RO138309A1

RO138309A1 - Dispozitiv şi procedeu de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale

Info

Publication number: RO138309A1
Application number: ROA202300013A
Authority: RO
Inventors: Sorinel Popescu; Cristian Mic; Sorin Mihai Radu; Ciprian Gheorghe Danciu; Stela Dinescu; Florin Vîlceanu
Original assignee: Universitatea Din Petroşani
Priority date: 2023-01-17
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2024-07-30

Abstract

Invenţia se referă la un dispozitiv şi procedeu de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, pe probe de tip cilindru cu pereţi groşi. Dispozitivul, conform invenţiei, este compus dintr-o cameră (1) de presurizare exterioară fixă, construită dintr-o carcasă (2) de oţel, o membrană (3) de cauciuc, fixată de carcasă (2) prin nişte şaibe (4) şi o tijă (5), conectată printr-un orificiu (6) la o sursă (7) de presiune, o cameră (8) de presurizare interioară mobilă, construită dintr-o membrană (9) de cauciuc, fixată cu nişte şaibe (10 şi 11) de o tijă (12), conectată printr-un orificiu (13) la o sursă (14) de presiune. Procedeul, de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, conform invenţiei, constă în pregătirea probei prin montarea unor timbre (17 şi 18) tensiometrice şi conectarea acestora la un sistem de achiziţii de date, supunerea probei de rocă la solicitări de compresiune triaxiale, în cicluri de presurizare-depresurizare, crescând presiunea într-o cameră (8) interioară, cu 20% mai mult la fiecare ciclu, urmată de o depresurizare până la 80% din presiunea de pornire.

Description

DISPOZITIV ȘI PROCEDEU DE TESTARE ÎN LABORATOR A ROCILOR

SUPUSE LA TENSIUNI TRIAXIALE

Invenția se referă la un dispozitiv și procedeu de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, pe probe de tip cilindru cu pereți groși.

Se cunosc dispozitive de testare în laborator a tensiunilor monoaxiale și triaxiale cu solicitare axial verticală pe probe cubice sau cilindrice, care au dezavantajul că nu asigură simularea condițiilor de presiune a unor excavații subterane (caverne), rezultatele acestor măsurători fiind, în consecință, neconforme cu realitatea, necesitând o serie întreagă de ajustări. Acest dezavantaj major, face ca aceste dispozitive să devină nerecomandabile pentru testarea rocilor în condiții de presiune ale unei caverne subterane.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția, este testarea în condiții de presiune similare unor excavații subterane (caverne) eliminând dezavantajul de mai sus.

Dispozitivul de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, conform invenției, rezolvă problema tehnică prin aceea că folosește probe cilindrice cu pereți groși, solicitarea este laterală, atît interioară cât și din exterioară, și asigură testarea rocilor în condiții de presurizare similare cu cele ale excavațiilor subterane (caverne), utilizate pentru stocarea diferitelor gaze sub presiune (aer comprimat, dioxid de carbon, hidrogen, metan, etc).

Dispozitivul prezintă următoarele avantaje :

- asigură testarea rocilor în condiții de presurizare similare cu cele ale excavațiilor subterane (caverne), utilizate pentru stocarea diferitelor gaze sub presiune (aer comprimat, dioxid de carbon, hidrogen, metan, etc);

- folosește probe cilindrice cu pereți groși, ce simulează cevemele subterane în condițiile de lucru ale depozitelor de stocare a gazelor sub presiune ;

- solicitarea este laterală, atât din exterior cât și din interior;

- permite să se obțină date suficiente pentru determinarea rezistenței la oboseală a rocii testate (Curba de oboseală Wohler [1]);

- rezultatele pot să fie folosite în procesul de proiectare al construcțiilor subterane (caverne), utilizate pentru stocarea diferitelor gaze sub presiune (aer comprimat, dioxid de carbon, hidrogen, metan, etc).

- este simplu de realizat;

- cost de producție scăzut;

- este fiabil, generând costuri mici în exploatare ;

RO 138309 Α1

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătura cu figura 1, și figura 2 care reprezintă:

Fig.l Secțiune prin dispozitivul de testare și proba de tip cilindu cu pereții groși,

Fig.2 Schema de principiu a dispozitvului.

Dispozitivul de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, conform invenției, este compus dintr-o cameră de presurizare exterioară (1) fixă, construită dintr-o carcasă (2) de oțel, o membrană (3) de cauciuc, fixată de carcasă prin șaibele (4) și tija (5), conectată prin orificiul (6) la sursa de presiune (7), o cameră de presurizare interioară mobilă (8), construită din membrana (9) de cauciuc, fixată cu șaibele (10) și (11) de tija (12), conectată prin orificiul (13) la sursa de presiune (14), un manometru (15), pentru măsurarea presiunii în camera de presurizare exterioară (1), un manometru (16), pentru măsurarea presiunii în camera de presurizare interioară mobilă (8), timbre tensometrice (17 și (18), pentru măsurarea forțelor la care este supusă proba (19), conectate prin intermediul cablurilor flexibile (20) la sistemul de achiziții date (21), robinetele (22) și (23) pentru controlul presiunii în camerele de presurizare exterioară (1), respectiv interioară (8), robinetul (24) pentru depresurizarea camerei interioare (8), în timpul testului.

Procedeul de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, confom invenției, constă în : pregătirea probei (19), testarea propriu-zisă și măsurarea deformațiilor prin sistemului de achiziții de date (21).

Pregătirea probei se face prin montarea (lipirea cu un adeziv special [2]) a timbrelor tensiometrice (17) și (18) pe proba de testare (19), după care se fixează proba în camera de presurizare exterioară (1), apoi, se introduce camera de presurizare interioară (7) în cilindrul interior al probei și face conectarea timbrelor la sistemul de achiziții de date (21).

Măsurarea presiunii în cele două camere se face cu manometrele (15) și (16) câte unul pentru fiecare camera, respectiv manometrul (15) pentru camera de presurizare exterioară (1) conectată prin tija (5) la sursa de presiune (7), și manometrul (16) pentru camera de presurizare interioară (8) conectată prin tija (12) la sursa de presiune (14).

Măsurarea deformațiilor se face prin conectarea timbrelor tensiometrice (17) și (18) cu cablurile flexibile (20), la un sistem de achiziții de date (21), în vederea înregistrării și prelucrării computerizate [3].

Procedeul de testare prevede ca testul să se facă în două etape, după cum urmează: în prima etapă, se stabilește presiunea de pornire ca diferența de presiune între cele două camere, ΔΡ= P_ext- Pint, unde P_ext-presiunea în camera exterioară, Pint- presiunea în camera interioară (ex. ΔΡ = lOMPa = 20MPa - lOMPa). Pentru obținerea diferenței-de presiune, se

RO 138309 Α1 deschid robinetele (22) și (23), până la citirea pe manometrele (15) și (16) a presiunilor prestabilite (ex.20MPa în camera exterioară (1), respectiv, 10 MPa în camera interioară (8).

Etapa a doua, sau, testarea propiu-zisă se face prin supunerea probei de rocă la solicitări de compresiune triaxiale, în cicluri de presurizare-depresurizare, crescând presiunea în camera interioară (8), cu 20% mai mult la fiecare ciclu, urmată de o depresurizare până la 80% din presiunea de pornire. Un ciclu de presurizare al camerei interioare (8), se începe prin deschiderea robinetului (23) până la atingerea presiunii cu 20% mai mult decât cea precedentă, meținerea acesteea timp de 20 secunde, după care se face depresurizarea camerei prin închiderea robinetului (23) și deschiderea robinetului (24) până la presiunea minimă de 80% din presiunea de pornire.

Se prezintă în continuare un exemplu de testare conform invenției:

Etapa l-a- se stabilește diferența de presiune între cele două camere, ΔΡ= P_ext - Pint = lOMPaprin deschiderea robinetelor (22) și (23) până la obținerea presiunii de 20 MPa în camera exterioară (1), respectiv 10 MPa în camera interioară (8), după care se închid cele doua robinete și se consemnează citirile pe cele două manometre (15) și (16);

Etapa a-II- primul ciclu de presurizare-depresurizare, începe prin deschiderea robinetului (23) până la citirea pe manometrul (16) a presiunii de 12MPa în camera interioară (8), meținerea acesteea timp de 20 secunde, după care se face depresurizarea prin închiderea robinetului (23) și deschiderea robinetului (24) până la citirea presiunii de 8MPa în camera interioară (8);

- următorul ciclu, reia procedeul prin mărirea presiunii în camera interioară până la 14MPa, meținerea acesteea timp de 20 secunde, după care se face depresurizarea până la 8MPa;

- se continuă în cicluri, mărind presiunea în camera interioară cu câte 2 MPa la fiecare ciclu, până la distrugerea totală a probei.

RO 138309 Α1

Bibliografie

[1] Vilceanu, F. (2018). Studiul duratei de viață pentru utilajele de extragere și depunere în depozite, utilizate în carierele din bazinul Olteniei,. Petroșani: Teza de doctorat, Universitatea din Petroșani, 2018.

[2] KYOWA. (fără an). Method of Obtaining Magnitude and Direction of Principal Stress (Rosette Analysis). https://www.kyowa- ei.com/eng/technical/notes/technical note/ rosette analysis.html.

[3] TRIPA, P. (2010). Metode experimentale pentru determinarea deformațiilor și tensiunilor mecanice, Timișoara: Editura MIRTON Timișoara, 2010

Claims

1. Dispozitiv de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, caracterizat prin aceea că este compus dintr-o cameră de presurizare exterioară (1) fixă, construită dintro carcasă (2) de oțel, o membrană (3) de cauciuc, fixată de carcasă prin șaibele (4) și tija (5), conectată prin orificiul (6) la sursa de presiune (7), o cameră de presurizare interioară mobilă (8), construită din membrana (9) de cauciuc, fixată cu șaibele (10) și (11) de tija (12), conectată prin orificiul (13) la sursa de presiune (14), un manometru (15), pentru măsurarea presiunii în camera de presurizare exterioară (1), un manometru (16), pentru măsurarea presiunii în camera de presurizare interioară mobilă (8), timbre tensometrice (17) și (18), pentru măsurarea forțelor la care este supusă proba (19), conectate prin intermediul cablurilor flexibile (20) la sistemul de achiziții date (21), robinetele (22) și (23) pentru controlul presiunii în camerele de presurizare exterioară (1), respectiv interioară (8), robinetul (24) pentru depresurizarea camerei interioare (8), în timpul testului.

2. Procedeu de testare în laborator a rocilor supuse la tensiuni triaxiale, pe probe de tip cilindru cu pereți groși, caracterizat prin aceea că testarea se face în mai multe cicluri, până la distrugerea totală a probei, parcurgându-se următoarele etape :

în prima etapă, se stabilește diferența de presiune între cele două camere, ΔΡ= P_ext- Pint = lOMPa prin deschiderea robinetelor (22) și (23) până la obținerea presiunii de 20 MPa în camera exterioară (1), respectiv 10 MPa în camera interioară (8), după care se închid cele doua robinete și se consemnează citirile pe cele două manometre (15) și (16);

în a doua etapă, care reprezintă testarea propriu-zisă, în cicluri de testare până la distrugerea totală a probei:

- primul ciclu de presurizare-depresurizare, începe prin deschiderea robinetului (23) până la citirea pe manometrul (16) a presiunii de 12MPa în camera interioară (8), meținerea acesteea timp de 20 secunde, după care se face depresurizarea prin închiderea robinetului (23) și deschiderea robinetului (24) până la citirea presiunii de 8MPa în camera interioară (8);

- următorul ciclu, se reia procedeul prin mărirea presiunii în camera interioară până la 14MPa, meținerea acesteea timp de 20 secunde, după care se face depresurizarea până la 8MPa;