως μέτρηση της σκληρότητας με τη βαθμιαία (μέσα σε 4 έως 8 sec) αύξηση της δυνάμεως πιέσεως από Fo σε F, όπου F η ολική δύναμη μετρήσεως. Η πραγματική δύναμη μετρήσεως είναι F1 = F -Fo. Στις μεθόδους Α, Β, C και F οι δυνάμεις Fo και F είναι σταθερές για όλες τις μετρήσεις. Στις μεθόδους Ν και Τ έχουν τυποποιηθεί τρεις διαφορετικές δυνατότητες μετρήσεως, η κάθε μια με διαφορετικές δυνάμεις Fo και F. Η διάρκεια της εφαρμογής της ολικής δυνάμεως μετρήσεως F εξαρτάται από την αντοχή της επιφάνειας του δοκιμίου σε ερπυσμό. Όταν η αντοχή του υλικού σε ερπυσμό είναι υψηλή και δεν παρατηρείται αύξηση των διαστάσεων του αποτυπώματος σε συνάρτηση με το χρόνο, τότε η διάρκεια εφαρμογής της ολικής δυνάμεως F μπορεί να περιοριστεί σε 2 sec. Για υλικά μέσης αντοχής σε ερπυσμό, στα οποία παρατηρείται μια μικρή αύξηση του αποτυπώματος σε συνάρτηση με το χρόνο, η διάρκεια εφαρμογής της ολικής δυνάμεως μετρήσεως κυμαίνεται από 5 έως 8 sec. Τέλος η διάρκεια αυτή αυξάνεται σε 20 έως 25 sec, όταν το μέγεθος του αποτυπώματος αυξάνεται αισθητά σε συνάρτηση με το χρόνο. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις μπορεί η διάρκεια αυτή να επεκταθεί σε 30 sec ή και περισσότερο. 3) Κατόπιν η δύναμη πιέσεως μειώνετε βαθμιαία έως το μέγεθος Fo,οπότε το σώμα διεισδύσεως (κώνος ή σφαίρα) απωθείται λίγο από το αποτύπωμα της επιφάνειας του δοκιμίου λόγω της ελαστικότητας του υλικού. Όταν μετά από αυτό ο δείκτης του μικρομέτρου ακινητοποιηθεί, τότε γίνεται η ανάγνωση της σκληρότητας. 41

43 4)Η σκληρότητα κατά την μέθοδο Rockwell μετριέται σε βάθος διεισδύσεως αλλά όχι σε mm ή άλλη μονάδα μήκους. Υπάρχει ειδική κλίμακα που δίνει τη σκληρότητα σε ειδικούς βαθμούς Rockwell. Η κλίμακα αυτή τοποθετείται νοερά στη διεύθυνση της διεισδύσεως έτσι, ώστε η μέγιστη τιμή της να συμπίπτει με το αρχικό βάθος διεισδύσεως to. Η μέγιστη αυτή τιμή είναι οι 100 βαθμοί Rockwell για τις μεθόδους Α, C, N και Τ. Για τις μεθόδους Β και F η μέγιστη τιμή της ειδικής αυτής κλίμακας είναι οι 130 βαθμοί. Η κλίμακα μετρήσεως όλων των μεθόδων Rockwell σταματά στην τιμή των 0 βαθμών σ ένα βάθος διεισδύσεως maxtb, όπου η τιμή του maxtb σε κάθε μέθοδο μετρήσεως είναι διαφορετική. Συγκεκριμένα η τιμή αυτή είναι: - στις μεθόδους Α και C ίση με 0.20 mm - στις μεθόδους Β και F ίση με 0.26mm και - στις μεθόδους Ν και Τ ίση με 0.10 mm. Έτσι ο βαθμός Rockwell στις μεθόδους Α, Β, C και F ισούται με 0.002mm ενώ στις μεθόδους Ν και Τ με mm. Η συσκευή μετρήσεως σκληρότητας Rockwell είναι τυποποιημένη κατά DIN Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, τα μικρόμετρα των συσκευών μετρήσεως της σκληρότητας κατά Rockwell έχουν κατά κανόνα ειδική κλίμακα για την απ ευθείας μέτρηση των βαθμών Rockwell και όχι κλίμακα μετρήσεως του βάθους διεισδύσεως σε μια μονάδα μήκους. Ο συμβολισμός της σκληρότητας κατά Rockwell περιλαμβάνει ένα αριθμό, που δίνει τους βαθμούς σκληρότητας κατά Rockwell περιλαμβάνει ένα αριθμό, που δίνει τους βαθμούς σκληρότητας, κατόπιν τα γράμματα HR και τελικά τα γράμματα A, B, C, F, Ν ή Τ ανάλογα με τη μέθοδο μετρήσεως που χρησιμοποιήθηκε. Παραδείγματα: 58 HRC συμβολίζει σκληρότητα 58 βαθμών Rockwell, που έχει μετρηθεί με τη μέθοδο C. 30 HRΝ συμβολίζει σκληρότητα 30 βαθμών Rockwell, που έχει μετρηθεί με τη μέθοδο Ν. 42

44 2.2.2 Πειραματική διαδικασία Τοποθετούμε το διεισδυτή και το κατάλληλο βάρος ανάλογα με την εκλεγείσα κλίμακα Rockwell (π.χ. Για κλίμακα Β τοποθετούμε σφαίρα 1/16 και 100 Kp). Ελέγχουμε τη θέση του στροφάλου (πρέπει να βρίσκεται μπροστά στην αρχή). Τοποθετούμε το δοκίμιο στη βάση. Περιστρέφουμε το χειροτροχό μέχρι ο διεισδυτής να έλθει σ επαφή με το δοκίμιο (δεξιόστροφα). Στη συνέχεια εξακολουθεί η περιστροφή αργά μέχρι ο μικρός δείκτης να δείξει τη μικρή μαύρη στιγμή που υπάρχει, ενώ ο μεγάλος δείκτης βρίσκεται μέσα στο χρωματιστό τμήμα του δίσκου και έτσι έχει εφαρμοστεί το αρχικό φορτίο. Ο δείκτης που είναι σχεδόν κατακόρυφος τοποθετείται στη λέξη SET του δίσκου με τη βοήθεια του Κολάρου και γίνεται η εφαρμογή του κύριου φορτίου με πίεση του μοχλού. Ο στρόφαλος περιστρέφεται αυτόματα κατά 90ο περίπου και επανέρχεται στην αρχική του θέση μόλις ηρεμήσει. Η επαναφορά γίνεται πολύ ήπια, γιατί αλλιώς θα ληφθεί ένδειξη λανθασμένη. Τότε κάνουμε ανάγνωση της σκληρότητας που μας δείχνει ο μεγάλος δείκτης. Η μαύρη κλίμακα είναι για διαμαντένιο διεισδυτή, ενώ η κόκκινη για σφαιρικό διεισδυτή. Τέλος αφαιρούμαι το αρχικό φορτίο που εφαρμόσαμε στο δοκίμιο, με περιστροφή του χειροτροχού αριστερόστροφα και μετακινούμε το δοκίμιο για την επόμενη δοκιμή. 43

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο 3.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΘΛΙΠΤΙΚΗΣ ΑΝΟΧΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΜΑΡΜΑΡΟΥ ΚΑΒΑΛΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΟ ΜΚ8) ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Do (cm) Ho (cm) W (gr) 54,60 113,50 712,78 σc=22,80 MPa ΠΙΝΑΚΑΣ Graph 1 Θλιπτική τάση [MPa] Θλιπτική παραμόρφωση (Βράχυνση %) [%] ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ

46 1 Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος Ετικέτα δοκιμίου Maximum Load [kn] Μάρμαρο Καβάλας ,38 53,38 Yield Strength (Offset 0.2 %) [MPa] 12,92 12, ,38 53,38 0,00 12,92 12,92 0,00 Ετικέτα δοκιμίου 1 Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος ΠΙΝΑΚΑΣ Maximum Load [kn] Μάρμαρο Καβάλας ,38 53,38 Yield Strength (Offset 0.2 %) [MPa] 12,92 12, ,38 53,38 0,00 ΠΙΝΑΚΑΣ ,92 12,92 0,00 45

47 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΜΑΡΜΑΡΟΥ ΚΑΒΑΛΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΟ ΜΚ9) ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Do (cm) Ho (cm) W (gr) 54,57 107,60 671,62 σc=35,55 MPa ΠΙΝΑΚΑΣ Graph 1 Θλιπτική τάση [MPa] Θλιπτική παραμόρφωση (Βράχυνση %) [%] ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος Ετικέτα δοκιμίου Maximum Load [kn] Μάρμαρο Καβάλας ,15 83,15 Yield Strength (Offset 0.2 %) [MPa] 30,26 30, ,15 83,15 0,00 ΠΙΝΑΚΑΣ ,26 30,26 0,00 46

48 1 Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος Compressive Strength [MPa] 35,55 35,55 ΏρασεΘραύση (Τυπική) [s] 467, , ,55 35,55 0,00 ΠΙΝΑΚΑΣ , , ,00000 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΜΑΡΜΑΡΟΥ ΚΑΒΑΛΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΟ ΜΚ10) ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Do (cm) Ho (cm) W (gr) 54,50 99,20 613,06 σc=32,51 MPa ΠΙΝΑΚΑΣ Graph 1 Θλιπτική τάση [MPa] Θλιπτική παραμόρφωση (Βράχυνση %) [%] ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ

49 1 Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος Ετικέτα δοκιμίου Maximum Load [kn] Μάρμαρο Καβάλας ,85 75,85 Yield Strength (Offset 0.2 %) [MPa] 28,92 28, Ετικέτα δοκιμίου 1 Μέση τιμή Τυπική απόκλισ η Ελάχιστο Μέγιστο Έύρος 75,85 75,85 0,00 ΠΙΝΑΚΑΣ ,92 28,92 0,00 Μάρμαρο Καβάλας --- Compressive Strength [MPa] 32,51 32,51 ΏρασεΘραύση (Τυπική) [s] 669, , ,51 32,51 0,00 ΠΙΝΑΚΑΣ , , ,

50 ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ ROCK sampl e D H W A Μαρμαρο Καβάλας ΜΚ8 54,6 113,5 712,78 Μαρμαρο Καβάλας ΜΚ9 54,57 107,6 671,62 Μαρμαρο Καβάλας ΜΚ10 54,5 99,2 613, ,4 2338, ,8 3 Fma x 100 σmax θ 22,80 35,55 32,51 30,28 7 6,65 9 ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΤΥΠΙΚΗ ΑΠΟΚΛΙΣΗ ΤΥΠΙΚΗ ΑΠΟΚΛΙΣΗ % 22% ΠΙΝΑΚΑΣ ,0 20,0 15,0

51 3.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΚΛΗΡΟΜΕΤΡΗΣΗΣ ΓΡΑΝΙΤΗΣ 1 HRC: ,5 74, ,2 43,8 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ , ,5 Μέση τιμή: 63,5 ΠΙΝΑΚΑΣ , , ,8 81, , ,5 96, ,1 ΓΡΑΦΗΜΑ

52 ΓΡΑΝΙΤΗΣ 2 HRC: Biotite ,5 69,5 55,5 64, , ,5 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ NaKFeldspar Feldspar 87 98, , , ,5 92,5 85 Μέση τιμή: 79 ΠΙΝΑΚΑΣ Quartz , ,5 48, ,2 81,5 77 ΓΡΑΦΗΜΑ

53 ΜΑΡΜΑΡΟ ΔΙΟΝΥΣΟΥ ΑΤΤΙΚΗΣ HRC: 17, ,5 3 14, ,5 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 94 12,5 8, Μέση τιμή: 23 ΠΙΝΑΚΑΣ , ,7 11,2 13, ,5 16,5 ΓΡΑΦΗΜΑ ΓΡΑΦΗΜΑ

54 ΓΡΑΝΙΤΗΣ 3 HRC: 12,5 17, , , , , ,2 23, , ,5 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 48, ,5 Μέση τιμή: 41,4 ΠΙΝΑΚΑΣ ,5 30,2 34,5 62, , , ,5 91, ,5 79, ΓΡΑΦΗΜΑ

55 ΜΑΡΜΑΡΟ HRA: ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ , ,8 83, , ,5 Μέση τιμή: 80 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

56 ΓΡΑΝΙΤΗΣ 1 HRA: , ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ,5 61,5 77 Μέση τιμή: 73,4 ΠΙΝΑΚΑΣ , ,5 83, , ΓΡΑΦΗΜΑ

57 ΓΡΑΝΙΤΗΣ 2 HRA: , , ,5 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ,5 Μέση τιμή: 63,3 ΠΙΝΑΚΑΣ ,2 26, ,5 50 ΓΡΑΦΗΜΑ

58 ΤΟΥΒΛΟ HRA: ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ,5 27,5 40 Μέση τιμή: 37,5 ΠΙΝΑΚΑΣ , ,5 31, ΓΡΑΦΗΜΑ

59 ΜΑΡΜΑΡΟ ΘΑΣΟΥ HRA: ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ,5 20,5 Μέση τιμή: 30 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

60 ΨΑΜΙΤΗΣ ΔΕΜΑΤΙΟΥ HRA: 40 41,5 46,5 45,5 32 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 32,5 35, Μέση τιμή: 37,2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

61 ΜΑΡΜΑΡΟ ΚΑΒΑΛΑΣ HRA: ,5 65 ΜΕΓΑΛΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ (ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 68 69, ,5 Μέση τιμή: 63,6 ΠΙΝΑΚΑΣ , ΓΡΑΦΗΜΑ

62 72 87, ΜΙΚΡΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ (ΚΑΘΕΤΗ) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 81,5 89,5 68,5 76 Μέση τιμή: 79,3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

63 ΜΑΡΜΑΡΟ ΔΙΟΝΥΣΟΥ ΑΤΤΙΚΗΣ HRA: ΜΠΡΟΣΤΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Μέση τιμή: 80,8 ΠΙΝΑΚΑΣ ,5 ΓΡΑΦΗΜΑ

64 ΠΙΣΩ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ , , , ,5 80,2 96,2 Μέση τιμή: 88 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ ΓΝΕΥΣΙΟΣ HRA: ΚΑΘΕΤΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Μέση τιμή: 43,7 ΠΙΝΑΚΑΣ ,5 38, ,5 53,5 63

65 ΓΡΑΦΗΜΑ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Μέση τιμή: 45,1 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

66 ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΝΑ ΘΑΣΟΥ HRA: ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΤΡΗΣΕΙΣ Μέση τιμή: 40,3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

67 ΚΑΘΕΤΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 62,5 58,5 68, , , ,5 73 Μέση τιμή: 64,6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΡΑΦΗΜΑ

68 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων της πτυχιακής εργασίας προκύπτει ότι η δοκιμή σκληρότητας αποτελεί μια χρήσιμη δοκιμή για την εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής έναντι της μονοαξονικής αντοχής. Δεδομένου ότι πρόκειται για μια πολύ απλή δοκιμή καθώς η χρήση της για τον προσδιορισμό τη θλιπτικής αντοχής είναι πιο γρήγορη, οικονομική και δεν απαιτεί μεγάλα δοκίμια. Στην μονοαξονική αντοχή χρησιμοποιήθηκαν μόνο μάρμαρα Καβάλας γιατί δεν υπήρχαν άλλα διαθέσιμα πετρώματα στο εργαστήριο μας, υπήρχε η δυσκολία ως προς την κοπή των δοκιμίων, τα καρότα, καθώς έπρεπε οι επίπεδες επιφάνειες τους να είναι απόλυτα παράλληλες και λείες για να υπάρξουν εύστοχα αποτελέσματα. Τέλος για την δοκιμή σκληρότητας που υπήρχε πλεονάζων αριθμός πετρωμάτων μπόρεσαν να γίνουν κάποιες συγκρίσεις ως προς τον τύπο τους. Σύγκριση πυριγενών ιζηματογενών- μεταμορφωμένων πετρωμάτων ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ HRA HRC ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΠΥΡΙΓΕΝΗ (Γρανίτης) ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ (Ψαμμίτης) ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ (Μάρμαρο, Γνεύσιος) 68,4 37,2 61,3-65,8 23 Με βάση το παραπάνω πίνακα προκύπτει το συμπέρασμα ότι τα πυριγενή πετρώματα έχουν μεγαλύτερη σκληρότητα από τα Ιζηματογενή και τα Μεταμορφωμένα. Η διαφορά Πυριγενή-Ιζηματογενή είναι σχεδόν διπλάσια, ενώ η διαφορά ΠυριγενήΜεταμορφωμένα είναι πολύ μικρή σχεδόν ίση. Σύγκριση σκληρότητας μαρμάρων Με την δοκιμή της μονοαξονικής θλίψης η σκληρότητα είναι 30,3 και με την δοκιμή της σκληρομέτρησης με τη μέθοδο Α είναι 65,8 δηλαδή περίπου η διπλάσια, ενώ με τη μέθοδο C η σκληρότητα είναι 23 η τιμή της οποίας είναι πολύ κοντά στα αποτελέσματα της μονοαξονικής. 67

69 Σύγκριση με βάση τον προσανατολισμό Η σύγκριση έγινε με βάση την κατεύθυνση που έχουν τα νερά στα πετρώματα και αν τα χτυπήματα γίνονται παράλληλα ή κάθετα σε αυτά. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα στις παράλληλες επιφάνειες η τιμή της σκληρότητας είναι 51,9 ενώ στις κάθετες επιφάνειες είναι 71,9. Σύγκριση με βάση την επεξεργασία Η σύγκριση έγινε με βάση την επεξεργασία των επιφανειών των πετρωμάτων σε επίπεδες επιφάνειες και σε επίπεδες επιφάνειες που υπέστησαν επεξεργασία λείανσης. Στις επίπεδες επιφάνειες η τιμή της σκληρότητας ήταν 88 ενώ στις επιφάνειες που είχαν υποστεί επεξεργασία λείανσης ήταν 80,8.Με βάση τα παραπάνω προκύπτει το συμπέρασμα ότι όσο πιο λεία είναι η επιφάνεια του πετρώματος τόσο μικρότερη σκληρότητα θα εμφανίζει. 68

70 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ «ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cceqfjaa&url=http%3a%2f %2Fwww.geo.auth.gr%2Fcourses%2Fgmo%2Fgmo535y%2Fkefalaia %2FGEWXHMEIA_KEFALAIO_11.pdf&ei=ulL_VLPSHYvgOPSgLAH&usg=AFQjCNHqugxnglR8QDGEORLT6-uFcgh2Hw&bvm=bv ,d.ZWU «ΔΟΚΙΜΗ ΣΕ ΔΥΕΙΣΔΥΣΗ/ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cb8qfjaa&url=http%3a%2f %2Fphilon.cheng.auth.gr%2Flmt%2Fsimeioseis%2Fgtriant %2F3.Dokimi_se_dieisdusi_Sklirotita.pdf&ei=ZVP_VIzzHYPDOeCgbgH&usg=AFQjCNFrredb0TtiV3p-5HBfDyOjvHVb8Q&bvm=bv ,d.ZWU «ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cceqfjaa&url=http%3a%2f %2Fwww.metal.ntua.gr%2Fuploads%2F3115%2F3f_PETROMATA.pdf&ei=C1T_VNSpFYTtO-qgYAE&usg=AFQjCNHh5mTPxxaZGnI4A-aeowHpbsB9hQ&bvm=bv ,d.ZWU «ΤΕΧΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ» «ΤΥΠΟΠΟΙΗΜΕΝΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΑΝΤΟΧΗΣ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0ccoqfjac&url=http%3a %2F%2Fwww.hydro-volos2009.uth.gr%2Flessons %2F52%255Ckephalaio_4.pdf&ei=s1T_VLetHIrVPJ6GgfgF&usg=AFQjCNEY3gFH_yy1wiS37kW _3wBbm4LpjQ&bvm=bv ,d.ZWU sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0cceqfjaa&url=http%3a %2F%2Fwww.tunnelling.metal.ntua.gr%2Fuploads %2F4%2F15%2FA02_Laboratory.pdf&ei=81X_VJyZBsbZPcvVgLAC&usg=AFQjCNHcGV6JHAF2mD9WZKpgNtKZhWYjQ&bvm=bv ,d.ZWU «ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΙΚΡΟΔΟΜΗΣ ΨΑΜΜΙΤΩΝ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΟΥΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ccyqfjab&url=http%3a %2F%2Fnemertes.lis.upatras.gr%2Fjspui%2Fbitstream %2F10889%2F6428%2F3%2FNimertis_Foteinou%2528geo %2529.pdf&ei=b1f_VKfYFcb2OuujgDA&usg=AFQjCNEINEk8NC4aTY83jamMFb0c5riStA&bvm =bv ,d.zwu 69

71 «ΠΥΡΙΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ccuqfjab&url=http%3a %2F%2Fwww.geo.auth.gr%2F106%2Flessons %2Flesson_petro_1_ign.pdf&ei=2lf_VIbvOoHCPPSsgMAL&usg=AFQjCNFVPGUFE1_Xf2deKeY udkimz8sczg&bvm=bv ,d.zwu «ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΔΟΚΙΜΕΣ» sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0cdeqfjad&url=http%3a %2F%2Fcourseware.mech.ntua.gr%2Fml26012%2Fmathimata%2Flipes%2520mixanikes %2520dokimes.pdf&ei=K1j_VOaBoHQOL3VgYAG&usg=AFQjCNFevyNHt8zN8xpSsSZhbxAMhgfSbg&bvm=bv ,d.ZW U 70