Strenght and Slake Durability Relation of Kandıra Stone, Kocaeli-Turkiye

Abstract

Slake durability is related with physical, mechanical and rock change value (RCV) of rock. Slake durability index value is defined by the test standards given with ISRM and ASTM. In this study the relationship between slake durability and rock change value, rock change ratio, physical and mechanical values are investigated for carbonate cemented sandstone – micritic limestone known as Kandıra stone. After determining the physical properties of samples the slake durability test was performed on 6 group for 13 cycles and slake durability index values were calculated for all samples. Erosion values of the samples were calculated from slake durability index values and mechanical values were gathered by point load test for samples after the 13th cycle of slake durability test. The rock change values were calculated for 6 groups using the eroded sediments left in the drum after the 13th cycle of slake durability test. The rock change ratio was calculated using the rock change value. Evaluations of the datum show that the slake durability attitude of Kandıra stone is defined by a power function and the relationship between the slake durability attitude and physical properties of samples are defined by linear functions. Moreover, the relationships between slake durability index values and mechanical values of samples are also defined by a power function. It is seen that the best suitable slake durability test cycle for Kandıra stone, which contains medium to very high porosity values, is 13 and the mean erosion value exhibits a range between 2.99% – 7.04% (where Id = 97.01% – 92.96%). The rock change values of Kandıra stone (for 6 groups) change between 0.99787 – 0.98292. The evaluation between rock change value, slake durability attitude and point load values shows that the strength of the rock will be practically zero (0.001 MPa) for RCV = 0.8708 and the rock will be fully changed according to the slake durability attitude and exhibit different properties for RCV = 0.7428 where the rock will be changed 29.246 percent by the original state

Kandıra Taşının Dayanım-Suda Dağılmaya Karşı Duyarlılık İlişkisi, Kocaeli Türkiye

Öz

Fiziksel ve mekanik özellikleri ile ilişkili olan kayaçların suda dağılmaya karşı duyarlılığı; kayacın kayaç değişim değeri (KDD) ile tanımlanabilmektedir, ISRM tarafından önerilen suda dağılmaya karşı duraylılık indeks değeri ASTM tarafından belirlenen standarttaki deney yöntemiyle belirlenmektedir. Bu çalışmada Kandıra taşı olarak da bilinen karbonat çimentolu kumtaşı – mikritik kireçtaşının suda dağılmaya karşı duraylılığı ile kayaç değişim değeri (KDD), kayaç değişim oranı, fiziksel ve mekanik özellikler arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Örneklerin fiziksel değerleri belirlenip suda dağılmaya karşı duraylılık indeks deneyi 6 grup kayaç örneği için 13 çevrim şeklinde yapılmıştır. Her çevrim için tüm örneklerin suda dağılmaya karşı duraylılık indeks değeri hesaplanmıştır. Numunelere ait basınç dayanımı değerleri 13 çevrim sonrası her örneğe uygulanan nokta yükleme deneyleri ile belirlenmiştir. Örneklerin kayaç değişim değerleri suda dağılmaya karşı duraylılık indeks deneyinin 13 çevrimi sonucunda tambur haznesinde birikmiş olan ayrışmış kayaç parçacıkları kullanılarak hesaplanmıştır. Kayaç değişim oranı ise kayaç değişim değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Verilerin değerlendirmesi sonucunda suda dağılmaya karşı duraylılık davranışının üstel fonksiyon, fiziksel özellikleriyle ilişkisinin doğrusal fonksiyonlar ile tanımlı olduğu görülmüştür. Örneklerin suda aşınma davranışı ile mekanik özellikleri arasındaki ilişki de üstel fonksiyon ile tanımlıdır. Çalışmada,orta – yüksek porozite değerlerine sahip Kandıra taşının aşınma davranışının 13 çevrim sonunda suda dağılmaya karşı duraylılık indeks deneyi ile temsil edileceği ve ortalama aşınma davranışının %2.99 – %7.04 (Id = %97.01 – %92.96) arasında olacağı belirlenmiştir. KDD 0.99787 – 0.98292 arasında değişmektedir. KDD değerleri, suda aşınmaya karşı duraylılık davranışı ve nokta yük değerleri birlikte değerlendirildiğinde KDD = 0.8708 değerinde kayacın taşıma dayanımının pratikte sıfır olacağı (0.001 MPa) ve KDD = 0.7428 değerinde kayacın suda dağılmaya karşı duraylılık davranışının tamamen değişip farklı özellikler sergileyeceği, bu durumdaki kayacın ilk halinden %29.246 oranında değişmiş olacağı belirlenmiştir

References

1. ALTINLI, İ.E., 1968. İzmit-Hereke-Kurucadağ alanının jeoloji incelemesi, MTA Dergisi, Sayı 71, s. 1-26, Ankara.
2. ANON., 1979. Classification of rocks and soils for engineering geological mapping. Part I – rock and soil materials. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol. 19, 364–371. ASTM., 1990. Standard test method for slake durability of shales and similar weak rocks (D4644). Annual book of ASTM Standards. 4.08, 863-865.
3. BELL, F.G., ENTWISLE, D.C., CULSHAW, M.G., 1997. A geotechnical-towards establishing relationships between the mineralogical survey of some British Coal Measures mudstones, with and physical properties of coal measures rocks. Int. J. Rock particular emphasis on durability. Eng. Geol. 46, 115–129.
4. BIENIAWSKI, Z.T., 1975. The point load test in geotechnical practice. Engineering Geology, 9, 1- 11.
5. BOZKURTOĞLU, E., 2003. Çanakkale-Tuzla yöresi volkanik kayaçlarında süreksizliklerin ayrışma-alterasyon olaylarına etkisinin araştırılması. PhD Thesis. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü. İstanbul.
6. BOZKURTOĞLU, E., VARDAR, M., and SUNER, F., 2005. Kayaçlarda ayrışma ve alterasyon değişimine sayısal bir yaklaşım. İTÜ dergisi/d Mühendislik, 4-2, 53-66.
7. BOZKURTOĞLU, E., VARDAR, M., SUNER, F., and ZAMBAK, C., 2006. A new numerical approach to weathering and alteration in rock using a pilot area in the Tuzla geothermal area, Turkey. Eng. Geol. 87, 33-47.
8. CHANDRA, R., 1970. Slake durability test for rocks. Unpublished M.S. thesis, Department of Mining, Imperial Collage, England.

9. DHAKAL, G., YONEDA, T., KATO, M., and KANEDO, K., 2001. Slake durability and mineralogical properties of some pyroclastic and sedimentary rocks. Engineering Geology, 65, 31- 45.
10. GAMBLE, J.C., 1971. Durability-Plasticity Classification of Shales other Argillaceous Rocks, Ph. D. Thesis, University of İllinois, USA. GÖRMÜŞ, S., 1982. Yığılca (Bolu NW) Yöresinin Stratigrafisi, H.Ü. Yerbilimleri Fak. Yayınları, Yayın No: 9, 91-110, Ankara.
11. FRANKLIN, J.A., and BROCH, E., 1972. The point load strength test. International Journal of rock mechanics and mining science . 9, 669-97.
12. FRANKLIN, J.A., and CHANDRA, A. 1972. The slake durability test. International Journal of rock mechanics and mining science . 9, 325-41.
13. ISRM., 1979. Commission on Standardization of Laboratory and Field tests, suggested methods for determining water content, porosity, density, absorption and related properties and swelling and slake durability index properties. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 16, 141-156.
14. ISRM., 1981. in : BROWN, E.T. (ed), 1981. Rock Characterization testing and monitoring. ISRM Suggested Methods. Pergamon, Oxford. ISRM., 1985. Suggested method for determining point load strength. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., 22-2, 51-60
15. LEE, S, G., FREITAS, M. H., 1988. Quantitative definition of highly weathered granite using the slake durability test. Technical note, Geotechnique 38-4, 635–640.
16. LUTTON, R. J., 1977. Slaking indexes for design. Design and construction of compacted shale embankments, 3; Report No: FHWA – RD – 77 – 1, US Army Eng. Waternw. Exp. Sta., Vicksburg, Miss.
17. MOOS, A.V., DE QUERVAIN, F., 1948. Technische Gesteinkunde. Verlag Birkhauser, Basel.
18. MORGENSTERN, N.R AND EIGENBROD, K.D. 1974. Classification of argillaceous shales and rocks. Proceedings American Society Civil Engineers, Journal of Geotechnical Engineering Division, 100, 1137-56
19. TAYLOR, R.K., 1988. Coal Measures Mudrocks: composition classification and weathering processes. Quarterly Journal of Engineering Geology, 21, 85-100.,
20. TS 699., 1987. Tabii Yapı Taşları – Muayene ve Deney Metotları, ICS 91.100.01;91.100.15. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
21. ULUSAY, R., ARIKAN, F., YOLERİ, M.F., and ÇAĞLAYAN, D., 1995. Engineering geological characterization of coal mine waste material and an evaluation in the context of back-analysis of spoil pile instabilities in a strip mine, SW Turkey. Engineering Geology, 40, 77-100
22. ÜNAL, E., 1996. Modified rock mass classification: M-RMR System. Milestones in Rock Engineering, The Bieniawski Jubilee Collection. A.A. Balkema, Rotterdam.
23. WOOD, L.E., DEO, P. 1975. A suggested system for classifying shale materials for embankments. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol. 12: 39-55
24. ZHAO, J., BROMS, B, B., ZHOU, Y., and CHOA, V., 1994. A study of the weathering of the Bukit Timah Granite, Part A: Review, Field Observations and Geophysical Survey, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 49.