GLAVA 7 ZA STUDENTI

ГЛАВА 7 ТЕХНИЧКИ СВОЈСТВА НА КАРПИТЕ

7 ТЕХНИЧКИ СВОЈСТВА НА КАРПИТЕ

ВОВЕД

Покрај петрографските својства кои се дефинирани со минеролошкиот состав и структурно-текстурните карактеристики, постојат и голем број на својства, со чија помош можеме да извршиме проценка дали се карпите поволни за употреба во градежништвото, какви се условите за изведба на работните операции во нив и на нив, или пак да се предвиди нивното механичко однесување. Тие обично се нарекуваат технички својства на карпите каде припаѓаат:

-физичките својства-механичките својства-технолошките својства

По правило, петрографските својства во голема мера влијаат врз останатите технички својства, иако влијанието најчесто може да се согледа само на индиректен начин (слика 7. 1).

Слика 7.1. Шема на влијанија меѓу петрографски и технички својства на карпите (делумно дополнето и изменето по Д.Цветковиќ)

214

ИНЖЕНЕРСКА ГЕОЛОГИЈА

Принципиелното разбирање на индиректното влијание, овозможува правилно програмирање на истражните работи за дефинирање на некои својства, како и дефинирање на меѓусебна зависност (корелацијата) меѓу одделните параметри

7.1.ФИЗИЧКИ СВОЈСТВА НА КАРПИТЕ

Физичките својства се природни карактеристики со чија помош карпите може да се дефинираат на квалитативен и квантитативен начин. Во најголема мерка зависат од минеролошкиот состав и склопот на карпата. Генерално кажано, тие зависат од видот, големината, формата и меѓусебна врска на зрната, како и од нивната просторна распределба во масата на карпата. Се определуваат и испитуваат главно на карпести примероци во лабораториски услови. Постои поголем број на физички својства, но од инженерска гледна точка во градежништвото се најзначајни следните:

специфична тежина волуменска тежина порозност гранулометриски сотав пластичност и конзистенција збиеност стисливост водопропустливоствлажност бабрење и собирање

Всушност, за дел од физичките својства се користи терминот "индексни својства", кои многу се користат при класификацијата на карпите (глава 8).

Специфична тежина се изразува како тежина на цврстите честички на карпата (на нејзината минерална супстанца) во единица на волумен, без учество на пори, пукнатини или било каков друг празен простор во вкупниот волумен на карпата, а се изразува со следниот однос:

кN/м3 (7.1)

каде:s - волуменска тежина на цврстите честички на карпата кN/m3Gs - тежината на сува минерална супстанца kNVs - волумен на минералната супстанца m3

Специфичната тежина кај карпите таа најчесто се движи во границите од s=26-32 кN/м3. Дијапазонот на вредностите е во границита на средната вредност на специфична тежина на поважните петрогени минерали.

215


Волуменска тежина на карпите е тежина на единица на волумен на карпест примерок заедно на минералната супстанција и нејзините пори. Се изразува со следниот однос:

кN/м3 (7.2)

каде: - волуменска тежина на карпи во природна состојба кN/м3G - тежина на карпест примерок во природна состојба кНV = Vs + Vp - волумен на примерок м3Vs- волумен на минерална супстанцаVp- волумен на порите

Од дефиницијата е јасно дека за вредноста на волуменска тежина големо влијание имаат сите пори и шуплини во волуменот на карпата. Порите можат да бидат делумно или целосно исполнети со воздух или со вода, така што може да се разликуваат следните видови на волуменската тежина:

во природно влажна состојба (ознака ); во сува состојба (ознака d); во заситена со вода состојба и се означува со zw; во потопена со вода состојба и се означува со ’;

Волуменската тежина во природна состојба не е константна вредност, а зависи од степенот на заситеност со влага. Така, една иста карпа, во лето може да има волуменска тежина блиска до сува состојба (д), а во есен (после интензивни врнежи) може да достигне и максимална вредност, блиска до заситена состојба кога сите пори се заполнети со вода. Таа може да се определи во теренски или лабораториски услови со познати стандардизирани методи. Кога е позната влажноста (w) и волуменска тежина во природна состојба, може да се определи волуменската тежина во сува состојба, како:

d= / (1+w/100) (7.3)Кога е позната порозноста (n), може да се пресмета волуменската тежина во заситена состојба, по следните формули:

n = 1 - d / s (7.4)zw=d+ n w (7.5)

каде:w - волуменска тежина на водата=9.81 кN/м310 кN/м3

Според Архимедовиот закон, волуменската тежина на почвата во потопена со вода состојба би била:

’ = zw - w (7.6)

216


На пример, за иста карпа, за различни зони од теренот може да се очекува однос на волуменските тежини кој е прикажан на слика 7.2

Слика 7.2. Можни односи на волуменска тежина за еден ист материјал, во

различни зони од теренот: 1 -Зона во близина на површина на терен; 2 -Зона во близина до ниво на подземна вода блиска до заситена состојба; 3 -Зона под ниво на подземна вода (потопена состојба)

Практичното значение на волуменската тежина се огледува во фактот што карпите со зголемена тежина може да се користат за градење на објекти каде со својата тежина ќе придонесат кон подобрување на вкупната стабилност на градбата. Така, карпи со повисока волуменска тежина може да се употребат при градба на попорни ѕидови, утврдувања на речни, морски и езерски брегови, камено-насипани брани и други објекти. Обратно, полесните карпи се употребуваат во случаеви кога тие на треба дополнително да ја оптеретат средината (како кај преградните ѕидови, кулите, фасадите, при употреба како материјал за тули и слично). Варијациите на волуменската тежина се најмногу изразени кај седиментните карпи, додека кај магматските и метаморфните најчесто е во границите =26-28 кN/м3. Така, во склоп на еден седиментен литолошки комплекс, можно е постоење на седименти со многу различни вредности на волуменската тежина (слика 7.3).

Најчесто, од вредноста на волуменската тежина зависат и голем број на други физичко-механички карактеристики на карпите, што треба да е предмет на анализа кај секој конкретен објект одделно.

217


Слика 7.3. Однос на волуменски тежини и влажност за материјали од површински коп за јаглен "Суводол"-Битола: 1-песокливо-чакалести глини во кровински седиментна серија со квартерна геолошка старост, 2- прашинести песоци со плоценска геолошка старост, 3-јагленова глина со плиоценска старост, 4- трепел

Порозноста на карпите го претставува сиот празен простор (пори, пукнатини, шуплини и др.) во единица волумен на карпата. Според времето на постанокот, порозноста може да биде примарна-кога настанува истовремено со постанокот на самата карпа, и секундарна-која се јавува дополнително по постанокот на карпата, под дејство на различни фактори. Порозноста се дефинира со соодносот на волуменот на порите и вкупниот волумен на карпата:

каде:n - порозност на карпите или процентуално учество на порите во масата на карпатаV- волумен на карпатаVp - волумен на поритеVsс - волумен на цврстата минерална супстанца

Порозноста може да биде изразена и преку коефициентот на порозност (е) кој се дефинира на следен начин:

Во карпите прозноста може да биде манифестирана на различен начин, при што ги разликуваме следните основни типови на порозност (слика 7.4):

изолирана порозност, кога сите пори се без меѓусебни контакти, без оглед на нивната големина, форма или време на постанок ефективна порозност, кога сите пори се меѓусебно поврзани

218


вкупна порозност, која е дефинирана како вкупен волумен на пори, без разлика дали тие се или не се меѓусебно поврзани

а б

в г

д ѓ

е ж

Слика 7.4. Главни структурни типови на порозност: а-правилна пукнатинска; б-неправилна пукнатинска; в-правилна меѓузрнска; г-неправилна меѓузрнска; д-сунѓереста порозност; ѓ-цреваста порозност; е, ж-кавернозност (комбинирано според Meinzer, 1923 B.Stepanovic, 1962)

219


Изолираната порозност нема влијание врз водопропустливоста на карпите, иако може да има големи вредности. Таа е најкарактеритична за глинестите карпи, но поретко може да се сретне кај некои типови на базалти.Ефективната порозност овозможува движење на флуидите (течности и гасови) низ порните агрегати на карпата, така што има големо влијание врз нивната водопропустливост.Според својата форма, порите можат да бидат мошне кружни, цевкасти, цревасти, елипсоидни, издолжени, извиткани и сосема неправилни. Според големината (меродавниот дијаметар на порите) сите пори можат да се поделат на макропори (кои се гледаат со око) и микропори (кои можат да се видат само под лупа или микроскоп). Покрај тоа, според ширината, порите се делат на:

суперкапиларни пори со д > 0,5 мм (0,508 мм) капиларни пори со д = 0,0002 - 0,5 мм субкапиларни пори со д < 0,0002 мм

Во меѓусебно поврзаните суперкапиларни пори водата се движи слободно по законите на гравитацијата. Во капиларните пори се јавува феноменот на капиларноста, додека субкапиларните пори се толку ситни, што во нив влијанието на атхезионите сили имаат влијание од едниот до другиот "ѕид" на порите. Така, водата која со капиларно впивање еднаш ќе дојде во овие пори се задржува во нив како физички сврзана вода. Суперкапиларните пори главно се застапени кај чакалестите седименти, но придружени со нив обично се јавуваат и капиларни и субкапиларни пори. Пластичните глини содржат главно субкапиларни пори, додека кај ситнозрните до прашинести песоци, главно се застапени субкапиларни и капиларни пори. Порозноста не може да се определува по директен лабораториски пат, поради практичната невозможност за определување на волуменот на порите.Затоа, таа се определува по пресметковен пат, преку познавањето на специфичната и волуменската тежина на пробно тело (примерок) на карпа во сува состојба:

(%)

каде: - специфична тежина на карпата

- волуменска тежина на карпестиот скелет

220


Порозноста на карпите е една од најважните физички својства. Има битно влијание на низа други физички и механички својства на карпите како што се водопроводноста, збиеноста, волуменската тежина (воопшто тежината на карпите), јакоста, деформабилноста, топлотна и звучна изолација и др. Посебно е значајна при третман на хидрогеолошки проблеми.

Релативната збиеност, односно густината е параметар кој предвид ги зема коефициентите на порозност, и се определува според равенката:

Dr= (еmax - ео) /( еmax - еmin) каде е:еmax - максимален коефициент на порозност;е0 - природен коефициент на порозност;еminи - минимален коефициент на порозност за почвата

Гранулометрискиот состав претставува процентуално учество на зрна со одреден дијаметар во однос на вкупната почвена маса. Гранулометрискиот состав се претставува графички најчесто со гранулометриски криви на дијаграм, каде на апсцисата се нанесува дијаметар на зрната во милиметри, а на ординатата процент на зрна, чиј дијаметар е помал од одреден дијаметар, во тежински однос. Гранулометрискиот состав се јавува како основен показател при класификации на почвите, при што од гранулометриските криви може да се процени во каков процентуален сооднос се одделните фракции во склоп на карпата. Заради илустрација, на слика 7.5 е даден еден ваков дијаграм. Од кривите на гранулометрискиот состав, може да се определи степенот на нерамномерноста (Cu) по Allen-Hazen и коефициентот на закривеност (Cz), кој се пресметуваат по следните формули:

Cu = d60 / d10

Cz = d30 2 /( d10* d60 )

каде е: d60 - дијаметар кој одговара на ординатата 60%,d30 - дијаметар кој одговара на ординатата 30%, d10 - дијаметар кој одговара на ординатата 10%.

Овие параметри служат за подетална класификација на почвите, при што според степенот на нерамномерноста почвите се делат на три групи:

при Cu <5 - почвата е со рамномерен состав при Cu =5 до 15 - почвата е со умерено-рамномерен состав при Cu >15 - почвата е со нерамномерен состав

Коефициентот на закривеност најчесто се движи во граиците од Cz=1-3. Гранулометрискиот состав на почвите често се претставува и на т.н.

221


триаголни дијаграми каде гранулометриското подрачје на некоја карпа се дефинира врз основа на процентуалната застапеност на песокливата, прашинестата и глиновитата фракција во нејзината маса (слика 6.6).

Слика7.5.Типични гранулометриски криви за материјали од П.К."Суводол" Битола

Слика 7.6.Триаголен дијаграм на гранулометриски составза трепел и јагленова глина од П.К. ."Суводол" Битола

222


Водопродопропусноста и влажноста се физички својства на карпите, кои често се викаат и водни својства. Така, под терминот водно-физички се подразбираат такви својства, кои се манифестираат во карпите при взаемнодејство со водата.

Водопропусност или пермеабилност е својство кога низ своите пори, карпите овозможуваат движење на физички слободните подземни води. Ова својство е посебно карактеристично кај карпи каде преовладуваат крупни суперкапиларни пори како што се чакалот, дробината и песокот, како и мошне испуканите и здробените карпи од било кои генетски вид.Водопропусноста во прв ред зависи од големината на порите во карпата, нивната меѓусебна поврзаност и нивните меродавни дијаметри. Карпите каде порите се суперкапиларни и меѓусебно поврзани лесно ја пропуштаат водата низ своите порни агрегати и се викаат водопропустни (пермеабилни) карпи.

Карпи со мала порозност, или со големи но изолирани пори, како и карпи со капиларна и субкапиларна порозност, кои не ја пропуштаат водата се викаат водонепропустни (импермеабилни) карпи. Треба да се нагласи дека во принцип нема идеално водонепропустни карпи, но од практичен аспект, во определени случаеви некои од нив се третираат како водонепропусни при нормални хидрогеолошки услови. На пример, кај глините вкупнмата порозност е поголема во споредба со песоците и чакалите, но порите се многу ситни (субкапиларни до капиларни), така што водата во нив се јавува како физички сврзана. Затоа, тие после заситувањето, тие не ја испуштат водата, па се сметаат за практично водонепропусни средини.

Карпи кои во големина на примерок се водонепропусни, во склоп на терен можат да бидат водопропусни по должина на пукнатините. При значително зголемени притисоци (значителни хидраулични градиенти), карпи кои во нормални услови се водонепропустни, може да станата водопропустни.

Водопропустливоста на карпите се определува по лабораториски пат или со теренски опити, а се изразува преку коефициентот на водопропустливоста (к) кој има димензии на брзина (м/сец). Како синоним може да се користи и терминот коефициент на филтрација. Во хидротехничкото инженерство има и посебен термин кој се дефинира како Lugeon-ова единица (Lu), која претставува проток во единица време на еден метар должина на испитувана етажа, при притисок од 10 атмосфери (1Lu=lit/min/м/10атм). Со оглед на големото значение на водопропустноста, таа од инженерски аспект подетално е анализирана во глава 11 .

Влажност на карпите е нивна способност да примат и задржат одредено количество на вода во нивните пори, при што е можно нејзино слободно истечување под дејство на гравитацијата. Разликуваме неколку видови на влажноста на карпите и тоа:

природна влажност (w)

223


хигроскопна влажност (wh) максимална молекуларна влажност (wmmol) капиларна влажност (wk) влажност на целосно заситена карпа (wz)

Природна е онаа влажност која карпата ја содржи во природата во периодот на мерење. Се определува со мерење на масата на природна влажност и сувиот карпест примерок (после сушење на температура од 378 К или 105 С до конечна тежина):

(%)

каде: - тежина на природно влажен карпест примерок

- тежина на истиот примерок во сува состојба.

Мајданска влажност е многувековна влажност која ја содржи карпата додека се наоѓа на местото на својот постанок. Оваа влага карпите ја губат дури после подолго стоење на сонце и воздухот. Еднаш изгубената мајданска влага тешко може да се поврати. Оваа влага има големо влијание при експлоатацијата и обработката на каменот во каменоломите (мајданите). Имено, се додека карпите не ја изгубиле мајданската влажност, многу полесно се обработуваат. Така, некои карпи, како шкрилците, серпентинитите, рожнацот и други, при изгубена мајданска влага практично не можат воопшто да се обработуваат.

Хигроскопна влажност е способност на минералните честички на карпите да впиваат влага од воздухот.Максималната молекуларна влажност претставува максимална количина на физички сврзаната вода која до честичките на минералната материја се држи преку интермолекуларното привлекување.Капиларната влажност е она количество на вода, кое во карпата се задржава под дејство на површинскиот напон. Таа делумно или наполно ги заполнува капиларните пори во карпата.Влажноста на наполно заситена карпа е онаа влажност, кога сите нејзини пори се заполнети со вода. Се определува со следниот израз:

каде: - волуменска тежина на водата,

- волуменска тежина на цврстите честички на карпата, односно специфична тежина на цврстите честички

224


Релативна влажност или степен на заситеноста на карпата со вода ( ) претставува однос помеѓу количеството на водата во природна состојба и количеството на вода при заситувањето на сите пори во карпата:

или

Според степенот на заситеноста, кај песокливите карпи разликуваме:

малку влажен песок, со S < 0,5 многу влажен песок, со S = 0,5 - 0,8 целосно водозаситен песок со S = 0,8 - 1,0.

Карпите впиваат поголемо количество на вода ако заситувањето се врши постапно и бавно, потоа ако заситувањето се врши со вакум, а најголемо е кога заситувањето се изведува под притисок.

Капиларноста е својство на карпите, со кое е овозможено низ нејзините порите подземната вода да се издигнува на поголема висина под дејство на капиларните сили. До колку карпата е со поситни зарна, толку е поголема и нејзина способност да ја издигна водата на поголема висина (да има поголемо капиларно качување). Кај покрупните песоци и чакали, практично и нема капиларно качување. Капиларноста се определува по лабораториски пат, а ориентационо можат да се користат вредностите од табела 6.1.

Помеѓу водопропустливоста и капиларноста на почвите постои извесна поврзаност. Заради тоа, ако е познат коефициентот на водопропусноста (к), тогаш висината на капиларното качување релативно точно може да се определи преку следната зависност:

Табела 7.1. Ориентациони вредности на висина на капиларно качување во зависност од вид на почва

Вид на почва Висина на капиларно качување (м)Ситен песок 0.05 - 0.50

Прашина 0.50 - 5.00Глиновити почви 5.00 - 15.00

Чисти глини 15.00 - 50.00

Од градежен аспект, капиларноста е неповолно физичко својство, бидејќи може многу високо да ја издигне водата-влагата во објектот

Пластичност е својство на карпите да ја менуваат својата форма под дејство на надворешни сили (да се деформират) без лом. После престанок на дејство

225


на силите, карпите ја задржуваат новодобиената форма. Ова својство е главно карактеристично кај глиновитите и прашинестите почви, кои ги менуваат своите карактеристики во зависност од содржината на вода, степенот на дисперзноста, минеролошкиот и гранулометрискиот состав и друго. Глинестите карпи, кога се суви или кога имаат ниска природна влажност имаат карактеристики на цврсто тело. Истата карпа, ако содржи голема количина вода, може да добие својства на течна маса. Состојбата во која се наоѓа карпата, односно степенот на подвижноста на почвените честички во зависност од содржината на вода се нарекува конзистентна состојба на карпата. Заради тоа, важно е да се знае, кои содржини на вода ја дефинираат почвата од цврста до течна состојба. Од цврстата до течната конзистентна состојба постојат уште две конзистентни состојби, и тоа полуцврстата и пластичната конзистентна состојба.

Процентот на влажност, при кој почвата ги губи своите пластични својства и добива особини на полуцврсто тело се вика граница на пластичност (њп). Во оваа состојба, почвата под дејство на товар, почнува да се дроби и распукнува. Процентот на влажност, при кој пластична почва ги губи пластичните особини и поминува во течна состојба, се вика граница на течење (њЛ). Само со влажност помеѓу овие две граници, почвата има својство на пластично тело. Разликата меѓу границата на течење и границата на пластичност се вика индекс на пластичност (Jp ).

Jp=Wl-Wp

Конзистентната состојба на природна почва, при одредена содржина на природна влажност (w), се дефинира со индексот на конзистенција (Jc) кој е еднаков:

Jc = ( Wl - W) / JpПроцентите на влажност, кои ги разграничуваат конзистентните

состојби на почвите се викаат уште и Atteber-ови граници и се определуваат по лабораториски пат, а најчесто се прикажуваат на посебни дијаграми на пластичност (слика 7.7). На овие дијаграми на апцисата се прикажува границата на течење (Wl), а на ординатата индексот на пластичност (Jp). Наведените параметри, често се користат за класификациони цели, а индиректно (по корелативен пат), може да се искористат за проценка на некои други физички и механички својства. На пример, за дефинирање на конзистентната состојбата се користат следните критериуми:

при вредност Jc<0 карпата е во течна соsтојба при Jc=0-1 карпата е во пластична состојба при Jc>1 карпата е во цврста конзистентна состојба

226


Слика 7.7. Дијаграм на пластичност за различни материјали за објекти од рафинерија ОКТА-Скопје

Подетален осврт на принципот на класификација на седиментните карпи со употреба на пластичните својства е даден во глава 8 од книгата.

Лепливост

Лепливоста на карпите е нивно својство при определена влажност да се лепат за алатот, металите, дрвото и другите тела. На лепливоста најголемо влијание има влажноста, потоа минералниот и гранулометарскиот состав, како и видот на апсорбираните катјони. Покрај ова влијание има и видот на материјалот за кои се прилепува како и глаткоста на нивните површини. Лепливоста се јавува при определена почетна влажност кај глинестите и прашинестите карпи, потоа нагло се зголемува со прирастот на влажноста до максималната лепливост од каде со понатамошно зголемување на влажноста брзо опаѓа (слика 7.8). Со опити е утврдено дека глините појако се лепат за дрво одколку за железо, додека прашините и тињата (муљот) за металите.

227


Слика 7.8: Дијаграм на зависноста на лепливоста на карпите од влажноста 1-влажност на почетна лепливост2-влажност на максималната лепливост

Познавањето на лепливоста на карпите има значење при определувањето на условите за работење на машините кои се применуваат при ископ на усеци-засеци, канали, ровови, површинска откривка на јаловината, при изградба на сообраќајници, тунели и друго.

Бабрење и собирање на карпите

Бабрењето е својство на карпите при впивање на вода да го зголемуваат својот волумен. Обратно, при намалување на влажноста се јавува намалување на нивниот волумен, односно карпите се собираат.

Овие физички својства се карактеристични најчесто за глинестите карпи и зависат пред се од нивниот минералошки состав, степенот на дисперзноста, специфичната површина на зрната и концентрацијата на минералната материја во порната и околната вода. Во определени случаеви, бабрење може да се појави и кај карпести маси од типот на лапорци, анхидрит, глинци, некои видови на шкрилци и вулкански туфови.

Бубрење кај анхидритот (CaSO4) се случува при негова хидратација, кога тој преминува кон гипс (CaSO4*2H2O), а кај останатите видови на карпи е главно во зависност од количеството и минералниот вид на видот на глиновита материја.Причина за бабрењето е зголемувањето на дебелината на водените обвивки на физички-врзаната вода. Всушност, волуменот на минералните честички во почвата која бабри останува непроменет, а зголемувањето на волуменот е

228


условено со зглемувањето на порите кои наполно се заполнети со вода, со што се зголемува и влажноста на таквите почви. Со оглед дека зголемувањето на дебелината на водените обвивки околу минералните честички ги намалува кохезионите сили помеѓу честичките, јакоста на почвите кои бабрат значително се намалува. При собирањето се случува обратен процес.Бабрењето во глинестите карпи е возможно само при постоење на коагулациони структурни врски, кои лесно се разрушуваат. Ако пак цементационите структурни врски се водостабилни, тоа е можно само при механичко разрушување на тие врски. Согласно на тоа, произлегува општиот заклучок дека при било какво работење треба да се тежнее на тоа да во најголем можен степен се зачуваат природните структурни врски и природни јакостни карактеристики на метаријалите.Зголемувањето на волуменот при бубрењето на глинестите карпи обично изнесува 25-80%. Најголемо е кај бентонитските глини во кога во нив доминира монморионитот, а може да изнесува дури и до 12 пати. Кај анхидритот се цени волуменот може да се зголеми до 60% (Einstein H., 1977).Бабрењето се испитува лабораториски а се изразува преку степенот на бабрењето на повеќе начини:

a) Преку промена на волуменот:

каде е: Bv-степен на бабрењето изразен како промена на волуменот Vо-волумен на примерокот пред бабрењето Vb-волумен на примерок после бабрењето

б) Преку влажноста:

каде е: Bw-степен на бабрењето преку влажностаW-природна влажност на карпата

Wб-влажност на набабрената карпа

При бабрењето се јавуваат посебно зголемени притисоци врз објектите (тунели, темели, разни ѕидови и друго), кои изнесуваат од 300-1000 кN/м2.Инаку како критериум за оценка на карпите во поглед на нивната склоност кон бабрење се усвојува:

каде е:

229


е-коефициент на порозноста, еwl-коефициент на порозноста на карпата на границата на течењето

Често во пракса се користи и т.н. критериум за активност на глината дефиниран преку дијаграм на Wiliams и Donaldson. На овај дијаграм, врз основа на процентуалната застапеност на глиновити честички и индексот на пластичност (Jp), издвоени се неколку зони со различен степен на бабрење. Еден пример е даден на слика 7.9.

Слика 7.9: Дијаграм за проценка на можност за бубрење, за глинести почви од рафинерија ОКТА

Бабрењето и собирањето на глинестите карпи има големо практично значење при градењето на разновидни објекти или при изведувањето на работите (при изградба на глинести екрани и глинести јадра кај насипани брани, изградба на тунели и рударски подземни простории и друго). Бабрењето и собирањето на глинестите карпи имаат специфична улога при формирањето на свлечиштата по природните падини и вештачките косини на коповите, усеците-засеците и друго. Појавата на бабрењето и собирањето на почвите под фудаментите на објектите можат да предизвикаат деформации како и притисок кој може дури да го надмине притисокот кои го пренесуваат објектите на градежната почва. Поради тоа, може да се појавуваат нерамномерни слегнувања, кои се многу опасни и непожелни за стабилноста на самите објекти.

Топлотни својства на карпите и карпестите маси

230


Топлотните својства на карпите се важни кога карпите се користат како градежен материјал за облагање на објектите, со цел во ладните денови да се сочува топлината, а во лето објектите да не се загреваат премногу. Кај некои специфични објекти топлотниот режим може да биде многу важен. Посебно тоа е изразено кај хидротехничките објекти како што се тунелите и окната со вода под притисок. Некогаш, кај одделни тунели или окната длабоко под Земјината површина, температурата е значително повисока во однос на температурата на водата која поминува низ тие објекти. Под дејство на тоа доаѓа до разладување на карпестата маса што може многу да влијае на секундарната напонска состојба околу објектот. Тоа како последица може да предизвика неповолни напрегања во бетонската облога на тунелот, ако при проектирањето не се водело доволно сметка за тоа. Во крајна линија, ова може да доведе до појава на прснатини и други оштетувања на облогата.

Најважни карактеристики на топлинските својства на карпестите маси се: специфична топлина, проводливост на топлината, проводливост на температурата, линеарно и волуменско топлотно ширење.

Под поимот специфична топлина се подразбира количеството на топлина која на единечна маса ја зголеми температурата за еден степен. Се изразува во cal/gr0C или Kcal/kg0C

каде:

Qт-количество на топлина (cal), r-специфична маса на телото (gr),x1-температура пред загревањето (0C),x2-температура после загревањето (0C).

Специфичната топлина на карпестите маси е во зависност од специфичната топлина на цврстата маса, на течните и гасовитите компоненти во склоп на карпата.

Проводливоста на карпестите маси е нивна способност да спроведуваат топлина. Карактеристика на ова својство е коефициентот на проводливост (lт) и има димензии cal/cm sec0C или kcal/mcal 0 C.

каде е:

231


t-време (сец),

А-површина низ која поминува топлината (м2),

L-растојание помеѓу два пресеци за температури џ1 и џ2.

Проводливоста на топлината на минералите е најчесто од 0.002-0.006. Проводливоста на водата изнесува 0.0014, на мразот околу 0.005.

Проводливоста на температурата (кт) претставува брзина на простирање на промената на температурата под дејство на апсорција или предавање на топлината внатре во карпата. Параметар на ова својство е коефициентот на проводливост на температурата и се изразува со м2/х.

каде е:

lт-коефициент на проводливост на топлината (cal/cmsec0C),g-волуменска тежина,Cт-специфична топлина (cal/gr0C).

Под влијание на температурната разлика карпестите маси го менуваат волуменот. Тоа се изразува со коефициентот на линеарното или волуменското ширење.

каде е:

a-термички коефициент на линеарната деформација (кај гипсот 0.22*105, гранит (0.6 до 0.9)*10-5, доломит 1.2810-5),

L-должина на монолитот

Проводливост на звукот

На проводливоста на звукот најмногу влијаат текстурните својства на карпата. Најдобри проводници се масивните карпи, без пори и пукнатини. Доколку постојат пори и пукнатини подобри проводници се оние карпи на

232


кои волуменот на тие празни пори поголем и доколку таа е исполнета со вода, а не со некоја дробина или минерална материја во било кој облик. Ова својство на карпите е важно кај изборот на карпи за преградни зидови, посебно во кино салите, концертните дворани и други објекти.

Проветривост на карпите

Проветривост на карпите е нивното својство да пропуштаат гасови низ своите пори. Порите мораат да бидат меѓусебно споени, а исто така мора да постои разлика во притисоците или разлика во температурата. За тоа се посебно поволни многу порозните карпи со макропори, како карстифицираните варовници, бигорот, лесот, туфовите, песочниците, конгломерати и др. Проветривоста може да се одреди од равенката:

каде е:

Кг-коефициент на проветривост на карпата,

η-динамички вискозитет на воздухот или гасот (Pas)

Qг-количина на гас која поминува низ примерокот во единица време (м3/сец),

А-површина на попречниот пресек на примерокот на карпата (м2),

L-должина на примерокот (м),

Pг-разлика во притисокот на почетокот и на крајот на примерокот (Pa).

Познавањето на проветривоста на карпите е значајно при подземната експлоатација на минералните суровини, при изградба на подземни простории за чување на животни продукти и поедини видови специфични материјали.

Другите физички својства на карпите (електричните, магнетичните, радиоактивните и други својства) немаат посебно влијание на механичките и технолошките својства на истите, а се проучуваат во поедини други дисциплини (геофизиката и слично).

7.2. МЕХАНИЧКИ СВОЈСТВА НА КАРПИТЕ

Под поимот механички својства се подразбираат оние својства, кои се манифестираат кога карпите се изложени под дејство на сила. При тоа, оптеретувањето може да биде статичко или динамичко. Во овие својства

233


поважни се јакоста на карпите, елатичност, пластичност, тврдина, деформабилноста, жилавоста, абразивност, абењето и др.

ЈАКОСТ НА КАРПИТЕ

Јакоста на карпите е отпор кој тие го даваат кога се изложени на дејство на различни напрегања. Во зависност од видот на напрегање (притисок, затегнување, свиткување, смолкнување и др.), разликуваме повеќе видови на јакост и тоа јакост на притисок, затегање, свивање, торзија итн (слика 7.10).Кога прилагањето на товарот е континуирано и постапно (бавно), карпата манифестира статичка јакост. Кога прилагањето на товарот е краткотрајно и брзо тогаш карпата манифестира динамичка јакост. Јакоста кај карпите зависи од цврстината на минералите, начинот на нивната поврзаност, порозноста, свежината на минералите, количеството на врзивото (ако зрната се посредно сврзани), влажност и друго.

Слика 7.10. Видови на напрегања кај карпите:

I- притисок врз цилнидрично пробно тело(1)II- затегање преку директно затегање на цилиндричнопробно тело(1)III-смолкнување на пробно тело (1) оптеретено со сила PIV-свиткување на призматично тело оптеретено со сила P

Со оглед на тоа што карпите се многу поотпорни кога се изложени на напони на притисок, од интерес во инженерство е најчесто се анализира јакоста на притисок.Јакост на притисок на карпите (sp)Јакоста на притисок се испитува лабораториски, на карпести примероци во правилни геометриски форми. Зависно од стандардот кој се користи при испитувањето, може да се испитуваат примероци во вид на коцки, призми или цилиндри (7.11).

234


Слика 7.11. Изглед на пробни тела за испитување на јакост на притисок

Пробните тела се ставаат под дејство на силата на притисок со помош на хидраулични преси (слика 7.12), а се обработуваат со посебни машини за сечење, дупчење и полирање (слика 7.13). Примероците може да бидат се различни димензии (најчесто во вид на коцки 101010 cм). Според препораките на Меѓународното друштво за механика на карпи (ISRM-International Society for Rock Mechanics), јакоста на притисок се испитува на цилиндричи пробни тела со димензии H:D=2,5-3 (H-висина; D-дијаметар на примерок).

Слика 7.12. Преса за испитување на јакост на притисок на карпести маси со "сопствена контрола": а-поглед кон вкупен систем за прилагање на оптеретување: б- детал од пресата со припремено пробно тело за испитување (1); в-комјутерска единица за автоматска манипулација

Slika 7.13 Ma{ina za se~ewe na primeroci so dijamantska pila (1), za dup~ewe (2) i za polirawe (3)

235


Се препорачува дијаметарот на пробното тело да не биде помал од D=54 мм (т.н. NX јадро). Силата се прилага се додека не се предизвика лом на примерокот, така што таа сила се зема како меродавна за пресметка на јакоста на притисок:

кN/м2 или МN/м2

каде:P – сила во момент на лом ма примерокот кN или МNА - површина на напречен пресек на примерокот м2

Кога кај цилиндричните пробни тела односот H:D е помал од 2, се препорачува корекција на добиената јакост на притисок по следната формула:

каде:sp-мерена јакост на притисокsp 2-корегирана јакост на притисок

Вака определена јакост се нарекува едноаксијална (моноаксијална) јакост на притисок и представува гранична јакост на притисок (ang. uniaxial compressive strentgh). Во инженерство, за разни пресметки се корист т.н. дозволена јакост на притисок, која се добива со соодносот:

каде:n - коефициент на сигурноста, кој за карпите има променлива вредност, а се усвојува во зависност од доверливоста на податоците од испитувањето, нивниот број, намената на податоците и др.

Јакоста на притисок е најголема кај карпестите примероци во сува состојба, нешто помала во водозаситена состојба, а најмала кога карпите се изложени на циклус мрзнење-одмрзнување. Заради илустрација, некои карактеристични вредности се дадени во следната табела:

Табела 6.2. Типични вредности за јакост на притисок за одредени видови карпи

КарпаКАМЕНОЛОМ

Јакост на сув примерокМN/м2

Јакост на водозаситенпримерокМN/м2

Јакост после циклуси на замрзнување - одмрзнувањеМN/м2

гранит Србија 187,9 140,5 138,2базалт М. Нагоричане 254,3 306,0 251,5гнајс Кочани 205,9 193,0 196,7мермер Небрегово 224,0 205,0 204,7

236


варовник Словенија 144,0 99,0 81,0

Влијанието на влагата врз намалувањето на јакоста на притисок се изразува преку т.н. коефициентот на омекнување (Ком), кој се пресметува по следната формула:

Ком=spv/sp

каде е :

Ком-коефициент на омекнувањеsp-јакост во сува состојбаspvв-јакост после заситување со влага

За практична примена се препорачуваат карпи со вредност на Ком=0.9-1, а поретко може да се применуваат карпи и со вредност Ком=0.6-0.9. Во случаеви кога коефициентот Ком<0.6, се смета дека карпите се неповолни за примена во градежништвото. Овој параметар е посебно значаен кај објекти од типот на насипани брани, каде не се дозволува примена на карпести материјали во нивните потпорни тела кои се чувствителни на дејснтво на влагата.

Јакост на затегање на карпите (sz)Јакоста на затегање на карпите (tensile strength) се испитува лабораториски на карпести примероци со правилни геометриски форми. Според препораките на ISRM, се применуваат методите на директно затегање (direct pull test) и т.н. Бразилски опит на затегање (ISRM Brasil test). Цилиндрични тела за директното затегање се припремаат како и за испитување на јакоста на притисок, при што како најмал дијаметар се препорачува дијаметарот од D=54 мм (NX јадро). Примерокот се цементира и се зафаќа со посебни метални држачи за поврзување и прицврстување. После тоа, тој се испитува со директно прилагање на сила на затегање се до момент на лом. Се препорачува да се испитаат најмалку пет примероци од иста карпа, со цел да се добие меродавна средна вредност. Заради потешкотиите на припрема на пробните тела, посебно при нивната цементација и поврзување со металните држачи, овој тест поретко се применува во пракса. Во овој контекст, како многу поедноставен и побрз се смета т.н. Бразилски тест на затегање, каде примерокот се става во едноставен калап со сферични лежишта кои овозможуваат точкаст пренос на силата на притисок. При оптеретувањето, обично примерокот пука по средина. Се препорачуваат примероци од NX големина (D=54 мм), а можно е да се испитаат и тела со т.н. HX големина (D=70 мм). Тестот може да биде изведуван на пробни тела со минимална должина од 25 мм, кои на краевите не мора да бидат "идеално" исполирани (како што е потребно за испитување на јакоста на притисок).

237


Слика 7.14. Видови на тестови на затегање според препораки на ISRM а- директно затегање врз цилиндрично пробно тело(1)б- затегање на тело во вид на "кучешка коска"(dog bone)в-бразилски опит на затегнување врз цилиндрично тело

Јакоста на затегање по Бразилскиот метод се пресметува по следната формула:

каде:P – сила во момент на лом ма примерокот кN или МND- дијаметар на примерокот мL- должина (дебелина) на примерокот м

Како и кај претходниот тест, се препорачува да се испитаат најмалку пет примероци, а резултатите после тоа се осреднуваат. Обично, јакоста на затегање е многу помала од јакоста на притисок (најчесто околу 20-40 пати).

Јакост на свиткување (ss)

Јакоста на свиткување исто така се определува во лабораториски услови најчесто на призматични карпести примероци.

238


Слика 7.15. Видови на тестови на свиткување

Се изразува како однос меѓу максималниот момент на свиткување (Мs) и отпорниот момент (W) по следните формули:

Можни се повеќе шеми на оптеретување, а за шема на оптеретување во три точки со сила на свиткување (P) на средина од пробното тело (слика 7.15-в), се пресметува според следните формули:

;

каде:P – сила во момент на лом ма примерокот кN или МNL- должина на пробно тело мb- ширина на примерокот мh- висина на примерокот м

За цилиндрични пробни тела, јакоста на свиткување се пресметува според:

Јакоста на свткување е исто така затегање е многу помала од јакоста на притисок (најчесто околу 10-20 пати). Во инженерството ретко се применува како параметар за пресметки.

Индекс на јакост (Јs)Во праксата, како показател за јакоста најчесто се користи метода која е препорачана од страна наISRM со испитување на таканаречениот индекс на јакоста (Јs). Овој параметар се добива на едноставен начин преку тест на

239


точкасто оптеретување на примерокот (анг. Point Load Test-PLT). Со испитување на индесот на јакост, се занимавале повеќе автори започнувајќи од Протоѓаконов, (1950), Wittke и Louis (1969), Duffaut (1968), Reichmut (1968), Franklin (1970), D' Andrea и други (1965), Guidicini и други (1973), Bieniawski (1974) и други.Индексот на јакост се добива со притискање на примерокот помеѓу два шилци, со апарат за точкасто оптеретување, кој најчесто се нарекува Франклин-ова преса (слика 7.15). Опитот по своето физичко значење е близок со јакоста на затегнување, а се смета како најприменувана метода за проценка на јакоста на притисок и затегање во праксата заради неговата едноставност. Овој тест е стандардизиран по препораки на ISRM.Применлив е за карпести примероци со цилиндрична форма кои се добиваат директно од јадрата на дупнатините, како и на неправилни примероци без никаква посебна припрема (слика 6.16).

Слика 6.15. Преса за испитување на индекс на јакост:а- место каде се става примерокот меѓу два шилциб- манометар за мерење на сила (притисок) при ломв-преса за задавање на притисок

240


Слика 6.16. Видови на примероци кои може да се испитуваат со точкасто оптеретување со препорачани пропорции на димензиите

Пресметката за цилиндрични примероци со дијаметар од 50 мм се пресметува како однос помеѓу силата при лом (P) и дијаметарот на примерокот (D) по следната формули:

За цилиндрични јадра со друг дијаметар се воведува се воведува фактор на корекција (F) , односно се разликуваат т.н некорегирана и корегирана јакост.

Некорегирана јакост

Корегирана јакост

Фактор на корекција

241


Факторот за цилиндрични тела може да се добие и дијаграмски (слика 6.17).

Слика 6.17.Дијаграм за добивање на фактор за корекција (F)

За примероци со неправилна форма или во вид на призма, за да се добие вредноста на т.н. еквивалентен дијаметар (De) се применуваат следните формули:

каде:W - просечна димензија на примерокот (просечно помеѓу W1 и W2 од слика 7.16)Dе- еквивалентен дијаметар на примерокотЈѕ - некорегирана вредност на индексот на јакост при точкасто оптоварувањеЈѕ(50)-корегирана вредност на индексот на јакост при точкасто оптоварување за дијаметар од 50 мм

Индексот на јакост доста често се користи за проценка на јакоста на притисок и затегање по корелационен (индиректен) пат, а заради неговата едноставност и брзина многу се користи за класификација на карпите. Кај слоевити и шкрилести карпи, испитувањата треба да се прават во правец на структурните елементи и нормално на нив, со оглед дека кај нив има силно изразена анизотропија на јакоста (слика 6.18).

242


Слика 6.18.Правци на испитување кај анизотропни карпи

За пресметка на средната вредност се препорачува да се испитаат најмалку десет примероци од еден тип на карпа, што значи дека во случај на анизотропија, треба и до дваесет примероци, со оглед дека вообичаено резултатите доста варираат.

Јакост на смолкнување

Јакоста на смолкнување се дефинира како отпор кој карпите го даваат при дејство на силите на смолкнување. Ако карпестата маса во природа или пак на примерок во лабораторија, постепено се оптоварува со сила P, во момент кога ќе се надмине (исцрпи) јакоста на карпите на смолкнувањето, ќе настане поместување по определена рамнина, која ќе биде наклонета под агол а.

Слика 6.19. Лом на примерок или на тело во природа заради сили на смолкнување (Т)

Аголот a се вика агол на најмал отпор на смолкнување. Наједноставна илустрација на процесот на смолкнување се гледа од сликата 6.19-в, за едно тело (блок) на една наклонета рамнина. Ако аголот на наклонетата рамина се зголемува, телото со тежина која влијае како сила (P) е во стабилна состојба

243


се додека тангенцијална компонента (Т) не стане поголема од силата на триењето (Н), која се јавува меѓу телото и рамнината на наклон. Од тој услов се добива силата на триењето:

Збирот на сите сили на триење, поделен со вкупната допирната површини (А) ќе ја даде јакоста на смолкнување на почвата (т), додека збирот на сите нормални сили поделени со вкупната допирна површина го дава нормалното напрегање (с) па се добива:

Јакост на смолнување кај неврзани почвени материјалиЈакоста на смолкнување кај неврзаните почви зависи само од внатрешното, (меѓусебното) триење помеѓу почвените зрнца. Бидејќи зрнцата меѓу себе се во контакт, поради нивната рапавост, во точките на допирот, се појавуваат сили на триење. Силите на триење зависат од структурата на почвата, минеролошкиот состав, нивото на вертикален напон и содржината на водата. Ако равенката 6. се претстави преку тангенцијалниот (t) и нормалниот напон (s), таа ја добива следната форма:

Со оваа равенка се определува јакоста на смолкнување кај неврзаните почвени материјали од тип на песок и чакал. Аголот ф се вика агол на внатрешното триење на почвата.

Јакост на смолнување кај врзани материјали

Слабо врзаните и цврстоврзаните материјали, во допирните површини на честичките, покрај триењето, поседуваат уште едно својство, а тоа е кохезијата (c). Таа е продукт на внатрешните структурни врски и молекуларни сили. Според тоа, равенката за јакоста на смолкнување кај ваквите материјали ќе биде:

каде е: c- кохезијаf- агол на внатрешно триењеt - тангенцијален напонs - нормален напон

Горната равенката е позната како равенка на Coulomb. Подоцна, таа е делумно модифицирана од Terzaghi, кој го воведува терминот ефективен нормален напон :

каде е: u- притисок од вода во порите на почвата

244


Јакоста на смолкнување, воопшто се смета како најзначајна при решавање на голем број на проблеми од геотехниката како:-дефинирање на стабилноста на падините и косините-дефинирање на носивоста на подлогата при оптеретување со објектите- стабилност на ископот кај подземни објекти и др;

Кај почвените материјали, таа може да се определува по лабораторијки пат, со апарати за директно смолкнување или со апарати за триаксијален притисок. На терен може да се определува со опрема наречена крилна сонда, која е применлива кај почви со ниска јакост.На пример ако за определување на јакостните карактеристики на почвата се користат апарати за директно смолкнување, тогаш се мерат хоризонталните деформации (Uh) и тангенцијалната јакост (t). Нивните вредности се нанесуваат на дијаграм како на слика 7.20, како зависност t =f(Uh). Овие резултати пак се користат за дефинирање на зависноста t=f(s).

Со ваквата интерпретација, јакоста на смолкнување дефинира со два параметри:

- кохезија (c)- агол на внатрешно триење (f)

Кохезијата се дефинира како отсечок кој зависноста t=f(s). го зафаќа со ординатната оска, а аголот на внатрешно триење е аголот меѓу горната зависност со хоризонталата.Јакоста на смолкнување кај глиновитите почви зависи од повеќе фактори, како влажноста, минералниот состав, нивото на нормален напон и др.

Слика 7.20. Интерпретација на резултатите на директно смолкнување

245


Исто така, јакоста многу се разликува ако една иста почва се наоѓа во природна состојба, или ако од неа се ископа материјал од кој се прави нова подлога или насип со иста збиеност. Оваа особина на почвата се вика осетливост и е еднавка на односот на јакоста на притисок во непореметена (природна) и пореметена ( вештачка) состојба.

Јакост на смолнување кај примероци на цврсти карпи (монолити)Јакоста на смолкнување за примероци на цврсти карпи од тип на гранити, мермери, шкрилци, варовници и друго, ретко е меродавна за инженерски анализи. Имено, кај ваквите карпи евентуалните ломови во природата најчесто се случуваат низ некои од постојните пукнатини и делумно низ основниот (неиспукан) карпест материјал. Само во определени случаеви во рударството, може да се појави од потреба на познавање на јакоста на смолкнување на монолитните делови од карпите. Во такви случаеви, таа се испитува на карпести примероци, по шема на оптеретрување како на слика 7.10.3.Исто така, таа може да се добие по пресметковен пат, со користење на резултатите за јакоста на притисок (sp) и на затегање (sz), кога кохезијата (c) и аголот на внатрешно триење на ниво на монолит (f) се добиваат, по следните формули::

c=B*сz

каде е: B-коефициент зависен од односот на јакоста на притисок и затегање

Слика 7.21 Зависности за пресметка на параметрите на јакост на смолкнување кај монолитни примероци (Ржевскиј иНовик, 1984

246


Зависностите кои се презентирани погоре се користат за брза и доста доверлива пресметка на кохезијата и аголот на внатрешно триење, по параболична зависност меѓу тангенцијалните и вертикалните напрегања.

Јакост на смолнување на цврсто врзани карпи во голема мерка

Јакоста на смолкнување кај цврсто врзаните карпестите маси во значителна мерка има влијание на изборот на типот, димензиите и конструктивните елементи кај градежните обекти. Имено, при пресметка на стабилноста и носивоста кај хидротехничките објекти, косините на темелните ископи кај браните, при интервенциите за техничко подобрување на карпестите маси, како и стабилноста на карпестата средина воопшто, јакоста на смолкнување е најзначајна за пресметките. При тоа треба да се има предвид, дека површината на ломот може да се формира по постоечките дисконтинуитети, пукнатини, а делумно и низ монолитните делови на карпестата маса. Поради ова, се поставува задача за определување на јакоста на смолкнување низ карпестата маса и по пукнатините. Како показатели на јакоста на смолкнување на карпестите маси, во механиката на карпи се уште се усвојуваат два параметри "с" и "" (по аналогија со кохезијата и аголот на внатрешно триење кои се користат во механиката на почви), иако всушност тие немаат исто физичко значење.Во инженерската пракса, кај цврсто врзаните карпести маси, јакоста на смолкнување се определува во теренските услови. Најчесто се применува теренски опит на смолкнување, кој е разработен во институтот за водопривреда "Јарослав Черни" од Белград, и за прв пат е применет 1952 година.Опитот на смолкнување се изведува на батерија од 4 блока од карпестата маса со димензии 0.80 х 0.80 х 0.40 м', кои се засечуваат во подината на истражната галерија. Блоковите од долната страна се сраснати во карпестата маса (блокови од "самоникла" карпа), додека бочните страни се опфатени со армиранобетонски или челични монтажни рамки, како би се спречила бочната деформација при оптеретувањето на блоковите (слика 7.22).

247


Слика 7.22. Теренски опит на смолкнување во голема мерка:1 и 2 - хидраулични преси, 3 - челични монтажни рамки, 4 - бетонски опорец, 5 - преносен бетонски блок, 6 - карпести блокови кои се смолкнуваат, 7 - валци (покретен зглоб), 8 - зглоб, 9 - челичен подметач, 10 - дрвени подметачи.

Страната на која се нанесуваат силите на смолкнување е изработена косо со наклон од 16 према хоризонталната, така што резултантата на силите од бочните преси проаѓа низ тежиштето на површината на смолкнувањето. Со ваквата диспозиција се избегнува појавата на обртниот момент во однос на рамнината на смолкнувањето, кој би се добил во случај да бочните преси се хоризонтални. Опитот вообичаено се врши на 4 блока поради посигурна интерпретација на резултатите, со оглед дека во тек на опитот може да се случи да откаже некој од блоковите, а за интерпретација се потребни барем три точки.При изборот на мерното место треба да се запази условот да сите 4 блока бидат лоцирани во квазихомогена зона по инженерскогеолошките својства, што е и предуслов за успех на самиот опит. Ориентацијата на блоковите треба да е таква, да сите смолкнувања се вршат во насока во која ќе дејствува смолкнувањето и од идниот обект.Процесот на смолкнувањето е сличен како и при директно смолкнување кај почвите. Со добиените податоци од мерењата, прво се цртаат дијаграмите на хоризонталните поместувања на блоковите во функција од напоните на смолкнувањето вдолж површината на смолкнувањето Uh = f (), а потоа и дијаграм = f ().Заради илустрација, на сликата 7.23 е дадена една конкретна диспозиција на испитувањата на јакоста на смолкнување, која е применета кај лачната брана "Света Петка" на река Треска.

248


Слика 7.23. Теренски опит на смолкнување во голема мерка применет во една истражна галерија од лачната брана "Света Петка":1 - хидраулични преси за задавење на вертикален товар;2 - хидраулични преси за задавење на хоризонатален товар3 - блок кој се смолкнува

Врз база на релативно голем број извршени испитувања во различни видови на карпести маси, можат да се издвојат три основни вида или форми на дијаграмите на поместувањето во функција на напоните при смолкнувањето Uh = f () и тоа во зависност од крутоста на карпестата маса која се испитува. Така, може да се разликуваат "нормален" "крт и "пластичен" тип на лом (слика 7.24).

Слика 7.24. Типични дијаграми на поместувањето во функција на напоните на смолкнувањето:1- нормален лом; 2-крт лом, 3 - пластичен лом

Кртите ломови редовно се јавуваат во карпестите маси со висока јакост, а пластичните ломови кај "меките" карпи со ниски вредности на јакоста.

249


Емпириски методи за проценка на јакоста на смолкнување на карпест масив кај цврсто врзани карпи

На денешно ниво на развој на геотехничката наука, многу често се применуваат методи за брза проценка на јакоста на смолкнување засновани на т.н. емпириски (искуствени) методи. Имено, теренските методи се доста скапи и долготрајни, па се применуваат главно при истражување на карпестите маси за зоните на фундирање на бетонски брани, и пореко кај некои значајни подземни објекти. Така, емпириските методи се наметнаа како корисна замена за теренските испитувања, посебно при истражување за помали објекти и при проектирање на идејни решенија. Заради сложениот карактер на појавата на карпестите маси и нивната дисконтинуалност, не постои општо прифатлив и универзален критериум на лом кој на задоволителен начин би се применувал во најголем број на случаеви. Поради тоа, од страна на повеќе автори е направен обид да се формира соодветен емпириски (искуствен) критериум на лом, како на пример Bieniawski и Hoek&Brown. Најпознат и најчесто применуван е критериумот на Hoek&Brown. Нивниот оригинален критериум на лом е разработен во 1980 година, а потоа врз основа на искуства на користење на овој критериум на голем број проекти, подобрена верзија е издадена во 1988 година.Генерален облик на овој критериум, кој ги инкорпорира заедно оригиналната и модифицираната форма, е даден со следната равенка:

mb- емпириска константа за даден тип на карпестата маса;s и а се константи кои зависат од карактеристиките на карпестата маса;п е едноаксиална јакост на притисок на монолитен дел од карпата;’

1 и ’3 се ефективни главни напрегања.

Емпириски критериум за лом, во преуреден облик може да се изрази со следната равенка:

Детали за определување на материјалните константи mb, s и а се дадени во глава 8. Бидејќи голем дел од нумеричките модели и анализите на стабилноста кои се употребуваат во геотехниката се изразени преку прикачаниот критериумот за лом на Mohr-Coulomb, неопходно е да се проценат вредностите за кохезијата и аголот на внатрешно триење. Mohr-овата анвелопа (слика 7.25) која одговара на емпирискиот критериум за лом (19) ја извел Hoek и ја дал во облик:

каде се: - напрегање на смакнување при лом;

250


и’ – привиден агол на внатрешно триење при дадени вредности ( , ’ );

м, с – материјални емпириски константи.

Слика 7.25. Анвелопа на главните ефективни нормални напрегања по Моhr

Вредноста на привидната кохезија Ci’ е дадена со изразот:

Вредностите на i’ и Ci’ во функција од ефективните нормални напрегања ’

се прикажани на (слика 7.26).

Слика 7.26. Завистност на и’ и Ci’ во функција од нормалните ефективни напрегања

Јакоста на смолкнување вдолж пукнатини

251


Во пракса е познато дека надминувањето на јакоста на смолкнувањето, односно појава на лом најчесто се случува по доложина на постоечките пукнатини во карпестата маса. Затоа е неопходно да се познаваат и параметрите на јакоста на смолкнување вдолж пукнатините. Параметрите "с" и "" вдолж пукнатините во голема мерка зависат од формата на ѕидовите на пукнатините, состојбата на ѕидовите, како и од механичките карактеристики на пукнатинскиот заполнител. Постојат поголем број диспозиции за изпитување на јакоста на смолкнување по пукнатини, а една од можните апаратури е дадена на слика 7.27.

Слика 7.27 Апаратура за испитување јакост на смолкнување вдолж пукнатини (т.н Hoek-ова кутија за директно смолкнување)

Пукнатината може да има било каква положба во просторот, а примерокот со пукнатината се положува во хоризонтална рамнина.Постапката за добивање на потребните параметри е слична како и при обработка на податоците според слика 7.20.Во пракса, јакоста на смолкнување често се проценува по емпирискиот критериум на лом на Barton and Chobeau. Овие автори дефинирале нелинеарната врска меѓу тангенцијалниот напон (t) и нормалниот напон (s):

t=s n tan JRC*log(JCS/s n) + fr

252


За примена на оваа методологија потребно е познавање на т.н. коефициент от на рапавост на пукнатинските површини (JRC), базичниот агол на триење (fr) кои се дефинираат со релативно едноставни теренски и лабораториски мерења. На пример, коефициентот на рапавост се определува според препораките на Бартон, и се движи од JRC=0 за идеално мазни пукнатини, до JRC=20 за рапави и назабени пукнатини (слика 7.28)

Слика 7.28 Слика за проценка на коефициентот на рапавост на пукантините

ДЕФОРМАБИЛНОСТ НА КАРПИТЕ

253


Деформабилност на примерок

Деформабилноста е својства на карпите да го менуваат волуменот и формата кога се изложени на дејство на надворешните сили. При тоа, силите треба да се под граничните, како не би се предизвикал лом (со што се навлегува во јакоста на карпите). Кога карпите се користат како природен градежен материјал, нивните деформабилни својства се испитуваат во лабораторија на карпести примероци во форма на призма или цилиндар (слика 7.29).

Слика 7.29 Дијаграм напон-деформација за Hook-ово тело

Според тоа се мерат почетните димензии (L1,b1) и димензиите при соодветен товар (L2,b2). Мерењата треба да се вршат во средната зона на примерокот поради чистата рамномерна распределба на напоните на притисок. За карпести примероци без дефект (пукнатини, шуплини, шкрилавост и сл.) и напони до граница на пропорционалноста (до каде и се дозволува товарењето во инженерството), важат законите на теоријата на еластичноста за идеално еластично (Hook-ово) тело. Како израз или мерка за деформабилноста се користи модулот на еластичноста - Е (Young-ов) и модулот на деформацијата - D, како и коефициентот на напречната деформација - (Поасонов коефициент). Од познатата равенка Хукова равенка за пропорционалноста помеѓу напоните и дилатациите (релативни деформации) имаме:

, односно МН/м2

при што е: , и

каде:P - оптоварување кN;

254


А - напречен пресек на примерокот м2; - предизвикани напон на притисок од силата П; - надолжна дилатација (во правец на силата П);L1- почетна висина во случајов (димензија во правец на дејството на силата P);L2- иста димензија по приложениот товар;Dl- деформација (скратување на примерокот, однодсно промена на висината - димензија во правец на дејството на силата P).

Бидејќи карпите се одликуваат и со деформација која е нормална на правец на дејството на силата P, се јавува т.н. Поасонов ефект:

, ,

каде: - Поасонов коефициент;b - напречна деформација (релативна деформација напречно на дејство на силата P);b- деформација (проширување на примерокот, мерна база, напречно на силата P);b2 - промена на димензијата напречно на силата P.Реципрочна вредност на e е еднаква на :

m = е Поасонов број.

За свежи карпести примероци вредностите за модулот на еластичноста и Поасоновиот коефициентот се движат во следните граници:

Табела 6.2. Типични вредности за јакост на притисок за одредени видови карпи

Kарпа Mодул на еластичноста

(Е)GN/м2

Поасонов коефициент(неименuван број)

Варовник 20,0 0,2 - 0,3Песочник 31,0 0,05 - 0,25Андезит 33,0 - 48,0 0,21 - 0,32Гранит 35,0 0,20 - 0,36Мермер 10,0 - 30,0 0,25 - 0,30Глинец 10,0 0,35 - 0,40

Самите лабораториски испитувања се вршат аналогно на јакoста на притисок, односно силата се предизвикува со хидраулички преси.

255


Во пракса, за класификација на карпите кога се комбинира јакоста со деформабилноста, најчесто се користи класификацијата на Deere and Muler (слика 7.30).

Слика 7.30 Дијаграм со приказ на односи меѓу тангентен модул на еластичност и јакост на притисок

На сликата се прикажани неколку зони, од каде може да се согледаат соодносите меѓу јакоста и деформабилноста.

Деформабилност во теренски услови

Кога карпите се користат како средина во која ќе се фундираат објектите, или изведуваат инженерските зафати, деформабилните својства на карпестите маси се испитуваат во теренски услови на лице место, при што карпата се изложува на дејство на притисок.Постојат голем број на методи кои се изведуваат во истражни галерии, градежни јами и др. Треба да се истакне нивната сложеност воопшто, долгото времетраење, ангажирањето на тешка опрема и луѓе, а со тоа и чинењето на истите е неспоредливо поголемо од лабораториските испитувања. Од друга страна, се добиваат најрелевантните податоци за деформабилноста на карпестите маси под идниот објект.Врз основа на конструираните дијаграми ПРИТИСОК - ДЕФОРМАЦИЈА, се пресметуваат модулите на деформацијата (D),односно модулите на еластичноста (Е), за соодветни оптоварувања односно ниво на предизвикан притисок (P).

256


На слика 7.31 е прикажан еден типичен дијаграм P-d, од каде се гледа дека при било каква големина на товарење, карпестите маси во теренските услови секогаш се деформираат така што во вкупната деформација (dv) во себе содржат повратна (dе) и трајна (d t) деформација, што е резултат на испуканоста, распаднатоста и другите механички дефекти, кои редовно се содржани во карпестите маси во теренските услови.

Слика 7.31 Карактеристичен дијаграм притисок-деформација за еден циклус на оптеретување и растеретување

Општите изрази за пресметка на модулот на деформацијата и модулот на еластичноста се:

, каде е D - модул на деформацијата;

, каде е Е - модул на еластичноста.

к - коефицијент кој зависи од формата и големината на оптеретената површина, мерните точки, распределбата на напоните под оптеретената површина и др.

За секоја применета теренска методана испитување постои и конкретен израз за пресметка на D и Е. Детали се изучуваат во механиката на карпите и почвите, а овде се прикажани само методите на хидрауличен јастук и сондажен дилатометар.

Хидрауличен јастук

257


Методата на хидрауличен јастук е разработена во Институтот за водопривреда "Јарослав Черни" под раководство на проф. Б. Кујунџиќ, и за прв пат е применета 1951 година во доводниот тунел на ХЕ Винодол. На мерното место (истражната галерија, истражен ров, градежна јама и др. ) се изработува специјален прорез во карпестата маса во кој се вградува лимен јастук со дијаметар d= 2 м (слики 7.32).

а бСлика 7.32 а- Истражна галерија каде се поставува хидрауличкиот јастук

б-изглед на јастукот пред авградување (локација брана "Света Петка-Скопско", фото М.Јовановски)

Просторот меѓу јастукот и карпата се заполнува со бетон како преносник. На така вграден јастук се приклучува уред за мерење на деформациите, кој е конструиран на волуменски принцип. Овој уред се состои од водостојна цевка со провидна водоказна цевка која е градуирана. Непосредно пред испитувањето јастукот, цевката и водостојната цевка се полнат со вода се до нултниот поделок на водоказната цевка (слика 7.33 и 7.34). Со помош на рачна пумпа се уфрлува вода од водостојната цевка во лимениот јастук и на тој начин се предизвикува хидростатичен притисок во него, кој преку бетонскиот преносник се пренесува на карпата. Карпата се деформира под притисокот, поради што јастукот го зголемува својот волумен. Зголемувањето пак на волуменот на јастукот предизвикува опаѓање на нивото на водата во цевките. Од ова опаѓање и познатата површина на напречниот пресек на цевките може да се пресмета вкупната промена на

258


волуменот на јастукот, а од ова и просечната деформација на карпестата маса.

Слика 7.33 Метода на хидрауличен јастук: 1 - прорез во карпестата маса, 2 - лимен јастук, 3 - бетонски преносник, 4 - водостојна и водоказна цевка, 5 - пумпа, 6 -инструменти за мерење на ободните деформации.

Слика 7.34 Изглед на хидрауличен јастук во прорез во карпестата маса забетониран и со поставени инструменти за мерење на ободните деформации.

259


Пресметката на модулите D и Е се врши по Boussinesg - овото решение прикажано со следните формули.

D = , E =

каде е:us - вкупна средна деформација,ue - повратен дел од средната деформација

Како контрола истовремено се мерат и ободните деформации со компаратери кои се поставуваат по ободот на оптеретената повржина.

Сондажен дилатометар

Методата на сондажен дилатометар е разработена во Институтот за водопривреда "Јарослав Черни" и за прв пат применета 1958 година на профилот на браната "Бајина Башта". Замислата на оваа метода била да се врши систематско испитување на деформабилните карактеристики на карпестата маса во функција на длабина. Денес претставува една од најпопуларните методи за одредување на деформабилноста.Според оригиналната поставка, испитувањата се вршеле во дупнатини чии дијаметар е 300 или 200мм до длабини од преку 200 м. Во ваква дупнатина се спушта сондажен дилатометар (специјален цилиндричен уред со гумена обвивка). Со тоа, сукцесивно и на одредени длабини може да се оптеретува карпестата маса со хидростатички товари до 70 бари. При тоа се мерат соответните радијални деформации (слика 7.35).Хидростатскиот притисок, кој е предизвикан во дилатометарот, преку гумената обвивка се пренесува на зидовите на дупнатината, односно на карпестата маса, која под овој товар се деформира.Деформациите, како промена на дијаметерот на дупнатината, се мерат најчесто во три правца на половината од висината на дилатометарот со помош на електрични инструменти.Вредностите на модулите D и Е се пресметуваат по следните изрази на Lame:

D = ; E =

каде е:p - притисок кој се пренесува на карпестата маса, - дијаметар на дупнатината,u - вкупната деформација (промена на должината на дијаметарот на дупнатината),ue - повратен дел од оваа деформација - Poisson - ов коефициент

260


Слика 7.35 Изглед на сондажен дилатометар според оригинална форма на Институт "Јарослав Черни"- 1 - тело на дилатометарот, 2 - пумпа,3 - регистрирање на деформациите,

4 - иструмент за мерење на деформациите,5 - гумена обвивка,6 - троножец - дигалка.

Во поново време се применуваат дилатометри со помал дијаметар (најчесто 96-101 мм) со што се овозможени испитувања во дупнатини кои стандардно се изведуваат и со што е даден придонес кон практичноста на изведбата (слика 7.36).

а бСлика 7.36 а- Сондажен дилатометар тип Interfels 96

(локација на испитување рудник Ржаново, фото М.Јовановски)

261


Деформабилност на почвитеАко почвен полупростор се оптовари со надворешен товар, товарната површина ќе почне да слегува, поради смалување на порозноста во почвениот полупростор што е продукт на новонастаната состојба на напрегања. Големината на слегањето ќе зависи од деформабилните карактеристики на почвената основа (почва) како и од интензитетот и карактерот на надворешниот товар. Слегање на товарената површина нема да се изврши моментално, односно во моментот на прилагањето на товарот, туку ќе продолжи и потоа, иако интензитетот на товарот ќе остане ист. Од досегашното излагање се заклучува дека слегањето на почвите е продукт на напрегањето, а за сметка на смалување на порозноста. Деформабилноста на почвата се дефинира со модулот на стисливоста Мv, односно модулот на деформацијата Е0, кои имаат димензиjа кN/м2. Модулот на стисливоста на почвата се определува во лабораторија со таканаречениот едометарски опит, при што почвен примерок се товари постепено со вертикален товар п од 0 до неколку стотици кPа (обично 400 кPа).Резултатите се нанесуваат на дијаграм како промена на слегањето Dh (или како промена на коефициентот на порозноста (e) во функција на оптеретувањето (слика 7.37).

Слика 7.37- Пример за дијаграм од едометарски опит на стисливост на почвите (промена на коефициентот на порозност-е во зависност од нивото на товарење-P)

Детали за опитот може да се пронајдат во сите учебници за механика на почвите. Модулот на стисливоста, ако се користи дијаграмот на се добива со следниот однос:

(КPa)

каде е: Dp - разлика помеѓу два последователни степени на товарење:

262


Dh - разлика помеѓу слегањата на соодветните два последователни степени на товарење;h - висина на примерокот во едометарот.

ЖИЛАВОСТ НА КАРПИТЕЖилавоста е отпор кој го даваат карпите кога се изложени на динамички влијанија (удар, вибрации и слично). Затоа често се нарекува и динамичка јакост. Ова својство на карпите зависи од нивниот склоп, минеролошкиот состав, порознста и другите својства. Жилавоста е битна кога карпите се изложени на минирање, зачестени вибрации (под компресорски постројки, потреси, тешки возила и слични влијанија).

Жилавоста на карпите се испитува на повеќе начини. Според важечките стандарди во Р.Македонија, таа се определува лабораториски на пробна коцка 555цм врз која се пушта слободно да паѓа тег со тежина од 500 N и тоа од се поголема висина, се додека не настапи лом на карпестиот примерок (слика 7.38)

Слика 7.38- Приказ на апаратура и шема за испитување на динамичка јакост (фото Р.Петровски)

За ваков опит жилавоста се изразува со следниот израз:

Ј/cм3

каде:din - жилавост или динамичка јакост Ј/cм3;R - работа извршена за лом на карпестиот примерок Ј ;V - волумен на примерокот cм3.

263


АБЕЊЕ НА КАРПИТЕ

Абење на карпите е отпор кој го даваат карпите кога се изложени на триење. Битно зависи од тврдината на минералите кои ја градат карпата, потоа начинот на нивната поврзаност, свежината, цепливоста и видот на природното врзиво кога се посредно поврзани. Карпи се најголеми абења се карбонатните карпи: варовник, мермер и др.. При трошењето на карпите доаѓа до намалување на нивната маса, односно волуменот. И ова својство може да се испитува на повеќе начини, но по важечките прописи се применува методата наречена Los Angeles (слика 7.39). Опитот се состои од абење на 50 или 100 N дробен агрегат на карпа во еден метален барабан, заедно со 6-12 челични топчиња.

Слика 7.39- Приказ на апаратура за испитување на абење на карпите (фото Р.Петровски)

Барабанот ротира околу својата хоризонтална оска (500-1000 ротации), после што се врши просејување и мерење на честичките со дијаметар под 1.6мм, кои настанале со удирање на металните топки и самите парчиња на карпата едни од други. Абењето се изразува со следниот израз:

каде: М1 - маса на сувата карпа пред абењето (г);М2 - маса на карпата после абењето (г).

Најнеповолно е кога абењето е големо и нерамномерно. Познавањето на ова својство има значење кога карпите се користат за изградба на патишта, улици, плоштади, скалила, воденички камења, точила и сл.Во пракса, како физички најлогична метода за определување на абењето се користи методата на Boehme. Опитот се состои од триење на пробно тело со

264


димензии 7,09*7,09*7.09 cm или површина на триење од 50 cm2, кое се поставува врз специјална опрема која ротира со определен број ротации (слика 7.40). Врз апаратурата се поставува абразивно средство, за полесно триење. За да се обезбеди рамномерно триење, коцката се завртува на неколку страни.

а б

Слика 7.40- Приказ на апаратура за испитување на абење на карпите со машина тип Boehme (a) и детал од абразивно средство (фото Р.Петровски)

По овој метод, абањето се изразува како губиток на волумен на коцката во

однос на првобитиот волумен во cm3/50 cm2 .

ВПИВАЊЕ НА ВЛАГА И ОТПОРНОСТ КОН МРЗНЕЊЕ

Впивањето на влага (U) може е многу значаен параметар кога се дефинираат критериумите за примена на карпите како градежен материјал. Се дефинира на примероци од карпа на едноставен начин според следната формула:

каде е :

U-впивање на влага во процентиG1-тежина на примерок заситен со водаGs-тежина на сув примерок

Од големината на впивање на влага, во голема мера зависи и дефинирањето на отпорноста на карпите кон дејство на мраз. Отпорноста се дефинира со помош на т.н. коефициентот на отпорност на мраз (Km) кој се пресметува по следната формула:

Km=spm/spкаде е :

Km-коефициент на отпорност на дејство на мразsp-јакост во сува состојба

265


spm-јакост после 25 циклуси на мрзнење и одмрзнување

ТВРДИНАТврдината се дефинира како отпор кој карпестите маси го покажуваат при продирањето на некое друго (потврдо) пооштро тело.Се смета за едно од најзначајните својства на работната средина. Така, по Л.А. Шрејнер таа е " една од основните константи кај разорувањето на кртите материјали", а по Л.И. Барон " таа е единствена константа" на чија основа е можно да се процени карактерот на разорувањето на кртите материјали. Во праксата постојат повеќе методи за испитување на ова својство, посебно за јагленот, проширени како за статичкото, така и за динамичкото делување на оптеретувањето.Од статичките методи за пластични карпи , можна е примена на методи кои се користат кај металите (Бринелова , Роквелова и други). Кај Бринеловата метода тврдината се изразува со односот помеѓу приложеното оптеретување и пречникот на отисоците на куглиците кои се втиснуваат во примерокот, додека по Роквел, таа се изразува преку длабочината на продирање на наглавката во карпата.Од статичките методи често во употреба е методата заснована на принципот на втиснување челичен преносник,каде што тврдоста (Hsr) се изразува преку односот на силите кои се потребни да предизвикаат крто дробење на примерокот. При тоа се создава лачна вдлабнатина на политиран примерок. Hsr =Praz / Sst (N/cm2) Hsr – тврдост по Штајнер Praz – сила потребна за предизвикување крто дробење на примерокот (N) Sst – површина на челичниот преносник (cм2)Со мерење на деформациите за време на испитувањето со оваа метода, можно е и одредување и модулот на еластичноста Е на примерокот.Покрај статичките методи постојат и низа динамички методи за испитувањето на тврдоста. Методот на Шор се состои во утврдување на големината на отскокот на ударниото тело ( сферната дијамантска наглавка) со политирана површина на примерокот, така што дијамантскиот наглавак се пушта да падни од одредена висина. Оваа метода се нарекува и склероскопска метода на испитување на тврдоста, а се изразува во т.н. HS единици.Во последно време најприменувана е склерометарската метода или метод на испитување со Шмитов чекан (слика 7.41). Принципот на методата е заснован на мерење на еластичниот отскок на ударното тело, кое влегува во апаратурата на Шмитовиот чекан.

266


a бСлика 7.41. Изглед на склерометар со апаратура за комплетна регистрација на вредноста на отскок (а) и детал на главата на апаратурата со која се врши притискање врз карпата (б)

Таа е една од најбрзите и најекономичните методи за одредување на тврдоста, т.е. јакост на притисок за одредени корелациони зависности.

Слика 7.42. Зависност на тврдина по Mohs-ова скала и вредност на отскок на Шмитов чекан (SHRV)А-по податоци од литературни извориБ-за локалитети од Р.Македонија (Јовановски М., 2001)

Во праксата покрај наведените методи за испитување на тврдоста, се користи и таканаречената Мосова скала за релативната тврдост на минералот како наједноставен начин за отценка на ова својство со вредноста на отскок на Шмитовиот чекан (слика 7.41). Исто така е утврдена е корелациона зависност помеѓу релативната тврдост за вредности по Мосовата скала (М) поголема од 1 со т.н. коефициент на јакост f, дадено со следната равенка.

f= 3. 2М – 2.8

267


Тврдината добиена со различни методи често служи како основа за разни корелации за добивање отпор при разорување (ископ) на карпестите маси, што е дадено во некое од наредните поглавија.

АБРАЗИВНОСТАбразивноста е дефинирана како способност на карпестата маса да предизвикува абење (трошење) на иструментите при триење, независно од состојбата на карпестата маса. Се покажалоека нарушувањето на проектните услови при взаемно дејствување на алатите и работната средина, како и зголемување на отпорот при работата, многу зависат од абразивноста. Ова посебно се однесува на процесите на бушење и механичките изработки на подземните простории.Постојат повеќе начини за испитување на абразивноста. По Л.А. Шрејнер коефициентот на абразивност ( Каб ) се добива на следниот начин: Каб = Vs/ P (cm3 / мкг с)

P– сила со која се врши притискање, кг Vs– абење на материјалот на прстенот на 1 м пробивање (cм 3 / м)

Испитување на абразиvноста по овој метод се врши така што на примерокот од карпата се притиска со ротационен прстен, при што се мерат тежините на прстенот пред и по извесен број на ротации. Така се пресметува абењето на материјалот на прстенот на 1 м. од патот кој го поминува цилиндер по карпа.

7.3.ТЕХНОЛОШКИ СВОЈСТВА НА КАРПИТЕ

Технолошки својства на карпите се оние својства кои се манифестираат при нивната обработка и изведувањето на работите во нив.Во поважни технолошки својства на карпите спаѓаат: обработливоста, дупчивоста, дробливоста, отпорноста при минирањето, растреситоста, условите за збиеност и др.

Обработливоста на карпите е нивно својство да манифестираат полесна или потешка, подобра или послаба обработка со цел да им се даде соодветна форма (коцка, призматични плочи, блокови и сл.), со помош на разновидни алатки.При тоа разликуваме груба обрабитка (со рачен алат: чекан и клин, цепање и клесање) и фина обработка (машински со алати за резање, рамнење и политирање), што зависи од намената на карпата. Самата обработка зависи од: минеролошкиот состав, склопот, вид на врзиво, јакоста, жилавоста, свежината на состојките, влажноста и др. Фината обработка се применува за декоративни цели и споменици.

268


Дробливоста на карпите е отпор кој карпата го дава при ситнењето, т.е. кога е изложена на дејство на динамичка сила.Оваа својство се испитува на повеќе начини од кои позната е т.н. Третонова постапка (метален цилиндар со дробена карпа врз кој се пушта да паѓа тег), а нумерички се изразува преку коефициентот на дробењето:

Кd= мм-1

каде:n - број на удари на тегот;L - висина на столбот од настанатото ситнење на зрна помали од 5мм во мензура со стандардни димензии.

Дробливоста треба да се познава при изборот на машинската опрема за дробење на карпите (дробиличните постројки).

Дупчивоста е нивно својство да пружат отпор при продирањето на работниот дел на прибор за дупчење (длето, круна, сврдло и др.), во нивната маса.Ова својство покрај природните одлики на карпите, зависи и од видот на дупчењето (ротационо, ударно, машинско, рачно и др.), дијаметарот на дупнатина, насока и длабината на дупчењето. Најголемо влијание врз него има тврдината (слика 7.43). Големата тврдина на минералите брзо го троши (абе) работниот инструмент. Постојат повеќе начини за определување на ова својство (преку брзината на дупчењето мм/мин, или трошењето на сечивото, врз база на кои и се врши категоризацијата на карпите. Потребно е да се познава при истражувањето на теренот, минирањето на карпите, експлоатација на вода и минерални суровини и др.

Слика 7.43. Зависност на тврдина по Mohs-ова скала за избор на материјал за дупчење (F.G.Blyth and M.H. De Freitas, 1984)Отпор при минирањето (кршливост) на карпите е својство кое карпите го манифестираат при разурнувањето со експлозив, а како резултат на дејство на ударот и притисокот на гасовите при експлозијата. Покрај напред изнесените природни одлики, отпорноста на карпите при минирањето зависи

269


и од видот на експлозивот, должината и ориентацијата на минските дупки во однос на склопот на карпата и работите, како и од применетата метода на минирање.Ова својство се определува главно во теренски услови, при што се утврдува количеството на експлозивот кое е потребно да се создаде т.н. инка на разорување. Кај оваа инка дијаметрот на основата ќе биде еднаква на висината на инката (слика 7.44).

Слика 7.44. Приказ на инка на разурнување при минирање

Отпорноста на карпите спрема минирањето најчесто се изразува со количество на потрошениот експлозив во N/м3 на разорената маса, односно преку коефициентот на специфичнaта потрошувачка на експлозивот:

каде:Q - количество на потрошениот експлозив N;W - линија на најмал отпор м.

Во стручната литература постојат разни класификации на карпите по овој показател. Познавањето на отпорот спрема минирањето овозможува при засечувањето - усечувањето и подземните ископи правилно да се определи бројот на минските дупнатини и нивниот распоред за што подобар учинок на експлозивот. Бројот на минските дупки може да се определи со следниот израз (М.М. Протоѓаконов):

каде:N - број на минските дупки на 1м2 од чело на поткопот;А - напречен пресек на челото на поткопот;f - коефициент на јакоста на карпите по Протоѓаконов (f=sp/10) kade sp е јакост на притисок во MPa.

За постигнување на најдобар ефект при минирањето, бројот на минските дупки не треба да биде ниту много голeм, ниту мал, што зависи и од евентуалната намена на изминираниот материјал. При голем број на мински

270


дупки, дејството на едната мина може да биде "потсечено" со дејството на соседната (непотребни трошоци) додека со реткото распоредување на мините не се постигнува нивниот полн ефект.Растреситоста на карпите е нивно својство да го зголемуваат волуменот на ископана или изминирана маса во однос на првобитниот волумен во склопот на теренот (пред минирање или копање). Најчесто се определува на терен, а се изразува преку коефициентот на растресување кој има следен вид:

каде:Vr - волумен на растресениот материјал м3;Vm - волумен на истиот материјал на лице место пред ископот м3.

Овој коефициент варира помеѓу 1,1 - 1,5, исклучително и до 2,4, а може да биде различен и за ист вид на карпи. Има значење кај транспортот, изградба на насипи, насипани брани и слични зафати.

Услови за збиеност на карпите се дефинираат најчесто со т.н. Proctor-ов опит или преку т.н. Калифорниски индекс на носивост (анг. Californian Bearing Ratio). Со помош на прокторовиот опит се дефинира оптималната влажност (wopt) за дадена вредност на сувата волуменска тежина γd. За нејзино дефинирање се користи стандардизирана апаратура, при што оптималните услови се дефиниараат преку крива добиена со неколку точки за исти вид материјал (слика 7.45). Оптималните параметри за збивање се дефинираат од маскимумот на кривата.

Слика 7.45. Пример на дијаграм за дефинирање на оптимална влажност за дадена сува волуменска тежина добиен со Прокторов опит

Оптималните услови за збиеност се еден од основните контролни параметри за дефинирање на условите на изведба на насипи кај сообраќајници, насипани брани и друг вид на земјени работи.

271


Калифорниски индекс на носивост се добива со испитување во лабораториски или теренски услови по стандардизирана постапка. Основа на постапката е мерење на големината на втиснување на апаратурата при дадена сила P (слика 7.46). Кривата која се добива при испитувањето се споредува со т.н. стандардна крива.

Слика 7.46. Пример на дијаграм за дефинирање на Калифорниски индекс на носивост (CBR)

Вредноста на CBR-индексот се изразува во проценти при втиснување на клипот од 2.54 односно 5,08 мм во поднос на исто втиснување кај стандардната крива. Како меродавна вредност за натамошни пресметки обично се усвојува вредност на CBR при втиснување од 2,54 мм.Овој параметар е од посебно значење приу димензионирање кај параметрите на коловозната конструкција кај сообраќајниците, аеродромите и сл.

Детали за условите за збиеност се изучуваат во механиката на почвите.

272


273

Documents

GLAVA 7 ZA STUDENTI