Διερεύνηση μηχανικών ιδιοτήτων υλικών που παρουσιάζουν ευαισθησία στην υδροστατική πίεση με τη βοήθεια πειραμάτων διείσδυσης
Authors: Αθανασίου Βασίλειος 
Published: September 2021

Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η διερεύνηση ιδιοτήτων υλικών που παρουσιάζουν ευαισθησία στην υδροστατική πίεση με τη βοήθεια πειραμάτων διείσδυσης. Η εργασία αποτελείται από δύο μέρη, (α) το θεωρητικό μέρος που περιλαμβάνει την ανάλυση των κυρίαρχων κριτηρίων διαρροής, την περιγραφή των διαφόρων μεθόδων διείσδυσης, και την ανάλυση του προβλήματος διείσδυσης κατά Knoop. Πιο συγκεκριμένα, στις δισδιάστατες αναλύσεις που περιγράφονται στο 3ο κεφάλαιο αναπτύχθηκε ένα μοντέλο βασιζόμενο στη θεωρία του Shield R.T., 1953 όπου η διείσδυση πραγματοποιείται με τη βοήθεια μίας λείας άκαμπτης και άνευ τριβής φρέζας, γωνίας 2β, κάτω από συνθήκες επίπεδης έντασης σε συνεκτικά υλικά. Στο επόμενο κεφάλαιο πραγματοποιήθηκε ανάλυση πλαστικής ροής βραχωδών υλικών κάτω από την επιρροή ενός επίπεδου διεισδυτή απουσία τριβών. Στη συνέχεια περιγράφηκε η πτώση κωνικού διεισδυτή (Wood D.M., 1984) σε συνεκτικά υλικά. Στο 6ο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση της διείσδυσης κατά Knoop δηλαδή μία πλήρης περιγραφή του τρόπου μέτρησης του λόγου σκληρότητα προς μέτρο ελαστικότητας (Η/Ε), αλλά και του μέτρου ελαστικότητας Ε μέσα από τη σκληρομέτρηση με διεισδυτή Knoop. To δεύτερο και πειραματικό μέρος της εργασίας περιλαμβάνει τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, την περιγραφή των πειραματικών διατάξεων και μεθόδων, τόσο των κλασικών μετρήσεων όσο και της μικροσκληρομέτρησης αλλά και τα αποτελέσματα των δοκιμών. Πιο συγκεκριμένα περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία παρασκευής, σκλύρηνσης και ενυδάτωσης του τσιμέντου, η πειραματική διερεύνηση της θλιπτικής αντοχής της τσιμεντόπαστας (αντοχή σε μονοαξονική συμπίεση), η πειραματική διερεύνηση του έμμεσου εφελκυσμού από διάρρηξη της τσιμεντόπαστας (Brazilian test) και η διαδικασία των μικροσκληρομετρήσεων για όλά τα υλικά φυσικά και τεχνητά. Η πειραματική διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων ενός μεγάλου εύρους υλικών επιλέχθηκε ώστε να θεωρηθεί έγκυρη η μελέτη (μεγάλο εύρος μέτρου ελαστικότητας, γωνίας εσωτερικής τριβής) και να επαληθευθούν οι ιδιότητες των υλικών. Τα φυσικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν στις μικροσκληρομετρήσεις είναι Tuffeau de Maastricht Chalk, Pietra di Lecce Limestone, Pietra di Vicenza Limestone, Sander Sandstone, Grunnes Soapstone, Portland Island Limestone, Gioia Marble, Lorano Marble, και Dionysos Marble και Serena Sandstone. Τα φορτία που επιλέχθηκαν για την σκληρομέτρηση ποικίλουν με τιμές των 500gr, 200gr, 100gr και 25gr. Από την διαδικασία της σκληρομέτρησης γενικά, αποδείχτηκε ότι τα μεγάλα φορτία δημιουργούν έντονα φαινόμενα υποεπιφανειακών θρυμματισμών, ενώ αντίθετα τα πολύ μικρά φορτία δημιουργούν πολύ μικρά μεγέθη εντυπωμάτων, μεγαλώνοντας έτσι την πιθανότητα σφάλματος κατά την μέτρηση. Όσον αφορά τη μέση τιμή σκληρότητας Knoop για την τσιμεντόπαστα, αυτή μετρήθηκε στα 264 ΜPa, ενώ στην βιβλιογραφία οι τιμές που αναφέρονται είναι από 200 έως 300 MPa. Σημειώνεται πως η μέτρηση της μεγάλης διαγωνίου χρειάζεται στον υπολογισμό της σκληρότητας. Αντίθετα η μέτρηση της μικρής διαγωνίου είναι απαραίτητη για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητας. Η τιμή που προκύπτει για το μέτρο ελαστικότητας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τιμή της σταθεράς α που χρησιμοποιούμε. Συγκρίνοντας τις τιμές για το μέτρο ελαστικότητας των υλικών που υπολογίστηκαν, χρησιμοποιώντας τις τιμές 0.34, 0.45 και 1.5 για τη σταθερά α, φαίνεται πως μονάχα η τιμή α=0.45 κάνει τις μετρήσεις αξιόπιστες και τα αποτελέσματα να συμφωνούν με τη βιβλιογραφία. Αυτό μάλιστα ενισχύεται από την στατιστική απεικόνιση των αποτελεσμάτων του μέτρου ελαστικότητας όπου υπάρχει συγκέντρωση των τιμών γύρω από μία τιμή στα περισσότερα υλικά (μικρή διασπορά τιμών). Τελικά, η χρησιμότητα της προτεινόμενης μεθόδου έγκειται στο γεγονός πως μπορεί να απλοποιήσει πολύπλοκες, χρονοβόρες και κοστοβόρες διαδικασίες εκτίμησης μηχανικών ιδιοτήτων υλικών (κλασσικές μέθοδοι) με νέες απλούστερες δοκιμές διείσδυσης που όμως δεν υπολείπονται ποιοτικά στην απόδοση των ιδιοτήτων.