Free-free resonance method for the mechanical characterization of carbonate rocks used as building stones

Abstract

Nondestructive testing techniques have attracted growing interest in the last few years due to their ability to assess material properties without damaging the specimens. The free-free resonance method is a nondestructive testing technique based on the analysis of the natural frequencies of a sample. This study presents and discusses the applicability of this technique, traditionally used on soils, for the mechanical characterization of rocks. With this aim, the free-free resonance method is used to obtain the dynamic elastic modulus and shear modulus of four carbonate rocks that have been widely used as construction materials in southern Spain. The results from the nondestructive evaluation of dry and saturated rocks, in combination with petrographic characterization and uniaxial compression tests, make it possible to assess the existing relationships between the mechanical properties of carbonate rocks and to evaluate the impact of porosity and moisture content on their mechanical behavior.

Las técnicas de ensayo no destructivo están atrayendo un creciente interés durante los últimos años debido a su capacidad para evaluar las propiedades sin dañar el espécimen. El Método de la Frecuencia de Resonancia es una técnica de ensayo no destructiva basada en el análisis de las frecuencias naturales de una muestra de material. Este estudio presenta y discute la aplicabilidad de esta técnica, tradicionalmente utilizada en suelos, para la caracterización mecánica de rocas. Con este objetivo, el Método de la Frecuencia de Resonancia es utilizado para obtener el módulo elástico dinámico y el módulo cortante dinámico de cuatro rocas carbonáticas ampliamente utilizadas como material de construcción en el sur de España. Los resultados de la evaluación no destructiva en rocas secas y saturadas, combinados con una caracterización petrográfica y ensayos de compresión uniaxial, permiten determinar las relaciones existentes entre las propiedades mecánicas de dichas rocas carbonáticas, así como evaluar el impacto de la porosidad y el contenido de humedad en su comportamiento mecánico.