Incercari mecanice pe materiale granulare

Incercari mecanice pe materiale granulare

Agregatele naturale (pietris, piatra sparta) si cele artificiale (granulit, perlit, zgura expandata), se prezinta sub forma de bucati de dimensiuni ce nu permit realizarea de corpuri de incercat la forma si dimensiunile cerute de tehnicile de determinare a rezistentelor mecanice la materiale de constructii.

Pentru aprecierea rezistentelor mecanice corespunzatoare fiecaruia dintre aceste materiale s-au conceput metode de determinare specifice, care au la baza sfaramarea in anumite conditii a materialelor granulare, in vase de otel.

Rezistenta la strivire a agregatelor naturale (de rau)

Agregatele naturale ce suporta un proces de sfaramare, isi vor modifica compozitia dimensionala a granulelor, fata de compozitia initiala. Gradul de sfaramare va depinde de rezistenta rocii de provenienta a agregatului respectiv, fiind cu atat mai mare cu cat aceasta este mai mica si constituie parametru de apreciere al rezistentei agregatului.

Rezistenta la strivire  pentru amestecuri de sorturi elementare

Rezistenta la strivire in acest caz se determina pe amestecuri formate din parti egale de masa din sorturile 31-40 si 40-71mm.

Aparatura si materiale

Balanta cu clasa de precizie III; setul de ciururi: R10, R31, R40, R71; cilindru din otel cu piston; presa hidraulica; vase pentru saturare cu apa a materialului; scafa; materialul de incercat.

Efectuarea determinarii

Din materialul de incercat se indeparteaza granulele plate si aciculare, dupa care se usuca la masa constanta intr-o etuva la temperatura de 105⁰C.

(Pentru determinarea rezistentei in stare umeda, materialul de incercat se va satura cu apa, la presiune normala, pana la masa constanta.)

Fig.1 - cilindru din otel cu piston

Se determina densitatea in gramada in stare afanata a amestecului de incercat si se calculeaza masa corespunzatoare unui volum de 2,1dm³, cantitate ce constituie materialul pentru o determinare, dar in acelasi timp reprezinta si volumul vasului de incercare.

Materialul pregatit pentru incercare se introduce in vasul de otel prin turnare cu scafa de la 5cm inaltime. Se scutura cilindrul cu material se aseaza pistonul peste materialul din cilindru, iar proba astfel pregatita se introduce la presa.

Proba se supune la o forta de compresiune de 400KN, forta care va fi atinsa intr-un interval de 5 minute.

Agregatul sfaramat se trece prin ciurul R10 si se cantareste fractiunea ramasa pe ciur.

Rezultatul va fi valoarea medie a trei incercari , relatia de calcul fiind urmatoarea:

in care:

R_s - rezistenta la strivire care poate fi:

F    R_sa - rezistenta la strivire determinata pe material saturat;

F    R_su - rezistenta la strivire determinata pe material uscat.

F    m₁ - masa initiala a agregatului(in stare saturata sau uscata) in g;

F    m₂ - masa agregatului ramasa pe ciurul R10.

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Rezultatele incercarilor se inregistreaza in tabelul1, calculand rezultatele in cele doua ipoteze.

Se calculeaza in functie de cele doua valori obtinute, coeficientul de inmuiere(I):

in care termenii au semnificatiile enuntate anterior.

Tabelul 1

Rezistenta la strivire pe sorturi elementare

Rezistenta la strivire in acest caz se determina pe sorturile elementare 7-16 si 16-31mm.

Aparatura si materiale

Balanta cu clasa de precizie III; setul de ciururi: R3,1, R7, R16, R31; cilindru din otel cu piston(fig.2); presa hidraulica; vase pentru saturare cu apa a materialului; scafa; materialul de incercat.

Efectuarea determinarii

Din materialul de incercat se indeparteaza granulele plate si aciculare, dupa care se usuca la masa constanta intr-o etuva la temperatura de 105⁰C.

Pentru determinarea rezistentei in stare umeda, materialul de incercat se va satura cu apa, la presiune normala, pana la masa constanta

Se determina densitatea in gramada in stare afanata a amestecului de incercat si se calculeaza masa corespunzatoare unui volum de 1,8dm³, cantitate ce constituie materialul pentru o determinare, dar in acelasi timp reprezinta si volumul vasului de incercare.

Fig.2. Cilindru de otel pentru incercarea pe sorturi elementare

Materialul pregatit pentru incercare se introduce in vasul de otel prin turnare cu scafa de la 5cm inaltime. Se scutura cilindrul cu material se aseaza pistonul peste materialul din cilindru, iar proba astfel pregatita se introduce la presa.

Proba se supune la o forta de compresiune de 200KN, forta care va fi atinsa intr-un interval de 3 minute.

Agregatul sfaramat se trece prin ciurul R10 si se cantareste fractiunea ramasa pe ciur.

Rezultatul va fi valoarea medie a trei incercari , relatia de calcul fiind urmatoarea:

in care:

R_s - rezistenta la strivire care poate fi:

F    R_sa - rezistenta la strivire determinata pe material saturat;

F    R_su - rezistenta la strivire determinata pe material uscat.

F    m₁ - masa initiala a agregatului(in stare saturata sau uscata) in g;

F    m₂ - masa agregatului trecuta pe ciurul R3,15.

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Rezultatele incercarilor se inregistreaza in tabelul 2, calculand rezultatele in cele doua ipoteze.

Se calculeaza in functie de cele doua valori obtinute, coeficientul de inmuiere(I) .

Tabelul 2

Rezistenta la strivire a agregatelor usoare

Pentru acest tip de agregate, criteriul de apreciere a rezistentelor mecanice il reprezinta forta necesara pentru obtinerea unei tasari standard, pentru un volum cunoscut de agregat.

Aparatura si materiale

Vas metalic pentru incercare ce are marcate pe suprafata exterioara doua repere la distanta de 20mm(fig.3); presa hidraulica; rigla metalica; agregat usor sort 7-16 sau 16-31mm uscat la masa constanta.

Foto.3. - Vas incercare la strivire a agregatelor usoare

Efectuarea determinarii

Se aseaza cilindrul pe placa de baza a aparatului.

Agregatele sortate si uscate, se toarna de la o inaltime de 10 cm raportat la marginea superioara a vasului, pana la umplerea in exces. Materialul in exces se indeparteaza cu rigla metalica, se monteaza gulerul prelungitor si se introduce pistonul astfel incat reperul inferior de pe piston sa se gaseasca la partea superioara a gulerului.

Ansamblul astfel pregatit se introduce intre platanele presei, se regleaza viteza de inaintare a pistonului presei la 0,5 . 1mm/s si se citeste pe cadranul presei forta(F) corespunzatoare tasarii materialului granular cu 20mm.

Se efectueaza trei determinari si se calculeaza rezistenta la strivire cu relatia:

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Rezultatele incercarilor se inregistreaza in tabelul 14.3 si se compara cu valorile normate pentru aprecierea rezistentelor.

Tabel 3

Rezistenta la compresiune prin soc

Determinarea este specifica pentru produse din piatra sparta ce sunt introduse in lucrari supuse la socuri(drumuri, fundatii de masini etc.). Rezultatul determinarii consta in aprecierea gradului de sfaramare al unei probe din piatra sparta, de dimensiuni prestabilite, supusa la un numar de socuri.

Aparatura si materiale

Ciocan Föppl(fig. 14.4) - alcatuit din: berbec(1) cu masa de 500,5kg ce poate fi actionat de un mecanism de ridicare si declansare a caderii; nicovala(2) cu masa de circa 500kg si fixata pe o fundatie de beton sau zidarie; rigla gradata(3) din 10 in 10mm cu lungimea de 1500mm; ghidaje(4) pe care culiseaza berbecul; - cilindru si piston din otel in care se introduce proba de incercat(5); etuva pentru 1055⁰C; ciururi cu ochiuri rotunde de 10,40 si 50mm; balanta tehnica de 3kg, cu precizia de cantarire de 1g; materialul de incercat pentru car se cunoaste densitatea aparenta.

Fig.4.- Cocanul Foppl

Efectuarea determinarii

Din proba de inceract, se separa prin cernere intre ciururile de 40 si 50mm o cantitate de aproximativ 5000g material. Proba se usuca in etuva pana la masa constanta si se calculeaza cantitatea de material ce se va introduce in cilindrul de incercare, cu relatia:

m = 1,0510^-3 [kg] (5)

in care:

F    m - masa probei de piatra , din sortul 40/50mm necesare pentru o determinare, in kg;

F     - densitatea aparenta a materialului, in kg/m³.

Materialul astfel pregatit se introduce in cilindrul de otel, se scutura de cateva ori pentru ca granulele de agregat sa se aseze cat mai bine si se aranjeaza granulele (cu mana) astfel incat sa se obtina o suprafata fara dedivelari.Se introduce pistonul in cilindru prin asezarea acestuia pe granulele de incercat. Proba astfel pregatita se aseaza pe nicovala ciocanului Föppl.

Proba este supusa la 20 de lovituri ale berbecului, ridicat prin intermediul mecanismului de ridicare la inaltimea de 50cm, marcata pe scala aparatului.

Dupa ce proba a fost supusa la 20 de lovituri, se scoate din cilindru si se cerne prin ciurul de 10mm, cantarind restul pe ciur(m₁).

Rezistenta la compresiune prin soc se calculeaza (cu o precizie de 1%) cu relatia:

 

in care termenii relatiei au semnificatiile mentionate anterior.

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Rezultatele masuratorilor si inregistrarea lor se va face in tabelul 14.4, iar rezistenta obtinuta prin calcul ca medie a doua determinari, se compara cu valorile impuse de normativele tehnice.

Tabelul 4

Rezistenta la uzura

Rezistenta la uzura se determina pe piatra sparta si reprezinta o caracteristica importanta in cazul folosirii acesteia in straturi rutiere. Se apreciaza prin pierderile de masa a unei probe supuse la uzura in conditii normate.

Aparatura si materiale

Masina Deval (fig. 5) - alcatuita din doi cilindri din otel inclinati la 30⁰, prevazuti cu capace de inchidere si care se rotesc cu 30 . 33 rotatii /minut; sistem de inregistrare a numarului de rotatii - etuva; balanta tehnica de 10kg cu precizie de 1g; ciururi cu ochiuri de 30 si 60mm si sita de 2mm; perie de sarma; material de incercat.

Fig.5. - Masina DEVAL

Efectuarea determinarii

Materialul de incercat se spala si se usuca la masa constanta, la temperatura de 105⁰C. Se separa sortul intre ciururile de 30 si 60mm.

Din proba astfel obtinuta se aleg granule de agregat cu greutatea aproximativ 100g, care se perie cu peria de sarma pentru indepartarea partilor slabe.

Se alcatuiesc doua probe formate din cate 50 granule si cu masa totala de aproximativ 5000g(m₁). Cele doua probe se introduc in cilindrii masinii Deval, se inchid cilindrii si se porneste masina.

Dupa 10000 rotatii masina se opreste, materialul se cerne pe ciurul de 2mm, iar materialul ramas pe ciur se culege , se spala si se usuca la masa constanta si se cantareste(m₂).

Rezistenta la uzura a pietrei sparte R_uz, exprimata prin pierderi de masa ca medie a doua determinari, se calculeaza cu relatia:

Inregistrarea si interpretarea rezultatelor

Rezultatul incercarilor se inregistreaza in tabelul 5, calculand rezistenta la uzura, aprecierea calitatii rocilor din punct de vedere al comportarii la uzura facandu-se prin intermediul coeficientului de calitate C_c, care se calculeaza cu relatia:

Tabelul 5

Rezultatele se compara cu valorile din anexa 1, pentru confirmarea calitatii

Anexa 1

Clasificarea pietrelor naturale in functie de coeficientul de calitate