Jak się bada kamień? - część 2 - wytrzymałość na ściskanie

Badania wytrzymałościowe wykonujemy w celu sprawdzenia, jakiej wielkości siły działające na element spowodują jego zniszczenie. Rodzaj badań jest dobierany w zależności od późniejszego przeznaczenia. Dla elementów o kształcie zbliżonym do sześcianu, na przykład kostka brukowa, będziemy sprawdzać wytrzymałość na ściskanie. Dla elementów wydłużonych, np. krawężnik, będziemy sprawdzać wytrzymałość na zginanie. Natomiast w przypadku płyt elewacyjnych, które montowane są na kotwach sprawdzamy siłę, jaką należy przyłożyć do trzpienia, nim ten trzpień zostanie wyrwany razem z kawałkiem płyty.

W poprzednim numerze pisałem na temat przeprowadzania badania nasiąkliwości. W tym i dwóch następnych wydaniach przedstawię w jaki sposób wyglądają badania wytrzymałościowe: wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie
i określenie siły niszczącej przy otworze na kołek montażowy.

Dzisiaj o wytrzymałości na ściskanie. Dla elementów, które w swoim użytkowaniu będą poddawane obciążeniom niszczącym ściskającym przewidziano konieczność wykonania takiego badania. Dotyczy to m.in. kostki brukowej, elementów murowych, kamienia do robót hydrotechnicznych. W ramach ZKP badania te powinny być wykonywane nie rzadziej niż co 2 lata dla każdego surowca.
Badanie zazwyczaj wykonujemy zgodnie z EN 1926 „Metody badań kamienia naturalnego – Oznaczanie jednoosiowej wytrzymałości na ściskanie”. Zasadą metody jest stopniowe obciążanie kostki lub cylindra kamiennego aż do momentu jego zniszczenia.
Do testów przygotowuje się przynajmniej 10 próbek w postaci kostek o boku 70 ± 5 mm lub 50 ± 5 mm. Mogą być to również cylindry o tożsamych wymiarach (średnicy i wysokości).
Próbki są suszone do stałej masy w temperaturze około 70º C. Następnie po wystygnięciu w eksykatorze są poddawane badaniom. Wyjątkiem są badania kamienia do robót hydrotechnicznych – kamienie zostają nasączane wodą w celu symulacji warunków w jakich faktycznie działają na element siły niszczące.

Próbki umieszczane są pomiędzy płytami dociskowymi maszyny ściskającej. Następnie kamień jest poddawany obciążeniu, którego wartość wzrasta z prędkością około 1 MPa/s. Badanie zostaje zakończone, gdy próbka zostanie zniszczona. Dla każdej próbki notujemy siłę jaka wywołała jej zniszczenie z dokładnością do 10 kN oraz z poniższego wzoru obliczamy wytrzymałość na ściskanie:

R=F/A

gdzie:
R – wytrzymałość na ściskanie [MPa]
F – siła niszcząca próbkę [N]
A – pole powierzchni próbki [mm²]

Badanie powtarzamy dla pozostałych próbek, a następnie obliczamy następujące wartości: średnią arytmetyczną, odchylenie standardowe, współczynnik zmienności, spodziewaną wartość niższą.

PRZYKŁAD

Dostaliśmy do zbadania w laboratorium pewien wapień z okolic Kielc. Sześcienne próbki zostały wykonane bardzo dokładnie. Po ich wysuszeniu i zmierzeniu zostały poddane ściskaniu w maszynie wytrzymałościowej. Otrzymane pomiary i wyliczenia prezentują się następująco:

W ten sposób obliczona została pierwsza z omawianych właściwości wytrzymałościowych kamienia.
Oczywiście pada pytanie ile to jest „dużo”, a ile to jest „mało” tych „megapaskali”. Ciężko na takie pytanie odpowiedzieć. Granity generalnie mają wytrzymałość na ściskanie powyżej 150 MPa, lekkie wapienie – kilka- naście, zbite wapienie nawet powyżej 120 MPa, zaś piaskowce z uwagi na dużą różnorodność – choćby lepiszcza – od kilkunastu do ponad 100 MPa. Znaczenie ma przeznaczenie: inny materiał będzie potrzebny do wyłożenia bruku na ulicy, po której będzie odbywał się ciężki ruch kołowy, a inny do stworzenia alejek w parku. I ze względu na przeznaczenie powinien być dobierany materiał o odpowiedniej wytrzymałości. A to jest wiedza, którą powinni wykorzystywać projektanci w swojej pracy. Nas kamieniarzy dotyczy to w momencie, kiedy pada pytanie o parametry wytrzymałościowe materiału, który został przewidziany do wykorzystania w danym projekcie.

#michalfirlej