암석시험 : 인장강도(Tensile Strength) 시험

인장강도는 암석과 같은 취성재료에 있어 파괴에 가장 큰 영향을 미치는 주요한 요소이다. 암석의 인장시험에는 직접인장시험과 간접인장시험이 있다. 직접인장시험은 그림 ##에서와 같이 원통형 또는 각주형(prismatic) 시험편에 인장하중을 가하여 파괴될 때의 응력상태를 측정하는 것으로 단면적 A의 시험편이 일정한 인장하중 Pt 로 파괴되었을 때 인장강도 St 는 다음과 같이 정의된다.

이 시험에서 주의하여야 할 점은 우선 시험편의 축방향에 평행한 인장응력이 시험편의 양단에 균질하게 작용하여야 하고, 시험편을 고정하는 방법에 의한 시편내의 수평방향의 응력의 발생이 없어야 한다는 점이다. 이러한 grip의 영향을 최소화하기 위해 금속의 경우 중앙부의 직경을 양단보다 작게 제작하는 방법이 사용되나 암석의 경우 이러한 시료의 제작이 어려워 시편을 고정시키는 다른 방법이 개발되어 사용되고 있다(그림 ## 참조).

대부분의 암석은 균열을 포함한 연약면을 가지며 파괴는 이러한 면을 중심으로 일어나므로 일련의 시료간에 상대적인 편차를 나타내게 된다. 또한 시험편의 길이가 길어짐에 따라 연약면을 포함할 가능성이 커지므로 평균적으로 인장강도가 감소하는 경향을 나타낸다. 그림 ##에 제시된 방법을 이용한 시험에서 코어의 직경이 9/8 in.～17/8 in.이고 길이가 4 in., 재하속도 500 psi/min인 경우가 적절한 것으로 나타났다.

간접인장시험에서 시험기의 재하판(loading plate) 사이에 수평으로 놓인 직경 D, 길이 L인 원통형의 시편에 상하방향에서 선형의 압축력(F)을 가할 때(그림 ## 참조) 발생되는 면 ABCD를 가로지르는 균질한 인장응력 및 강도는 다음과 같다.

Flexural Strength Test (또는 굴곡시험, Modulus of Rupture)는 원통형의 암석 시험편에 3점에서 파괴가 일어날 때 까지 1.4MPa/min의 재하속도로 가압하여 휨인장강도(flexural tensile strength)를 얻어낸다(그림 ## 참조). 양단이 지지된 시험편의 중앙부에 집중 하중을 가하면 가압 부분에서는 압축응력이 발생하지만 동일 선상의 끝 부분에서는 인장 응력이 발생한다. 암석은 압축강도에 비해 인장강도가 극히 작으므로 휨 모멘트에 의해 굴곡되면 인장응력이 발생하여 쉽게 파단된다. 이때 최대 인장응력으로 암석의 인장강도를 구할 수 있다.

 

 

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