UCS står for Uniaxial Compressive Strength og testen forteller oss om mekaniske egenskaper hos en bergart. Under selve testen plasseres en sylinderformet prøve mellom to plater. Deretter blir den utsatt for gradvis økende kompresjon i én akseretning til et brudd oppstår. Ved gjennomføring av testen blir både kraften bergarten utsettes for og deformasjonen målt ved hjelp av sensorer.
Før vi gikk ned i laben fikk vi kort en gjennomgang av hvordan en UCS-test blir gjennomført og hvordan dette er relevant for strukturgeologi. Dagens test skulle utføres på en sandstein og en mikrosyenitt. Vi fikk spørsmål om hvilken bergart vi trodde var sterkest, og fikk dermed undersøke prøvene på forhånd.
Disse prøvene var allerede forberedt og formet som sylindere, og før vi begynte trengte vi kun å gjøre noen enkle målinger av lengden og diameteren. Under testen kunne vi følge med på en skjerm, som kontinuerlig viste oss forholdet mellom spenning og deformasjon som bergarten ble utsatt for. Når bergarten begynte å nærme seg brudd, kunne man se en nedgang i stigningen til kurven. Plutselig sa det PANG og kurven stupte. Da var det godt vi var utstyrt med vernebriller og ørepropper! Resultatet var et brudd som gikk vertikalt gjennom den sylinderformede prøven.
Resultatet var ikke helt som forventet. Vi forventet at mikrosyenitten skulle være sterkere enn 115 MPa og at bruddet som oppstod skulle være et skjærbrudd. Bruddet vi fikk lå nærmere et tensile brudd, noe som kan komme av små svakheter i prøven. Sandsteinen fikk et tensile brudd, men også her forventet vi et skjærbrudd.
Fra kurvene kan vi se hvor mye spenning som må til før de ulike bergartene får et brudd. Her ser man at mikrosyenitten opplever omtrent sju ganger så mye spenning som sandsteinen før den får et brudd. I området hvor kurven er lineær er bergarten elastisk, fram til yield point. Her går den fra å være elastisk til plastisk. Da vil ikke bergarten lenger gjenopprette sin originale form og volum, når spenningen blir tatt bort. Kurvens toppunkt viser bergartens maksimale skjærstyrke.
Young´s modulus (deformasjonsmodulus E) forteller oss hvor lett en bergart deformeres, basert på forholdet mellom spenningen og deformasjonen. I plottene ovenfor vises forholdet mellom deformasjonsmodulus E og deformasjon.
Tiden vår hos NGI blir brukt til å jobbe med forskningsprosjektet SHARP Storage. Prosjektet har som mål å forbedre sikker lagring av CO2 under bakken. Dette blir gjort ved hjelp av seismiske observasjoner, modellering av spenning i undergrunnen og bergmekanisk svikt (SHARP Storage, 2021).
Hva har dette med UCS testen å gjøre? Jo, ved hjelp av testen kan vi finne spenning, deformasjon, styrke og Young’s modulus. Dette kan vi bruke til å finne ut noe om bergartens materialegenskaper. Spenningen som bygges opp ved injisering av CO2 kan deformere omkringliggende bergarter, og en UCS-test kan være med på å avdekke størrelsen på spenningen som vil føre til bergmekanisk svikt. Dette er nyttig for å evaluere bergartens evne til CO2-lagring, med tanke på dannelse av sprekker og reaktivering av gamle forkastninger ved økt poretrykk.
Etter labbesøket gikk turen opp igjen, og i tilfelle ikke alle ble overbevist om å søke om arbeidspraksis hos NGI, avsluttet vi dagen med rosinboller og kaffe. Takk til Magnus Soldal som ledet omvisningen og Elin Skurtveit for et bra opplegg.
Kilder:
SHARP Storage. (2021). SHARP Storage - Stress history and reservoir pressure for improved quantification of CO2 storage containment risks. sharp-storage-act.eu https://sharp-storage-act.eu/
