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4.3 Pruebas no destructivas En este tema estudiaremos los métodos de ensayo más comunes que se realizan con el hormigón (concreto). Algunos se refieren al hormigón fresco y tiene como finalidad conocer las características del mismo; y otros se refieren al hormigón endurecido, siendo su objeto determinar sus cualidades y, fundamentalmente, su resistencia. Los métodos de ensayo normalmente empleados para determinar las resistencias del hormigón pueden clasificarse, según su naturaleza, en destructivos y no destructivos (Montoya, et al., 1978). a) Los ensayos destructivos son aquellos que determinan la resistencia mediante la rotura de probetas o piezas de hormigón. Las probetas pueden fabricarse en moldes apropiados o bien extraerse de una obra ya construida. b) Los ensayos no destructivos determinan la calidad del hormigón sin destruir la pieza o estructura ensayada (Montoya, et al., 1978). Los ensayos no destructivos tienen por objeto conocer la calidad del hormigón en obra, sin que resulte afectada la pieza o estructura objeto de examen (Montoya, et al., 1978). Existe una gran variedad de métodos de ensayo no destructivos, pero todos van encaminados a determinar ciertas características del hormigón (dureza, módulo de elasticidad, densidad, grado de humedad, etc.) que permitan deducir, de modo indirecto, su resistencia mecánica. Los más importantes y mejor desarrollados en la actualidad, pueden clasificarse en los siguientes grupos: 

Métodos esclerométricos;

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Métodos por velocidad de propagación;

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Métodos por resonancia;

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Métodos mixtos;

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Métodos por absorción o difusión de radio-isótopos (Montoya, et al., 1978).

1º Métodos esclerométricos Los métodos esclerométricos constituyen ensayos elementales que proporcionan una idea de la resistencia del hormigón, fundándose en la correlación existente entre dicha resistencia y el rechazo de un martillo, o la huella impresa por una bola al chocar contra la superficie de la pieza que se ensaya. Es decir, estiman la resistencia a partir de la dureza superficial del hormigón. Para realizar el ensayo existen varios tipos de aparatos, denominados esclerómetros, entre los que podemos señalar los siguientes:

a) El martillo Schmidt (fig. 6.11) que mide la resistencia del hormigón en función del rechazo de un martillo ligero, constituido por un pequeño cilindro macizo de acero, al hacerlo chocar con la superficie de la pieza. Debe obtenerse el rechazo medio de varias determinaciones, limpiando y alisando previamente la superficie que se ensaya. Puede resultar útil para determinar la marcha del endurecimiento del hormigón, o para comparar su calidad entre distintas zonas de una misma obra, pero no para controlar la resistencia del hormigón, debido a que la dispersión de las distintas determinaciones es bastante grande y, además, la parte ensayada afecta a una capa superficial de poco espesor. b) El martillo Frank (figura 6.12), que mide la resistencia del hormigón por el diámetro de la huella que deja impresa una bola de acero sobre la que se da un golpe. Para efectuar el ensayo se sigue la norma DIN 4.240, muy fácil de ejecutar; pero, como en el caso anterior, los resultados no tienen gran precisión, por lo que sólo debe emplearse para obtener una idea de la calidad del hormigón o de la marcha de endurecimiento del mismo. c) El esclerómetro Windsor CT.460, de origen americano, que constituye una de las más recientes aportaciones a este tema. Se basa en aplicar a la superficie del hormigón una especie de clavo de acero extraduro, que se introduce en el material por medio de una carga explosiva. Recuerda en cierto modo al esclerómetro Spit. Lo que se mide es la profundidad de penetración, que viene relacionada con la resistencia a compresión del hormigón. Se afirma que la reproducibilidad de las medidas es grande y que el ensayo es aplicable a superficies planas y curvas, losas de pequeño espesor, etc., lo cual representa, sin duda, una ventaja respecto al martillo Schmidt (Montoya et al., 1978). 2º Métodos por velocidad de propagación Los métodos de ensayo en obra mediante la determinación de la velocidad de propagación son, probablemente, los más interesantes de los ensayos no destructivos. Se fundan en la relación que existe entre la velocidad de propagación de una onda progresiva o impulso, a través de un medio homogéneo e isótropo, y las constantes elásticas del material, que a su vez están ligadas con la resistencia del mismo. a) Si en un punto de una masa de hormigón se excita una perturbación, mediante un impulso cualquiera, la energía se propaga en todas direcciones, manifestándose en cada una de ellas como si existieran dos ondas de origen simultáneo caracterizadas por tener distinta velocidad de propagación. La más rápida de estas ondas es la longitudinal, que corresponde a las deformaciones de tracción-compresión, en la que el desplazamiento de las partículas tiene lugar en la dirección de propagación, con una velocidad

Con los siguientes significados: Ed = Módulo de elasticidad longitudinal dinámico del hormigón. g = Aceleración de la gravedad. γ = Peso específico del hormigón. v = Coeficiente de Poisson (Montoya, et al., 1978). La otra onda es transversal, más lenta que la anterior, y corresponde a las deformaciones de esfuerzo cortante, en la que el desplazamiento de las partículas resulta perpendicular a la dirección de propagación, y cuya velocidad es:

en donde Gd es el módulo de elasticidad transversal dinámico. Cuando la perturbación se excita en la superficie de la masa del hormigón, o muy próxima a la misma, en vez de la onda transversal se manifiesta una onda superficial de gran energía, llamada onda de Rayleigh, cuya velocidad de propagación es:

Mediante las fórmulas anteriores puede determinarse el módulo de elasticidad dinámico del hormigón y, por consiguiente, la calidad del mismo. Así, por ejemplo, midiendo la velocidad de propagación de la onda longitudinal, se obtiene:

en la cual γ/g es conocido, y el coeficiente de Poisson v puede estimarse en 0.2, por término medio (Montoya, et al., 1978). b) Los aparatos más empleados para los ensayos por velocidad de propagación son los que se fundan en la primitiva versión comercial del llamado soniscopio, dado a conocer por la Comisión 115 del A.C.I. en 1948. El equipo más corriente y conocido se compone de un generador de impulsos eléctricos, un osciloscopio, un marcador de tiempos, un excitador de vibraciones piezoeléctrico y un captador del mismo tipo.

En la figura 6.13 puede verse un equipo utilizado en el Laboratorio de Ingenieros del Ejército para determinar la velocidad de propagación a través del hormigón, con excitador y captador de bario-titanio (Montoya, et al., 1978). En la figura 6.14 puede verse uno de los aparatos ultrasónicos más recientes, que es el PUNDIT de la firma inglesa C.N.S. Instruments Ltd. Suministra información digital y pesa solamente 3kg. Su campo máximo de medida es de 999 µ segundos. c) Multitud de ensayos se han efectuado y se están llevando a cabo en la actualidad, encaminados a correlacionar la resistencia a compresión y la velocidad de propagación; pero son tantas las variables que intervienen en el problema, que es muy difícil establecer formas simples de relacionar ambos factores. Uno de los trabajos más interesantes para establecer esta correlación es el Keijger y Weibenga. Pero el objeto principal de los ensayos no destructivos es determinar la calidad del hormigón en obra, por lo que algunos autores proponen la clasificación indicada en la tabla 6.6 sin intentar obtener módulos de elasticidad o resistencias. Tabla 6.6 Calidad de los hormigones con cementos Portland

Fuente: Referencia 1

3º Métodos por resonancia Los métodos no destructivos, para determinar la calidad del hormigón por resonancia, están basados en la relación existente entre la frecuencia de resonancia de una pieza y las constantes elásticas del material (Montoya, et al., 1978). Estos ensayos presentan el inconveniente de que han de efectuarse sobre probetas o piezas de pequeñas dimensiones. a) Si en una probeta o pieza de hormigón se logra excitar una vibración, cuya frecuencia coincida con su frecuencia propia o de resonancia, pueden determinarse las constantes elásticas del material mediante las relaciones: Ed = k1 * P * f12 Ed = k2 * P * f22 Gd = k3 * P * f32

Con los siguientes significados: P = Peso de la probeta. Ed = Módulo de elasticidad dinámico. Gd = Módulo de rigidez dinámico. f1 = Frecuencia de resonancia transversal. f2 = Frecuencia de resonancia longitudinal. f3 = Frecuencia de resonancia por torsión (Montoya, et al., 1978). Los valores de las constantes k, para probetas cilíndricas o prismáticas, están incluidos en la Norma A.S.T.M. C-215, en donde se encuentra la marcha a seguir para efectuar el ensayo (Montoya, et al., 1978). b) Un equipo para el ensayo de resonancia puede estar constituido por un excitador de vibraciones, un amplificador de potencia, un oscilógrafo de baja frecuencia, un captador de vibraciones, un amplificador de alta ganancia, y por último, un patrón de frecuencias. En la figura 6.15 puede verse un montaje utilizado en el Laboratorio de Ingenieros del Ejército (Montoya, et al., 1978). c) Una vez determinadas las frecuencias de resonancia, pueden calcularse los módulos de elasticidad y rigidez dinámicos y, como consecuencia, el coeficiente de Poisson. Pero debe advertirse que estos valores dinámicos no coinciden con los correspondientes módulos estáticos del hormigón. El módulo de elasticidad dinámico Ed puede identificarse, prácticamente, con el módulo de elasticidad estático inicial. Por último, conviene añadir que se han llevado a cabo interesantes investigaciones encaminadas a determinar la resistencia del hormigón, en función del módulo de elasticidad dinámico, pero sin que se haya llegado a ningún resultado práctico, debido a la gran cantidad de factores que intervienen en el problema (Montoya, et al., 1978). 4º Métodos mixtos Cada uno de los métodos que acaban de ser expuestos posee sus propias limitaciones. Todo ello ha dado lugar a que se desarrollen métodos mixtos, combinando los anteriores. De ellos puede esperarse una mayor precisión, según varios autores (Montoya, et al., 1978). Como ensayo mixto se recomienda la realización de tres medidas ultrasónicas y seis determinaciones con esclerómetro, por zona de hormigón en estudio. Con los datos medios

obtenidos (velocidad de propagación e índice esclerométrico) se entra en unas curvas, obteniéndose la resistencia a compresión del hormigón. Para ciertas condiciones, se emplean factores de corrección (Montoya, et al., 1978). 5º Métodos por absorción o difusión de isótopos radiactivos Aunque estos métodos de ensayo están aún en vías de experimentación, pueden ser de bastante interés para efectuar un control de la homogeneidad del hormigón (Montoya, et al., 1978). El control de calidad del hormigón puede efectuarse, bien midiendo su densidad, o bien mediante la determinación del contenido de agua. De ambos métodos vamos a tratar sucintamente (Montoya, et al., 1978). a) La densidad del hormigón puede determinarse basándose en la absorción de rayos gamma, a su paso a través de la masa del mismo. En primera aproximación puede suponerse que la atenuación de la radiación gamma, al atravesar un material, es de la forma I = I0 * e-µ*x en donde: I = Radiación que atraviesa el espesor x. I0 = Radiación incidente. µ = Coeficiente de absorción. x = Espesor del material El valor de µ puede suponerse proporcional a la densidad del material (Montoya, et al., 1978). El método resulta útil para detectar algún defecto del hormigón endurecido, o bien para controlar la homogeneidad del hormigón fresco. Otra aplicación puede tenerla en la determinación del peso específico del hormigón, que interviene en el ensayo de velocidad de propagación (Montoya, et al., 1978). b) La calidad del hormigón puede también determinarse midiendo su contenido en agua, mediante la retrodifusión de los neutrones rápidos de los átomos de hidrógeno de la misma (Montoya, et al., 1978). Si una fuente de neutrones actúa sobre una masa de hormigón, el número de neutrones que perderán su energía, transformándose en neutrones lentos, será tanto mayor cuanto más

átomos de hidrógeno contenga el material, es decir, cuanto mayor sea su contenido en agua (Montoya, et al., 1978).

Conclusión Estos ensayos son materia de estudio para la mayor parte de los laboratorios especializados y se encuentran en continuo desarrollo y perfeccionamiento. En particular, el progreso de las técnicas electrónicas ha contribuido decisivamente al grado de precisión de los resultados que hoy día se obtienen. En el método de los esclerómetros, cuando se usa el martillo Schmidt los resultados que se obtiene viene afectados por muchas variables, entre ella: posición del martillo (horizontal, vertical o inclinada); estado de la superficie; humedad del hormigón; tamaño y rigidez de la pieza; concentración de árido grueso en la superficie, etc. En manos expertas, el martillo Schmidt es una herramienta útil; pero en manos inexpertas conduce a conclusiones erróneas. Como observación general diremos que, en el método de por velocidad de propagación, cuando se intenta establecer una correlación entre rotura de probetas y velocidad de propagación ultrasónica, no debe olvidarse que para obtener resultados válidos es necesario que la dimensión mínima de la probeta sea mayor que 1.5 a 2 veces la longitud de onda del impulso ultrasónico. Debido a que los tres primeros métodos que se detallaron anteriormente poseen sus propias limitaciones se llegó a una conclusión en el mejoramiento hacia la aproximación de resultados más precisos, creando así el método mixto. Todo esto fue a partir de que, por ejemplo, los ensayos ultrasónicos pueden resultar poco precisos con hormigones de alta dosificación de cemento. Por su parte, el esclerómetro puede conducir a errores considerables cuando la capa superficial del hormigón está excesivamente endurecida (por un curado al vapor, por ejemplo) o la compactación ha sido anormalmente alta, en relación con un hormigón normal.

1.3. Pruebas no destructivas. 

Pistola de Windsor, a base de sondas de acero endurecido para probar la dureza del concreto; no se puede utilizar en elementos o en tuberías. Es necesario calibrar el aparato por comparación con un concreto de resistencia conocida.

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Martillo de Smith, esclerómetro, martillo suizo o martillo de impacto, el tipo M es el que más se utiliza, el tipo L es el más pequeño para muros delgados. Con el esclerómetro deberán hacerse comparaciones en la misma obra.

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Ultrasonido, los resultados deben verificarse contra los obtenidos por otros métodos e interpretados por un técnico experimentado, se pueden detectar grietas, desuniformidad del concreto, daños por ataque de sulfatos, por congelamiento o por fuego, existencia de zonas de reparaciones necesarias.

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Rayos X; determinan tamaño y cantidad de varillas, se ven los amarres y el recubrimiento de las barras, las burbujas y los huecos, la variación de color indica la calidad de la compactación. Es útil cuando no se tienen planos de una estructura vieja que se requiere revisar para nuevas condiciones de carga.

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Medidores de madurez; como la resistencia es función de la temperatura y el tiempo, sirven para saber cuándo se puede descimbrar o para predecir la resistencia a los 28 días. Medidor de frecuencia o medidor R; localizan con facilidad la posición de las varillas, cuanto mas espaciadas mas precisa la localización. Se usa para ubicar áreas despejadas para tomar corazones o para localizar lugares adecuados para instalaciones.

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Gonzales Sandoval (2007)

El ACI building code (ACI 318) recomienda que una prueba conste de dos muestras hechas para ser probadas con un envejecimiento de 28 días. En la mayor parte de las especificaciones se exige una prueba por cada 150 yd3 o fracción de ellas, de cada clase de concreto colado en cualquier día. Las muestras para compresión. El método para colar cilindros se describe en la ASTM Designation C31 y el procedimiento que se da a continuación es un resumen de aquel, cuando se aplica a los cilindros estándar de 6 in de diámetro x 12 in de altura. 1. 2.

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La muestra se debe tomar como se describe en la sección 12.6 y, de preferencia, debe tomarse en el punto de colado. Los moldes pueden ser de acero reutilizables, de cartón recubierto para un solo uso o de lamina metálica, según se describe en la ASTM Designation C470. Colóquese los moldes sobre una superficie lisa, firme y nivelada. Llénese los moldes en tres capas iguales y varíllense cada capa uniformemente 25 veces con una varilla de punta hemisférica de 5/8 in. La última capa debe contener un ligero exceso de concreto. Después de varillar y golpear ligeramente, elimínese el exceso de concreto enrasado con una regla. En el caso de un concreto de bajo revenimiento (menos de 3 in), puede aplicarse vibración interna o externa para lograr la consolidación de concreto en los moldes de los cilindros.

Waddell (2004)

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Esclerometría.

Nos permite determinar capacidades de carga a la compresión del concreto, sin tener que realizar extracción de corazones.

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Medición de recubrimientos de concreto y diámetros del acero de refuerzo.

Se puede realizar la medición del recubrimiento del concreto en el acero de refuerzo, así como determinar los diámetros de este.

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Potencial de Media Celda.

Este equipo nos permite determinar las condiciones del acero de refuerzo en cuanto a corrosión se refiere, dándonos el parámetro de las condiciones actuales en que se encuentra.

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Ultrasonido.

El sistema de ondas ultrasónicas permite determinar e identificar fallas dentro de elementos de concreto.

http://www.structuraz.com.mx/PRUEBAS.html

Las estructuras de concreto también envejecen, y hoy sabemos que no son eternas, pues tienen una vida finita, y que en mayor o menor proporción su vigencia está en función de los múltiples factores que les afectan cotidianamente. La patología de las estructuras de concreto es uno de los temas que más se ha estudiado durante los últimos años. Las evaluaciones de las estructuras que han sufrido algún siniestro, un cambio de uso o destino, o cuyo concreto tiene una resistencia incierta se presentan con mucha frecuencia. En estos casos, la estimación de la calidad y la seguridad de servicio que la estructura puede seguir brindando a los usuarios no está necesariamente ligada, única y de manera exclusiva a la resistencia a compresión del concreto y por ello se requieren las evaluaciones, tanto del concreto como de los elementos estructurales a través de las llamadas «pruebas no destructivas», las cuales hoy en día se han convertido en una alternativa importante para establecer los parámetros de la seguridad estructural de las obras civiles en general. Las ventajas de los ensayos no destructivos, que el ACI 228.2 define como aquellas pruebas que no causan daño estructural significativo en el concreto, radican en su relativa simplicidad, rapidez y en la posibilidad de realizar un gran número de determinaciones sobre la estructura sin alterar su resistencia y funcionalidad a un relativo bajo costo. De esta manera es factible evaluar la homogeneidad de la misma sin comprometer su integridad, como sí sucede cuando, eventualmente, en casos muy particulares la aplicación de las pruebas destructivas son una opción necesaria. http://www.buenastareas.com/ensayos/Pruebas-NoDestructivas-Del-Concreto/485162.html

Conclusión. Como conclusión tenemos que las pruebas no destructivas las cuales hoy en día se han convertido en una alternativa importante para establecer los parámetros de la seguridad estructural de las obras civiles en general. Las ventajas de los ensayos no destructivos, que el ACI 228.2 define como aquellas pruebas que no causan daño estructural significativo en el concreto, también serecomienda que una prueba conste de dos muestras hechas para ser probadas con un envejecimiento de 28 días. En la mayor parte de las especificaciones se exige una prueba por cada 150 yd3 o fracción de ellas, de cada clase de concreto colado en cualquier día.

1.4. Pruebas destructivas.

Corazones de concreto Si se confirma la baja resistencia, se extenderán tres corazones por cada resultado a bajo de f’c es mas de 35 Kg/cm2. La relación longitud/diámetro del cilindro o corazón será de preferencia y como máximo de 2.1 a los tamaños más usuales son de 15 x 7.5 cm o de 20 x 10 cm, pudiéndose aceptar como mínimo hasta 1.1, multiplicando la resistencia obtenida por un factor de corrección. Prueba de compresión de corazones Si la estructura va a estar en un ambiente seco durante su vida de servicio, los corazones extraídos para la prueba deberán secarse al aire durante 7 días y probarse en seco. Resultado de la prueba de corazones El concreto se considera estructuralmente adecuado si el promedio de resistencia a la compresión de los tres corazones es mayor o igual que un 85% de f’c especificada y sin ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% f’c si hay alguna duda se puede repetir la prueba un sola vez. Si los corazones resultan persistentemente de mayor resistencia que los cilindros, se revisaran los procedimientos de fabricación de cilindros y el equipo de laboratorio, y sobre todo el curado, la transportación de los cilindros, el cabeceado y la calibración de la presa. Gonzales Sandoval (2007)

La resistencia a la tensión hendedora de los cilindros de concreto se considera como una determinación exacta de la verdadera resistencia a la tensión del concreto. El método para la determinación de esa resistencia a la tensión hendedora se da en la ASTM Designation C496 algunos de estos puntos pertinentes incluyen.

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Las muestras de prueba se conforman a los requisitos de tamaño, moldeo y curado que se dieron con anterioridad para las muestras para la resistencia a la compresión. La máquina de pruebas se conformara a los requisitos que se dieron en párrafos anteriores para la prueba de resistencia a la compresión de los cilindros de concreto. se necesita una barra suplementaria de apoyo cuando el bloque inferior de apoyo o la cara superior de apoyo menores que la longitud del cilindro que se va a probar. Durante la prueba se colocaran dos listones de apoyo de madera contrachapada con espesor nominal de 1/8 in, un ancho aproximado de 1 in y una longitud igual a la del cilindro, o ligeramente mayor que esta, adyacentes a la parte superior e inferior de la muestra. Antes de colocarla en su posición en la máquina de prueba, sobre cada extremo de la muestra se trazaran rectas diametrales, usando un aparato adecuado que garantice que quedaran en el mismo plano axial. Se harán mediciones del diámetro de la muestra de prueba hasta la 0.01 in más cercana promediando adecuadamente tres diámetros, y se harán mediciones de la longitud de la muestra hasta la 0.1 in más cercana, promediando adecuadamente dos longitudes. La colocación en posición de la muestra, los listones de apoyo y la barra de apoyo se harán de modo que se garantice que la proyección del plano de las dos rectas diametrales trazadas sobre el cilindro se interseque con el centro de la barra superior de apoyo y de los listones y quede directamente de bajo del centro de empuje de los bloques esféricos de apoyo. La razón de carga será continua, sin choques con una razón constante dentro del rango de 11 300 22 600 lb/min, para un cilindro de 6 x 12 in.

Waddell (2004)

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Extracción de núcleos (incluye el caso sobre cabeza). Extracción de núcleos y/o vigas, determinación de la densidad y humedad del concreto, de la adherencia, de la carbonatación, de la corrosión y de la permeabilidad. Prueba relativamente económica, requiere de equipo y de personal capacitado. Se extrae un mínimo de tres núcleos por cada zona a evaluar. El diámetro de los núcleos debe ser de 3" mínimo dependiendo del tamaño máximo de los agregados del concreto. Debe evitarse el corte de acero de refuerzo o instalaciones. Los resultados obtenidos son confiables. Prueba de adherencia. Las pruebas de adherencia para valorar el efecto de los contaminantes sobre la resistencia de adherencia. Las pruebas de adherencia miden la fuerza adherente que actúa paralela a la varilla en la intercara entre la varilla y el concreto. Prueba de permeabilidad. La permeabilidad del concreto fue medida usando un índice de permeabilidad de aire: mide el tiempo requerido por un volumen de aire a través del disco de concreto por una diferencia de presión en las caras opuestas. Se efectúa usando una cámara al vacío. Por el daño, se incrementa el índice de permeabilidad. La duración de la prueba es de seis horas, se pueden ensayar ocho especímenes a la vez, la unidad de medición es en Columbo. Prueba de penetración. Prueba que se realiza presionando, contra la superficie del concreto endurecido, una esfera con carga constante. El diámetro de la impresión resultante se usa como una medida de la magnitud de penetración e indica la resistencia del concreto.

http://www.authorstream.com/Presentation/equip1379029-unidad-iv-control-de-caliudad-en-obra-4entertainment-ppt-powerpoint/

Conclusión. Las pruebas destructivas son aquellas que el concreto se considera estructuralmente adecuado si el promedio de resistencia a la compresión de los tres corazones es mayor o igual que un 85% de f’c especificada y sin ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% f’c si hay alguna duda se puede repetir la prueba un sola vez. La resistencia a la tensión hendedora de los cilindros de concreto se considera como una determinación exacta de la verdadera resistencia a la tensión del concreto, también el diámetro de los núcleos debe ser de 3" mínimo dependiendo del tamaño máximo de los agregados del concreto. Debe evitarse el corte de acero de refuerzo o instalaciones. Los resultados obtenidos son confiables.