Determination of changes of physical properties of rocks based on the wetting and drying

Öz

Some physical signatures of rocks such as water content and density are commonly used in the design of rock engineering projects. The physical properties of rocks, which are used in the designs, can vary as a result of diverse climatic conditions (rainfall, drought, etc.). The aim of this study is to investigate the changes of time dependent of porous and massive rocks subjected to wetting and drying in which properties of water content. For this purpose, fossiliferous limestone, massive limestone and volcanic breccia were used in the current study. Laboratory experiments involved the tests for density, apparent porosity and water content of the samples. It is noteworthy that much water is removed from the body of rocks in the early hours in a hot environment (105 °C) based on the results of this study. Similarly, the rocks can nearly become saturated in the first few hours when they exposed to water. Under constant temperature (30 °C), a large amount of water was removed from the rock body at the end of the first day in the samples.

Anahtar Kelimeler

• Density
• water content
• wetting-drying

Kayaçların fiziksel özelliklerinin ıslanma ve kuruma etkisine bağlı değişiminin belirlenmesi

Öz

Kayaçların bazı fiziksel özellikleri (su içeriği, yoğunluk vb.), kaya mühendisliği projelerinin tasarımında sıklıkla kullanılmaktadır. Farklı iklim koşullarında (yağış, kuraklık vb.) yapılan tasarımlarda kullanılan kayaçların fiziksel özellikleri değişebilmektedir. Bu çalışmanın amacı ıslanma ve kurumaya tabi tutulan boşluklu ve masif kayaçların su içeriği özelliklerinin zamana bağlı değişimlerini araştırmaktır. Bu amaca yönelik olarak bu çalışmada fosilli kireçtaşı, masif kireçtaşı ve volkanik breş kayaçları kullanılmıştır. Laboratuvar çalışmaları yoğunluk, görünür porozite ve su içeriği deneylerini içermektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda kayaçların bünyelerindeki suyu, sıcak bir ortamda (105 °C), ilk saatler içinde uzaklaştırdığı görülmüştür. Benzer bir şekilde kayaçlar ilk birkaç saat içinde suya maruz kaldığında neredeyse suya doygun hale gelebilmektedir. Sabit sıcaklık (30 °C) altında ise, örneklerde ilk gün sonunda suyun büyük miktarı kayaç bünyesinden uzaklaşmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Yoğunluk
• su içeriği
• ıslanma-kuruma

Kaynakça

1. Franklin, J.A., Classification of rock according to its mechanical properties, Ph.D., Dissertation, University of London Imperial College, London, U.K, (1970).
2. Karaman, K. ve Bakhytzhan, A., Prediction of concrete strength from rock properties at the preliminary design stage. Geomechanics and Engineering, 23 (2) 115-125, (2020).
3. Emir, E., Kaya mekaniği ders notları, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Maden MühendisliğiBölümü194shttps://maden.ogu.edu.tr/Storage/MadenMuhendisligiBolumu/Uploads/Kaya-ekani%C4%9Fi-Ders-Notlar%C4%B1-2017.pdf, (2014).
4. Zhou, Z., Cai, X., Cao, W., Li, X. ve Xiong, C., Influence of Water Content on Mechanical Properties of Rock in Both Saturation and Drying Processes, Rock Mechanics and Rock Engineering, 49, 3009–3025, (2016).
5. Iverson, R.M., Landslide triggering by rain infiltration, Water Resources Research, 36 (7), 1897–1910, (2000).
6. Bai, H., Ma, D. ve Chen, Z., Mechanical behavior of groundwater seepage in karst collapse pillars, Engineering Geology, 164,101–106, (2013).
7. Yavuz, H., Effect of freeze–thaw and thermal shock weathering on the physical and mechanical properties of an andesite stone, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 70, 187–192, (2011).
8. Yavuz, H., Altindag, R., Sarac, S., Ugur, I. ve Sengun, N., Estimating the index properties of deteriorated carbonate rocks due to freeze–thaw and thermal shock weathering, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43, 767–775, (2006).

9. Sarıcı, D.E. ve Özdemir E., Determination of effects of thermal changes on color and surface roughness at marbles, Bulletin of the Earth Sciences Application and Research Centre of Hacettepe University, 38 (1), 57-70, (2017).
10. Özdemir, E., Termal ısınma-soğuma döngülerine maruz bırakılan mermerlerde soğuma şeklinin fiziksel ve mekanik özellikler üzerindeki etkisinin araştırılması, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11 (4), 1295-1303, (2021).
11. Guler, S., Türkmenoğlu, Z. F. ve Varol, O.O., Thermal shock and freeze-thaw resistance of different types of carbonate rocks, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 137, 104545, (2021).
12. Bozdağ, A., Bayram, A. F., İnce, İ. ve Asan, K., The relationship between weathering and welding degree of pyroclastic rocks in the Kilistra ancient city, Konya (Central Anatolia, Turkey), Journal of African Earth Sciences, 123, 1-9, (2016).
13. Mardoukhi, A., Mardoukhi, Y., Hokka, M. ve Kuokkala, V.T., Effects of test temperature and low temperature thermal cycling on the dynamic tensile strength of granitic rocks, Rock Mechanics and Rock Engineering, 54(1), 443-454, (2021).
14. Ghobadi, M. H. ve Babazadeh, R., Experimental studies on the effects of cyclic freezing-thawing, salt crystallization, and thermal shock on the physical and mechanical characteristics of selected sandstones, Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(3), 1001-1016, (2015).
15. Esenli, V., Kırmataş Hammaddeleri ve Standartları, I. Ulusal Kırmataş Sempozyumu’96 (pp. 1-18), İstanbul, (1996).
16. Yılmaz, A., Saltan, M. ve Akıllı, M., Göller yöresinde işletilen kireçtaşı agregalarının yol inşaatı malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18 (3), 199-207, (2012).
17. Bohloli, B., Effect of the geological parameters on rock blasting using the Hopkinson Split Bar, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34, 32, (1997).
18. Aldaş, G.G., Effect of some rock mass properties on blasting induced ground vibration wave characteristics at Orhaneli surface coal mine, [Doktora Tezi, Ortadoğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü], (2002).
19. Kekeç, B. ve Gökay M. K., Farklı kayaçlar üzerinde oluşturulan yapay titreşim dalga hareketlerinin incelenmesi, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21 67 – 75, (2010).
20. Broch, E., The influence of water on some rock properties, Proceeding of the 3rd Congress of the International Society for Rock Mechanics, pp 33–38, Colorado, (1974)..
21. Hawkins, A.B. ve Mcconnell, B.J., Sensitivity of sandstone strength and deformability to changes in moisture content, Engineering Geology, 25 (2),115–130, (1992).
22. Okay, A.I. ve Şahintürk, O., Geology of the eastern Pontides. AAPG memoirs 68: regional and petroleum geology of the Black Sea and surrounding region, American Association of Petroleum Geologists, 291-311 Tulsa, Oklahoma, U.S.A., (1997).
23. Parlak, O., Çolakoğlu, A., Dönmez, C., Sayak, H., Türkel, A., Yıldırım, N. ve Odabaşı, I., Geochemistry and tectonic significance of ophiolites along the İzmir-Ankara-Erzincan suture zone in northeastern Anatolia, Geological Society, London, Special Publications, 372(1), 75-105, (2013).
24. ISRM, The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974–2006. In: Ulusay, Hudson (Eds.), suggested methods Prepared by the Commission on Testing Methods, International Society for Rock Mechanics. ISRM Turkish National Group, (pp. 628). Ankara, Turkey, (2007).
25. ANON., Classification of rocks and soils for engineering geological mapping. Part I–rock and soil materials, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 19, 364–371, (1979).
26. Ünal, M. ve Beyaz, T., Hasankeyf kireçtaşlarının suda dağılmaya ve tuz kristalleşmesine karşı direncinin araştırılması, Engineering Sciences (NWSAENS),14(2):55-62, (2019).
27. Erçıkdı B., Karaman K. Cihangir F, Yılmaz T., Aliyazıcıoglu Ş. ve Kesimal A., Core size effect on the dry and saturated ultrasonic pulse velocity of limestone samples, Ultrasonics, 72, 143-149, (2016).
28. Vasarhelyi, B. ve Van, P., Influence of water content on the strength of rock, Engineering Geology, 84 (s 1–2),70–74, (2006).
29. Karaman, K., Kaya Şev Duraylılığının Farklı Yöntemlerle Değerlendirilmesi (Ünye, Ordu), Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 37 (1), 27–47, (2013).