ASTM Designación: C 900- 01

Método de Ensayo Estándar para

Resistencia a la Extracción del Concreto Endurecido

1. Alcance

1.1 Este método de ensayo cubre la determinación de la resistencia a la extracción del concreto endurecido mediante la medición de la fuerza requerida para sacar un inserto metálico embebido y el fragmento de concreto adherido de un espécimen para ensayo de concreto o estructura. El inserto es hecho en el concreto fresco o instalado en concreto endurecido

1.2 Los valores declarados en unidades SI serán considerados como el estándar. Los valores dados en paréntesis son para propósitos de información solamente.

1.3 El texto de este método de ensayo referencia notas y pie de notas las cuales proporcionan material explicatorio. Estas notas y pie de notas (excluyendo aquellas en tablas y figuras) no deberán ser considerados como requerimientos de este método de ensayo.

1.4 Este estándar no pretende cubrir todas los problemas de seguridad, si hay alguno, asociado con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma, establecer la seguridad apropiada y prácticas de salud así como determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras previas a su uso.

2. Documentos Referenciados

2.1 Estándares ASTM:

C 39/ C 39M Método de Ensayo para Resistencia a la Compresión de Especímenes Cilíndricos de Concreto.

C 670 Práctica para Preparación de las Declaraciones de Precisión y Tendencia para Métodos de Ensayo en Materiales de Construcción.

E 4 Práctica para verificación de Fuerzas en Maquinas de Ensayo.

E 74 Practica de Calibración de Fuerzas en instrumentos de Medición para Verificar la Indicación de carga de Maquinas de Ensayo.

3. Resumen del Método de Ensayo

3.1 Un inserto metálico es en ambos casos introducido dentro del concreto fresco o instalado en el concreto endurecido. Cuando un estimado de la resistencia en el lugar es deseada, el inserto es sacado por medio de un jack reaccionando contra un anillo de apoyo. La resistencia a la extracción es determinada midiendo la máxima fuerza requerida para sacar el inserto de la masa de concreto.

4. Significado y Uso

4.1 Para un concreto dado y para un aparato de ensayo dado, la resistencia a la extracción puede ser relacionada con los resultados de los ensayos de resistencia a compresión. Tales relaciones de resistencia dependen de la configuración de los insertos embebidos, dimensiones de los anillos de carga, profundidad del elemento embebido, y nivel de esfuerzos desarrollados en ese concreto. Previas al uso, estas relaciones pueden ser establecidas para cada sistema y cada nueva combinación de materiales del concreto. Tales relaciones tienden a ser menos variables donde los especímenes para ensayos de extracción y especímenes para ensayo de resis-tencia a compresión son de tamaño similar, compactados a densidad similar y curados bajo condiciones similares

Nota 1 – Reportes publicados (1-16) por diferentes investigadores presentan sus experiencias en el uso de equipo de ensayo de extracción. Referencia ACI 228.1R (14) para guías en el establecimiento de relaciones de resistencia e interpretación de resultados de ensayo. El apéndice proporciona unos medios para comparar resistencias de extracción obtenidas usando diferentes configuraciones.

4.2 Los ensayos de extracción son usados para determinar si la resistencia del concreto en el lugar ha alcanzado un nivel especificado así que, por ejemplo:

(1) el postensionado puede proceder;

(2) formaletas y puntales pueden ser removidos; y

(3) Protección contra la lluvia y el curado pueden ser terminadas.

En adición, los ensayos de extracción pos-instalados pueden ser usados para estimar la resistencia del concreto en construcciones existentes.

4.3 Cuando se planifiquen ensayos de extracción y se analicen los resultados del ensayo, deben darse consideraciones para el normalmente esperado decremento de la resistencia del concreto con incremento de altura dentro de una colocación del concreto dada en un elemento estructural. La resistencia a la extracción medida es indicativa de la resistencia del concreto dentro de la región representada por el tronco cónico definido por la cabeza del inserto y el anillo de carga. Para superficies de instalación típicas, la resistencia a la extracción es indicativa de la calidad de las zonas externas de los miembros de concreto y pueden ser de beneficio en la evalua-ción de la zona cubierta de los miembros de concreto reforzado.

4.4 Los insertos moldeados en el lugar requiere que su localización en la estructura sea planeada por anticipado a la colocación del concreto. Los insertos pos-instalados pueden ser colocados en cualquier localización deseada en la estructura previendo que los requerimientos de la sección 6.1 sean satisfechos.

4.5 Este método de ensayo no es aplicable a otro tipo de ensayos pos-instalados que, si se ensayan a la falla, no involucra el mismo mecanismo de falla y no produce el mismo tronco cónico como el ensayo moldeado en el lugar. (16)

5. Aparatos

5.1 Los aparatos requieren tres sub-sistemas básicos: un inserto de extracción, un sistema de carga y un sistema de medición de carga (Nota 2). Para insertos pos-instalados incluye un equipo adicional para extracción de núcleos, un disco de fresado para preparar una superficie de apoyo plana, una herramienta de fresado para cortar un surco y obligar el inserto, y una herramienta de expansión para expandir el inserto dentro del surco.

Nota 2 – Un gato hidráulico de empuje central con un adecuado manómetro de presión y anillo de apoyo ha sido usado satisfactoriamente.

5.1.1 Los insertos colados en el lugar deben ser hechos de metal que no reaccione con el cemento. El inserto consistirá de un cabezal cilíndrico y un eje para preparar la profundidad embebida a la que es sujetada firmemente al centro del cabezal (ver Fig. 1). El eje insertado será roscado a la cabeza del inserto para que pueda ser removido y reemplazado por un fuerte eje para extraer el inserto, o este será una parte integral del inserto y también funciona como el eje extractor. Los componentes metálicos de los insertos colados en el lugar y sujetador de equipo serán de material similar para prevenir corrosión galvánica. Los insertos pos-instalados deben ser diseñados para que queden fijos dentro de los orificios taladrados y puedan ser expandidos subsecuentemente para ajustar en el surco que es cortado a una profundidad predeterminada (ver Fig. 2).

Nota 3 – Un sistema pos-instalado exitoso usa un anillo partido que es introducido en el agujero del núcleo y entonces expandido dentro del surco.

5.1.2 El sistema de carga consistirá de un anillo de carga para ser colocado contra la superficie de concreto endurecido (ver Fig. 1 y 2), y un aparato de carga con el dispositivo necesario para medir la carga que puede ser rápidamente colocado al eje extractor.

5.1.3 El aparato de ensayo incluirá para asegurar que el anillo de apoyo es concén-trico con el inserto, y que la carga aplicada es axial al eje de extracción, perpendicu-lar al anillo de apoyo y uniforme en el anillo de apoyo.

5.2 Las dimensiones del equipo serán determinadas como sigue (ver Fig. 1 y 2):

5.2.1 El diámetro de la cabeza del inserto (d2) es la base para definir la geometría del ensayo. El espesor de la cabeza del inserto y el esfuerzo de fluencia del metal serán suficientes para evitar la fluencia del inserto durante el ensayo. Los lados de la cabeza del inserto serán lisos (ver Nota 5). El diámetro de la cabeza del inserto será mayor o igual a 2/3 del tamaño máximo nominal del agregado.

Nota 4 – Diámetros de insertos típicos son 25 y 30 mm (1 y 1.2 pulg), pero diámetros mayores han sido usados (1, 3). Los ensayos (15) tienen que mostrar que el agregado máximo nominal tamaños arriba de 1.5 veces el diámetro de la cabeza no tiene efectos significativos en las relaciones de resistencia. Tamaños de agregado grande pueden resultar en un incremento de dispersión de los resultados del ensayo porque las partículas pueden restringir la extracción normal de tronco cónico.

Nota 5 – Los insertos colados en el lugar pueden ser revestidos con un agente liberador para mini-mizar las ataduras con el concreto y pueden ser ligados con cinta para minimizar la fricción lateral durante el ensayo. La cabeza del inserto será provista con medios, tales como una muesca, para prevenir rotación en el concreto si el eje del inserto tiene que ser removido previo a ejecutar el ensayo. Como una precaución más lejana contra la rotación de la cabeza del inserto, todos los hilos de la maquinaria serán chequeados previo a la instalación para asegurar que esta libre de rotación y puede ser fácilmente removido. Un componente enhebrador es recomendado para prevenir la perdida de la cabeza del inserto desde el eje durante la instalación y durante la vibración del concreto envolvente.

5.2.2 Para insertos colados en el lugar, la longitud del eje del inserto extraído será tal que la distancia de la cabeza del inserto a la superficie de concreto (h) iguale el diámetro de la cabeza del inserto (d2). El diámetro del eje del inserto en la cabeza (d1) no será mayor que 0.60 veces el diámetro de la cabeza.

5.2.3 Para insertos pos-instalados, el surco para aceptar el inserto expandido será cortado para que la distancia entre el surco y la superficie de concreto sea igual al diámetro del inserto después de la expansión (d2). La diferencia entre los diámetros del surco cortado y el agujero del núcleo (d1) será suficiente para prevenir la falla y asegurar que un tronco cónico es extraído durante el ensayo (ver Nota 6). El anillo expandido será sostenido uniformemente sobre el área de apoyo entera del surco.

Nota 6 – El diámetro del agujero de un núcleo de 18 mm (0.71 pulg)y un surco pre-cortado con diámetro de 25 mm (1 pulg) ha sido usado satisfactoriamente.

5.2.4 El anillo de apoyo tendrá un diámetro interno (d3) de 2.0 a 2.4 veces el diámetro de la cabeza del inserto, y tendrá un diámetro externo (d4) de al menos 1.25 veces el diámetro interno. El espesor del anillo (t) será al menos 0.4 veces el diámetro de la cabeza del inserto extraído.

5.2.5 Tolerancias para dimensiones de los insertos para ensayos de extracción, anillo de apoyo y profundidad de embebido será ± 2% dentro de un sistema dado.

Nota 7 – Los limites para dimensiones y configuraciones para insertos de ensayos de extracción y aparatos son proyectados para acomodar varios sistemas.

5.2.6 El aparato de carga tendrá suficiente capacidad para proporcionar la razón de carga prescrita en 7.4 y exceder la carga máxima esperada.

Nota 8 – Bombas hidráulicas que proporcionan una razón constante pueden dar mas resultados uniformes de los ensayos que bombas que aplican la carga intermitentemente.

5.2.7 El manómetro para medir la fuerza de extracción tendrá al menos divisiones no mayores del 5 % del valor mínimo en el pretendido rango de uso.

Nota 9 –Para resultados más precisos, los manómetros pueden tener un indicador del valor máximo que conserve la última carga cuando la falla ocurre y subsecuentes esfuerzos son liberados.

5.2.8 El aparato de extracción será calibrado de acuerdo con el Anexo A1 al menos una vez al año y después de toda reparación. Calibre el aparato de extracción usando una maquina de ensayo verificada de acuerdo con la Práctica E 4 o una celda de carga Clase A como se define en la Práctica E 74. La fuerza de extracción indicada basada en la relación de calibración estará dentro de ± 2 % de la fuerza medida por la maquina de ensayo o celda de carga.

6. Muestreo

6.1 La localización del ensayo de extracción será separada así que el espacio libre entre el inserto es al menos ocho veces el diámetro de la cabeza del inserto extraído El espacio libre entre el inserto y el borde del concreto será al menos cuatro veces el diámetro de la cabeza. Los insertos serán colocados así que el refuerzo este fuera de la superficie de falla cónica esperada por más de una barra de diámetro, o el tamaño máximo del agregado, el que sea mayor.

Nota 10 – Un localizador de refuerzo es recomendado para auxiliar en evitar el refuerzo cuando se preparan los ensayos pos-instalados. Siguiendo las instrucciones del fabricante para la operación adecuada de tales dispositivos.

6.2 Cuando los resultados del ensayo de extracción son usados para la resistencia en el lugar en orden para permitir el inicio de operaciones de construcción crítica, tal como remoción de formaletas o aplicación de postensionado, al menos cinco ensa-yos de extracción individual serán realizados como sigue:

6.2.1 Para una colocación dada, cada 115 m3 (150 yardas3) o una fracción de ella, o

6.2.2 Para losas o paredes, cada 470 m2 (500 pie2), o una fracción de ella, del área superficial de una cara.

Los insertos deberán estar localizados en aquellas porciones de la estructura que son críticas en términos de condiciones de exposición y requerimientos estructurales

6.3 Cuando los ensayos de extracción son usados para otros propósitos, el número de ensayos será determinado por el especificador.

7. Procedimiento

7.1 Insertos Colados en el Lugar:

7.1.1 Coloque el inserto de extracción en la formaleta usando pernos o por otro méto do aceptable que asegure firmemente el inserto en su propia localización previo a la colocación del concreto. Todos los insertos para el mismo ensayo serán embebidos a la misma profundidad y cada eje será perpendicular a la superficie de la formaleta.

Nota 11 – Los insertos pueden ser colocados manualmente dentro de superficies de concreto horizontal sin formaletas. El inserto deberá ser embebido en el concreto fresco por medios que aseguren una profundidad de embebido uniforme y una superficie plana perpendicular al eje del inserto. La instalación del inserto deberá ser ejecutada o supervisada por personal de experiencia. La experiencia indica que los esfuerzos de extracción son de bajo valor y más variables para insertos superficiales manualmente colocados que para insertos adheridos a las formaletas.

7.1.2 Cuando el concreto es para ser ensayado, remueva todo herraje usado para asegurar el inserto de extracción en su posición. Antes de montar el sistema de carga, remueva algún desecho o anormalidades de la superficie para asegurar una superficie de apoyo lisa que sea perpendicular al eje del inserto.

7.2 Insertos Pos-instalados:

7.2.1 La superficie de ensayo seleccionada será plana para proporcionar una adecuada superficie de trabajo para perforar el núcleo y cortar el surco. Perfore un agujero del núcleo perpendicular a la superficie para proporcionar un punto de referencia para operaciones subsecuentes y para acomodar el inserto expandible y herraje asociado. No es permitido el uso de una perforadora de impacto.

7.2.2 Si es necesario, use un disco de esmerilado para preparar una superficie plana, para que la base de la herramienta de fresado sea soportada firmemente, durante la preparación del ensayo y así que el anillo de apoyo sea soportado uniformemente durante el ensayo.

7.2.3 Use la herramienta de fresado para cortar un surco del diámetro correcto a la profundidad correcta en el agujero del núcleo. El surco será concéntrico con el agujero del núcleo.

Nota 12 –Para el control de la precisión de estas operaciones, un sistema de soporte debe ser usado para sostener el aparato en la posición apropiada durante este paso.

7.2.4 Si se usa agua como enfriador, remueva el agua libre que permanece en el agujero durante las operaciones completas de perforación y cortado. Proteja el agujero del ingreso de agua adicional hasta que se complete el ensayo.

Nota 13 – La penetración de agua en la zona de falla puede afectar la medida de la resistencia a la extracción; Por lo tanto, el agua debe ser removida del agujero inmediatamente después de completar las operaciones de perforado, fresado y cortado. Si el ensayo no será completado inmediatamente después de la preparación del agujero, no se debe permitir que entre agua al agujero antes de completar el ensayo.

7.2.5 Use la herramienta de expansión para darle posición al inserto expandible dentro del surco y expandir el inserto a su propio tamaño.

7.3 Anillo de Apoyo – Coloque el anillo de apoyo alrededor del eje del inserto de extracción, conecte el eje de extracción al hidráulico, y apriete el extractor ensambla-do ajustadamente contra la superficie de apoyo, verificando para ver que el anillo de apoyo este centrado alrededor del eje y fluya contra el concreto.

7.4 Razón de carga – Aplique carga a una razón uniforme así que la resistencia normal nominal en la superficie de fractura cónica asumida incrementa a una razón de 70 ± 30 kPa/s (Nota 14). Si el inserto es ensayado para ruptura del concreto, cargue en la razón uniforme especificada hasta que la ruptura ocurra. Registre la lectura máxima del manómetro a la más cercana mitad de la menor división en el dial. Si el inserto es ensayado solamente a un nivel especificado de aceptación, cargue a la razón uniforme especificada hasta que la carga de extracción especifica-da sea alcanzada.

Nota 14 – La razón de carga es especificada en términos de una razón de tensión nominal para acomodar diferentes tamaños de sistemas de ensayo de extracción. Ver el apéndice X1 para la fórmula relativa a la resistencia normal nominal y la carga de extracción. Para un sistema de ensayo de extracción en el cual d2 = 25 mm y d3 = 55 mm, la razón de resistencia especificada corresponde a una razón de carga de aproximadamente 0.5 ± 0.2 kN/s. Si este sistema es usado, los rangos de los tiempos para completar un ensayo para diferentes cargas de extracción última anticipada pueden ser las siguientes:

Carga de extracción Anticipada (kN)

Tiempo mínimo (s)

Tiempo máximo (s)

10

14

33

20

29

67

30

43

100

40

57

133

50

71

167

60

86

200

70

100

233

80

114

267

90

129

300

100

143

333

7.5 Rechazo—Rechace el resultado de un ensayo si es encontrada una o más de las siguientes condiciones:

7.5.1 El extremo alargado del tronco cónico no es un circulo completo del mismo diámetro como el diámetro interno del anillo de apoyo.

7.5.2 La distancia de la superficie a la cabeza del inserto (h en la Fig. 1 y 2) no es igual al diámetro del inserto.

7.5.3 El diámetro de surco en un ensayo pos-instalado no es igual al valor de diseño

7.5.4 El diámetro del inserto expandido en un ensayo pos-instalado no es igual al valor de diseño, y

7.5.5 Una barra de refuerzo es visible dentro de la zona de falla, después de que el tronco cónico es removido.

8. Cálculos

8.1 Convierta las lecturas del manómetro a fuerza de extracción con base en la información de calibración.

8.2 calcule el promedio y la desviación estándar de las fuerzas de extracción que representan ensayos de una colocación de concreto dada.

9. Reporte

9.1 Reporte la siguiente información.

9.1.1 Dimensión del inserto extraído y anillo de apoyo (esquemático o defina las dimensiones)

9.1.2 Identificación por la cual la localización específica del ensayo de extracción puede posteriormente ser determinada.

9.1.3 Fecha y hora cuando el ensayo de extracción fue efectuado.

9.1.4 para ensayos a la falla, máxima carga de extracción de ensayos individuales, promedio y desviación estándar, kN (lbf). Para ensayos a carga especificada, la carga de extracción aplicada en cada ensayo, kN, (lbf).

9.1.5 descripción de alguna superficie anormal por debajo del anillo de reacción en la localización del ensayo.

9.1.6 Anormalidades en la ruptura del espécimen y en el ciclo de carga.

9.1.7 métodos de curado del concreto usados y condición de humedad del concreto al momento del ensayo, y

9.1.8 Otra información relativa a condiciones de trabajo inusual que pueda afectar la resistencia de extracción.

10. Precisión y Tendencia

10.1 Precisión – Basado en la información resumida en ACI 228.1R (14) para ensayos de extracción colados en el lugar con embebidos de alrededor de 25 mm (1 pulg), el coeficiente de variación promedio para ensayos hechos en concreto con agregado máximo de 19 mm (3/4 pulg) mediante un solo operador usando el mismo dispositivo de ensayo es 8 %. Por lo tanto, el rango en resultados de ensayo indivi-dual, expresados como un porcentaje del promedio, no debe exceder lo siguiente:

Numero de ensayos

Rango aceptable, (porcentaje del promedio)

5

31

7

34

10

36

Valores similares dentro del la variabilidad del ensayo han sido reportados para ensayos de extracción pos-instalados de la misma geometría como los ensayos colados en el lugar.

Nota 15 – Si el rango de los resultados del ensayo excede el rango aceptable, investigación alejada debe ser llevada fuera. Resultados de ensayo anormales pueden ser debidos a procedimientos inadecuados o equipo en mal funcionamiento. El usuario debe investigar las causas potenciales de indiferencia y desacuerdos a estos resultados de los ensayos para el cual las razones para el desacuerdo de resultados pueden ser identificados positivamente. Si no hay causas obvias de los valores extremos, es probable que haya diferencias reales en la resistencia del concreto a diferentes localizaciones de ensayo. Estas diferencias pueden ser debidas a variaciones en las proporciones de la mezcla, grado de consolidación ó condiciones de curado.

10.2 Tendencia – La tendencia de este método de ensayo no puede ser evaluada, ya que la resistencia a la extracción solamente puede ser determinada en términos de este método de ensayo.

11. Palabras Clave

11.1 resistencia del concreto; resistencia en el lugar; ensayo en el lugar; ensayo de extracción.

ANEXO

A1. CALIBRACIÓN DEL SISTEMA DE CARGA HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN

A1.1 El objetivo del procedimiento de calibración es establecer una relación entre la lectura de la fuerza de extracción del sistema de medición y la fuerza de tensión en el eje usado para extraer el inserto. Esta relación es establecida usando aproxima-ciones alternativas como se indica en la Fig. A1.1. En general, la calibración es conseguida mediante correlación de la lectura del dial del sistema de carga de extracción con la fuerza medida por una maquina de ensayo que ha sido verificada de acuerdo con la Práctica E 4 o una celda de carga Clase A que ha sido calibrada de acuerdo con la Práctica E 74. Los intervalos de tiempo entre las verificaciones de la maquina de ensayo o calibraciones de la celda de carga será como se define en la Práctica E 4 o E 74.

A1.2 Posicione el sistema de carga de extracción sobre el aparato medidor de fuerza. Alinee todos los componentes para que la fuerza de extracción sea concén-trica con el sistema de carga y el sistema medidor de fuerza. Use asientos esféricos u otro medio similar para minimizar el efecto de flexión en el sistema de carga.

Nota A1.1 – Cuando se use una maquina de ensayo a compresión para medir la fuerza, los bloques de apoyo deben ser protegidos contra daño. Placas de acero maquinadas en frío de al menos 13 mm (1/2 pulg) de espesor son recomendadas.

A1.3 Usando el sistema de carga de extracción, aplique incrementos de carga sobre el rango de operación, y registre la lectura del dial y la correspondiente fuerza medida por la maquina de ensayo o celda de carga. Tome lecturas en aproximada-mente 10 niveles de carga distribuidos sobre el rango de operación del sistema de carga de extracción

Nota A1.2 – Los valores bajos de fuerza deben ser evitados en el proceso de calibración porque los efectos de fricción pueden introducir errores significativos. El fabricante debe proporcionar el rango de operación en el sistema de carga de extracción.

A1.4 Usando lecturas obtenidas las cargas de calibración, calcule una ecuación de regresión apropiada usando el método de mínimos cuadrados para ajuste de curva.

Nota A1.3 El Apéndice X2 proporciona un ejemplo para ilustrar el desarrollo de una ecuación de calibración. Información adicional es proporcionada en la Práctica E 74.

A1.5 La diferencia entre la fuerza basada en la ecuación de regresión y la fuerza medida por la maquina de ensayo o la celda de carga no deberá ser mayor que ± 2 % de la fuerza medida sobre el rango de operación. Si esta tolerancia no es reunida, el sistema de carga de extracción no debe ser usado hasta que este requerimiento sea satisfecho.

Referencia: Annual Book of ASTM Standards, 2003

Volume 04.02 Concrete and Aggregates