Πειραματική διερεύνηση της σκληρότητας άρρηκτων πετρωμάτων με τη μέθοδο διείσδυσης Brinell (Master thesis)
Παπαϊωάννου, Αργυρώ
The aim of this thesis is the experimental investigation of hardness of intact rocks by the Brinell indentation method. This test consists of compressing, into the surface of a test piece, a steel spherical indenter of diameter D, with al load F for a certain period of time and measuring the diameter of the indentation d left in the surface after removal of the test force. The application of this test resulting useful conclusions for the effect of mineralogical composition and indentation load on hardness value as well as its correlation with other mechanical parameters such as uniaxial compressive strength and modulus of elasticity.
The testing program consisted of a series of Brinell penetration tests on prismatic and cylindrical specimens formed from larger blocks of intact rocks. Twenty – one rocks from all three rock categories (igneous, sedimentary, metamorphic) were examined to cover the maximum possible hardness range. The total number of Brinell penetration tests was 263. All tests were performed applying a constant load of 500 kgf for 15 sec. After the tests were completed, photographs were taken and the diameter of the impression was measured using a Nikon SMZ25 microscope.
From the set of penetration hardness tests the hardness of each rock was derived. Sedimentary rocks show lower Brinell hardness values than igneous rocks. The Brinell test projects the deterioration of the mechanical characteristics of rocks. Also, porosity significantly affects the hardness value.
According to the results of the measurements of the impressions with the microscope, there are significant differences in the values of the depth of penetration measured with the recorder in relation to those calculated based on the diameter of the impression measured.
Therefore, the Brinell hardness values obtained from the penetration depth measurement are lower than the hardness values calculated from the indentation diameter measurements, which are now considered reliable.
| Institution and School/Department of submitter: | Σχολή Μηχανικών - Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος |
| Subject classification: | Μηχανική διείσδυσης Άρρηκτα πετρώματα -- Δοκιμή Πετρώματα -- Μηχανικές ιδιότητες Σκληρότητα Penetration mechanics Ιgneous rocks -- Testing Rocks -- Mechanical properties Hardness |
| Keywords: | Άρρηκτα πετρώματα;Μέθοδος διείσδυσης Brinell;Σκληρότητα πετρωμάτων;Βάθος διείσδυσης;Ingeous rocks;Brinell indentation method;Hardness of rocks;Penetration depth |
| Description: | Μεταπτυχιακή εργασία - Σχολή Μηχανικών - Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, 2023 (α/α 14004) |
| URI: | http://195.251.240.227/jspui/handle/123456789/16887 |
| Item type: | masterThesis |
| General Description / Additional Comments: | Μεταπτυχιακή εργασία |
| Subject classification: | Μηχανική διείσδυσης Άρρηκτα πετρώματα -- Δοκιμή Πετρώματα -- Μηχανικές ιδιότητες Σκληρότητα Penetration mechanics Ιgneous rocks -- Testing Rocks -- Mechanical properties Hardness |
| Submission Date: | 2024-08-29T11:21:46Z |
| Item language: | el |
| Item access scheme: | free |
| Institution and School/Department of submitter: | Σχολή Μηχανικών - Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος |
| Publication date: | 2023-04-25 |
| Bibliographic citation: | Παπαϊωάννου, Α. (2023). Πειραματική διερεύνηση της σκληρότητας άρρηκτων πετρωμάτων με τη μέθοδο διείσδυσης Brinell (Μεταπτυχιακή εργασία). ΔΙ.ΠΑ.Ε. |
| Abstract: | Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι ο προσδιορισμός της σκληρότητας άρρηκτων πετρωμάτων με τη μέθοδο διείσδυσης Brinell. Η δοκιμή αυτή συνίσταται στη συμπίεση, πάνω στο δοκίμιο, χαλύβδινου σφαιρικού διεισδυτή διαμέτρου D, με φορτίο F για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και τη μέτρηση της μέσης διαμέτρου d του σχηματιζόμενου αποτυπώματος στην επιφάνεια του δοκιμίου μετά την άρση του φορτίου. Από την εφαρμογή της δοκιμής αυτής προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για την επίδραση της ορυκτολογικής σύστασης και του φορτίου διείσδυσης στην τιμή της σκληρότητας καθώς και η συσχέτισή της με άλλες μηχανικές παραμέτρους, όπως η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη και το μέτρο ελαστικότητας.
Το πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών περιελάμβανε μία σειρά από δοκιμές διείσδυσης Brinell σε πρισματικά και κυλινδρικά δοκίμια τα οποία διαμορφώθηκαν από μεγαλύτερα τεμάχη φυσικών πετρωμάτων. Εξετάστηκαν είκοσι ένα πετρώματα και από τις τρεις κατηγορίες πετρωμάτων (πυριγενή, ιζηματογενή, μεταμορφωμένα) για την κάλυψη όσο το δυνατόν μεγαλύτερου εύρους σκληρότητας. Συνολικά εκτελέστηκαν 263 δοκιμές διείσδυσης Brinell. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με εφαρμογή σταθερού φορτίου 500 kgf για 15 δευτερόλεπτα. Μετά το πέρας των δοκιμών, ακολούθησε η φωτογράφιση και η μέτρηση της διαμέτρου του αποτυπώματος με τη βοήθεια μικροσκοπίου Nikon SMZ25.
Από το σύνολο των δοκιμών σκληρότητας διείσδυσης προέκυψε η σκληρότητα κάθε πετρώματος. Τα ιζηματογενή πετρώματα εμφανίζουν χαμηλότερες τιμές σκληρότητας Brinell σε σχέση με τα πυριγενή. Η δοκιμή Brinell προβάλλει την απομείωση των μηχανικών χαρακτηριστικών των πετρωμάτων. Επίσης, το πορώδες επηρεάζει σημαντικά την τιμή της σκληρότητας.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων των αποτυπωμάτων με το μικροσκόπιο προκύπτουν σημαντικές διαφορές στις τιμές του βάθους διείσδυσης που μετρήθηκε με το καταγραφικό σε σχέση με αυτές που υπολογίστηκαν με βάση τη διάμετρο του αποτυπώματος που μετρήθηκε. Επομένως, οι τιμές της σκληρότητας κατά Brinell που προέκυψαν από τη μέτρηση του βάθους διείσδυσης είναι μικρότερες σε σχέση με τις τιμές της σκληρότητας που υπολογίστηκαν με βάση τις μετρήσεις της διαμέτρου του αποτυπώματος, οι οποίες θεωρούνται πλέον αξιόπιστες. The aim of this thesis is the experimental investigation of hardness of intact rocks by the Brinell indentation method. This test consists of compressing, into the surface of a test piece, a steel spherical indenter of diameter D, with al load F for a certain period of time and measuring the diameter of the indentation d left in the surface after removal of the test force. The application of this test resulting useful conclusions for the effect of mineralogical composition and indentation load on hardness value as well as its correlation with other mechanical parameters such as uniaxial compressive strength and modulus of elasticity. The testing program consisted of a series of Brinell penetration tests on prismatic and cylindrical specimens formed from larger blocks of intact rocks. Twenty – one rocks from all three rock categories (igneous, sedimentary, metamorphic) were examined to cover the maximum possible hardness range. The total number of Brinell penetration tests was 263. All tests were performed applying a constant load of 500 kgf for 15 sec. After the tests were completed, photographs were taken and the diameter of the impression was measured using a Nikon SMZ25 microscope. From the set of penetration hardness tests the hardness of each rock was derived. Sedimentary rocks show lower Brinell hardness values than igneous rocks. The Brinell test projects the deterioration of the mechanical characteristics of rocks. Also, porosity significantly affects the hardness value. According to the results of the measurements of the impressions with the microscope, there are significant differences in the values of the depth of penetration measured with the recorder in relation to those calculated based on the diameter of the impression measured. Therefore, the Brinell hardness values obtained from the penetration depth measurement are lower than the hardness values calculated from the indentation diameter measurements, which are now considered reliable. |
| Advisor name: | Παπαλιάγκας, Θεοδόσιος |
| Examining committee: | Παπαλιάγκας, Θεοδόσιος Αναγνωστόπουλος, Κωνσταντίνος Κωνσταντινίδης, Δημήτριος |
| Publishing department/division: | Σχολή Μηχανικών - Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος |
| Publishing institution: | ihu |
| Number of pages: | 171 |
| Appears in Collections: | Μεταπτυχιακές Διατριβές |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Papaioannou 2.pdf | 20.17 MB | Adobe PDF | View/Open |
Please use this identifier to cite or link to this item:
This item is a favorite for 0 people.
http://195.251.240.227/jspui/handle/123456789/16887
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
