KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE -Właściwości fizyczne gęstość porowatość nasiąkliwość
ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Zasada metody: Po wysuszeniu próbki do stałej masy, w wyniku próżniowego nasycenia zanurzonych w wodzie próbek, oznaczane są: - gęstość objętościowa - porowatość otwarta próbek. Oznaczanie gęstości i porowatości całkowitej wymaga sproszkowania próbki. Definicje: Gęstość (rr) stosunek masy wysuszonej próbki do badania i objętości części stałej Gęstość objętościowa (rb) stosunek masy wysuszonej próbki do badania do jej objętości Porowatość otwarta (po) stosunek (wyrażony w procentach) pomiędzy objętością otwartych porów i objętością próbki do badania Porowatość całkowita (p) stosunek (wyrażony w procentach) pomiędzy objętością porów (otwartych i zamkniętych) i objętością próbki do badania
ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Suszenie próbek: Próbki należy wysuszyć do stałej masy w temp. 700C (ważenia co 24h); stała masa gdy 2 kolejne ważenia nie różnią się więcej niż o 0,1% Badanie porowatości otwartej i gęstości objętościowej: Wysuszoną próbkę zważyć (md), włożyć do naczynia próżniowego, obniżyć ciśnienie do ok. 2,0 kpa, utrzymywać przez dobę Przez co najmniej 15 min. wprowadzać do naczynia wodę dejonizowaną, aż do zanurzenia próbek. Po 24h przywrócić ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki w wodzie przez kolejne 24h -zważyć próbki w wodzie (mh) -szybko wytrzeć próbki i zważyć je nasycone wodą (ms) ` Obliczenia: rb md r rh ms mh po ms md 100 ms mh
ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Badanie gęstości i porowatości całkowitej: Dwie dopuszczalne metody: 1. Metoda A (piknometr) 2. Metoda B (objętościomierz Le Chateliera) Metoda A jest bardziej dokładna i wymaga bardzo długiego czasu, dlatego sugeruje się, aby stosować ją w sytuacjach spornych, natomiast jako podstawową wykorzystywać Metodę B. Dla kamieni zwartych (o niskiej porowatości) wystarczy oznaczać gęstość objętościową i porowatość otwartą. ` Obliczenia: Gęstość Porowatość całkowita Metoda A rr me r rh m2 me m1 Metoda B rr me r rh Vs r p 1 b 100 rs
ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 13755, listopad 2002 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie nasiąkliwości przy ciśnieniu atmosferycznym Zasada metody: Po wysuszeniu do stałej masy każdą próbkę się waży, a następnie przy ciśnieniu atmosferycznym zanurza do wody. Stosunek masy zaabsorbowanej wody do masy próbki uzyskuje się po osiągnięciu każdorazowo stałej masy. Badanie: Po wysuszeniu próbkę zważyć (md) z dokł. 0,01 g, a nast. Umieścić próbki do badania w pojemniku na podkładkach, w odległościach co najmniej 15 mm od siebie. Dodać wodę wodociągową (200C) do połowy wysokości próbek, po 60 min dolać wody do ¾ wysokości, a po kolejnych 60 min dodać wody do całkowitego zanurzenia próbek. Po 48h próbki wyjąć, szybko wytrzeć i zważyć z dokł. 0,01 g (mj). Następnie ponownie zanurzyć próbki w wodzie i po każdych 24h powtarzać ważenie, aż do osiągnięcia stałej masy (zmiany nie większe niż 0,1%). Ostatni pomiar jest masą nasyconej próbki (ms). Obliczenia: Ab ms md 100 md
INNE, CZASAMI ISTOTNE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE SKAŁ szczelność stara norma PN-66/B-04100 nasiąkliwość objętościowa stara norma PN-85/B04101 stopień nasycenia przewodność cieplna pojemność cieplna ognioodporność odporność na zamrażanie - nowa norma PN-EN 12371
nasiąkliwość (Ab) [%] nasiąkliwość (Ab) [%] szczelność (Sz) [%] gęstość objętościowa ( r b) [kg/m 3 ] gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] ZAKŁAD GEOMECHANIKI Z A L E Ż N O Ś C I zależność gęstości objętościowej od gęstości właściwej zależność gęstości objętościowej od porowatości otwartej zależność gęstości objętościowej od porowatości całkowitej 3500 3500 3500 3000 3000 3000 2500 2500 2500 2000 2000 2000 1500 1000 500 0 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 gęstość w łaściw a (r ) [kg/m 3 ] 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 porowatość otwarta (po) [%] 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 porowatość całkowita (p) [%] zależność nasiąkliwości od gęstości objętościowej zależność nasiąkliwości od porowatości otwartej zależność szczelności od porowatości otwartej 35 35 110 30 30 100 25 25 90 20 20 80 15 10 5 15 10 5 70 60 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] 0 0 10 20 30 40 50 porowatość otwarta (po) [%] 40 0 10 20 30 40 50 porowatość otwarta (p o) [%]
KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE Nieniszczące - ultradźwiękowe rodzaje badań pomiar fal ultradźwiękowych
ZAKŁAD GEOMECHANIKI BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ROZCHODZENIE SIĘ FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH W praktyce geomechanicznej znajdują zastosowanie 3 rodzaje fal ultradźwiękowych: Fala podłużna cząstki ośrodka drgają w kierunku rozchodzenia się fal; takie fale rozchodzą się w ośrodkach wykazujących sprężystość objętości: w ciałach stałych, cieczach i gazach. Fala poprzeczna cząstki ośrodka drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali; występują tylko w ośrodkach wykazujących sprężystość postaci: ciała stałe. Fala powierzchniowa cząstki ośrodka wykonują drgania zarówno wzdłuż jak i w poprzek kierunku fali, ale tylko na powierzchni swobodnej ośrodka stałego.
PRĘDKOŚCI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE Wybrane ośrodki Gęstość [kg/m3] Prędkość fali ultradźwiękowej [m/s] Podłużnej - V p Poprzecznej - V s Ciała stałe: Aluminium 2700 6260 3080 Guma 900 1479 - Kwarc 2600 5570 3515 Miedź 8900 4700 2260 Ołów 11400 2160 700 Szkło 4600 3760 2220 Ciecze: Woda 997 1497 - Powietrze: Powietrze 1,2 344 -
BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Struktura i tekstura piaskowca krośnieńskiego z Mucharza w obrazie mikroskopowym
BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Pokłady eksploatacyjne w kamieniołomie Górka-Mucharz Wolniej (prostopadle do uławicenia)
BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ wolniej Zależność prędkości propagacji fali podłużnej od kierunku pomiaru w piaskowcach krośnieńskich z Mucharza szybciej
BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Zależność prędkości propagacji fali podłużnej od kierunku pomiaru w piaskowcach krośnieńskich z Mucharza wolniej szybciej
PRĘDKOŚĆ FALI UTRADŹWIĘKOWEJ W RÓŻNYCH SKAŁACH Vp w zależności od litologii - piaskowiec kunowski Vp w zależności od litologii - opoki i gezy Vp w zależności od litologii - piaskowiec krośnieński 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu 0 1000 2000 3000 4000 5000 Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu Vp w zależności od litologii - granit Vp w zależności od litologii - bazalt 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu
prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] ZAKŁAD GEOMECHANIKI Z A L E Ż N O Ś C I zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od gęstości objętościowej zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od porowatości otwartej zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od porowatości całkowitej 7000 6000 5000 7000 6000 5000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 porowatość otwarta (po) [%] 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 porowatość całkowita (p) [%]