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Martillo-Schmidt-Esclerómetro

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Materia

Fisica I

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Año académico: 2022/2023

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MARTILLO SCHMIDT (ESCLER”METRO)

Se presentan en este documento las caracterÌsticas, principio de funcionamiento y procedimiento de utilizaciÛn del Martillo Schmidt (esclerÛmetro) seg ̇n la norma ASTM D5873‐ 05 y las recomendaciones de la ISRM (1978c) y su versiÛn revisada (Aydin, 2009), para estimar en el campo o en laboratorio la resistencia a compresiÛn simple de la roca ensayada a partir de la medida del rebote proporcionada por el martillo.

1. INTRODUCCI”N

Ideado en un principio para estimar la resistencia a compresiÛn simple del concreto, el martillo de Schmidt se ha modificado convenientemente dando lugar a varios modelos, alguno de los cuales resulta apropiado para estimar la resistencia a compresiÛn simple de la roca (RCS).

Su uso es muy frecuente dada la manejabilidad del aparato, pudiendo aplicarse sobre roca matriz y sobre las discontinuidades (resistencia de los labios).

EL ensayo consiste en medir la resistencia al rebote de la superficie de la roca ensayada.

La medida del rebote se correlaciona con la resistencia a compresiÛn simple mediante un gr·fico debido a Miller (1965) que contempla la densidad de la roca y la orientaciÛn del martillo respecto del plano ensayado.

2. TIPOS DE MARTILLO

En la pr·ctica com ̇n se utilizan dos tipos de martillo, el tipo L con una energÌa de impacto de 0 N y el tipo N con una energÌa de impacto de 2 N. Los rebotes medidos con estos martillos se denotan con los sÌmbolos RL y RN, respectivamente.

Ambos martillos proporcionan buenos resultados para valores de compresiÛn simple de la roca o la discontinuidad ensayada dentro del rango 20 ‐ 150 MPa.

Previamente al aÒo 2009, ISRM recomendaba ̇nicamente el martillo de tipo L; ahora los dos est·n permitidos (Aydin 2009). El martillo tipo N se usaba mayoritariamente para concreto. Sin embargo es menos sensible a las irregularidades de la superficie ensayada y serÌa por tanto preferible para la realizaciÛn de ensayos de campo. La norma ASTM no especifica el tipo de martillo.

Ayday y Gˆktan (1992) obtuvieron, de acuerdo al procedimiento de toma de datos sugerida por la recomendaciÛn ISRM (1978c), la siguiente correlaciÛn empÌrica entre los n ̇meros de rebotes de ambos martillos:

RN = 7 + 1 RL (r 2 = 0)

siendo RN y RL el n ̇mero de rebotes proporcionado por un martillo tipo N y L, respectivamente; y r 2 , el coeficiente de determinaciÛn lineal.

3. DESCRIPCI”N Y PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO

El martillo de Schmidt (Fig. 1) es un dispositivo mec·nico usado para realizar ensayos no destructivos en materiales como el concreto o roca.

Fig. 1. SecciÛn longitudinal a travÈs del martillo mostrando sus componentes

Fig. 2. Principio de funcionamiento del martillo

Consiste b·sicamente en un v·stago que lleva conectado un muelle. Se coloca el v·stago sobre la roca y se introduce en el martillo empuj·ndolo contra la roca, lo que da lugar a que se almacene energÌa en el muelle que se libera autom·ticamente cuando esa energÌa el·stica alcanza un cierto nivel y lanza una masa contra el v·stago. La altura que alcanza esta masa al rebotar, que se mide en una escala graduada de 0 a 100, es directamente proporcional a la dureza y por tanto a la resistencia a compresiÛn simple de la superficie de la roca (Fig. 2).

4. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA

El martillo ̇nicamente se debe usar en las superficies de los materiales a ensayar y en el yunque de prueba.

En el caso de ensayos in situ, el desarrollo del ensayo consiste en una preparaciÛn de las zonas elegidas, eliminando la p·tina de roca meteorizada. Para alisar la superficie de ensayo se utiliza una piedra de amolar (Fig. 3).

Fig. 3. PreparaciÛn de la superficie de ensayo

Para la ejecuciÛn del ensayo, se realizan los siguientes pasos:

 Posicionar el martillo perpendicularmente a la superficie de la roca ensayada.  Disparar el v·stago o punzÛn de impacto [1] empujando el martillo hacia la superficie de ensayo hasta que el botÛn [6] salte hacia fuera (Fig. 4).  Pulsar el botÛn para bloquear el v·stago de impacto despuÈs de cada impacto.  A continuaciÛn, leer y anotar el valor de rebote indicado por el puntero [4] en la escala [19].

Fig. 4. EjecuciÛn del ensayo

Para la realizaciÛn de ensayos sobre testigos de roca obtenidas en la perforaciÛn de sondeos se utiliza una base especial de acero (Fig. 5), de 20 kg de peso para los ensayos con martillo tipo L, sobre la que se apoya la probeta de roca cilÌndrica de di·metro mÌnimo 54 mm (NX) y longitud superior a 100 mm (ISRM). Para los ensayos con martillo tipo N, ISRM sugiere un di·metro igual o superior a 84 mm (T2) y que la base tenga un peso de 40 kg.

Para calibrar el martillo se utiliza un yunque de prueba. Se recomienda realizar esta prueba de funcionamiento cada vez que se utilice el dispositivo. Si no se dispone del yunque de prueba se recomienda enviarlo al fabricante para su chequeo despuÈs de realizar 1000 impactos o cada 3 meses.

Fig. 5. Soporte para testigos de roca

Para la ejecuciÛn de la prueba de funcionamiento se deben realizar los siguientes pasos:

 Colocar el yunque de prueba (Fig. 6) en una superficie dura y lisa.  Limpiar las superficies de contacto del yunque y del v·stago de impacto.  Ejecutar 10 impactos con el martillo y comprobar los resultados compar·ndolos con el valor de calibraciÛn especificado en el yunque de prueba.

Fig. 6. Yunque de prueba

El factor de correcciÛn (FC) se debe aplicar a todas las lecturas obtenidas en los ensayos y se calcula como:

De esta manera se tiene en cuenta la pÈrdida de rigidez del muelle del martillo con el paso del tiempo.

En general, el valor de JCS que se obtenga para una determinada discontinuidad deber· ser inferior a la resistencia a compresiÛn simple de la roca sana, de forma que en general se podr· estimar JCS como la resistencia a compresiÛn simple del material sano dividida entre una constante que se aproximar· a 2 para rocas densas, a 5 para rocas intermedias y que llegar· a 10 para el caso de rocas porosas.

5. EJEMPLO DE MEDIDAS Y AN¡LISIS DE RESULTADOS

Se pretende estimar en campo la resistencia a compresiÛn simple de la roca de un talud vertical con un martillo tipo L, aplic·ndolo en posiciÛn horizontal (0∞) sobre la superficie de la roca. El material es una caliza de peso especÌfico 26 kN/m 3.

Previo a la ejecuciÛn de la secuencia de ensayos se realiza la prueba de funcionamiento del martillo mediante el yunque de prueba para determinar el factor de correcciÛn utilizando la fÛrmula descrita en el apartado anterior. Si las lecturas del aparato son m·s bajas que el valor de calibraciÛn del yunque, el factor de correcciÛn ser· mayor que 1. Por el contrario, si los valores son m·s altos que el valor de referencia del yunque, el factor ser· menor que 1. La correcciÛn de los datos se realiza multiplicando el valor de cada una de las lecturas obtenidas por el coeficiente de correcciÛn.

En la tabla siguiente (Fig. 10) se muestran las medidas del rebote obtenidas al ensayar la superficie de la roca caliza ensayada.

Fig. 10. Ejemplo de medidas del rebote con martillo Schmidt tipo L

El factor de correcciÛn del martillo empleado se determinÛ con el yunque de prueba, proporcionando un valor de 1. Los valores corregidos de la tercera columna de la tabla se han obtenido multiplicando las medidas obtenidas en campo por el factor de correcciÛn.

En la cuarta columna se presentan ordenadas de menor a mayor las lecturas corregidas. El promedio de las 10 medidas con valores m·s altos (= 50) es el valor del rebote (RL) de acuerdo a lo sugerido por la ISRM (1978c).

La versiÛn revisada sugiere presentar todas las medidas mediante un histograma de frecuencias (Fig. 11).

El promedio de las 20 medidas es 47. Las dos medidas que difieren en m·s de 7 del valor promedio se descartan (sombreadas en amarillo), calculando el valor promedio de las restantes medidas (= 46). Este es el valor RL sugerido por la ASTM.

Fig. 11. Histograma de las medidas obtenidas

Con los valores medios obtenidos seg ̇n ISRM y ASTM y conociendo la densidad de la roca (26 kN/m 3 ) y la orientaciÛn del martillo (horizontal) se entra en el gr·fico de correlaciÛn de Miller, obteniÈndose unos valores estimativos de la resistencia a compresiÛn simple (RCS) para el material ensayado.

Para RL = 50 (ISRM) se obtiene un valor RCS de 142 MPa, para RL = 47 (ISRM revisada) RCS = 122 MPa y para RL = 46 (ASTM) se obtiene una RCS de 116 MPa.

6. REFERENCIAS

ASTM D5873‐05. Standard test method for determination of rock hardness by rebound hammer method.

Aydin, A. ISRM Suggested method for determination of the Schmidt hammer rebound hardness: Revised versiÛn. Int J Rock Mech Mining Sci (2009).

ISRM. Part 3. Suggested method for determination of the Schmidt rebound hardness. In ISRM suggested Methods (1981).

ITGE. Manual de IngenierÌa de Taludes (1987).

PROCEQ SA. Operating Instructions Schmidt Hammers.

RamÌrez, P. y Alejano, L. Mec·nica de Rocas: Fundamentos e IngenierÌa de Taludes (2008).

Zhang, L. Engineering Properties of Rocks. Elsevier (2005).

Sivakugan, N., Arulrajah, A. and Bo, M. W. Laboratory Testing of Soils, Rocks and Aggregates. J. Ross (2011).

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Martillo-Schmidt-Esclerómetro

Materia: Fisica I

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MARTILLOSCHMIDT(ESCLERÓMETRO)
Sepresentanenestedocumentolascaracterísticas,principiodefuncionamientoyprocedimientodeutilizacióndel
MartilloSchmidt(esclerómetro)segúnlanormaASTMD5873‐05ylasrecomendacionesdelaISRM(1978c)ysu
versiónrevisada(Aydin,2009),paraestimarenelcampooenlaboratoriolaresistenciaacompresiónsimpledela
rocaensayadaapartirdelamedidadelreboteproporcionadaporelmartillo.
1. INTRODUCCIÓN
Ideadoenunprincipioparaestimarlaresistenciaa
compresiónsimpledelconcreto,elmartillodeSchmidtse
hamodificadoconvenientementedandolugaravarios
modelos,algunodeloscualesresultaapropiadopara
estimarlaresistenciaacompresiónsimpledelaroca(RCS).
Suusoesmuyfrecuentedadalamanejabilidaddel
aparato,pudiendoaplicarsesobrerocamatrizysobrelas
discontinuidades(resistenciadeloslabios).
ELensayoconsisteenmedirlaresistenciaalrebote
delasuperficiedelarocaensayada.
Lamedidadelrebotesecorrelacionaconla
resistenciaacompresiónsimplemedianteungráfico
debidoaMiller(1965)quecontemplaladensidaddela
rocaylaorientacióndelmartillorespectodelplano
ensayado.
2. TIPOSDEMARTILLO
Enlaprácticacomúnseutilizandostiposde
martillo,eltipoLconunaenergíadeimpactode0.735N.m
yeltipoNconunaenergíadeimpactode2.207N.m.Los
rebotesmedidosconestosmartillossedenotanconlos
símbolosR
LyRN,respectivamente.
Ambosmartillosproporcionanbuenosresultados
paravaloresdecompresiónsimpledelarocaola
discontinuidadensayadadentrodelrango20‐150MPa.
Previamentealaño2009,ISRMrecomendaba
únicamenteelmartillodetipoL;ahoralosdosestán
permitidos(Aydin2009).ElmartillotipoNseusaba
mayoritariamenteparaconcreto.Sinembargoesmenos
sensiblealasirregularidadesdelasuperficieensayaday
seríaportantopreferibleparalarealizacióndeensayosde
campo.LanormaASTMnoespecificaeltipodemartillo.
AydayyGöktan(1992)obtuvieron,deacuerdoal
procedimientodetomadedatossugeridaporla
recomendaciónISRM(1978c),lasiguientecorrelación
empíricaentrelosnúmerosderebotesdeambosmartillos:
RN=7.124+1.249RL(r2=0.882)
siendoRNyRLelnúmeroderebotesproporcionadoporun
martillotipoNyL,respectivamente;yr2,elcoeficientede
determinaciónlineal.
3. DESCRIPCIÓN YPRINCIPIODE
FUNCIONAMIENTO
ElmartillodeSchmidt(Fig.1)esundispositivo
mecánicousadopararealizarensayosnodestructivosen
materialescomoelconcretooroca.
Fig.1.Secciónlongitudinalatravésdelmartillomostrando
suscomponentes
Fig.2.Principiodefuncionamientodelmartillo

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