Graniitin myötönopeusherkkyys leikkauskokeessa

Abstract

Tieto kivilajien leikkausmyötönopeusherkkyydestä on tärkeässä asemassa etenkin kallion ja kiven poraamiseen liittyvissä sovelluksissa. Kiven lujuuden kasvaminen poraamisnopeuden kasvaessa voi aiheuttaa merkittäviä kustannuksia terien ja laitteiden kulumisen muodossa, mikäli porattavan kiven leikkausmyötönopeusherkkysominaisuutta ei tunneta tai oteta huomioon. Tässä työssä tarkastellaan ja vertaillaan kahden Suomessa yleisen kalliokivilajin: Kurun harmaan graniitin ja Taivassalon punaisen graniitin leikkausmyötönopeusherkkyyttä näennäisstaattisissa ja dynaamisissa myötönopeuksissa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on määrittää Taivassalon punaisen graniitin ja Kurun harmaan graniitin leikkausmyötönopeudet ja tarkastella niiden keskinäisiä eroavuuksia. Lisäksi tarkoituksena on tarkastella kriittisesti käytettyjen menetelmien luotettavuutta ja esittää niihin parannusehdotuksia mahdollisia tulevia kokeita varten. Koejärjestelyä varten valmistettiin korkillinen näytteenpidike. Näennäisstaattisen myötönopeuden kokeet suoritettiin Instron 8801 –mallisella servohydraulisella aineenkoetuslaitteistolla. Dynaamisen myötönopeuden kokeet suoritettiin Split Hopkinson Pressure Bar –laitteistolla. Molemmilla laitteilla suoritettiin kokeet kahdella eri myötönopeudella molemmille kivilajeille. Kokeista saadut tulokset muutettiin vertailukelpoisiksi, minkä jälkeen niitä vertailtiin kivilajien ja kuormitusnopeuksien kesken. Koe vahvisti, että kivinäytteiden murtojännitys kasvoi kuormitusnopeuden kasvaessa. Koetulosten tarkkuus ja todenmukaisuus jäivät kuitenkin kyseenalaisiksi etenkin Kurun harmaan graniitin koetulosten hajanaisuuden vuoksi. Tämän vuoksi koejärjestelyjä olisi muutettava ja kokeita tehtävä lisää, ennen kuin lopullisia tuloksia graniittilajien leikkausmyötönopeusherkkyyksien arvoista voitaisiin julistaa. Etenkin näytteenpidikkeen geometriaa täytyy muuttaa iskupulssin dispersion vähentämiseksi dynaamisissa myötönopeuksissa. Myös kivinäytteiden poraamisessa on suositeltavaa noudattaa erityistä varovaisuutta, jotta ne eivät vahingoittuisi ennenaikaisesti.