Ensayo de arrancamiento (pull-out): qué es, cómo se realiza, cálculo y normas

El ensayo de arrancamiento (pull-out) somete a tracción un elemento embebido, como un ancla, una barra de acero, un clavo de suelo, un tornillo o una fibra, hasta arrancarlo del material base o hasta alcanzar una carga de prueba. La máquina registra la fuerza y el desplazamiento. De la fuerza máxima se obtienen la resistencia del anclaje y el esfuerzo de adherencia medio, τ = F / (π·d·ℓ). Para anclas, las normas son la ABNT NBR 14827 (norma brasileña de anclas en concreto) y la ASTM E488. Para clavos de suelo claveteado se usa la NBR 16920-2 (norma brasileña de suelo claveteado) y para anclajes al terreno (tirantes), la NBR 5629 (norma brasileña de tirantes anclados en el terreno).

Este ensayo responde si una fijación aguanta lo que pide el proyecto: el ancla de una máquina, el punto de anclaje de una línea de vida, el clavo de una contención, el tornillo de un mueble o de una placa ortopédica. En esta guía usted encontrará de dónde viene la resistencia de una fijación, cómo se hace el ensayo en campo y en laboratorio, los modos de falla, las fórmulas con ejercicios resueltos, los errores más comunes y las normas por aplicación.

En la foto se ve un ancla de acero arrancada del concreto. No salió sola: trajo pegado en la punta un cono de concreto, ancho en la cara que era la superficie del bloque y estrecho en el extremo embebido. Es el modo de falla más común en anclas poco profundas y explica buena parte de las reglas del ensayo.

Qué es el ensayo de arrancamiento

El elemento que se ensaya está embebido en un material base: concreto, mampostería, suelo, madera, hueso o la matriz de un compuesto. La longitud del elemento dentro de ese material es la profundidad de empotramiento (en barras y clavos de suelo, la longitud adherente) y es la variable que más pesa en el resultado. Cuando el elemento se tracciona a lo largo de su eje, la resistencia proviene de cuatro mecanismos, solos o combinados:

• Adherencia: la unión entre la superficie del elemento y el material que lo rodea, como el concreto alrededor de una barra, la resina de un ancla química o la lechada de cemento de un clavo de suelo.
• Fricción: el elemento presionado contra la pared del barreno, como en el ancla mecánica de expansión.
• Trabazón mecánica: las corrugaciones de una barra o los filetes de la rosca de un tornillo apoyados en el material base.
• Cono de ruptura: en las anclas, la tracción se distribuye por el concreto alrededor de la punta. Si el concreto cede antes que el acero, sale un cono entero de material, como el de la foto.

El resultado principal es la fuerza de arrancamiento, la mayor fuerza que soportó la fijación. Si se divide entre el área lateral de contacto del elemento con el material base, se obtiene el esfuerzo de adherencia medio. La curva fuerza-desplazamiento completa muestra además cuánto se desplaza la fijación bajo la carga de servicio y de qué manera falla.

Estos resultados tienen tres usos: calificar un producto, como un ancla o un tornillo, con series de ensayos hasta la ruptura; verificar en obra que una fijación quedó bien instalada; e investigar materiales y sistemas de anclaje, como resinas, geometrías de rosca y fibras.

El arrancamiento (pull-out) no es lo mismo que la adherencia de un recubrimiento (pull-off). En el pull-off se pega una pastilla metálica sobre un mortero, una cerámica o una pintura y se tracciona en dirección perpendicular a la superficie para medir la adherencia de la capa (ABNT NBR 13528, la norma brasileña de adherencia de revestimientos de mortero). En el pull-out lo que se arranca es un elemento embebido. En las búsquedas se mezclan los dos. El pull-off se explica en ensayo de adherencia.

Dónde se usa el ensayo de arrancamiento

El principio es el mismo para elementos muy distintos, pero cada uno tiene su propia norma y su propio lugar de ensayo. Las anclas se ensayan tanto en laboratorio como en obra. Los tirantes, los clavos de suelo y los pilotes se ensayan en el mismo terreno donde van a trabajar. Las barras, las fibras y las fijaciones pequeñas, como los tornillos en madera y los tornillos óseos, se ensayan en laboratorio. La tabla resume el elemento, el lugar y la norma de cada caso:

Elemento	Dónde	Norma
Anclas mecánicas y químicas en concreto y mampostería	laboratorio y obra	ABNT NBR 14827, ASTM E488/E488M-22, EAD 330232, ACI 355.2 y 355.4
Tirantes anclados en el terreno	obra (calificación y recepción)	ABNT NBR 5629:2018
Clavos de suelo claveteado	obra	ABNT NBR 16920-2:2021
Pilotes de plantas solares (pull out test)	obra	proyecto específico
Dispositivos de anclaje para trabajo en altura	laboratorio (ensayo de tipo) y proyecto	ABNT NBR 16325-1 y -2, NR-35
Barras de acero en el concreto (adherencia)	laboratorio	RILEM RC6
Clavos, grapas y tornillos en madera	laboratorio	ASTM D1761-20
Tornillos óseos (ortopedia)	laboratorio	ASTM F543-23, Anexo A3
Fibras en una matriz (concreto reforzado con fibras, compuestos)	laboratorio	métodos de investigación
Insertos roscados en plástico	laboratorio	método interno (no hay norma específica)

Cómo se hace el ensayo de arrancamiento

En cualquier entorno, el ensayo consiste en sujetar el material base, traccionar el elemento a lo largo de su eje y medir la fuerza y el desplazamiento. Lo que cambia es el equipo y el objetivo. En campo, el ensayo verifica la fijación real, tal como quedó instalada en la obra. En laboratorio, sirve para calificar productos y obtener la curva completa hasta la ruptura, con velocidad controlada.

En campo

En obra, el elemento se tracciona con un gato hidráulico de émbolo hueco conectado a una bomba con manómetro calibrado, y el desplazamiento de la cabeza se lee con un indicador de carátula o un extensómetro. La carga se aplica por etapas. El apoyo del gato tiene que quedar a más de 1.5 veces la profundidad de empotramiento del elemento. Si queda más cerca, comprime el concreto justo donde se formaría el cono de ruptura, impide que se desprenda y sobrestima la resistencia. En los clavos de suelo, el criterio de ruptura es un desplazamiento continuo sin aumento de carga, y el informe incluye las gráficas de carga contra desplazamiento y de desplazamiento contra tiempo. En los tirantes, la NBR 5629 distingue los ensayos de calificación de los de recepción. Los de recepción se hacen en todos los tirantes: tipo A en el 10 % de ellos y tipo B en los demás.

La prueba de carga de anclas en obra verifica la instalación, no la resistencia última. Se aplica una carga mayor que la de servicio (por ejemplo, 1.5 veces la carga aplicada, según la práctica de la norma británica BS 8539) y se comprueba que no haya movimiento perceptible.

En laboratorio

En el laboratorio, la probeta de ensayo (un bloque de concreto con la barra o el ancla, un bloque de madera con el tornillo, un bloque de espuma con el tornillo óseo o una matriz con la fibra) se sujeta en la base de una máquina universal de ensayos. El travesaño tracciona el elemento a través de un dispositivo de arrancamiento. La celda de carga mide la fuerza. El desplazamiento se toma del travesaño o, con más exactitud, de un transductor colocado en el propio elemento. Así se obtiene la curva fuerza-desplazamiento completa hasta la ruptura, con velocidad controlada. Es el método que se usa para calificar productos y para investigación.

La foto de abajo muestra el arrancamiento de un tornillo en madera. Una placa de acero sujeta el bloque contra la base y tiene una abertura amplia alrededor del tornillo para no apoyarse en la zona que se va a arrancar. Una horquilla conectada a la celda de carga engancha por debajo de la cabeza del tornillo.

Qué influye en el resultado

Además de la geometría de la fijación, hay tres factores que cambian la fuerza medida. Hay que controlarlos y registrarlos en el informe:

• Instalación: la probeta tiene que armarse como lo indica el fabricante o el proyecto. En un ancla química, el polvo que queda en el barreno perjudica la adherencia de la resina, y la resina tiene que terminar de curar antes del ensayo. En un ancla mecánica, el par de apriete define la expansión. Si la instalación está mal hecha, el ensayo mide el error de montaje y no el producto.
• Velocidad de carga: la fuerza de ruptura depende de la velocidad con que se aplica la carga, sobre todo cuando hay resina, polímero o madera en la trayectoria de la carga. Por eso la norma o el proyecto fijan la velocidad, que también se anota en el informe.
• Temperatura y humedad: las resinas de las anclas químicas pierden resistencia a temperatura elevada, y la resistencia de la madera cambia con su contenido de humedad. Las dos se miden y se registran. Cuando el ensayo compara productos, se mantienen iguales entre ellos.

Modos de falla de un ancla sometida a tracción

Un ancla sometida a tracción puede fallar de cinco maneras. Cuál ocurre depende de lo que ceda primero: el acero del vástago, el anclaje en el barreno o el concreto que lo rodea.

1. Falla del acero: se rompe el vástago. Ocurre cuando el empotramiento y el concreto tienen capacidad de sobra.
2. Arrancamiento o deslizamiento: el ancla se desliza en el barreno sin llevarse concreto.
3. Cono de concreto: se desprende un cono de concreto con un radio de alrededor de 1.5 veces la profundidad de empotramiento. Es el modo más típico de las anclas poco profundas.
4. Hendimiento (splitting): el concreto se agrieta, cerca de los bordes o en piezas delgadas.
5. Adherencia (ancla química): falla combinada de la resina con un cono poco profundo.

Identificar el modo de falla es parte del resultado, porque cada modo apunta a una causa distinta. La curva fuerza-desplazamiento da la primera pista. En el deslizamiento puro, la fuerza baja poco a poco hasta una meseta de fricción. En el cono y en el hendimiento, cae de golpe. En la falla del acero se ven la fluencia y la ruptura del vástago. Después del ensayo, el examen de lo que salió confirma la lectura: la forma y el tamaño del cono, la grieta de hendimiento, la resina que quedó pegada al vástago o al barreno. El modo observado se anota en el informe junto con la fuerza máxima.

Arrancamiento de barras de acero en el concreto

La adherencia entre el acero y el concreto se mide con el ensayo de arrancamiento clásico de RILEM (RC6), que hoy es una referencia histórica. Una barra se cuela dentro de un cubo de concreto con una longitud adherente corta, de 5 diámetros, y se tracciona mientras se mide el deslizamiento en el extremo libre. En una barra corrugada que falla por arrancamiento, el pico coincide con el aplastamiento del concreto entre las corrugaciones. Hay que tener cuidado con una confusión común. La ABNT NBR 7477, la norma brasileña que citan las especificaciones de varilla corrugada, determina el coeficiente de conformación superficial con un ensayo de fisuración en tirantes de concreto, no con un ensayo de arrancamiento. El ensayo de tracción de la propia barra se explica en ensayo de tracción.

Arrancamiento de tornillos en madera y en hueso

Madera (ASTM D1761-20). El clavo, la grapa o el tornillo se tracciona a velocidad constante hasta que sale, y se registra la carga máxima. Según el Wood Handbook del Servicio Forestal de Estados Unidos, la resistencia al arrancamiento de un tornillo para madera crece con el cuadrado de la densidad de la madera y, dentro de ciertos límites, es proporcional a la profundidad de rosca penetrada y al diámetro.

Tornillos óseos (ASTM F543-23). Según el Anexo A3, el tornillo se inserta a 3 rpm en un bloque de espuma rígida de poliuretano normalizada (ASTM F1839) y se arranca a 5 mm/min. Es un ensayo exigido para la aprobación regulatoria de implantes ortopédicos. La espuma sustituye al hueso para que el resultado sea reproducible.

Cómo calcular el esfuerzo de adherencia y la resistencia

Todos los cálculos parten de la fuerza máxima medida. Las barras y los clavos de suelo resisten a lo largo de toda la longitud embebida, así que la fuerza se divide entre el área lateral de contacto, π × diámetro × longitud adherente. El resultado es el esfuerzo de adherencia medio, τ, en MPa. En el clavo de suelo se usa el diámetro del barreno, que está relleno de lechada. El resultado, llamado q_s, es la resistencia de la interfaz entre el suelo y el clavo y se expresa en kPa.

En un ancla que falla por cono, la resistencia no depende del área de contacto, sino del volumen de concreto que se desprende. Se calcula con una fórmula empírica que crece con la raíz cuadrada de la resistencia del concreto y con la profundidad efectiva de empotramiento, h_ef, elevada a 1.5. El coeficiente k₁ es menor para concreto agrietado. El ACI 318-25 usa la misma forma, con el coeficiente k_c y la resistencia en cilindro f'_c.

Dos correcciones completan el cálculo. Como los resultados de una serie de ensayos varían, el valor de diseño no es el promedio sino la resistencia característica, que es el promedio menos un factor estadístico multiplicado por la desviación estándar. Además, en campo, el desplazamiento que se lee en la cabeza de un tirante o de un clavo de suelo incluye el alargamiento elástico del tramo libre de la barra. Ese alargamiento se calcula con la ley de Hooke y se descuenta antes de evaluar el deslizamiento del anclaje.

La tabla resume las fórmulas:

Magnitud	Fórmula	Observación
Esfuerzo de adherencia medio (barra embebida)	τ = F / (π·d·ℓb)	d es el diámetro y ℓb la longitud adherente
Resistencia de la interfaz suelo-clavo	qs = Fmáx / (π·D·Lb)	D es el diámetro del barreno y Lb el tramo inyectado; en kPa
Cono de concreto, ancla aislada	N⁰Rk,c = k1·√fck,cube·hef1.5	k1 = 10.1 no agrietado; 7.2 agrietado (ABECE, 2022)
Cono de concreto, ACI 318-25	Nb = kc·√f'c·hef1.5	kc = 10 colada en sitio; 7 postinstalada
Resistencia característica de una serie	Rk = Rm − kn·s	promedio menos un factor estadístico por la desviación estándar
Alargamiento elástico de la barra libre (campo)	δ = F·Llibre / (E·A)	se descuenta del desplazamiento medido en la cabeza

El esfuerzo de adherencia calculado es un promedio. Funciona bien en longitudes cortas, como los 5 diámetros del ensayo RILEM, pero en anclajes largos el esfuerzo real se concentra al inicio del tramo adherente. Para el diseño de armaduras, la NBR 6118 (la norma brasileña de diseño de estructuras de concreto) usa la resistencia de adherencia de cálculo f_bd = η₁·η₂·η₃·f_ctd, con η₁ = 1.0 para barra lisa, 1.4 para barra con muescas y 2.25 para barra corrugada.

La gráfica de abajo aplica la fórmula del cono a un ancla aislada en concreto de 30 MPa, en función de la profundidad de empotramiento. Como la resistencia crece con h_ef elevada a 1.5, duplicar la profundidad de 80 a 160 mm multiplica la resistencia por 2.83. La curva del concreto agrietado queda cerca de 29 % por debajo de la otra en todo el intervalo, que es la razón entre los coeficientes 7.2 y 10.1.

Ejercicios resueltos de arrancamiento

1. Esfuerzo de adherencia de una barra. Una barra corrugada de 10 mm, colada en concreto con una longitud adherida de 50 mm (5 diámetros), se arrancó con 18.0 kN. El área lateral es π × 10 × 50 = 1,570.8 mm², y τ = 18,000 / 1,570.8 = 11.5 MPa.

2. Cono de concreto. Anclaje aislado, sin efecto de borde, con profundidad efectiva de 80 mm en concreto de 30 MPa (resistencia en cubo). Concreto no fisurado: 10.1 × √30 × 80^1.5 = 39.6 kN. Fisurado: 7.2 × √30 × 80^1.5 = 28.2 kN. Son los dos puntos marcados en 80 mm en la gráfica de arriba.

3. Clavo de suelo claveteado (soil nailing). Bulbo de 0.10 m, tramo inyectado de 3.0 m, fuerza máxima de 60 kN. El área lateral es π × 0.10 × 3.0 = 0.9425 m², y q_s = 60 / 0.9425 = 63.7 kPa, por encima de un criterio de diseño de 60 kPa.

4. Prueba de carga en obra. Carga de servicio de 5.0 kN por anclaje y criterio de 1.5 veces esa carga: F_prueba = 7.5 kN, mantenida sin movimiento perceptible, con el gato hidráulico apoyado a más de 120 mm (1.5 × 80 mm) del anclaje. La prueba queda muy por debajo de los 28.2 kN de ruptura del ejercicio 2, como se espera de un ensayo que verifica la instalación.

5. Resistencia característica de una serie. Cinco ensayos de arrancamiento dieron 24.1; 26.3; 25.0; 23.4 y 27.2 kN. La media es 25.2 kN y la desviación estándar 1.56 kN. Con un factor estadístico de 2.33 para cinco ensayos (verifique el factor en la norma o en el documento de evaluación utilizado), R_k = 25.2 − 2.33 × 1.56 = 21.6 kN. Diseñar con la media sobrestimaría la resistencia en alrededor de 17 %.

Errores comunes en el ensayo de arrancamiento

1. Confundir pull-off con pull-out. Uno mide la adherencia de una capa; el otro, la extracción de un elemento embebido.
2. Apoyar el gato hidráulico dentro del cono, a menos de 1.5 veces la profundidad de empotramiento. El apoyo confina el concreto y sobrestima la resistencia.
3. Tratar la prueba de carga como ensayo de ruptura. La resistencia característica proviene de ensayos hasta la ruptura, con tratamiento estadístico.
4. Diseñar con la media en lugar del valor característico.
5. No descontar el alargamiento elástico de la barra libre en el desplazamiento medido en campo.
6. Aplicar el esfuerzo medio a anclajes largos, donde la distribución no es uniforme.
7. Ignorar la fisuración del concreto, que reduce la resistencia al cono en alrededor de 29 %.
8. Usar una celda de carga demasiado grande para fuerzas pequeñas, como las de fibras y tornillos óseos: la exactitud solo es válida en el rango verificado de la celda.
9. Decir que el ensayo de clavos de suelo no tiene norma. Existe la ABNT NBR 16920-2:2021 (norma brasileña de suelos claveteados).

Normas del ensayo de arrancamiento

La norma correcta depende del elemento ensayado y del mercado: las normas ABNT (brasileñas) aplican a obras y productos en Brasil; ASTM y ACI son las referencias en Estados Unidos; en Europa, los anclajes en concreto se evalúan con el EAD 330232, que sustituyó a la ETAG 001. La tabla reúne las normas citadas en esta guía, incluida la del pull-off, que es otro ensayo:

Norma	Aplicación	Edición
ABNT NBR 14827	anclajes en concreto o mampostería: tracción y corte (norma brasileña)	2002
ASTM E488/E488M	resistencia de anclajes en concreto	E488-22
EAD 330232-01-0601	anclajes mecánicos en concreto (sucesora de la ETAG 001)	2019
ACI 355.2 y ACI 355.4	calificación de anclajes mecánicos y químicos
ACI 318-25, capítulo 17	diseño de anclajes en concreto	2025
ABNT NBR 5629	tirantes anclados en el terreno	2018
ABNT NBR 16920-2	suelos claveteados	2021
ABNT NBR 16325-1 y -2	dispositivos de anclaje para trabajo en altura	2024
RILEM RC6	arrancamiento de barra de acero en concreto (referencia histórica)	1983
ASTM D1761	sujetadores en madera	D1761-20 (reaprobada en 2025)
ASTM F543	tornillos óseos metálicos	F543-23
ABNT NBR 13528-1, -2 y -3	adherencia de mortero (pull-off)	2019

Máquina para ensayo de arrancamiento en laboratorio

La línea de máquinas universales de Biopdi realiza ensayos de arrancamiento en laboratorio: la base sujeta el bloque con el material base, un dispositivo engancha el elemento, la celda de carga clase 1 mide la fuerza y el software genera la curva fuerza × desplazamiento y el reporte. El panel de abajo muestra la máquina, la función de cada parte en el ensayo y el dispositivo utilizado.

La capacidad de la máquina sigue a la fuerza esperada en el arrancamiento, que va de cientos de newtons en una fibra a cientos de kilonewtons en un anclaje estructural. La tabla relaciona cada aplicación con el rango de fuerza y el modelo:

Aplicación	Rango	Modelo Biopdi
Fibras aisladas, insertos pequeños	200 N a 1 kN	MBIOI-1P-M2
Tornillos en madera, tornillos óseos, insertos en plástico	2 a 10 kN	MBIOI-10-M2
Sujetadores, anclajes pequeños, barras delgadas	5 a 50 kN	MBIOII-50-M2
Barras en concreto, varilla corrugada	100 a 200 kN	MBIOII-200-M2
Anclajes estructurales en bloques de concreto	300 a 1,000 kN	MBIOII-300-M2 y mayores

Los ensayos de campo, con gato hidráulico en obra, los realizan empresas de ingeniería y laboratorios de campo; la máquina universal es un equipo de laboratorio. Vea también el software de ensayos.