El Martillo de Schmidt 2
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MARTILLO SCHMIDT (ESCLERÓMETRO) Antonio Lozano GEOENGINEERING SERVICES & CONSULTING E.I.R.L. Se presentan en este documento las características, principio de funcionamiento y procedimiento de utilización del Martillo Schmidt (esclerómetro) según la norma ASTM D5873‐05 y las recomendaciones de la ISRM (1978c) y su versión revisada (Aydin, 2009), para estimar en el campo o en laboratorio la resistencia a compresión simple de la roca ensayada a partir de la medida del rebote proporcionada por el martillo. 1. INTRODUCCIÓN Ideado en un principio para estimar la resistencia a compresión 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 compresión 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 compresión simple mediante un gráfico debido a Miller (1965) que contempla la densidad de la roca y la orientación del martillo respecto del plano ensayado. 2. TIPOS DE MARTILLO En la práctica común se utilizan dos tipos de martillo, el tipo L con una energía de impacto de 0.735 N.m y el tipo N con una energía de impacto de 2.207 N.m. Los rebotes medidos con estos martillos se denotan con los símbolos R L y R N , respectivamente. Ambos martillos proporcionan buenos resultados para valores de compresión simple de la roca o la discontinuidad ensayada dentro del rango 20‐150 MPa. Previamente al año 2009, ISRM recomendaba únicamente el martillo de tipo L; ahora los dos están 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 sería por tanto preferible para la realización de ensayos de campo. La norma ASTM no especifica el tipo de martillo. Ayday y Göktan (1992) obtuvieron, de acuerdo al procedimiento de toma de datos sugerida por la recomendación ISRM (1978c), la siguiente correlación empírica entre los números de rebotes de ambos martillos: R N = 7.124 + 1.249 R L (r 2 = 0.882) siendo R N y R L el número de rebotes proporcionado por un martillo tipo N y L, respectivamente; y r 2 , el coeficiente de determinación lineal. 3. DESCRIPCIÓN Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El martillo de Schmidt (Fig. 1) es un dispositivo mecánico usado para realizar ensayos no destructivos en materiales como el concreto o roca. Fig. 1. Sección longitudinal a través del martillo mostrando sus componentes Fig. 2. Principio de funcionamiento del martillo
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MARTILLOSCHMIDT(ESCLERMETRO)AntonioLozano
GEOENGINEERINGSERVICES&CONSULTINGE.I.R.L.
Sepresentanenestedocumentolascaractersticas,principiodefuncionamientoyprocedimientodeutilizacindelMartilloSchmidt(esclermetro)segnlanormaASTMD587305ylasrecomendacionesdelaISRM(1978c)ysuversinrevisada(Aydin,2009),paraestimarenelcampooenlaboratoriolaresistenciaacompresinsimpledela
rocaensayadaapartirdelamedidadelreboteproporcionadaporelmartillo.
1. INTRODUCCINIdeadoenunprincipioparaestimarlaresistenciaa
compresin simpledelconcreto,elmartillodeSchmidtseha modificado convenientemente dando lugar a variosmodelos, alguno de los cuales resulta apropiado paraestimarlaresistenciaacompresinsimpledelaroca(RCS).
Suusoesmuyfrecuentedadalamanejabilidaddelaparato,pudiendoaplicarsesobre rocamatrizy sobre lasdiscontinuidades(resistenciadeloslabios).
ELensayoconsisteenmedirlaresistenciaalrebotedelasuperficiedelarocaensayada.
La medida del rebote se correlaciona con laresistencia a compresin simple mediante un grficodebido a Miller (1965) que contempla la densidad de laroca y la orientacin del martillo respecto del planoensayado.
2. TIPOSDEMARTILLOEn la prctica comn se utilizan dos tipos de
martillo,eltipoLconunaenergadeimpactode0.735N.myel tipoNconunaenergade impactode2.207N.m.Losrebotes medidos con estos martillos se denotan con lossmbolosRLyRN,respectivamente.
Ambos martillos proporcionan buenos resultadospara valores de compresin simple de la roca o ladiscontinuidadensayadadentrodelrango20150MPa.
Previamente al ao 2009, ISRM recomendabanicamente el martillo de tipo L; ahora los dos estnpermitidos (Aydin 2009). El martillo tipo N se usabamayoritariamente para concreto. Sin embargo es menossensible a las irregularidades de la superficie ensayada yseraportantopreferiblepara larealizacindeensayosdecampo.LanormaASTMnoespecificaeltipodemartillo.
AydayyGktan (1992)obtuvieron,deacuerdoalprocedimiento de toma de datos sugerida por larecomendacin ISRM (1978c), la siguiente correlacinempricaentrelosnmerosderebotesdeambosmartillos:RN=7.124+1.249RL(r2=0.882)siendoRNyRLelnmeroderebotesproporcionadoporunmartillotipoNyL,respectivamente;yr2,elcoeficientededeterminacinlineal.
3. DESCRIPCIN Y PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO
El martillo de Schmidt (Fig. 1) es un dispositivomecnico usado para realizar ensayos no destructivos enmaterialescomoelconcretooroca.
Fig.1.Seccinlongitudinalatravsdelmartillomostrando
suscomponentes
Fig.2.Principiodefuncionamientodelmartillo
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Consiste bsicamente en un vstago que llevaconectadounmuelle.Secolocaelvstagosobrelarocayseintroduceenelmartilloempujndolocontralaroca,loqueda lugar a que se almacene energa en elmuelle que selibera automticamente cuando esa energa elsticaalcanzaunciertonively lanzaunamasacontraelvstago.Laalturaquealcanzaestamasaalrebotar,quesemideenuna escala graduada de 0 a 100, es directamenteproporcional a la dureza y por tanto a la resistencia acompresinsimpledelasuperficiedelaroca(Fig.2).
4. PROCEDIMIENTODEMEDIDAEl martillo nicamente se debe usar en las
superficiesde losmaterialesaensayar yenel yunquedeprueba.
En el caso de ensayos in situ, el desarrollo delensayoconsisteenunapreparacinde laszonaselegidas,eliminando la ptina de roca meteorizada. Para alisar lasuperficiedeensayoseutilizaunapiedradeamolar(Fig.3).
Fig.3.PreparacindelasuperficiedeensayoPara la ejecucin del ensayo, se realizan los
siguientespasos: Posicionar el martillo perpendicularmente a la
superficiedelarocaensayada. Disparar el vstago o punzn de impacto [1]
empujando el martillo hacia la superficie deensayo hasta que el botn [6] salte hacia fuera(Fig.4).
Pulsar el botn para bloquear el vstago deimpactodespusdecadaimpacto.
A continuacin, leer y anotar el valor de reboteindicadoporelpuntero[4]enlaescala[19].
Fig.4.Ejecucindelensayo
Para la realizacin de ensayos sobre testigos derocaobtenidasen laperforacindesondeosseutilizaunabaseespecialdeacero (Fig.5),de20kgdepesopara losensayos con martillo tipo L, sobre la que se apoya laprobetaderocacilndricadedimetromnimo54mm(NX)ylongitudsuperiora100mm(ISRM).ParalosensayosconmartillotipoN,ISRMsugiereundimetroigualosuperiora84mm(T2)yquelabasetengaunpesode40kg.
Para calibrar el martillo se utiliza un yunque deprueba. Se recomienda realizar esta prueba defuncionamientocadavezqueseutiliceeldispositivo.Sinosedisponedelyunquedepruebaserecomiendaenviarloalfabricante para su chequeo despus de realizar 1000impactosocada3meses.
Fig.5.Soporteparatestigosderoca
Para laejecucinde lapruebade funcionamientosedebenrealizarlossiguientespasos:
Colocar el yunque de prueba (Fig. 6) en unasuperficieduraylisa.
Limpiar las superficies de contacto del yunque ydelvstagodeimpacto.
Ejecutar10 impactosconelmartilloycomprobarlos resultados comparndolos con el valor decalibracinespecificadoenelyunquedeprueba.
Fig.6.Yunquedeprueba
Elfactordecorreccin(FC)sedebeaplicaratodaslaslecturasobtenidasenlosensayosysecalculacomo:
Deestamanerasetieneencuentalaprdidaderigidezdelmuelledelmartilloconelpasodeltiempo.
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Medianteelmartillode Schmidt,oesclermetro,se puede, por tanto, estimar la resistencia a compresinsimplede la rocaapartirde la resistenciaal rebotede lasuperficie de roca ensayada. Como se ha comentadoanteriormente,estasuperficiedeberestarfrescaylimpia,sinningnsignodealteracinnifracturas.
Esta medida del rebote se correlaciona con laresistenciamedianteelgrficodeMiller (Fig.7)que tieneen cuenta la densidad de la roca y la orientacin delmartillorespectoalplanoderocaensayado.
Fig.7.GrficodecorrelacinparaelmartilloSchmidtentreresistenciaacompresin,densidaddelarocay
rebote(Miller,1965)ElvalorestimadoapartirdelmartillodeSchmidt
debeserobtenidoestadsticamente,detalmaneraqueseaunvalorrepresentativo.
ISRM recomienda tomar20 lecturasendiferenteszonasconlaopcindepararcuandoalgunadelaslecturassiguientesalasdiezprimerasdifierade la inmediatamenteanterior un mximo de 4 golpes. La norma ASTMrecomiendatomar10lecturas.
ISRM (1978c) sugiere utilizar el promedio de lasdiez lecturas con valoresms altos. LaASTM recomiendadescartar las lecturas que difieran ms de 7 golpes delpromedio y despus promediar las restantes. La ISRMrevisada sugierenodescartarninguna lectura ypresentarlos valores obtenidos mediante un histograma defrecuencias que incluya el promedio,mediana,moda y elrango.
Con el valor medio obtenido y conociendo ladensidad de la roca se entra en el grfico de Miller,obtenindoseelvalorde resistenciaa compresinparaelmaterialensayado.
Con los valores obtenidos se puede clasificar larocaporsuresistencia(Fig.8).
Descripcin Resistenciaacompresin
Extremadamenteblanda 250MPaFig.8.ClasificacindelaresistenciasegnlaISRM
La siguiente tabla (Fig.9)muestravalores tpicosmedidos en diferentes tipos de roca con un martilloSchmidttipoL.
Tipoderoca RLAndesita 2852Arenisca 3047Basalto 3558Caliza 1659Creta 1029Cuarcita 39Diabasa 3659Doloma 4060Esquisto 2941Gabro 49Gneiss 48Granito 4556Limolita 47Lutita 15Marga 1839Mrmol 3147Peridotita 45Prasinita 41Sal 23Serpentinita 45Toba 1340Yeso 3044
Fig.9.ValorestpicosdenmeroderebotesmedidosconmartillotipoLparadiferentesrocas
Igualmente,mediante laaplicacindelmartillodeSchmidttipoLsobreunadiscontinuidadsepuedeobtenerla resistencia a compresin simple de los labios de ladiscontinuidad (JCS). En este caso, se indicarexpresamente que son valores de resistencia medidossobrelasuperficiedeladiscontinuidad.
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Engeneral,elvalordeJCSqueseobtengaparaunadeterminada discontinuidad deber ser inferior a laresistenciaacompresinsimplede larocasana,de formaqueengeneralsepodrestimar JCScomo laresistenciaacompresin simple del material sano dividida entre unaconstanteque seaproximara2.5para rocasdensas,a5para rocas intermediasyque llegara10parael casoderocasporosas.
5. EJEMPLO DE MEDIDAS Y ANLISIS DERESULTADOS
Se pretende estimar en campo la resistencia acompresin simplede la rocadeun talud vertical conunmartillotipoL,aplicndoloenposicinhorizontal(0)sobrela superficie de la roca. Elmaterial esuna caliza depesoespecfico26kN/m3.
Previoalaejecucindelasecuenciadeensayosserealiza lapruebade funcionamientodelmartillomedianteel yunque de prueba para determinar el factor decorreccin utilizando la frmula descrita en el apartadoanterior. Si las lecturas del aparato sonms bajas que elvalordecalibracindelyunque,elfactordecorreccinsermayorque1.Porelcontrario,si losvaloressonmsaltosqueelvalordereferenciadelyunque,elfactorsermenorque1.Lacorreccindelosdatosserealizamultiplicandoelvalor de cada una de las lecturas obtenidas por elcoeficientedecorreccin.
En la tabla siguiente (Fig. 10) se muestran lasmedidasdelreboteobtenidasalensayar lasuperficiedelarocacalizaensayada.
Fig.10.Ejemplodemedidasdelreboteconmartillo
SchmidttipoLEl factor de correccin del martillo empleado se
determin con el yunque de prueba, proporcionando unvalorde1.05.Losvalorescorregidosdelaterceracolumnade la tabla se han obtenido multiplicando las medidasobtenidasencampoporelfactordecorreccin.
En la cuarta columna sepresentanordenadasdemenoramayor las lecturascorregidas.Elpromediode las10 medidas con valores ms altos (= 50) es el valor delrebote(RL)deacuerdoalosugeridoporlaISRM(1978c).
La versin revisada sugiere presentar todas lasmedidasmedianteunhistogramadefrecuencias(Fig.11).
El promedio de las 20 medidas es 47. Las dosmedidasque difieren enms de 7 del valorpromedio sedescartan (sombreadas en amarillo), calculando el valorpromediodelasrestantesmedidas(=46).EsteeselvalorRLsugeridoporlaASTM.
Fig.11.HistogramadelasmedidasobtenidasCon los valores medios obtenidos segn ISRM y
ASTMyconociendo ladensidadde laroca (26kN/m3)y laorientacindelmartillo (horizontal) seentraenel grficode correlacin de Miller, obtenindose unos valoresestimativos de la resistencia a compresin simple (RCS)paraelmaterialensayado.
Para RL=50 (ISRM) seobtieneun valorRCSde142MPa,para RL=47 (ISRM revisada)RCS=122MPayparaRL=46(ASTM)seobtieneunaRCSde116MPa.
6. REFERENCIAS
ASTMD587305. Standard testmethod fordeterminationofrockhardnessbyreboundhammermethod.Aydin,A.ISRMSuggestedmethodfordeterminationoftheSchmidthammer reboundhardness:Revisedversin. Int JRockMechMiningSci(2009).ISRM.Part3. Suggestedmethod fordeterminationof theSchmidt rebound hardness. In ISRM suggested Methods(1981).ITGE.ManualdeIngenieradeTaludes(1987).PROCEQSA.OperatingInstructionsSchmidtHammers.Ramrez,P.yAlejano,L.MecnicadeRocas:FundamentoseIngenieradeTaludes(2008).Zhang,L.EngineeringPropertiesofRocks.Elsevier(2005).Sivakugan, N., Arulrajah, A. and Bo, M. W. LaboratoryTestingofSoils,RocksandAggregates.J.Ross(2011).
