PRUEBA DEL MARTILLO SCHMIDT PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (EN ROCA SANA Y EN DISCONTINUIDADES)
Aspectos generales generales
El martillo Schmidt fue ideado inicialmente para estimar la resistencia a compresión simple del concreto, pero luego se le hicieron una serie de modificaciones generando así un modelo que resulta apropiado para estimar la resistencia a compresión simple de un macizo rocoso o una muestra de de roca (RCS). Deido a la facilidad de su mane!o, a sus atriutos port"tiles, sencillos # accesiles, este es un m$todo mu# usado para determinar, de forma r"pida # apro%imada, la resistencia al esfuerzo cortante en un macizo rocoso. Se utiliza el &alor de dureza de reote, que es quiz" el &alor m"s usado en mec"nica de rocas para estimar la resistencia a la compresión unia%ial # el módulo de 'oung (
E
) de la roca intacta ami$n se emplea en laoratorio # sore las
discontinuidades. a pruea consiste en medir la resistencia al reote de la superficie del macizo rocoso que est" siendo ensa#ado, esta medida de reote se correlaciona con la resistencia a compresión simple mediante la *ig +..- iller (/01), en donde se contempla la densidad de la roca # la orientación del martillo respecto del plano ensa#ado. Equipo
a) art artil illo lo Sch Schmi midt dt.. El martill martillo o Schmi Schmidt dt (escle (escleróm rómetr etro), o), consis consiste te en un peque2 peque2o o apara aparato to met"li met"lico co de geometría cilíndrica que dispone de un muelle pistón cargado en su interior por una muelle # de punta retr"ctil, la cual, al ser presionada contra la roca hace que el muelle se dispare transfiriendo la energía del pistón al material (*ig +..). a medida en que se recupera esta energía depende de la dureza del material que se puede e%presar como como el porcen porcenta! ta!e e de longit longitud ud m"%im m"%ima a de estira estiramie miento nto del resort resorte e antes antes de la lieración del pistón, # su longitud despu$s del reote. ) ipo ipo de mart martil illo lo.. E%isten dos &ariantes de este dispositi&o el martillo Schmidt para concreto (ipo 3) # el martil martillo lo Schmid Schmidtt para para rocas rocas (ipo ). a difere diferenc ncia ia entre entre estos estos es la ene energí rgía a de impacto, el ipo 3 tiene una energía de impacto de -,-453m, este martillo es menos sens sensi ile le a las las irre irregu gula lari rida dade des s de la supe superf rfic icie ie por por lo que que dee dee ser apli aplica cado do preferentemente en campo, mientras que el ipo tiene una energía de impacto de 4,5+13m # presenta ma#or sensiilidad # da me!ores resultados en rocas d$iles, porosas # desgastadas, así el martillo para rocas no da2a la muestra.
En la figura +.-. se muestra el esquema interno del martillo Schmidt # una fotografía de su empleo.
*ig +.. Esquema # pruea del martillo Schmidt. a) Esquema interno del instrumento6 ) ensa#o en las paredes de loques de un macizo rocoso e%puesto ( The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014 Procedimiento
a) Requerimientos de la muestra. a muestra dee estar intacta (sin grietas &isiles), petrogr"ficamente homog$nea # dee ser representati&a del macizo rocoso dominante. 7ara realizar la pruea se necesita que el martillo est$ en contacto con el macizo a ensa#ar, para esto se requiere que la superficie de la roca (especialmente a!o la punta del emolo) sea lisa, se encuentre completamente limpia # lire de fisuras o grietas, tami$n se dee eliminar la capa suelta de roca meteorizada, si es que e%iste tal.
) 7rocedimiento del ensa#e. Se presiona el martillo contra la roca hasta que salte el muelle, seg8n la dureza o resistencia de la roca se tiene un ma#or o menor reote, este &alor de reote se &e refle!ado en la escala situada al costado del aparato.
Como el &alor de la dureza es afectado por la orientación del martillo, se recomienda que este se utilice en una de las siguientes tres posiciones9 &erticalmente hacia arria, &erticalmente hacia aa!o u horizontalmente, con el e!e del martillo en una posición de 1: a partir de la posición deseada. Cuando el uso de una de las tres orientaciones no sea posile, el ensa#o dee realizarse en posición &ertical u horizontal utilizando las cur&as de corrección suministradas por el faricante. a orientación del martillo para el ensa#o # cualquier corrección aplicada a las orientaciones no &ertical o no horizontal, deen registrarse # reportarse en los resultados. Se deen realizar, en cada punto a ensa#ar, diez mediciones con el martillo para determinar la resistencia de la roca ensa#ada, ninguna lectura tiene que ser desechada dee presentarse la media aritm$tica, mediana, moda # el rango de las lecturas para e%presar las &ariaciones en la dureza de la superficie. En la ala +.-. se muestran algunos procedimientos recomendados por distintos autores acerca de procedimiento del ensa#o. os &alores de reote otenidos se correlacionan mediante la *ig +..- con la resistencia a compresión simple, en función de la densidad de la roca # de la inclinación del martillo # del plano ensa#ado.
Es conveniente disponer de algún ensaye de laboratorio de resistencia a la compresión simple que permita calibrar las medidas y establecer correlaciones. Es recomendale, antes de usar el martillo, hacer cinco lecturas de dureza sore el loque de ensa#o patrón suministrado por el faricante al ni&el de dureza al cual se est" utilizando el equipo. Si los &alores caen dentro del rango de la dureza estandarizada del loque de ensa#o, el equipo dee considerarse satisfactorio6 si no, dee &erificarse utilizando los procedimientos recomendados por el faricante. ;dicionalmente, para hacer el an"lisis de resultados # conocer la resistencia a la compresión de la roca es necesario conocer la densidad de la roca ensa#ada por tanto, se requiere hacer un ensa#o que tenga dicho fin.
*ig +..- Correlación entre la resistencia del martillo Schmidt # la resistencia a la compresión simple de la roca
❑c
()
c) 7ruea en discontinuidades. Esta pruea representa la 8nica manera para estimar la resistencia a la compresión unia%ial de las discontinuidades en paredes # por tanto la forma de calcular la resistencia a la cizalla ?n Situ. ; pesar de esto, el procedimiento para lle&ar a cao estas prueas no ha sido ien definido a8n. as paredes con discontinuidades se caracterizan por tener com8nmente9 - peque2as asperezas recientes # e%puestas en !untas, - andas delgadas de meteorización en !untas poco profundas # e%puestas en el macizo rocoso , - recurimiento # relleno de material de origen hidrotermal # superficial, - loques sueltos sore todo en zonas de cortante # superficies e%foliadas. Estas características influ#en en los &alores de reote # en los esfuerzos cortantes en diferente proporción # deido a que no son uniformes en toda la superficie se espera una gran gama de &alores de reote, por tanto representar # determinar deidamente la dispersión que e%ista es crucial para la interpretación del rango de la resistencia al cortante. ala +.. 7rocedimientos recomendados del ensa#o del martillo Schmidt. ;utor(es)
7rocedimiento del ensa#o
'oung R.7., *o@ell R.A.
Di&idir el macizo rocoso en una malla reticular # promediar los impactos simples de cada retícula.
?SR B-+>
Registrar -4 &alores de impactos simples de reote separados por al menos un di"metro de la agu!a, # promediar los 4 &alores m"s altos
Registrar -4 &alores de impactos simples de reote separados por al menos un di"metro de la agu!a. Desechar &alores seg8n el criterio de Chau&enet, # prom ediar las lecturas restantes.
Soiltest
Registrar 1 &alores de impactos simples de reote # promediar los 4 m"s altos. a m"%ima des&iación respecto el promedio tiene que ser menor que -,1.
atthe@s A.;., Shaes# R.;.
Realizar 1 lecturas de cualquier muestra. Se calcula el promedio de los &alores de reote # se descartan los cinco &alores m"s des&iados del promedio.
azi ;., ;lFansour G.R.
Registrar al menos +1 lecturas de reote, eliminar las 4 lecturas m"s a!as # promediar los restantes.
atz H. et al.
Realizar de +- a >4 impactos indi&iduales # promediar el 14I de &alores m"s altos
7oole R.J., *armer ?.J.
Seleccionar el &alor m"s alto de una serie de cinco &alores continuos en un punto. 7romediar los picos de tres grupos de ensa#os realizados en tres puntos separados
Kuca =.
Seleccionar el &alor m"s alto de reote de 4 impactos continuos. 7romediar los m"%imos de los grupos de ensa#os realizados en tres puntos separados
Registrar - lecturas en un plano cortado a diamante. Descartar los &alores e%tremos para otener un n8mero promedio de reotes
MSLR
Realizar diez lecturas en cada superficie. Descartar los cinco &alores m"s a!os, # promediar los cinco m"s altos
Sumner 7., 3el J.
E%traer 1 lecturas en diferentes puntos # descartar cinco &alores discordantes para otener un &alor promedio de los restantes 4 &alores
;S D1N5+
Registrar los &alores de reote en 4 lugares representati&os de la muestra, separados en al menos un di"metro de la agu!a. Descartar las lecturas que difieran en 5 unidades del promedio de las 4 lecturas realizadas
;S CN41
Registrar los &alores de reote en 4 lugares representati&os de la muestra, separados en al menos -1 mm. Descartar las lecturas que difieran en 0 unidades del promedio de las 4 lecturas realizadas.
a) Calculo de &alores de reote. Como se mencionó en los aspectos generales la altura de reote del pistón una &ez que es lierado, se considera como índice de la dureza de la superficie. Cuando el impacto se da en dirección horizontal, la energía lierada por el resorte es igual a la energía cin$tica con la que se liera el pistón sore el $molo9 2
2
0.5 k x 1=0.5 M V 1
(3.1.1)
donde k
constante del resorte
❑
x 1
m"%imo
estiramiento
completamente cargado
del
resorte
cuando
se
encuentra
M
masa del pistón
❑
V 1
&elocidad del pistón cuando toca el emolo # es disparado
De igual forma la energía cin$tica del pistón en el instante del reote dee ser igual a la energía del resorte estirado en la posición m"%ima de reote 2
x 2
.
2
0.5 M V 2 =0.5 k x 2 (3.1.2) donde V 2
&elocidad inicial de reote del pistón
Cominando amas ecuaciones tenemos. x 2 x 1
a relación
=
V 2 V 1
(3.1.3)
x 2 / x 1 e%presa en forma porcentual el n8mero de reote
Rh
) $todo de 3ormalización para los &alores de reote del martillo de Schmidt. En general los &alores deen ser normalizados utilizando las cur&as de corrección que proporciona el faricante. Sin emargo, tales cur&as de corrección no siempre son e%actas al normalizar los &alores de reote para diferentes superficies de roca #, a menudo se limitan a dos o cuatro direcciones de impacto ( ± 45 °
#
± 90 °
)6 mientras que, en campo la dirección de
aplicación puede &ariar. a 3ormalización de los &alores de reote con referencia al impacto en dirección horizontal tiene gran aplicación en prueas in situ por e!emplo en aquellas que presentan discontinuidades en superficies olicuas # en las paredes de un t8nel circular. Este procedimiento de normalización es &"lido para cualquier tipo de martillo de Schmidt disparado en cualquier dirección, siempre que la dirección sea registrada con e%actitud # demuestra ser m"s preciso que las cur&as de normalización digitales incorporadas en el martillo. El &alor de reote equi&alente en la dirección horizontal se puede calcular con la siguiente ecuación (!" #asu, !" !$din , en la *ig +..+ se presentan las cur&as teóricas de normalización.
Rh=
√
2
V 2 2
V 1
∗100(3.1.4)
*ig +..+ 3ormalización de los &alores de reote otenidos para un martillo de Schmidt tipo # tipo 3.
Se otienen tantos datos de resultados como mediciones de resistencia con el martillo Schimidt se ha#an realizado sore la roca o sore las discontinuidades. Se recomienda otener mínimo diez datos por cada punto de medición, # que el martillo se encuentre perpendicular a la pared &ertical durante el ensa#o. os resultados de reote otenidos de cada medición son
r m1
,
r m2 ,
r m3 ,O..,
r m10 . 7ara el an"lisis se promedian los cinco &alores m"s altos # se descartan los de m"s datos. Si se asume que los &alores m"s altos son
r m1 ,
r m3 ,
r m5 , r m7 ,
r m9 , se
otiene un &alor de reote medio igual a9
rm=
r m1 + r m3 + r m5 + rm7 + r m9 5
Con ese &alor de reote otenido
r
(3.1.5)
# con la inclinación del martillo, se entra a la *ig
+..+ en el e!e de las ascisas hasta alcanzar el &alor de la densidad de la roca estudiada. ; partir de este punto, se traza una línea horizontal hasta cortar el e!e de las ordenadas, oteniendo de esta forma el &alor de la resistencia a compresión simple de la roca.
Resultados
Registro de resultdos En el informe es necesario incluir los siguientes datos9 a) Descripción litológica de la roca # fuente del muestreo, inclu#endo9 localización geogr"fica, profundidad # orientaciones. ) ?ndicar la fecha de muestreo, fecha de ensa#o, condiciones de almacenamiento # procedimientos de preparación del esp$cimen. c) Dimensiones de la muestra o la superficie donde se realizara la pruea, indicar la composición mineralógica apro%imada # los tama2os de grano del esp$cimen de roca # contenido de agua en porcenta!e o en t$rminos descripti&os (seco h8medo o mo!ado).
d) ipo de artillo (, 3 u otro) # la orientación de impacto del e!e del martillo con referencia a la horizontal # con respecto a los planos de estratificación, foliación, laminación o lineación cuando estos sean características significati&as de la anisotropía de la roca.
e) Registro del n8mero de ensa#os realizados, normalizados, ordenados de manera descendente, la medida de la media, mediana, moda # rango estadístico, la dureza medida # fotografías o descripción de los puntos de impacto antes # despu$s de los da2os.
