آزمايش مقاومت بار نقطه‌اي سنگ

همانطور که ذکر شد مقاومت فشاري يک محوره يکي از مهم ترين پارامتر هايي است که در اکثر پروژه هاي مهندسي سنگ مورد نياز است. اما انجام آزمايش تک محوري مستلزم آماده سازي دقيق نمونه و در اختيار داشتن دستگاه هاي گران و حساس مي باشد و در عين حال نتايج حاصل از آن وابستگي شديدي به شيوه بارگذاري دارد. بنابراين انجام دقيق و صحيح مقاومت فشاري تک محوري پرهزينه و وقت گير است. به منظور رفع اين اشکالات و تعيين سريع شاخصي براي نشان دادن مقاومت سنگ، آزمايش بارنقطه اي پيشنهاد گرديد. اين آزمايش در مرسوم ترين شيوه خود روي مغزه هاي سنگي و به صورت قطري انجام مي گيرد، اما تلاش هاي زيادي صورت گرفته است تا کاربرد اين روش براي نمونه هايي با شکل ديگر نيز تعميم داده شود.

اين روش آزمايش براي تعيين شاخص مقاومت بار نقطه اي سنگ به كار مي رود و به دليل قابل حمل بودن دستگاه مي‌توان آنرا در صحرا يا آزمايشگاه انجام داد. هدف از اين آزمايش، تعيين يك شاخص مقاومتي مي‌باشد كه در طبقه‌بندي و تعيين خصوصيات سنگ استفاده مي‌گردد. اين روش در مورد سنگ‌هاي سخت با مقاومت فشاري بالاي 15 مگاپاسكال (2200 پوند براينچ مربع يا 155 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع)كاربرد دارد. با داشتن شاخص مقاومت بار نقطه اي مي‌توان مقاومت فشاري تك محوري سنگ را برآورد نمود. ‌بنابراين در مواقعي‌كه انجام آزمايش متعدد براي كسب اطلاعات اوليه و مقدماتي مورد نياز است، به‌ دليل وقت‌گير و پرهزينه بودن آزمايش تك محوري، مي‌توان از آزمايش بار نقطه‌اي استفاده كرد. ‌دراين آزمايش آماده سازي نمونه بسيار مختصر بوده ويا اصلاً لازم نمي‌باشد. نتايج آزمايش مقاومت بار نقطه اي به عنوان شاخصي براي طبقه‌بندي ماده سنگ بوده و نبايد ازآن به منظور طراحي يا تجزيه و‌ تحليل مهندسي استفاده نمود.

با اين روش علاوه بر تعيين شاخص بار نقطه‌اي مي‌توان شاخص ناهسنگردي مقاومت بارنقطه‌اي را تعيين نمود. اين شاخص عبارتست از نسبت مقاومت هاي بارنقطه اي در جهت هايي كه حداكثر و حداقل مقاومت را دارند.

در اين آزمايش نمونه‌ها سنگ که ميتواند به شکل با شكل مغزه، بلوك و يا كلوخه‌اي نامنظم باشد، توسط اعمال بار متمرکز از طريق يک جفت کله ي مخروطي شکل که نوک آنها کروي شکل است شکسته ميشود. نكته خيلي مهم در اين آزمايش نحوه شكست نمونه‌ها مي‌باشد. طبق استاندارد بار بايد به آرامي افزايش يابد تا گسيختگي در مدت 10 الي 60 ثانيه اتفاق بيفتد سپس بار در لحظه گسيختگي (P) ياداشت مي‌گردد. اگر سطح شكست فقط از يك نقطه بار‌گذاري عبور كند آزمايش بايد تكرار شود.

با بدست آوردن فشار نقطه گسيختگي با استفاده فرمول‌ زير انديس بار نقطه‌اي بدست مي‌آيد.

Is=P/De2

Is: شاخص بار نقطه‌اي(mpa)

P : بار در لحظه گسيختگي(N)

De : قطر معادل مغزه(mm)

در آزمايش قطري De=D

در آزمايش محوري و كلوخه‌اي De از فرمول زير بدست مي‌آيد.

De2=(4WH)/π

W : ميانگين عرض نمونه

H : ميانگين ارتفاع نمونه

مقدار Is تابعي از مقدار De ميباشد. بنابراين به منظور بدست آوردن يک مقاومت واحد در مقابل بار مقطه اي بايد تصحيح مربوط به يکنواخت کردن اندازه ي نمونه را اعمال نمود.

شاخص مقاومت بار نقطه اي تصحيح شده ي نمونه (Is(50 ، عبارت است از مقدار Is که براي نمونه ي با De برابر با50 ميليمتر اندازهگيري شده باشد.

وقتي که نمونهاي با De مغاير با 50 ميليمتر آزمايش ميشود، تصحيح اندازه را ميتوان از رابطه ي زي انجام داد:

Is(50)=F.Is

که در آن F ضريب تصحيح اندازه است:

F=(De/50)0.45

حال به کمک روابط زير ميتوان مقاومت فشاري يک محوره ي سنگ را محاسبه کرد:

(σc=C×Is(50

كه C ضريبي ثابت مي‌باشد و مقادير مختلفي بين 10 تا 50 براي اين ضريب گزارش شده است كه بستگي به ابعاد، شكل نمونه، و نوع سنگ دارد.

همچنين اگر مقدار دقيقC موجود نباشد از فرمول زير براي محاسبه مقاومت فشاري استفاده مي‌شود (بنياويسكي).