Mermerlerin basınç altındaki davranışlarının incelenmesi
The Investigation of the marbles' behaviour under compression
Yazar: ZEKİ KARACA
Danışman: DOÇ. DR. TURGAY ONARGAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Basınç dayanımı = Compressive strength ; Deformasyon = Deformation ; Mermer = Marble ; Yükler = Loads

Özet:
in ÖZET Metamorfizma geçirmiş kristalize mermer, gerçek mermer örneklerinin (GM1, GM2, GM3) ve metamorfizma geçirmemiş kireçtaşı, mikritik mermer örneklerinin (KÇT1, KÇT2, KÇT3) farklı yüklerde basınç altındaki davranışları strain gauge (deformasyon ölçer) kullanılarak araştırılmıştır. Deneylerde, B 66 ve h=2R ölçülerinde karotlar, tabakalanmaya dik yönde alınmış silindir örnekler ve FLA 10- 1 1, 120 Q, 2.12 gauge faktör özelliklerine sahip dinamik strain gauge kullanılmıştır. Araştırma konusu yükler, örneklerin tek eksenli basınç dayanım değerleri, mermer kesme ve işleme makinalarının mermer blok ve ürünlerine uyguladığı maksimum yük değeri olan 5000 kgf ve örneklerin tek eksenli basınç dayanım değerlerinin % 75' ine karşılık gelen yük değerleridir. Örneklerin tek eksenli basınç dayanım yükü altındaki deformasyon değişimleri düşey ve yatay strain gauge ile izlenmiştir. Çalışmanın esas amacım oluşturan "Zamana Bağlı Deformasyon" deneylerinde, farklı yükler altında ve yedi saat süre ile örneklerde oluşan deformasyon araştırılmıştır. Zamana bağlı deformasyon deneylerinde, sadece düşey yönde strain gauge kullanılmış ve düşey deformasyon ölçülmüştür. Strain gauge ile örneklerden alınan deformasyon değerleri kaydediciye aktarılmış ve burada sayısallaştırılmıştır. Kaydediciden okunan değerlere bağlı olarak her örnek için deformasyon grafiği çizilmiştir. Zamana bağlı deformasyon deneylerinde, 5000 kgf yük altında yapılan II. grup deneylerin deformasyon grafiklerinde az sayıda elastik bölge gözlenmiştir. II. grup ve III. grupta (örneklerin tek eksenli basınç dayanım değerlerinin % 75' ine karşılık gelen yük grubu) yapılan tüm deneylerin deformasyon grafiklerinde I. bölge (geçiş bölgesi) ve II. bölge (kararlı bölge) gözlemlenmiştir. Deney süresi nedeniyle, her iki örnek grubuna ait deformasyon grafiklerinde III. bölge, kırılma bölgesiIV gözlemlenmemiştir. Bununla birlikte, zamana bağlı deformasyon deneylerinin tamamında olağan II. bölge akması devamlılık göstermiştir. Her iki örnek grubunda II. bölgeye, 2 tonf/dk' lık yükleme hızı ile, genellikle ilk 100 dakikada girilmiştir. Zamana bağlı deformasyon deneylerinde, daha büyük yük altında oluşan deformasyonun daha az yük altında oluşan deformasyondan büyük geliştiği, yük ve deformasyonun doğru orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Aynı mermere ait örneklerde, daha büyük yük değerine sahip tek eksenli basınç dayanım değerinin % 75' ine karşılık gelen yük altında oluşan deformasyon, 5000 kgf de oluşan deformasyondan daha büyük ölçülmüştür. Zamana bağlı deformasyon deneylerinde, mermer ve yük özelliklerine bağlı olarak yer yer düzenli deformasyon düşüşleri gözlemlenmiş ve bu durum ilgili deformasyon grafiklerinde gösterilmiştir. Düzenli düşüşler içeren deformasyon grafiklerinde, II. bölge' de normal devam eden seviye "dinamik seviye", deformasyon seviyesinin düştüğü ve en alt noktalarının oluşturduğu seviye, "stabil seviye" olarak tanımlanmıştır (az sayıda örnekte, I. bölge' de görülen deformasyon iniş ve çıkışları söz konusu değerlendirmenin dışında tutulmuştur). II. bölge' de, karalı bölgede görülen deformasyon düşüşleri zamanla sonlanmış, dinamik seviye ile stabil seviye bir süre sonra eşit hale gelmiştir. Dinamik ve stabil seviye eş hale geldikten sonra deformasyon hareketi II. bölge' de düzenli bir yol izlemiş, örnek, göreceli olarak kararlı bir akma hali göstermiştir. Zamana bağlı deformasyon deney grafiklerinde, II. bölge' de doğrusal akma gösteren veya nispeten kararlı hareket eden örnekler "duraylı", stabil seviyenin dinamik seviyeye oram "duraylılık oram" olarak tanımlanmıştır. Duraylılık oram 1' e yaklaştıkça mermerin kararlılığı da artmıştır. Duraylılık oranının 1 olması durumunda, deformasyon aşamasında örnek, mümkün olan en kararlı akma hali içerisinde gözlenmiştir. Örneklerin tek eksenli basınç dayarımı değerlerinin % 75' ine karşılık gelen yükler altında (III. grup) belirlenen duraylılık oranlan GM2 dışında 1' dir. III. grupta oluşanakmaların, 5000 kgf yük altında yapılan II. grup deneylerden sonra örneklerde gelişen akmalardan daha kararlı olduğu görülmüştür. Yük arttıkça kararlılık da artmıştır. Örnekler arası duraylılık oranı farkı kristalize mermer örneklerinde (GM1, GM2, GM3) daha azdır. Buna karşılık, kireçtaşı örneklerinde (KÇT1, KÇT2, KÇT3) daha kararlı bir akma gözlemlenmiştir. Strain gauge ile yapılan deformasyon araştırması sonrası örneklerden yatay ve dikey yönde ince kesitler alınmıştır. İnce kesitler, örneklerdeki deformasyon sonrası genel durumu (400 büyültmeli) ve kristalize mermer örneklerinde (GM1, GM2, GM3) kristal boyutta deformasyon hareketlerini (1250 büyültmeli) görmek amacıyla farklı iki ölçekte mikroskopta incelenmiş ve fotoğraflanmıştır. Kireçtaşı örnekleri (KÇT1, KÇT2, KÇT3), sadece genel durumu görmek amacıyla mikroskopta incelenmiş ve fotoğraflanmıştır. înce kesitlerde, aynı koşullar içerisinde, deformasyon ve diğer yükler altında tane boyu çok daha küçük olan kireçtaşı örneklerinde (en büyük tane boyuna sahip KÇT31 ün tane boyu, 57.82 um) oluşan kırık açıklıklarının, kristalize mermer örneklerinde (en küçük tane boyuna sahip GM1' in tane boyu, 616.32 um) oluşan kırık açıklıklarından daha küçük geliştiği görülmüştür. Kristalize mermer örneklerinde de kristal boyu arttıkça kırık açıklığı artmıştır. Söz konusu bulgular, tane boyu arttıkça kırık açıklığının arttığım göstermiştir. Ayrıca, aynı mermere ait örneklerin farklı yükler altında gelişen kırıklarında yük arttıkça kırık açıklığının arttığı gözlemlenmiş, yük artışı ile birlikte kırık oluşumu artmıştır. Zamana bağlı deformasyon deneyleri sonrasında örneklerden alman ince kesitlerin 400 büyültmeli mikroskop araştırmasında, örneklerin genel yapılarında herhangi bir kırık izine rastlanmamıştır. Bu sonuçla, incelen kristalize mermer ve kireçtaşı örneklerinin kesilmesi, işlenmesi ve kullanını süreçlerinde, yüke bağlı olarak mikro yapılarında kullanımlarını etkileyecek herhangi bir deformasyonun gelişmediği görülmüştür.VI İnce kesitlerin mikroskop araştırmasında, örneklerde akma veya tanelerde şekil değişimi gözlemlenmemiştir. Kireçtaşı örneklerinde (KÇT1, KÇT2, KÇT3), fosil ve eski kırıklarına ait kalsit dolgularında da herhangi bir değişim görülmemiştir. Örneklere ait fiziko-mekanik deney sonuçlan ve üç eksenli deney sonrası ince kesit fotoğrafları Ek. 1' de verilmiştir.

Abstract:
VII ABSTRACT In this study, deformations of metamorphosed real crystallized marble (GM1, GM2, GM3) and micritic limestone (KÇT1, KÇT2, KÇT3) samples under various pressure conditions have been examined by strain gauges. In the experiments, core samples of size B 66, h= 2R and cylindrical samples cut perpendicular to bedding plane were analysed and dynamic strain gauges of FLA 10-11, 120 Q, 2.12 gauge factor have been used. The forces applied were chosen depending of uniaxial strain of the samples, maximum forces of 5000 kgf that is applied by marble machineries of marble blocks and slabs, and about 75 % of maximum uniaxial stress values of the samples examined. Deformational variations of the samples under uniaxial strains were detected by vertical and horizontal strain gauges. The main objective of the study was to examine "time dependent deformation under constant stress (time-strain, creep)" of the samples and these accomplished by various forces applied 7-hour duration. In the time dependent deformation experiments, only vertical strain gauge were used and only the vertical strains were measured. The deformation values measured by strain gauges were transferred to a recorder and numerically plotted. Depending on numerical values of deformational path for each sample were drawn. In the time dependent deformation experiments of the group II, conducted under 5000 kgf forces, a limited elastic area has been observed. In the group II and group III in every experiments area I (transient creep) and area II (steady state creep) have been detected. Because of limited time the area III (accelerated creep) in both samples groups have not been observed. However, time dependent deformation experiments the flow area II show regularity. In both groups of the samples, the steady state creep has been reached at first 100 second under 2 toruVmin force speed.VIII In the time dependent experiments, it was found that the strain was greater in experiments under high load and, deformation and forces are proportionally related. In the same samples, the strain produced under force that was 75 % value of its uniaxial strength was bigger that produced under 5000 kgf. In the time dependent experiments, depending on load values and marble species, it was observed low values of deformations and these are shown in related graphs. In the regularly decreasing deformation graphics, the normal level under steady state creep, was called "Dynamic Level" and the level which is the lowest was called "Stable Level". The strain decreases in transient creep was later ended, and the dynamic and stable levels become equal. The time-strain curve was regular in the steady state creep and stable flow was observed. In the time dependent deformation graphics, in the steady state creep, the samples showing a linear flow and relatively regular variations are called "Stable" and ratio of stable level to dynamic level was called the "Stability Ratio". The stability ratio close to 1 means the sample flows under highest stability flow. Under 75 % load of the uniaxial stress values of the samples stability proportions was 1 except sample GM2. In the flow of the group III, the group II experiments under 5000 kgf load, the flows were more stable. It load increases the stability increases, too. The stability proportion differences are lower in different crystallized marble samples (GM1, GM2, GM3). On the other hand, in the limestone samples (KÇT1, KÇT2, KÇT3) more stable flow was observed. After deformation experiments conducted by strain gauge, we prepared thin sections from slabs cut vertically and horizontally from the samples. The thin sections examined under 400 enlarged to see general type of deformation and under 1250 enlarged to observe crystal size deformation. The limestone samples (KÇT1, KÇT2, KÇT3) are only examined under 400 times magnification.DC In thin sections it is observed that in the limestone (KÇT3 have the biggest grain, 57.82 um) with small crystal size crack openings were narrow compared the crystallized marbles (GM1 have the smallest crystal, 616.32 um) the size of cracks increase proportionally to the crystal size of the samples. The results indicate that the crack openings are correlated with the crystal size. Besides that, the crack openings increase parallel to the load. It is concluded from the investigation of the thin section obtained after the deformation experiments related with time by using 400 enlargement of the microscope, there is no any fracture trace coincide on the general structure of the samples. As a result, it is determined that there is no any deformation development which affects the usage of the micro structure related with loads. During the microscopic investigation of the thin section of the samples, flowing and figure changing were not observed. Also, there is no any changing observation of the limestone samples called as KÇT1, KÇT2, and KÇT3 having fossil and old fracture of the calcite filler. The results of the physical-mechanical experiments of the samples and the thin section pictures which were obtained after the three-dimensional experiments are presented on the Appendix. 1.