EXAMENSARBETE. Styckefall och svällning vid sprängning av inspända bergprover. Jonas Edin Lars Martinsson. Luleå tekniska universitet

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2008:206 CIV Styckefll och svällning vid sprängning v inspänd bergprover Jons Edin Lrs Mrtinsson Luleå teknisk universitet Civilingenjörsprogrmmet Väg- och vttenbyggndsteknik Institutionen för Smhällsbyggnd Avdelningen för Geoteknologi 2008:206 CIV - ISSN: ISRN: LTU-EX--08/206--SE

2 Förord Dett exmensrbete hr utförts v Lrs Mrtinsson och Jons Edin som en del v vår utbildning på Civilingenjörsprogrmmet för Väg och Vttenbyggnd vid Luleå teknisk universitet. Vi hr hft hjälp v kunnig personl vid LTU för tt design och konstruer de testmodeller som nvänts i testförsök och vi vill tck dess människor. Enggemng och rådgivning hr vår hndledre Dniel Johnsson smt Finn Ouchterlony, som är vår exmintor, givit oss. Ett stort tck till ll vänner som hr stöttt oss under genomförndet v dett exmensrbete. Tck också till LKAB som hr finnsiert vårt exmensrbete. i

3 Smmnfttning Vid storsklig rsbrytning är rsflödet en mycket viktig del för gruvns produktivitet. Rsflödet påverkr hur mycket v mlmen som utvinns i vrje produktionsslv, dessutom ger ett jämnt rsflöde utn vbrott en effektiv produktion. Designen v produktionsslvorn görs till stor del med erfrenhetsmässig bkgrund. Kunskpen om hur olik prmetrr inverkr på rsflödet och vilk prmetrr som hr stor betydelse är i nuläget reltivt liten. Dett exmensrbete syftr till tt ge en ökd förståelse för hur en omgivnde spänning smt mothållnde mteril inverkr på frgmenteringen v inspänd bergprov i modellskl och omgivnde mssors kompktering. Exmensrbete är knutet till ett forskningsprojekt som leds v MMT (Mss Mining Technology project) med Gideon Chitombo som projektledre. I ett underprojekt studerr vår hndledre Dniel Johnsson hur frgmenteringen och svällningen påverks v specifik lddning och rsmssorns egenskper. MMT-projektetes finnsiärer är en grupp interntionell gruvbolg. I denn ingår blnd nnt LKAB. Tidigre tester hr utförts inom MMT-projektet. Där nvänder mn sig v en nerskld modell för sprängtester. Denn modell hr vidreutvecklts för tt kunn bestämm inverkn v en omgivnde spänning. Resultten i dett exmensrbete kn nvänds som vägledning vid observtioner v meknismer i fullsklig skivrsbrytning. ii

4 Abstrct An importnt fctor for mines productivity in sublevel cving is the grvity flow of the blsted ore. The grvity flow ffects how much of the blsted ore tht cn be retrieved, smooth grvity flow without interruption is optiml for the efficiency of the mine.the design of production blst rings is tody lmost solely bsed on experience. The knowledge of how different prmeters ffects the grvity flow is t the present reltivily smll. The purpose of this thesis is to increse the understnding of how surrounding pressure nd different confining mteril ffects the frgmenttion of confined smple in model scle. This thesis is linked to reserch project led by MMT (Mss Mining Technology project) with Gideon Chitombo s project mnger. In subproject our supervisor Dniel Johnsson studies how the frgmenttion nd swelling of model smple is ffected by the specific chrge nd the properties of the confining mteril. The MMT-project is finnced by group of interntionl mining compnies. In this group LKAB is one of the compnies. Erlier tests hve been crried out in the MMT-project. These tests is scled down model for blsting. This model hs been developed further in order to determine the effect of surrounding pressure cting on the smple. The results in this thesis cn be used s guidnce for further nlysis nd model work on full scle sublevel cving. iii

5 Innehållsförteckning 1 INLEDNING Bkgrund Syfte Avgränsningr Metod Målgrupp Förväntt resultt TIDIGARE UTFÖRDA FÖRSÖK Inledning Frågeställning Modell Utförnde METOD Provkroppr Referensprovkroppr Aktivt inspänd provkroppr Testuppställning Bllst Testutförnde Pssivt inspänd provkroppr med högre finndel Testuppställning Bllst Testutförnde Svälltester Anlys Siktning/Mgnetseprering Svälltester Spänningsmätningr Tidigre utförd spänningsmätningr Testutförnde för spänningsmätningr RESULTAT Referensprovkroppr Aktivt inspänd provkroppr Pssivt inspänd provkroppr med bllst med högre finndel Svälltester...55 iv

6 4.4 Spänningsmätningr Uppkrossning DISKUSSION Testgenomförnde Tillredning v provkroppr Referensprovkroppr Bllst Aktivt inspänd provkroppr Pssivt inspänd provkroppr Svälltester Spänningsmätningr Förslg på fortstt studier Slutstser REFERENSER Littertur Elektronisk dokument...80 Appendix Appendix 1: Testmtris. Appendix 2: Siktdt. Appendix 3: Svälltester. Appendix 4: Spänningstester. Appendix 5: Konstnter till beräkningsmtris (Duncn & Fm 1980). Appendix 6: Leemn s ekvtioner för beräkning v spänningssitutionen runt ett borrhål. Appendix 7: CAD-ritningr v testcylindern. v

7 1 INLEDNING 1.1 Bkgrund Rsbrytning är en storsklig produktionsform inom gruvnäringen. Denn produktionsform är ovnlig, endst 2 % v ll underjordgruvor i världen nvänder sig v den. Situtionen i Sverige speglr inte denn fördelning då LKAB tillämpr denn produktionsform i sin två gruvor i Kirun och Mlmberget. Med skrivrsbrytning utvinner mn mlmen i produktionsnivåer som tillretts i mlmkroppen vertiklt med höjdskillnder på m. På en produktionsnivå bryts en fältort i hängväggen smt fler tvärorter som korsr mlmkroppen (figur 1.1). I tvärorterns tk borrs solfjäderformde krnsr (figur 1.2 och 1.3). Figur 1.1 Tvärort in i mlmen, sett från sidn Figur 1.2 Borrning v krnsr, sett från sidn Figur 1.3 Krnsr, projektion Vrje krns består v melln 8-12 borrhål med olik längd, m. Krnsrn borrs inifrån och ut med ett mellnrum på 3 m, vilket utgör spränghålens försättning. En krns benämns som en slv. När en produktionsnivå är helt färdigborrd kn produktionen påbörjs med sprängning (figur 1.4), lstning (figur 1.5) och tömning (figur 1.6) (Tore Fällén, 2006). Figur 1.4 Sprängning v en krns, sett från sidn Figur 1.5 Lstning v en krns, sett från sidn Figur 1.6 Tömning v mlm ner i störtschkt, sett från sidn 1

8 Denn produktionsform är helt beroende på hur br den lossprängd mlmen flödr ner för lstning smt hur frgmenteringen v mlmen ser ut vid sprängning v en krns. Mn vill uppnå en så br frgmentering som möjligt smt tt rsflödet inte hindrs. I dgsläget vet mn mycket lite om vilk prmetrr som hr störst betydelse för dels frgmenteringen och rsflödet. Dett exmensrbete syftr till tt förstå de prmetrr som inverkr på mlmens frgmentering och svällning genom lbortorietester. 1.2 Syfte Dett exmensrbete syftr till tt ge underlg för en ökd förståelse om de prmetrr som kn inverk på rsflödets egenskper vid storsklig skivrsbrytning. Exmensrbetet är en del v ett forskningsprojekt som pågått sedn Forskningsprojektet orgnisers v Swebrec och finnsiers v orgnistionen MMT- Mss Mining Technology och LKAB. I dett exmensrbete utgår vi från tidigre utförd sprängtester i modellskl för tt utvärder hur olik fktorer i rsbrytning påverkr frgmentering och svällning/kompktering i rsbrytning. 1.3 Avgränsningr Rsflödet i rsbrytning är ett mycket komplext system där mång vribler är okänd och lite forskning hr gjorts för tt förstå hur olik prmetrr inverkr. Dett exmensrbete kommer inte tt kunn förklr ll de meknismer och prmetrr som ingår i systemet. Resultten från den modell som sk nvänds kommer inte tt direkt kunn tillämps storskligt. De prmetrr som sk undersöks är: Simulering v rsmssorns spänningsinverkn på frgmenteringsresulttet vid sprängning v en skivkrns. Dett genomförs i modellskl. Hur olik rsmssor inverkr på frgmentering och svällning vid sprängning v en skivkrns eller den snrliggnde kompkteringen hos rsmssorn. Dett genomförs i modellskl. Dett exmensrbete kommer i huvudsk tt presenter resultt från modellförsök, djupre nlys v resultt kommer ej tt genomförs. 2

9 1.4 Metod I dett exmensrbete kommer lbortorieförsök utförs för tt empiriskt gör hypotesprövningr. (Andersson m.fl. 1998). Grundmodellen för dett är tt utför sprängtester i en nerskld rsbrytning. De olik försöksmodellern som tests sk påvis hur en nstt spänning från rsmssor i form v ett bllstmteril med frktionen 0-16 mm smt medelstyckefllet x 50 =8 mm påverkr frgmentering och hur svällning/kompktering och frgmentering påverks när mothållnde mteril består v bllstmteril med frktionen 0-16 mm smt medelstyckefll x 50 =4 mm. Bllstmterilet med medelstyckefllet x 50 = 4 mm är frmtget för tt ge en hög pckningsgrd i sprängtestern. Dett exmensrbete består v fem fser: Projektbeskrivning Förstudie Försöksmodell Lbortiv undersökningr Anlys Projektbeskrivning: Denn fs i projektet beskiver forskningsfrågn med vgränsningr. Förstudie: I förstudien görs en litterturstudie på tidigre utförd försök inom dett forskningsområde. Dett ger en ökd förståelse för forskningsfrågn smt ger denn fs kunskp om hur försöksmodellen sk designs för tt resultten sk kunn jämförs. Försöksmodell: Utformningen v försöksmodellen är en viktig del i dett exmensrbete och modellen beskrivs i detlj i kpitel 3. Lbortiv undersökningr: När försöksmodellen skpts och dess vliditet är säkerställd kn de lbortiv undersökningrn påbörjs. Utgångspunkten för de lbortiv undersökningrn är tt nvänd den försöksmodell som skpts och däri kunn isoler enskild prmetrr v intresse. Under hel denn fs görs kontinuerlig referensexperiment för tt på så sätt säkerställ repeterbrheten för försöken. De lbortiv undersökningrn smt försöksmodellen sk dokumenters väl för frmtid upprepning v försöken och eventuell omtolkning v resultten. Anlys: Här nlysers de kvntittiv dt som smlts under de lbortiv undersökningrn (Run Ptel m.fl. 1994). 3

10 1.5 Målgrupp De företg och orgnistioner som finnsierr dett exmensrbete ingår i forskningsgruppen MMT (Mss Mining Technology project). I denn grupp ingår blnd nnt LKAB. Resultten v dett exmensrbete är v intresse för problemägrn och ndr gruvnäringsföretg. 1.6 Förväntt resultt De försöksmodeller som kommer tt nvänds förvänts ge följnde resultt: Ett ktivt omgivnde tryck från bllsten förvänts ge en grövre frgmentering än en pssiv inneslutning med smm mssor. Rsmssor med högre pckningsgrd som mothållnde mteril bör ge en nnn svällning i provkroppen efter sprängning än rsmssor med lägre pckningsgrd, vilk studerts v Dniel Johnsson (Johnsson m.fl. 2007). Rsmssorn med högre pckningsgrd förvänts ge ett högre medelstyckefll vid sprängtester. 4

11 2 TIDIGARE UTFÖRDA FÖRSÖK Här presenters en smmnfttning v tidigre utförd modellförsök inom MMT projektet (D Johnsson m.fl. 2007) Smmnfttningen presenters för tt få en överblick till vilk försök som tidigre hr utförts smt hur modelltestern hr utvecklts. Dett tidigre rbete ligger till grund för de försök som utförts i denn rpport. 2.1 Inledning För tt kunn studer hur rsmssorn påverkr frgmentering och svällning hr en provmetod utvecklts v Dniel Johnsson m.fl. Denn metod bygger på tt i modellskl studer de prmetrr som tros h inverkn på sprängresulttet. Undersökningr visr på tt frgmenteringen i den här typen v modellförsök hr mycket gemensmt med frgmenteringen i full skl (Ouchterlony & Moser 2007). Hittills hr över hundr prover v denn typ utförts med tillfredsställnde resultt. 2.2 Frågeställning Den brytningsmetod som tillämps i LKAB:s gruvor är storsklig skrivrsbrytning (se vsnitt 1.1). Rsmssorn som ligger mot brytningsfronten fungerr som en vågfäll vid sprängning vilket i sin tur minskr den reflekternde vågens mplitud. Denn minskning i mplitud påverkr frgmenteringen hos den sprängd krnsen. Den horisontell rörelsen i de sprängd mssorn minskr till följd v den dämpde mplituden som i sin tur påverkr svällningen v mssorn. Skrivrsbrytning är, som tidigre nämnts, ett mycket komplext system där ett stort ntl prmetrr ingår och smverkr med vrndr. De egenskper hos rsmssorn som nts påverk resulttet viss i figur 2.1 nedn. Figuren visr hur det principiellt ser ut vid en skivrsring med den frgmenterde krnsen mot rsmssorn och en krosszon vid spränghålen. 5

12 Egenskper hos rsmssorn som kn påverk frgmenteringen: Storleksfördelningen hos rsmssorn Tjockleken hos lgret med rsmssor Pckningsgrden hos rsmssorn, både från tidigre skjutning smt v ovnliggnde mssor Densitetsskillnden melln mlm och rsmssor Omgivnde spänning Figur 2.1. Principiell illustrtion v sprängd skivrskrns. 2.3 Modell Som tidigre nämnt hr Dniel Johnsson m.fl utveckld en metod som simulerr rsmssorns inverkn på frgmentering och svällning vid rsbrytning. När metoden utveckldes vr ett robust och tillförlitligt modellupplägg viktigt tt åstdkomm där enskild prmetrr kn isolers och utvärders. Metoden nvänder sig v gjutn cylindrr med dimensionern 140 mm x 280 mm med ett centrert hål i mitten. Denn cylinder representerr den lddde krnsen i skivrsbrytning. Denn gjutn cylinder plcers i en stålcylinder med innerdimetern 309 mm. Tomrummet melln den gjutn cylindern och stålcylindern fylls med bllstmteril v känd kornstorleksfördelning, dett för tt simuler de rsmssor som omger en skivkrns. Figur 2.2 nedn visr en principiell skiss över modellupplägget. 6

13 Figur 2.2: Modellupplägg under inspänd förhållnden. För tt undersök hur stor effekt inspändheten hr på frgmenteringen, utfördes både fri skott och inspänd skott. De fri skotten stod endst på tre luminiumben, för tt få så friktionsfritt utslg som möjligt. Figurern nedn visr de två skild försöken. Figur 2.3: Försök med fritt utslg. Figur 2.4: Inspänt försök. Pentylstubin, PETN, vldes som sprängämne för modellförsöken. Dett på grund v sin idel detontion, hnterbrhet och möjligheten tt vrier lddningskoncentrtionen på ett enkelt sätt. En mycket viktig spekt vid modellförsöken är tt uppnå repeterbr resultt. Tidigre försök med provcylindrr v ren mgnetit hr utförts men eftersom mgnetiten hr nturlig diskontinuiteter i form v sprickor och slg utveckldes ett modellmteril v typen mgnetisk finbetong. Tbell 2.1 nedn visr det recept som nvänds vid gjutning v provkropprn. 7

14 Tbell 2.1: Recept mgnetisk finbetong. Cement 25,6 % Vtten 12,6 % Glenium 51 0,3 % Tributylfosft 0,1 % Mgnetitpulver 29,7 % Kvrtssnd 31,7 % De gjutn provkropprn består till nästn 30% v mgnetitpulver, dett för tt kunn skilj bllst och provkropp åt med mgnetseprtion vid nlys efter sprängning. Gjutn provkroppr hr utvärderts i tester där frgmenteringsegenskper hr jämförts med 4 stycken olik mgnetitsorter. Utvärderingen visde på likheter i frgmentering. 2.4 Utförnde Sprängförsöken utfördes i en gummibeklädd continer på Swebrecs försökssttion hos FOI på Grindsjön för tt minimer förluster v det sprängd mterilet. Förluster på c 1-2 % vr vnlig under försöken. Efter sprängning sikts och mgnetseprers mterilet och två frgmenteringskurvor erhålls, provcylinderns och rsmssorn (bllsten). Mgnetsepreringen klrr tt uppt totlt 98% v modellmterilet. Den specifik lddningen vrierdes genom tt nvänd pentylstubin med styrkor från 40 g/m ner till 1,5 g/m. Totlt vr det 6 st specifik lddningr som nvändes och frikopplingsgrden melln stubin och hålvägg hölls så konstnt som möjligt melln ll styrkor, vilket gjordes genom tt gjut olik dimetrr på hålen. Eftersom små vritioner i liten skl kn påverk resulttet stort, vr det viktigt tt håll prmetrr som inte testdes så konstnt som möjligt. Dett vr till exempel detontionshstigheten, densiteten hos provcylindrrn, rsmssors fördelning m.m. En serie med försök på pentylstubinen visde tt vritionen i detontionshstighet vr mrginell melln de olik styrkorn. Genom tt strikt följ ingående recept på den mgnetisk finbetongen hölls densiteten på smm nivå med mycket små vritioner. För tt kunn vis repeterbrhet i frgmentering och säkerställ tt resultt från olik provserier skulle kunn jämförs, så gjordes det ett referensskott på vrje blndning v 8

15 mgnetisk finbetong. Referenskottet är en fritt upplgd cylinder lddd med pentyl 20g/m. Om medelstyckefllet vr jämförbrt melln de olik försöksseriern säkerställde dett fullt jämförlig resultt. Eftersom rsmssors egenskper i en skivrsgruv är svår tt bestämm, så vrierdes även dess. Dett gällde fördelning och styvhet under ett ntl försök. Fördelningen vrierdes genom tt prov mssor inom frktionen 4-8mm. Att styvheten kn vr högre hos rsmssor är mycket troligt, på grund v stor belstningr från ovnliggnde mssor. Dett i sin tur leder till högre pckning och styvheten ökr. Genom tt tillsätt 10 % gips till rsmssorn, så ökdes styvheten hos de omgivnde mssorn. I stället för tt pck mterilet i mellnrummet, gjordes det också försök med tt endst häll krossmterilet in melln provkropp och stålcylinder. För tt kunn bestämm hur stor cylindrrns svällning (expnsion) mot de omgivnde mssorn blir, så utveckldes en frysningsteknik. Försök gjordes i plströr istället för stålrör. Rören med sprängt prov och rsmssor fylldes med vtten och frystes ner. Efter genomfrysning kpdes proven upp i skivor på c 40mm, vilket gv en möjlighet tt kunn mät svällningen smt sprickbildningen längs efter hålet. Principen illustrers i figur 2.5 och ett v försöken kn ses i figur 2.6. Skillndern i frgmentering då plstcylinder nvändes istället för stålcylinder vr miniml och låg inom försökens felmrginler. Metoden hr gett mycket informtion vd som händer längs hålet vid sprängningen, gällnde möjligheter tt krter sprickor, sprickutvidning smt svällning. Som Figur 2.5 visr så får mn en krtereffekt högst upp på provet, vilket ej möjliggjorde någon mätning på svällningen. Dett krterdjup är beroende v lddningmängd, men försöken gv nog med informtion om mn ser på totllängden v provet. 9

16 Figur 2.5: Illustrtion v svällningsförsök. Figur 2.6: Testuppställning v svällningsförsök. Den testmodell och försöksuppställning som beskrivs kortfttt i dett kpitel ligger till grund för rbetet som utförts i denn rpport. 10

17 3 METOD För tt utför testern i dett exmensrbete nvänder vi oss v en redn beprövd testmodell. Testmodellen är gjord för sprängning vid inspänd förhållnden. Sprängtestern utförs på gjutn provkroppr v mgnetisk finbetong med en specifik smmnsättning. Sprängmedel pplicers xiellt i provkroppen och provkroppen är omgiven v ntingen luft eller bllst. Bllsten pcks runt provkroppen inuti en stålcylinder när frgmenteringstester sk utförs och i en plstcylinder när svällningen eller kompkteringen sk undersöks. (Johnsson m.fl. 2007) Frktionern som hr nvänt för tt blnd de olik rsmssorn eller bllstsmmnsättningrn är 0-2, 2-4, 4-8, 8-11, 8-16 mm. I fördelningen x 50 = 4 mm hr även en kvrtsnd med fördelningen 0-0,2 mm nvänds för tt ök finndelen i bllsten med vsikt tt ök pckningsgrden i testern. Frktionen 2-4 mm som nvänds i båd fördelningrn är hämtd från NCC s krossnläggning i Aitik och de övrig frktionern är hämtde från Sknsks krossnläggning vid Gmmelstd i Luleå. 3.1 Provkroppr I testern nvänds provkroppr bestående v en mgnetisk finbetong. Den mgnetisk finbetongen hr bestämd smmnsättning och väl definierde hållfsthetsegenskper. Tbell 3.1 visr de ingående komponentern i den mgnetisk finbetongen. Tbell 3.1 Ingående komponenter i den mgnetisk finbetongen. Mteril Procentsts Cement 25,61 % Vtten 12,65 % Glenium 51 0,26 % Tributylfosft 0,13 % Mgnetitpulver 29,66 % Kvrtssnd 31,69 % 100 % Provkropprn hr gjutits på Testlb vid LTU. All beståndsdelr i den mgnetitsk finbetongen vägs på en våg med noggrnnheten 1/10 grm och blnds sedn i en 65 liters betongblndre. Därefter hälls blndningen i cirkulär gjutformr v ppp med en dimeter på 140 mm. Gjutformrn hr förberetts med xiellt centrerde plststvr med en förutbestämd dimeter. 11

18 Stvrn ts bort när den mgnetisk finbetongen brunnit i 12 tim. Efter gjutningen resulterr dett i ett centrert hål med mycket liten vvikelse. I hålet pplicers sedn pentylstubin vid sprängtestern. Mgnetitcylindrrn härdr sedn under 28 dgr under hög luftfuktighet och med en tempertur på 20 grder Celsius på utsidn v formrn. Efter 4 veckor kn provkropprn kps ner till en höjd v 280 mm. Därefter mäts höjden v provkropprn och densiteten kn därmed beräkns. Densiteten beräkns för tt kontroller tt ll provkroppr hr smm egenskper och vikten kontrollers för tt det sk vr möjligt tt beräkn förlustern p.g.. sprängning, trnsport och siktning. De meknisk egenskpern för den mgnetisk finbetongen är noggrnt nlyserde och illustrers i tbellen nedn (Johnsson 2007). Tbell 3.2 De meknisk egenskpern hos den mgnetisk finbetongen (Johnsson 2007) Prmeter Enxiell hållfsthet,σ c 51 MP Young s modul, E c 24 GP Poisson s tl, v 0,22 Drghållfsthet, σ Bt 5,2 MP 12

19 3.1.1 Referensprovkroppr Eftersom provkropprn i denn försöksserie hr gjutits i fyr olik omgångr är det nödvändigt tt kunn säkerställ tt ll fyr gjutomgångr hr smm teknisk egenskper och även smm egenskper som de provkroppr som tillverkts för tidigre testserier (Johnsson m.fl. 2007). Vid vrje gjutomgång gjuts mximlt 10 stycken provkroppr och en provkropp i vrje gjutomgång är en referensprovkropp. Dess provkroppr gjuts med håldimetern 10 mm. Referensprovkropprn ldds med en bestämd lddningskoncentrtion v 1,306 kg/m 3 (20 g/m) PETN och skjuts fritt enligt figuren nedn. Figur 3.1 Försöksuppställning vid sprängning v referensprovkropp. Provkroppen ställs upp på tre stycken stöd i metll och ldds med pentylstubin (lddningskoncentrtion 20 g/m). Efter sprängning smls mterilet från den frgmenterde provkroppen upp för tt sedn genomgå siktning. Siktningen hr utförts vid Väglbortoriet i Norr AB, Boden. Siktkurvn över den sprängd provkroppen nlysers och kontrollers så tt den överensstämmer dels med siktkurvorn från referensskotten från de ndr gjutomgångrn för denn testserie och dels med tidigre utförd försök. 13

20 3.2 Aktivt inspänd provkroppr De krv som ställdes på denn testmetod i börjn v rbetet vr: Efterlikn tidigre testmetoder så jämförelse v resultten är möjlig. Skp en ktiv spänning som verkr på provkroppen. Kunn producer repeterbr spänningsförhållnden. Mät de spänningr som generers i testcylindern. För tt simuler en spänningsinverkn på provkroppen hr en testcylinder i stål tillverkts. De försök som hr utförts med denn testcylinder syftr till tt bättre förstå hur en omgivnde spänning inverkr på frgmenteringen v en provkropp. Två skild spänningsnivåer sk nvänds för tt kunn se skillnder i frgmentering. Den bllst som nvänds som omslutnde rsmss är v smm typ som Dniel Johnsson hr nvänt i sin tidigre försök (Johnsson 2007), den följer en Swebrec-fördelning med prmetrrn x 50 = 8 mm, x mx = 16 mm och b = 2,1. (Ouchterlony 2005) Testuppställning En testcylinder i stål hr konstruerts för tt kunn skp en omgivnde spänning på provkroppen. Testcylindern består v ett stålrör med en dimeter på 309 mm, höjd 300 mm och en godstjocklek på 10 mm. Dett stålrör hr kpts i tre lik delr och längs dess skrvr hr vinkeljärn svetsts på. Fem stycken hål hr sedn borrts i vinkeljärnen för tt skp ett bultförbnd med 5 stycken M12 bultr (hållfsthetsklss 8.8) per skrv. Testcylindern fixers på en msonitepltt, med underliggnde stålpltt, med två stycken bultr under åtdrgningsmomentet och sprängförsöken. Upptill fixers provkroppen och rsmssorn vtäts med ett stållock och kilförbnd. Kilförbndet utgörs v 6 stycken M6 bultr med stndrdhållfsthetsklss 8.8 och kilrn består v stålplåt med en tjocklek v 10 mm. Locket är konstruert i stål med en tjocklek på 5 mm. Figur 3.2 visr testcylindern. 14

21 Figur 3.2 Testcylinder i stål med provkropp v mgnetisk finbetong centrerd i mitten, omgiven v bllst. På bilden ser mn bultförbnden som drs åt med momentnyckel för tt skp den omgivnde spänningen smt fixeringen v testnordningen upptill och nertill. Fixeringen v testcylindern utförs för tt inte bllstmterilet sk trycks ut i ändrn under åtdrgningsmomentet v bultförbnden och på så sätt kunn bidr till tt den spänning som skps inte bibehålls. Fixeringen gör också försöksuppställningen mer robust under sprängning och förhindrr testcylindern från tt tipp. Överskådlig CADritningr v testcylindern finns som bilgor under Appendix 7 Testcylinder. Testcylindern hr modifierts under tiden för sprängförsöken. Dett på grund v tt vid större lddningskoncentrtioner > 1,306 kg/m 3 (20 g/m PETN), knäcks bultrn som fixerr stållocket. Det åtgärddes med tre ny kilförbnd (totlt nio stycken) och de bultr som fungerde som sprintr byttes ut mot en bult med högre hållfsthetsklss v typen M

22 3.2.2 Bllst Bllstmterilet med medeltyckefllet x 50 = 8 mm nvänds i dess 16 tester. De olik fördelningrn vägdes upp i provhinkr på en våg med noggrnnheten 1/100 kilo och blnddes i en betongblndre. Fördelningen för bllsten viss i tbell 3.3. Frktionern hr vlts för tt följ en Swebrec-fördelning med prmetrrn x 50 = 8 mm, x mx = 16 mm och b = 2,1 (Ouchterlony 2005) Tbell 3.3 Fördelningen som nvänts vid blndning v bllst med x 50 =8 mm. Fördelning x 50 = 8 mm [mm] [%] För tt underlätt rbetet blnddes bllst för motsvrnde två stycken provstser smtidigt i betongblndren. En provsts är den mängd bllst som sk nvänds i ett enskilt sprängförsök. Blndningen deldes sedn upp i två stycken provstser med en uppdelningspprt. När mterilet delts upp vägdes bllsten enskilt för vrje provsts. Siktning utfördes på någr v provstsern för tt säkerställ kvliteten på blndningen och för tt ök vliditeten i testern. Siktningen v bllsten hr genomförts med utrustning lånd från Testlb vid LTU. Bllst från en provuppställning hr delts ner till 4 stycken prover med en uppdelningspprt. Vrje prov hr en totlvikt på c 1,2 kg för tt inte överbelst siktdukrn. Provern sikts i 10 minuter och den totl mängden som hr stnnt på vrje enskild sikt dders från de fyr olik provern. Siktdt redoviss i figur

23 Figur 3.3 Kornstorleksfördelningen för bllstmteril med X 50 = 8 mm. Eftersom bllsten hr en tendens tt segreger eller skikt sig under trnsport hndblnddes bllsten strx innn pckningen i stålcylindern. Dett för tt säkerställ tt de olik frktionern fördels jämnt i testcylindern Testutförnde Sprängtestern för de ktivt inspänd provkropprn hr genomförts med Swebrecs utrustning vid FOI testnläggning i Grindsjön. Ulf Nyberg på Swebrec hr vrit nsvrig för sprängförsöken. En sprängtnk i form v en gummiinklädd continer hr nvänts vid sprängning v de olik provern för tt underlätt uppsmlndet v mteril efter sprängning. Testförehvndet vid sprängning beskrivs i dess steg. 1. Metll och msoniteplttn plcers i sprängtnken på tre stödben. Stålcylinderns tre huvuddelr plcers på msoniteplttn vrpå bultförbnden smörjs och fixers för tt få en jämn splt melln cylinderns tre förbnd. Det är v störst vikt tt denn splt är lik bred i ll testförsök för tt få repeterbr resultt. Dimetern v stålcylindern mäts på tre olik mätpunkter för tt kontroller tt stålcylindern är cirkulär och inte ovl. Stålcylinderns geometri korrigers om den är ovl. När dess steg hr slutförts centrers provkroppen i testcylindern. Centreringen mäts från förbnden med en tummstock. När dess steg är utförd 17

24 fixers stålcylindern mot bottenplttn med bultr. Dess bultr drs endst med hndkrft. 2. Bllstmterilet som nvänds som mothållnde mteril hndblnds för tt säkerställ tt blndningen är homogen. Sedn påbörjs pckning v bllst runt provkroppen. Metllflänsr plcers i spltutrymmet melln stålcylinderns förbnd för tt förhindr tt bllst försvinner från sprängtestet och tt ingen bllst kläms i splten vilket kn påverk den spänning som erhålls i provkroppen. Bllst fylls i stålcylinderns smtidigt som kontinuerlig pckning sker med en 2,5x3 tums träregel med en längd v cirk 1 meter. När bllstmteril hr fyllts till smm höjd som provkroppen vägs det kvrvrnde mterilet i vrje mterilsts och den mängd mteril som hr nvänds i vrje enskilt prov kn beräkns. Stållocket plcers sedn över provet och fixers med kilr för tt minimer expnsionseffektern på bllsten vid ökd spänning. Dimetern mäts sedn för stålcylindern på tre olik punkter för tt kunn uppsktt provets pckningsgrd före spänningsökningen. 3. Innn åtdrgningen v bultförbnden påbörjs drs bultrn med hndkrft för tt säkerställ sig om tt ll bultrn ligger n efter pckning. Bultrn drs med momentnyckel till ett visst förutbestämt moment. Åtdrgningen v bultrn sker enligt mönstret i figur 3.4. För tt säkerställ en jämn belstning i provkroppen drs vrje bult ett kvrtsvrv enligt åtdrgningsmönstret i figur 3.4. Dett återuppreps till tt önskt moment erhålls i vrje bult i ll förbnd. När önskt moment erhållits i bultrn mäts dimetern v testcylindern på tre olik punkter för tt kunn beräkn pckningsgrden på bllsten efter spänningsökningen. 18

25 Figur 3.4 Åtdrgning v bultr enligt figur. T.v. i bilden syns stålcylindern uppifrån med de tre förbnden A,C och C. T.h. i bilden syns de tre förbnden smt i vilken ordning bultrn drgits åt. 4. Innn sprängning sops sprängtnken för tt undvik eventuell kontminering v provmterilet. Vid sprängningen pplicers pentylstubin i provkroppen och initiers sedn v en Nonelsprängkpsel. Efter sprängning smls mterilet i en plstbck och skicks på nlys till Väglbortoriet i Boden. Siktningen hr gjorts som torrsiktning ner till 63 μm, se vsnitt Arbetet utfördes v förfttrn. 3.3 Pssivt inspänd provkroppr med högre finndel För tt undersök hur olik egenskper i den mothållnde bllsten påverkr frgmenteringen v provkroppen hr en bllst med storleksfördelning på 0-16 mm och det finre medelstyckefllet på 4 mm också förberetts till testern. Den ny bllstsmmnsättningen ger en mycket hög pckningsgrd, cirk 76%. I testern studers hur den ny bllstsmmnsättningen påverkr frgmenteringsresulttet och svällningen jämfört med tidigre sprängtester utförd v Dniel Johnson. (Johnsson ) Testuppställning Testuppställningen består v en msonitepltt som är uppställd på 3 stödben. På msoniteplttn plcers ett stålrör med en dimeter på 308 mm, höjd 400 mm och en godtjocklek på 8mm. Stålröret står fritt uppställd på msoniteplttn. Centrert i stålröret plcers sedn den gjutn provkroppen och rummet melln stålröret och provkroppen pcks med bllst. 19

26 3.3.2 Bllst Fördelningen x 50 = 4 mm som hr nvänts i dess försök är ett mteril som ger mycket god pckningsegenskper. Det är mycket svårt tt i förväg beräkn vilken fördelningssmmnsättning som ger den högst pckningsgrden vid hndpckning. För tt få br pckningsegenskper på mterilet hr fler olik fördelningssmmnsättningr provts. För tt erhåll god pckningsegenskper på mterilet hr provblndningrn försökt efterlikn morän, eftersom moränmteril oft nvänds i konstruktioner där hög krv ställs på pckningsegenskpern. Signifiknt för morän är tt mterilet hr en mycket välgrderd kornfördelningskurv smt en finjordsndel på cirk procent. Pckningsgrden hr beräknts för de olik fördelningsrecepten genom tt pck en stålcylinder med bllst från de olik recepten. Eftersom stålcylinderns volym är känd kn pckningsgrden hos bllsten beräkns genom tt väg bllsten i stålcylindern. Det slutgiltig receptet på fördelningen som vi beslutde tt nvänd i sprängförsöken viss i tbell 3.4. Tbell 3.4 Fördelningen som nvänts vid blndning v bllst med X 50 =4 mm. Fördelning x 50 = 4 mm [mm] [%] 0-0, Bllsten med x 50 = 4 mm hr förberetts vid testlb i LTU. Bllst från en provsts hr delts ner till 4 stycken prover med en uppdelningspprt. Vrje prov hr en totlvikt på c 1,2 kg för tt inte överbelst siktdukrn. Provern sikts i 10 minuter och den totl mängden som hr stnnt på vrje enskild sikt dders från de fyr olik provern. Siktdt redoviss i figur

27 Figur 3.5 Kornstorleksfördelningen för bllstmteril med x 50 = 4 mm Testutförnde Sprängtestern för de pssivt inspänd provern med en högre ndel finmteril hr genomförts med Swebrecs utrustning vid FOI testnläggning i Grindsjön. Testförehvndet vid sprängning beskrivs i dess steg. 1. Msoniteplttn plcers i sprängtnken på tre stödben. Stålcylinderns plcers sedn fritt uppställd på msonitplttn. Provkroppen centrers i stålcylindern. Avståndet mäts med tumstock i 3 mätpunkter från provkroppens mntelyt till stålcylinderns innervägg för tt säkerställ en god centrering. 2. Bllstmterilet som nvänds som mothållnde mteril hndblnds för tt säkerställ tt blndningen är homogen. Sedn påbörjs pckning v bllst runt provkroppen. Bllst fylls i stålcylindern smtidigt som kontinuerlig pckning sker med en pckstv i stål. När bllstmteril hr fyllts till smm höjd som provkroppen vägs det kvrvrnde mterilet i vrje mterilsts och den mängd mteril som hr nvänds i vrje enskilt prov kn beräkns. Dimetern mäts sedn för stålcylindern på tre olik punkter för tt kunn få en uppfttning v provets pckningsgrd. 3. Innn sprängning sops sprängtnken för tt undvik eventuell kontminering v provmterilet. Vid sprängningen pplicers pentylstubin i provkroppen och 21

28 initiers sedn v en Nonelsprängkpsel. Efter sprängning smls mterilet i en plstbck och skicks på nlys till Väglbortoriet i Boden. Siktningen hr gjorts som torrsiktning ner till 63 μm, se vsnitt Arbetet utfördes v förfttrn Svälltester Sväll- eller kompkteringssprängtester hr utförts för tt undersök hur den dimetrl svällningen v provkroppen ser ut med ett omslutnde bllstmteril med hög pckningsgrd (högre finndel x 50 = 4 mm). Svälltestern förbereds i plstcylindrr med en dimeter på 294 mm och höjden 320 mm. Plstcylindrrn fixers i urfräst spår på en msonitepltt med tjockleken 14 mm och därefter skruvs de fst med träskruv och täts med fogmss. Innn sprängning centrers provkroppen i plstcylindern och det omslutnde bllstmterilet pcks runt provkroppen. Efter sprängning sker ingen seprtion eller siktning v mterilet, istället tillsätts vtten i plstcylindern och hel provet ställs i ett kylrum för djupfrysning. Figur 3.6 -b visr ett svälltest innn och efter sprängning. Figur 3.6- Ett svälltest som är förberett för sprängning. Provet i figuren sk sprängs med PETN 5g/m och pckningsgrden på den omslutnde bllsten är 79,5% Figur 3.6-b Svälltest efter sprängning. Nu fylls plstcylindern med vtten för tt sedn fryss ned. För tt kunn mät den dimetrl svällningen i provkroppen sågs den djupfrusn plstcylindern upp i skivor med en tjocklek på cirk mm. På dess skivor mäts sedn den dimeterförändring som skett på provkroppen. Skivorn mäts både i botten och 22

29 i toppen. Sågens bld hr en tjocklek på 4 mm. Figur 3.7 visr hur en skiv kn se ut efter tillsågning. Figur 3.7 En uppsågd skiv från test MM_14. Provet är sprängt med PETN 40g/m och pckningsgrden på omslutnde bllst är 80,8 %. Snittet på bilden ligger 50 mm från botten på provkroppen. Mn kn tydligt se sprickutbredning smt den totl dimetrl svällningen från bilden. Liknnde svälltester hr utförts där skillnden i frgmenttion undersökts på provkroppr sprängd i plstcylindrr och stålcylindrr (Johnsson ). Mn fnn tt skillnden i frgmentering eller styckefll är inom felmrginlen för testuppställningen. Dett möjliggör jämförelse och nlys melln frgmenteringsförsök och svälltester. 3.4 Anlys Siktning/Mgnetseprering Siktning Den först nlysen som görs på mterilet efter sprängning är siktning. Siktningen hr utförts i Boden med utrustning lånd från Väglbortoriet i Norr AB. All frktioner ner till 0,063 mm kn urskiljs och vägs för tt få frgmenterings- eller siktkurvor från vrje enskilt test. Först dels vrje prov upp i två delr för tt inte överbelst grovsikten. Provdelrn sikts sedn enskilt i grovsikten i fem minuter enligt SN-EN Grovsikten kn urskilj mteril melln frktionern 125 mm till 16 mm. Mterilet som stnnr på siktduken med spltvidden 16 mm kn innehåll både mgnetisk finbetong från provkroppen och bllst. De olik mterilen urskiljs okulärt och vägs seprt. Den ndel mteril som hr kornstorlek <16mm dels sedn upp ett ntl gånger med en uppdelningspprt för tt gör siktningen mer effektiv. Efter uppdelning vägs mterilet och sikts i tio minuter enligt SN-EN De olik frktionern som seprers i finsikten vägs och pketers i plstpåsr. Plstpåsrn skicks sedn till Luleå teknisk Universitet för tt urskilj bllsten från mgnetiten med en mgnetseprtor. 23

30 Mgnetseprering Det mteril som efter siktning är mindre än 16 mm måste mgnetseprers för tt kunn skilj på bllstmterilet och den frgmenterde provkroppen. Dett görs för tt kunn få en fullständig siktkurv v den sprängd provkroppen änd ner till frktionen 0,063 mm utn inblndning v bllstmteril. Mgnetsepreringen hr utförts med en mskin v märket Mörtsell torrseprtor och viss nedn i figur 3.8. Figur 3.8 Mgnetseprtor. Figuren ovn visr mskinen som nvänds vid mgnetsepreringen v mterilet. En vibrtionsmtre för mterilet till ett svänghjul som är mgnetiskt. Mteril som ej är mgnetiskt fller ut i ett fck och det mteril som är mgnetiskt fstnr på svänghjulet och rmlr ned i ett nnt fck. Efter mgnetsepreringen vägs bllst och provmteril seprt, dett uppreps till dess tt ll frktioner är mgnetseprerde och siktkurvorn över bllsten och provkroppen kn smmnställs. 24

31 3.4.2 Svälltester Vid nlys v svälltestern mäts provtjockleken och den totl dimetrl svällningen i provkroppen till följd v sprängningen, efter frysning och tillkpning (se kp ). Skivorns dimeter mäts i tre snitt med en tumstock smt provtjockleken med ett skjutmått. Höjden på skivn mäts på smm punkter som dimeterförändringen. Figuren nedn visr ett exempel på en skiv som mäts enligt snitten A-A, B-B och C-C. Innn kpning sker v plstcylindern märks den upp så tt mätningrn utgår från smm koordintsystem. Figur Exempel på hur en skiv mäts. Snitten A-A, B-B och C-C hr vinkeln 120 melln vrndr. Snitt A-A ligger lltid prllellt med X-xeln. Figur 3.9-b. Mätning v skiv. Det är inte möjligt tt mät svällningseffekten längs hel plstcylindern. Dett på grund v tt i toppen v provet bilds en krter och det är mycket svårt tt mät dimetern på provcylindern. Denn krtereffekt ökr med ökd lddningskoncentrtion. Figuren nedn visr en skiv där krtereffekten är så stor tt mätning ej är genomförbr. Figur Mätning v dimetern kn ej genomförs p.g.. den krtereffekt som uppkommer i toppen v plstcylindern. 25

32 När skivorn från en plstcylinder är mätt räkns ett medelvärde frm från ll ytor smt höjden på vrje enskild skiv. Dett smmnställs sedn i tbellform och utifrån dess dt kn mn följ den dimetrl svällningen från botten v provkroppen till toppen. 3.5 Spänningsmätningr För tt kontroller repeterbrheten i testern med en ktivt nstt spänning hr spänningsmätningr utförts med testutrustningen. I testuppställningen skpr det påförd momentet i bultförbnden en volymminskning v bllsten som resulterr i en spänning som gerr på provcylindern. Det är spänningrn som verkr på provcylindern som sk mäts i testern eftersom det är mgnituden v den spänningen som eventuellt kn påverk frgmenteringen v provcylindern. Det beslutdes tt den bäst metoden för tt mät spänningrn vr tt nvänd sig v utrustning som är utveckld för tt gör överborrningsmätningr i berg. Vid överborrning vlsts en bergsmss i smbnd med töjningsmätningr i borrhålet. I de tester som utförts med testutrustningen belsts provkroppen med ett omgivnde tryck, därför kn testern beskrivs som en omvänd överborrning. För tt utför testern införskffdes trådtöjningsgivre och givrhållre v smm typ som nvänds i Vttenflls Borrecell v typen Borre III (Sjöberg m.fl 2003). En provkropp borrdes ur med ett genomgående centrert borrhål med en dimeter på 36,6 mm vilket är smm dimeter som borrs i pilothålet vid överborrningsmetoden. Givrn instllerdes sedn i borrhålet på mitten v provkroppen. Givruppsättningen i borrcellen består v 9 trådtöjningsgivre som är plcerde i tre rosettgivre. De tre rosettern är plcerde på plstsptlr som är plcerde runt borrhålsväggen med 120 grder melln givrn utifrån centrumxeln. De nio givrn mäter töjningrn i tre riktningr, longitudinell, trnsversell och 45 grder med vseende på borrhålsxeln. De tre olik givrn trycks ut mot borrhålsväggen med en specildesignd metllkon för få en br vidhäftning vid limningen. Figur 3.11 visr givrns montering på plstsptlrn smt hur limningen v givrn mot insidn v borrhålsväggen på provkroppen går till. 26

33 Figur 3.11 Givrn är plcerde på plstsptlr som i sin tur sitter fst på en givrhållre i metll (t.v). Vid instlltion förs en metllkon ned i givrhållren som trycker givrn ut mot borrhålsväggen vid limning (t.h) Tidigre utförd spänningsmätningr Fler tester hr utförts innn en br metod npssts för tt skp en spänning i bllsten som utbreder sig på mntelytn på provkroppen. I dett kpitel redoviss tidigre utförd spänningsmätningr. De tidigre utförd spänningsmätningrn motiverr testförehvndet till sprängtestern med en ktivt nstt spänning. Testcylindern provdes när den färdigställts för tt test uppförndet på testutrustningen. Bllst tillreddes enligt receptet i tbell 3.3 och en provkropp förbereddes med ett uppborrt hål på 36,6 mm. Pckningen v bllsten genomfördes på smm sätt som i metodbeskrivningen i kpitel Endst bultr nvändes för tt spänn ner stållocket mot bllsten. Bultrn drogs systemtiskt med ett kvrts bultvrv per åtdrgning, dvs. den överst bulten i förbndet drogs ett kvrts vrv. Därefter den näst överst osv. till hel förbndet hde spänts ett kvrts vrv. Därefter gjorde vi likdnt i förbndet motsols och förloppet återupprepdes tills ll bultr gv ett önskt moment. Momentet i bultrn påfördes i stegen 20,40,60 och 80 Nm/bult. Bultrn i förbnden hr ett förspänningsmoment på 80 Nm. Dett innebär tt de sk drs till momentet 80 Nm när de nvänds i förbnd. Därför beslutdes det tt inte överstig förspänningsmomentet i testern. Testet genomfördes utn kompliktioner. Testcylindern geometri deformerdes något vid spänningsfllet som uppkommer vid 80 Nm men dess deformtioner vr elstisk och vid vlstningen återgick testcylindern till dess ursprunglig form. Dett test återupprepdes en gång utn kompliktioner. 27

34 Provkroppen och testutrustningen vr intkt efter tt de utstts för spänningsnivåern som uppkommer när smtlig bultr i förbnden erhållit ett moment på 80 Nm. Spänningsmätningr utfördes därefter med trådtöjningsgivre monterde i en uppborrd provkropp. Spänningsmätningr utfördes i spänningsläget som uppkommer när smtlig bultr i förbnden erhållit ett moment motsvrnde 20 och 40 Nm/bult. Töjningrn loggdes under åtdrgning v bultrn till 20 Nm/bult. Efter åtdrgning loggdes töjningrn i 5 minuter för tt undersök om spänningrn kvrstod i testcylindern. Därefter loggdes töjningrn när momentet i bultrn ökdes till 40 Nm/bult. Strx innn bultrn erhållit momentet 40 Nm sprck en svets på testcylindern. Svetsen lgdes och testcylindern förstärktes med två stycken liv v stål. Figurern och 3.12-b visr testcylindern med och utn stålliv. Figur Testcylinder utn liv. Figur 3.12-b Testcylinder med svetst liv. Testet som är beskrivet ovn återupprepdes och när provcylindern tömdes på dess innehåll upptäcktes det ett brott i provkroppen. Brottytn propgerde rdiellt i provkroppen och brottytn påminde om ett drgbrott. Figur 3.13 visr den trsig provkroppen. 28

35 Figur 3.13 Trsig provkropp. I nlysen v töjningsdt från det ndr testet konstterdes tt provkroppen spruckit redn innn bultrn erhållit momentet 20 Nm. Töjningsdt från det först testet visde tt töjningsminskningr inträfft i smbnd med tt svetsen sprck i testcylinder. Dett indikerr tt sprickbildning eventuellt inträfft i provkroppen som en konsekvens v dynmisk krfter i smbnd med tt svetsen sprck. Om sprickor bildts i provkroppen kn de förklr vrför brott inträffde i det ndr testet. Efter beräkning v spänningssitutionen runt hålrummet i provkroppen påvisdes det hög drgspänningr. Drgspänningrn vr inte v den mgnituden tt de överskred den mgnetisk finbetongens drghållfsthet men de kn eventuellt förklr brottet i provkroppen. Testet upprepdes med provkroppen utn trådtöjningsgivre. Vid dett test sprck ej provkroppen. Därför beslutdes det tt borr en ny testcylinder med ny trådtöjningsgivre. Testförloppet genomfördes på smm sätt som ovnstående försök. Resulttet v dess tester vr tt provkroppen sprck vid åtdrgning melln 20 och 40 Nm/bult. Brottet på provkroppen vr ungefär likrtt som det tidigre. Uppenbrligen finns det stor risk för brott i provkroppen för testförehvndet som är beskrivet ovn. Testern utfördes därefter med åtdrgningsmomenten 15 och 30 Nm/bult. Ett nytt åtdrgningsförehvnde tillämpdes i testern för tt bättre distribuer spänningrn i bllsten. Åtdrgningsmönstret är beskrivet i kpitel 3.2. För tt minsk bllstens expnsion längs testcylinderns xil tillverkdes kilr för tt spänn ner stålplttn mot bllsten. En minskd expnsion v bllsten bör minsk de xiell drgspänningrn i provkropprn. Denn metod är den som hr tillämpts i exmensrbetets tester. Brott hr inte observerts i provkroppen under dess tester. 29

36 3.5.2 Testutförnde för spänningsmätningr Spänningstestern hr genomförts med utrustning lånd från Testlb vid Luleå Teknisk Universitet. Trådtöjningsgivrn koppldes upp mot en dtlogger v typen MGC plus, se figur 3.14 nedn. Figur 3.14 Figuren visr den utrustning som nvänts vid spänningsmätningrn. T.v. viss testuppställningen vid spänningsmätningrn. T.h syns den dtlogger som nvänts vid loggning v trådtöjningsdt. Rosettgivrn från Vttenflls Borre III system är konstruerde för tt mät resistnsändringr med mätintervll ner till 3 s. Dett genomförs genom tt resistnsen mäts när en strömstyrk på 20 ma generers i rosettgivrn under 0,2 sekunder vid vrje mätpunkt. Problemet med dtloggern är tt den vid mätning genererr en konstnt ström genom trådtöjningsgivrn. Denn ström ger upphov till värmeutveckling som påverkr resistnsen i givrn. Resistnsändringr som således resulterr i töjningsändringr. Innn spänningstestern korrigerdes töjningsändringrn som uppkommer vid temperturökningen genom tt strt loggningen v givrn minst 15 minuter före spänningsökningen i bultförbnden påbörjdes. Efter någr testloggningr hr vi sett tt töjningrn som uppmäts i givrn stbiliserr sig på en jämn nivå efter c minuter loggning. De uppmätt töjningrn i loggern nollställs innn spänningsökningen i provuppställningen kn påbörjs. Pckningen v bllsten och åtdrgningen i bultförbnden genomförs på smm sätt som vid sprängförsöken. När önskt moment erhållits i bultförbnden loggs spänningsmätningrn i ytterliggre minst 700 sekunder för tt det sk vr möjligt tt 30

37 undersök om spänningrn är konstnt efter åtdrgning. Stålcylindern töms sedn på dess innehåll och bllsten som nvänds vid testet sikts för tt undersök eventuell uppkrossning i mterilet till följd v spänningsökningen. Töjningsdtn från MGC-enheten sprs efter ett genomfört test i en Excelfil där smtlig töjningr vid vrje loggningfrekvens hr registrerts. I progrmmet Ctmn (version 5.0) skps kurvor för töjningsändringrn som hr genererts i testförsöket. Eftersom loggningen v töjningrn påbörjdes 15 minuter innn en ökd spänning nsätts i testcylindern kn eventuell töjningsändringr till följd v temperturökningr urskiljs. De uppmätt töjningrn i testern sk sedn omräkns till norml och skjuvspänningr i provkroppen. För dett nvänds Duncn & Fms ekvtioner (Duncn & Fm 1980) vilk är de smm som nvänds för tt nlyser töjningr i smbnd med överborrning. De redoviss nedn. E ε = σ υ σ + σ ) (Ekv. 3.1) ( 2 z z 2 x y E E [( σ x σ y )cos2θ + 2τ xy sin θ ] K σ z 2 ε θ K 1 ( σ x + σ y ) K = (Ekv. 3.2) [ τ cosθ τ sinθ ] 2γ θ z K3 yz xz = (Ekv. 3.3) där K 1 = K 1 (Ekv. 3.4) K K ( υ2 ) 2 = 2 K (Ekv. 3.5) 3 1 ( + υ2 ) 3 = 4 K (Ekv. 3.6) K = υ (Ekv. 3.7) 4 2K 4 När spänningrn sk beräkns efter de uppmätt töjningrn enligt Vttenflls Borrecell är fktorern K 1 till K 4 nstt till smm enhet. (Lundholm, 2000) 31

38 I beräkningrn som hr utförts efter testern hr därför K-fktorern nstts enligt ekv K = K = K = K 1 (Ekv 3.8) = Dtn från givrn som mäter 45 o måste omräkns enligt ekv. 3.9 (Ming Lu 2006) för tt kunn nsätts i Duncn & Fm. γ ( ε ) θ = ε 45 θ + ε z 2 (Ekv. 3.9) Testern resulterr för vrje loggning i 9 stycken töjningsmätningr som sedn sk resulter i 6 stycken obeknt spänningsvribler. Därför nsätts ekvtionern 3.1, 3.2 och 3.3 (Duncn & Fm 1966) i en beräkningsmtris för tt beräkn spänningrn i provkroppen. 11σ z 21σ z 31σ z 41σ z 51σ z 61σ z 71σ z 81σ z 91σ z σ σ σ σ σ σ σ σ σ x x x x x x x x x σ σ σ σ σ σ σ σ σ y y y y y y y y y τ τ τ τ τ τ τ τ τ xy xy xy xy xy xy xy xy xy τ τ τ τ τ τ τ τ τ yx yx yx yx yx yx yx yx yx τ xz ε z1 τ xz ε θ1 τ xz γ θz1 τ xz ε z2 τ xz = ε θ 2 τ xz γ θz2 τ xz ε z3 τ xz ε θ 3 τ xz γ θz (Ekv. 3.10) Beräkningsmtrisens spänningsvribler behndls sedn som en seprt mtris och det ny mtrissystemet nmnsätts enligt ekv

39 ε z1 σ ε θ1 z γ θz1 σ x σ ε z2 y * = ε θ 2 τ xy γ θz 2 τ yx ε z3 τ xz ε θ 3 γ θz3 (Ekv. 3.11) M x y Mtrissystemet förenkls till följnde ekvtion. ) ) Mx = y (Ekv. 3.12) För tt beräkn spänningrn i provkroppen måste ekv 3.12 omvndls enligt följnde omräkning: Båd leden i ekvtion 3.12 multiplicers med den trnsponerde mtrisen M T. T T ) ( M M ) x M y ) = (Ekv. 3.13) Båd leden i ekvtion 3.13 multiplicers med inversen (M T M) -1. T 1 T ) T 1 T ) ( M M ) ( M M ) x = ( M M ) M y (Ekv. 3.14) Vänstr ledet bildr en enhetsmtris. T 1 T ( M M ) ( M M ) = I Dett medför tt minstkvdrtmetoden kn nvänds för tt lös det överbestämd mtrissystemet och ekv kn därför förenkls enligt ekv T T ) ( M M ) M y ) 1 x = (Ekv. 3.15) 33

40 Ekvtion 3.15 kn härmed nvänds för tt beräkn spänningrn i provkroppen. Det är frmförllt mgnituden v normlspänningrn som verkr på mntelytn v provkroppen som är v intresse för spänningsmätningrn. Eftersom lösningen pekr på tt det verkr xiell spänningr i provkroppen finns det ing enkl beräkningsmetoder tt tillämp för tt beräkn dess spänningr. Det fktum tt töjningsmätningrn endst hr utförts i mitten v provkroppen komplicerr nlysen eftersom ingen hänsyn ts till de rndeffekter som uppkommer vid provkroppens ändr. Töjningsmätningrn hr också endst utförts när rosettgivrn hr plcerts i smm riktning som bultförbnden. Dett borde resulter i en liten överskttning v de töjningr som uppkommer i provkroppen p.g.. tt cylindern geometri lättre kn deformers i dess punkter och ge upphov till en icke cylindrisk form v testcylindern vilket hr observerts vid tester med hög spänningr. I överborrningsmetoden plocks bergcylindern som hr vlstts i testern upp från borrhålet. Töjningsgivrn bibehålls i cylindern och provet nlysers i en bixil testkmmre. Syftet med dett är tt bestämm de elstisk konstntern för bergmssn och för tt upptäck eventuell problem med givrns uppträdnde. Den överborrde bergcylindern måste vr åtminstone 24 cm lång när bixil tester sk utförs. Dett krv ställs för tt bergcylindern sk pss i bixilteskmmren. Under testern utsätts bergcylindern för rdiellt påförd lster på mntelytn och de resulternde töjningrn loggs på borrhålets insid. Testsekvensen innebär både pålstning och vlstning hos bergcylindern för tt upptäck eventuellt icke-elstisk egenskper hos bergmssn. Pålstning och vlstning utförs med rdiell spänningr inom intervllet 1-10 MP. (Sjöberg m.fl 2003) Bixiltestern som utförs på den utborrde bergscylindern i överborrningsmetoden påminner mycket spänningssitutionen som provkroppen utsätts på i testuppställningen. Eftersom de elstisk egenskpern hos provkroppen är känd sedn tidigre utförd försök utförd v Dniel Johnsson (Johnsson m.fl 2007) kn ekvtionern som nvänds i överborrningens bixiltester nvänds för tt beräkn den rdiellt påförd lsten på mntelytn. Drgspänningrn i de tidigre utförd spänningstestern beror troligtvis på skjuvspänningr melln bllsten och provkroppen. Dess ekvtioner tr ingen hänsyn till skjuvspänningr på provkroppen. Därför sk lösningrn från dess ekvtioner bekts som uppskttningr på den rdiell spänningen som verkr på provkroppen. Ekvtionern för tt beräkn den rdiell spänningen i ett bixiltest redoviss som ekv 3.16 och ekv (Ask 2006) 34