Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım

Kenan TÜFEKCİ, (Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bursa, Türkiye)
Servet DEMİRDAĞ, (Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Isparta, Türkiye)
Nazmi ŞENGÜN, (Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Isparta, Türkiye)
Tamer EFE, (Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Türkiye)
Raşit ALTINDAĞ (Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Isparta, Türkiye)
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi
2 0
Yıl: 2021 Cilt: 27 Sayı: 6 Sayfa Aralığı: 756 - 765 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.5505/pajes.2021.98479 İndeks Tarihi: 08-02-2022

Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım

Öz:
Son yıllarda yapılan çalışmalar, kayaçların çekme dayanımlarının,üretim yöntemi ve kazı ekipmanı seçimi, patlatma geometrisinintasarımı, şev stabilitesi ve yeraltı açıklıklarının boyutlandırılması gibikonularda tasarım parametresi olarak etkin bir şekildekullanılabileceğini göstermiştir. Kaya malzemelerinin çekmedayanımının belirlenmesine yönelik farklı deney yöntemlerikullanılmaktadır. Bu yöntemler, doğrudan ve dolaylı yöntemler olmaküzere iki farklı şekilde uygulanmaktadır. Farklı araştırmacılartarafından raporlanan deney sonuçları doğrudan ve dolaylı çekmedayanımı değerleri arasında ve hatta dolaylı yöntemlerle elde edilençekme dayanımı değerlerinin kendi aralarında oldukça farklılıkolduğunu göstermektedir. Bu çalışmada doğrudan ve yaygın kullanılandolaylı yöntemlerden Brezilya testi, 3 ve 4 nokta eğilme deneyleriyapılarak, dolaylı yöntemlerden direkt çekme dayanımını tahminedecek deneysel katsayılar elde edilmiştir. Ayrıca bu farklılığın nedeniniaçıklamak için geometrik bir yaklaşım da önerilmiştir. Bu yaklaşımagöre; çekme hasarının oluşması için, numunenin belli bir bölgede aldığımaksimum değerin değil, numunenin çekme gerilmesine maruz kalanhacmindeki ortalama gerilme değerinin etkili olduğu benimsenmiştir.Farklı deney yöntemlerinde farklı boyutlarda numunelerkullanıldığından numunedeki ortalama gerilme, birim hacim başınadüşen gerilme şeklinde ifade edilmiş ve her bir dolaylı yöntemdekiortalama gerilmeyi kolayca hesaplayabilmek için; numunedeki gerilmedağılımını temsil eden ve “karakteristik birim hacim” diye adlandırılangeometrik şekil belirlenmiştir. Bu geometrik şeklin hacmi o deneyyöntemi için teorik katsayı olarak önerilmiştir. Karbonat ve mağmatikkökenli kayaçlar için sırasıyla deneysel katsayılar; Brezilya testi için0.47/0.55, 3 nokta eğilme deneyi (3NED) için 0.29/0.37, 4 nokta eğilme(4NED) deneyi için 0.37/0.43, teorik katsayılar ise; Brezilya testi için0.5, 3NED deneyi için 0.33, 4NED deneyi için 0.39-0.42 olarakbulunmuştur. Elde edilen deneysel ve teorik katsayıların birbirleri ileuyumlu olduğu görülmüştür.
Anahtar Kelime:

An alternative approach to obtaining the direct tensile strength of the rocks from the indirect tensile strength

Öz:
Recent studies have demonstrated that the tensile strength of rocks caneffectively be used as a design parameter in some subjects such asproduction method and excavation equipment selection, design ofblasting geometry, slope stability, and dimensioning of undergroundopenings. Different testing methods are used for determining the tensilestrength of rocks. These methods can be divided into two groups thatare direct and indirect methods. According to test results reported bydifferent researchers, the tensile strength of rocks is varying in relationto testing methods. By conducting direct and indirect tests,experimental coefficients which will estimate direct tensile strengthfrom indirect tensile testing methods such as Brazilian, 3-4 pointbending tests, are presented in this study. Besides, a geometric approachhas been proposed to explain the reason for this difference. Thisapproach claims that it is more important the average stress per unitvolume in the tensile zone of the specimen than the maximum stress inthe specimen to develop damage. Average stress in the specimen hasbeen expressed as stress per unit volume because each specimen has adifferent size in different testing methods. To calculate the averagestress in a simply way, a geometric shape, which is related to the stressdistribution of the specimen and called "characteristic unit volume" hasbeen defined. The volume of the geometric shape has been defined as thetheoretical coefficient of the related testing method. For carbonate andigneous rocks, the experimental coefficient was 0.47/0.55 for theBrazilian test, 0.29/0.37 for the 3 point bending test, 0.37/0.43 for the 4point bending test, respectively. The theoretical coefficient was found tobe 0.5 for the Brazilian test, 0.33 for the 3 point bending test, and 0.39- 0.42 for the 4 point bending test. Experimental and theoreticalcoefficients obtained in this study are in accordance with each other.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Perras MA, Diederichs MS. “A review of the tensile strength of rock: Concepts and testing”. Geotechnical and Geological Engineering, 32(2), 525-546, 2014.
  • [2] Çelik SB, Çobanoğlu İ, Koralay T. “Leeb sertliğinin kaya malzemesinin bazı fiziksel ve mekanik özelliklerinin tahmininde kullanılması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(8), 1385-1392, 2020.
  • [3] Brace WF. “Brittle fracture of rocks”. Proceedings of the International Conference on State of Stress in the Earth’s Crust, Elsevier, New York, USA, 13-14 June 1963.
  • [4] Hoek E. “Fracture of anisotropic rock”. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 64(10), 501-518, 1964.
  • [5] Colback PSB. “An analysis of brittle fracture initiation and propagation in the brazilian test”. 1st ISRM Congress, Lisbon, Portugal, 25 September–1 October 1966.
  • [6] Ünlü T, Yılmaz Ö. “Kaya malzemelerinin direkt çekme dayanımının belirlenmesi için geliştirilen yeni bir deney düzeneği”. 11. Bölgesel Kaya Mekaniği Sempozyumu, Afyonkarahisar, Türkiye, 7-9 Mayıs 2014.
  • [7] Tufekci K, Demirdag S, Sengun N, Altindag R, Akbay D. “A new design test apparatus for determining direct tensile strength of rocks”. EUROCK 2016 Rock Mechanics and Rock Engineering: From the Past to the Future, Cappadocia, Turkey, 29-31 August 2016.
  • [8] Komurlu E, Kesimal A, Durmus AD. “Dog bone shaped specimen testing method to evaluate tensile strength of rock materials”. Geomechanics and Engineering, 12(6), 883-898, 2017.
  • [9] Mellor M, Hawkes I. “Measurement of tensile strength by diametral compression of discs and annuli”. Engineering Geology, 5(3), 173-225, 1971.
  • [10] Lajtai EZ. “Tensile strength and its anisotropy measured by point and line-loading of sandstone”. Engineering Geology, 15(3-4), 163-171, 1980.
  • [11] Pandey P, Singh DP. “Deformation of a rock in different tensile tests”. Engineering Geology, 22(3), 281-292, 1986.
  • [12] Satoh Y. “Position and load of failure in brazilian test; a numerical analysis by griffith criterion”. Journal of the Society of Materials Science, 36(410), 1219-1224, 1987.
  • [13] Newman DA, Bennett DG. “The effect of specimen size and stress rate for the brazilian test-A statistical analysis”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 23(2), 123-134, 1990.
  • [14] Bazant ZP, Kazemi MT, Hasegawa T, Mazars J. “Size effect in brazilian split-cylinder tests. Measurements and fracture analysis”. ACI Materials Journal, 88(3), 325-332, 1991.
  • [15] Andreev GE. “A review of the brazilian test for rock tensile strength determination. part I: Calculation formula”. Mining Science and Technology, 13(3), 445-456, 1991.
  • [16] Yu Y, Meng C. “3-D distribution of tensile stress in rock specimens for the brazilian test”. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 12(6), 495-499, 2005.
  • [17] Yu Y, Yin J, Zhong Z. “Shape effects in the brazilian tensile strength test and a 3D FEM correction”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43(4), 623-627, 2006.
  • [18] Yu Y, Zhang J. “A modified brazilian disk tension test”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46(2), 421-425, 2009.
  • [19] Chen CS, Pan E, Amadei B. “Determination of deformability and tensile strength of anisotropic rock using brazilian tests”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 35(1), 43-61, 1998.
  • [20] Exadaktylos GE, Kaklis KN. “Applications of an explicit solution for the transversely isotropic circular disc compressed diametrically”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 38(2), 227-243, 2001.
  • [21] Claesson J, Bohloli B. “Brazilian test: stress field and tensile strength of anisotropic rocks using an analytical solution”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39(8), 991-1004, 2002.
  • [22] Cai M, Kaiser PK. “Numerical simulation of the brazilian test and the tensile strength of anisotropic rocks and rocks with preexisting cracks”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(3), 1-6, 2004.
  • [23] Chou YC, Chen CS. “Determining elastic constants of transversely isotropic rocks using brazilian test and iterative procedure”. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 32(3), 219-234, 2008.
  • [24] Tavallali A, Vervoort A. “Effect of layer orientation on the failure of layered sandstone under brazilian test conditions”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47(2), 313-322, 2010a.
  • [25] Tavallali A, Vervoort A. “Failure of layered sandstone under brazilian test conditions: Effect of micro-scale parameters on macro-scale behaviour”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 43(5), 641-653, 2010b.
  • [26] Lavrov A, Vervoort A. “Theoretical treatment of tangential loading effects on the brazilian test stress distribution”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39(2), 275-283, 2002.
  • [27] Xu G, Chen F, Xiao JQ. “Influence of load contact condition on rock tensile strength”. Yanshilixue Yu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 25(1), 168-173, 2006.
  • [28] Markides CF, Pazis DN, Kourkoulis SK. “Influence of friction on the stress field of the brazilian tensile test”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 44(1), 113-119, 2011.
  • [29] Dorogoy A, Banks-Sills L. “Effect of crack face contact and friction on brazilian disk specimens-a finite difference solution”. Engineering Fracture Mechanics, 72(18), 2758-2773, 2005.
  • [30] Yu Y. “Questioning the validity of the brazilian test for determining tensile strength of rocks”. Yanshilixue Yu Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 24(7), 1150-1157, 2005.
  • [31] Li D, Wong LNY, “The brazilian disc test for rock mechanics applications: review and new insights”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 46, 269-287, 2013.
  • [32] Coviello A, Lagioia R, Nova R. “On the measurement of the tensile strength of soft rocks”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 38(4), 251-273, 2005.
  • [33] Razavi SMJ, Aliha MRM, Berto F. “Application of an average strain energy density criterion to obtain the mixed mode fracture load of granite rock tested with the cracked asymmetric four-point bend specimens”. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 97, 419-425, 2018.
  • [34] Yu M, Wei C, Niu L, Li S, Yu Y. “Calculation for tensile strength and fracture toughness of granite with three kinds of grain sizes using three-point-bending test”. Plos One, 13(3), 1-20, 2018.
  • [35] Fan X, Lin H, Cao R. “Bending properties of granite beams with various section-sizes in three-point bending tests”. Geotechnical and Geological Engineering, 37(1), 1-11, 2019.
  • [36] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method Direct Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens”. ASTM International, West Conshohocken, USA, ASTM D 2936-08, 2008.
  • [37] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method For Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens”. ASTM International, West Conshohocken, USA, ASTM D 3967-08, 2008.
  • [38] International Society for Rock Mechanics. The complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006. Editors: Ulusay R and Hudson JA. Ankara, Turkey, 2007.
  • [39] Türk Standartları Enstitüsü. “Doğal Taşlar-Deney Metotları-Yoğun Yük Altında Bükülme Dayanımı Tayini”. Ankara, Türkiye, TS EN 12372, 2007.
  • [40] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method for Modulus of Rupture of Dimension Stone”. ASTM International, West Conshohocken, USA, ASTM C99/C99M-15, 2015.
  • [41] Türk Standartları Enstitüsü. “Doğal Taşlar-Deney Yöntemleri-Sabit Moment Altında Eğilme Dayanımının Tayini”. Ankara, Türkiye, TS EN 13161, 2014.
  • [42] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method for Flexural Strength of Dimension Stone”. ASTM International, West Conshohocken, USA, ASTM C880/C880M-15, 2015.
  • [43] Hondros G. “The evaluation of poisson’s ratio and the modulus of materials of a low tensile resistance by the brazilian (indirect tensile) test with particular reference to concrete”. Australian Journal of Applied Science, 10(3), 243-268, 1959.
  • [44] Chen CS, Hsu SC. “Measurement of indirect tensile strength of anisotropic rocks by the ring test”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 34(4), 293-321,2001
  • [45] Zhu WC, Tang CA. “Numerical simulation of brazilian disk rock failure under static and dynamic loading”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43(2), 236-252, 2006.
  • [46] Jianbing L, Zhancheng X, Yingmei Y, Miao Y, Zhitao Y, “Study on brazilian splitting test of bedding limestone slope deformation failure”. Innovative Infrastructure Solutions, 2(16), 1-8, 2017.
  • [47] Zhang SW, Shou KJ, Xian XF, Zhou JP, Liu GJ. “Fractal characteristics and acoustic emission of anisotropic shale in brazilian tests”. Tunnelling and Underground Space Technology, 71, 298-308, 2017.
  • [48] Wang Y, Li C, Hu Y, Mao T. “Brazilian test for tensile failure of anisotropic shale under different strain rates at quasistatic loading”. Energies, 10(9), 1-11, 2017.
APA TÜFEKCİ K, Demirdag S, ŞENGÜN N, EFE T, ALTINDAĞ R (2021). Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. , 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
Chicago TÜFEKCİ Kenan,Demirdag Servet,ŞENGÜN Nazmi,EFE Tamer,ALTINDAĞ Raşit Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. (2021): 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
MLA TÜFEKCİ Kenan,Demirdag Servet,ŞENGÜN Nazmi,EFE Tamer,ALTINDAĞ Raşit Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. , 2021, ss.756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
AMA TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. . 2021; 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
Vancouver TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. . 2021; 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
IEEE TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R "Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım." , ss.756 - 765, 2021. 10.5505/pajes.2021.98479
ISNAD TÜFEKCİ, Kenan vd. "Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım". (2021), 756-765. https://doi.org/10.5505/pajes.2021.98479
APA TÜFEKCİ K, Demirdag S, ŞENGÜN N, EFE T, ALTINDAĞ R (2021). Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(6), 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
Chicago TÜFEKCİ Kenan,Demirdag Servet,ŞENGÜN Nazmi,EFE Tamer,ALTINDAĞ Raşit Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 27, no.6 (2021): 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
MLA TÜFEKCİ Kenan,Demirdag Servet,ŞENGÜN Nazmi,EFE Tamer,ALTINDAĞ Raşit Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.27, no.6, 2021, ss.756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
AMA TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 27(6): 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
Vancouver TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 27(6): 756 - 765. 10.5505/pajes.2021.98479
IEEE TÜFEKCİ K,Demirdag S,ŞENGÜN N,EFE T,ALTINDAĞ R "Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım." Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27, ss.756 - 765, 2021. 10.5505/pajes.2021.98479
ISNAD TÜFEKCİ, Kenan vd. "Kayaçların direkt çekme dayanımlarının indirekt çekme dayanımlarından elde edilmesi için alternatif bir yaklaşım". Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 27/6 (2021), 756-765. https://doi.org/10.5505/pajes.2021.98479
Sayfa Oluşturulma Tarihi
23-04-2024 21:26

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları