Los pilotes de tornillo , a veces denominados pilotes de tornillo , pilares de tornillo , anclajes de tornillo , cimientos de tornillo , tornillos de tierra , pilotes helicoidales , pilares helicoidales o anclajes helicoidales , son un sistema de pilotaje de acero atornillado y anclaje al suelo que se utiliza para construir cimientos profundos . Los pilotes de tornillo se fabrican típicamente a partir de acero de alta resistencia [1] utilizando tamaños variables de secciones huecas tubulares con tramos helicoidales.
El fuste del pilote transfiere la carga de una estructura al pilote. Se sueldan placas de acero helicoidales al fuste del pilote para adaptarse a las condiciones específicas del terreno del lugar. Las hélices se pueden prensar con un paso específico o simplemente consistir en placas planas soldadas con un paso específico al fuste del pilote. La cantidad de hélices, sus diámetros y posición en el fuste del pilote, así como el espesor de la placa de acero, se determinan mediante una combinación de:
Las secciones de acero para pilotes de tornillo están sujetas a parámetros de diseño y estándares de códigos de construcción para la región de fabricación.
Las hélices que se sueldan sobre el eje de acero también se denominan "vuelos helicoidales" o simplemente "vuelos", y pueden variar en tamaño dependiendo de las condiciones del suelo.
Existen algunas diferencias entre los anclajes helicoidales, los pilotes helicoidales y los pilares helicoidales, aunque a menudo los términos se usan indistintamente. Los anclajes helicoidales consisten en un eje de acero extensible con placas de apoyo helicoidales. Los pilotes o pilares se refieren a elementos de base fuertes que soportan o transfieren cargas verticales u horizontales. Los anclajes son pilotes que se utilizan solo en aplicaciones de tensión, como tirantes de muros de contención o anclajes verticales al suelo hechos para resistir fuerzas de vuelco.
Los pilotes se instalan generalmente utilizando excavadoras estándar sobre orugas o ruedas con un accesorio de motor de par hidráulico que monitorea el par alcanzado durante la instalación para verificar el diseño. La maquinaria varía desde minicargadoras hasta excavadoras de 5 a 80 toneladas . Los cabezales hidráulicos rotativos con capacidades de par que van desde 5000 N⋅m a 500 000 N⋅m se instalan a medida utilizando varias configuraciones de pluma. Los accesorios de transmisión especiales conectan el pilote de tornillo a la máquina. Las técnicas de instalación correctas son importantes para cumplir con los resultados de carga y asentamiento del diseño de ingeniería. Es probable que las técnicas incorrectas resulten en un rendimiento general deficiente del pilote.
Los pilotes helicoidales fueron descritos por primera vez por el ingeniero civil irlandés Alexander Mitchell en un artículo en Civil Engineer and Architect's Journal en 1848; sin embargo, los pilotes helicoidales ya se habían utilizado durante casi una década en ese momento. [2] Las cimentaciones helicoidales aparecieron por primera vez en el siglo XIX como cimentaciones de pilotes para faros, [3] y se utilizaron ampliamente para muelles en puertos. Entre la década de 1850 y la de 1890, se erigieron más de 100 faros con pilotes helicoidales en la costa este de los Estados Unidos utilizando pilotes helicoidales. Originalmente hechos de hierro fundido o forjado, tenían capacidades de carga y tensión limitadas.
Más recientemente, se ha desarrollado y patentado la tecnología de materiales compuestos para su uso en pilotes de tornillo pequeños. Los materiales compuestos ofrecen ventajas significativas con respecto al acero en la fabricación de pilotes de tornillo pequeños y en el rendimiento de instalación.
Los pilotes roscados se utilizan ampliamente y su uso se ha extendido desde los faros hasta los ferrocarriles, las telecomunicaciones, las carreteras y muchas otras industrias donde se requiere una instalación rápida o donde se realizan trabajos de construcción cerca de estructuras existentes.
Las instalaciones de pilotes helicoidales también se han extendido a aplicaciones residenciales, y muchos propietarios de viviendas eligen pilotes helicoidales en lugar de otras opciones. Algunas aplicaciones comunes para las cimentaciones con pilotes helicoidales incluyen terrazas residenciales, cobertizos, losas de cemento, escaleras prefabricadas y vigas de nivelación. [4]
El diseño moderno de pilotes helicoidales se basa en principios estructurales y geotécnicos estándar. Los diseñadores de pilotes helicoidales suelen utilizar su propio software de diseño, que se ha desarrollado a través de pruebas de campo de diferentes configuraciones de pilotes de compresión y anclajes de tensión en varios perfiles de suelo. La corrosión se aborda en función de ensayos de campo extendidos, combinados con bases de datos mundiales sobre la corrosión del acero en el suelo. Los pilotes helicoidales típicos con tubos de diámetro pequeño pueden restringir cargas axiales no factorizadas de hasta 300 kN, cargas de elevación de hasta 200 kN sujetas a las condiciones del suelo y cargas laterales de hasta 25 kN. [5] Los pilotes helicoidales emergentes más nuevos con tubos de fuste de gran diámetro, que requieren un gran equipo para su instalación, pueden soportar cargas superiores a 2500 kN. [6] Los pilotes helicoidales de gran capacidad de carga pueden tener varios componentes, como medias hélices planas, puntas de corte y hélices de Bisalloy, placas de tapa o interfaces de varillas de refuerzo para la conexión a varias estructuras de hormigón o acero.
La mayoría de las industrias utilizan expertos en pilotaje con tornillos debido a la rentabilidad y, cada vez más, al menor impacto ambiental. "Atornillar" los cimientos al suelo significa que hay menos desplazamiento de tierra, por lo que no es necesario transportar el exceso de tierra desde el sitio, lo que ahorra costos de transporte y reduce la huella de carbono del proyecto.
Los principales beneficios de los pilotes helicoidales incluyen: tiempos de proyecto más cortos, facilidad de instalación, poca dependencia del clima, facilidad de acceso, reducción de la huella de carbono, facilidad de remoción cuando ya no se requieren los cimientos, reutilización, menor riesgo para la mano de obra y costos reducidos.
También son adecuados para cargas de tracción y compresión, por lo que también se utilizan para mástiles, señalización y estructuras de contención.