Investigation of the Use of Leeb Hardness in the Estimation of Some Physical and Mechanical Properties of Rock Materials

Abstract

ÖzUniaxial compressive strength (UCS) and some physical properties of rock materials are very important input parameters used in rock mechanics and engineering. Samples with standard shape and dimension are used in physical and mechanical tests. However, it is difficult to determine the UCS values in case of difficult sample preparation conditions. To overcome this limitation prediction of UCS values from indirect test methods is preferred. One of the most common parameters used to predict the UCS values of rock materials is surface hardness. In this study, the usability of hardness values (HL) of selected ignimbrite, travertine and syenite rocks in the prediction of some physical and mechanical properties were investigated by using the Leeb hardness test which has much lower impact energy than the Schmidt hardness hammer has. Firstly, petrographic and some physical and mechanical properties of the samples were determined and then the HL measurements of all samples were taken. Test results were correlated and correlation equations for dry (dry) and saturated (sat) unit weights, apparent porosity (nA), water absorption (wS), sonic wave velocity (VP) were presented and prediction equation of UCS from HL measurements were proposed. In the context of the study, the effect of L/D ratio on HL measurements were also investigated and minimum length to diameter (L/D) ratio of 1.5 on samples with 50 mm in diameter was suggested for consistent HL measurements. Kaya malzemelerin tek eksenli sıkışma dayanımı (UCS) ve bazı fiziksel özellikleri kaya mekaniği ve mühendisliğinde kullanılan çok önemli girdi parametreleridir. Fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlendiği deneylerde, belirli şekil ve boyuttaki standart örnekler kullanılmaktadır. Ancak, örnek hazırlamanın güç olduğu koşullarda bu değerlerin belirlenmesi güçleşmekte ve bu sorunun aşılması amacıyla doğrudan olmayan deney yöntemlerinden tahminleri tercih edilmektedir. Kaya malzemelerin özelliklerinin tahmininde kullanılan en yaygın parametrelerden birisi de yüzey sertliğidir. Bu çalışma kapsamında kaya malzemeler üzerinde kullanımı yaygınlaşmaya başlayan ve Schmidt çekicine göre, çok daha düşük bir çarpma enerjisine sahip olan Leeb sertlik cihazı ile elde edilen sertlik değerlerinin (HL) seçilen ignimbirit, traverten ve siyenit türü kayaların bazı fiziksel ve mekanik özelliklerinin tahmininde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Öncelikle örneklerinin petrografik ve temel fiziksel özellikleri incelenmiş, daha sonra tüm örneklerin HL değerleri ölçülmüştür. Kuru (dry) ve doygun (sat) birim hacim ağırlıklar, görünür porozite (nA), su emme (wS), ultrases hızı (VP) değerleri ile HL değerleri korele edilmiş ve ilgili eşitliklerle sunulmuştur ayrıca HL değerlerinden UCS değerlerinin tahmini için bir eşitlik önerilmiştir. Çalışma kapsamında, örneklerin boy/çap oranının (L/D) HL ölçümleri üzerine etkisi de araştırılmıştır. Sonuç olarak 50 mm çaplı ve minimum 1.5 L/D oranlı örnekler üzerinde HL değerlerinin sağlıklı olarak ölçülebileceği önerilmiştir.