Los pilotes helicoidales o pilotes empujados por hélice (“Helical Piers” ó “Screw Piles” en inglés) son un tipo de cimentación muy interesante que, aunque en España son de escaso uso, en el resto del mundo (sobre todo zonas de influencia anglosajona) están a la orden del día.
En el post de hoy vanos a ver varios métodos para el cálculo de estos pilotes helicoidales y veremos sus ventajas frente a otros sistemas de cimentación profunda.
El uso de los pilotes helicoidales se remonta a 1838 cuando Alexander Mitchell, ingeniero irlandés, los usa en la construcción del faro Maplin Sands en la desembocadura del Támesis.
Faro Maplin Sands
Desde entonces, no ha dejado de usarse para pequeñas y medianas cargas.
El sistema consiste en un eje central de acero galvanizado al que van soldadas una serie de chapas de acero circulares formando unas pequeñas hélices. Los pilotes se atornillan al terreno mediante equipos de perforación hidráulicos o eléctricos manejados manualmente o montados sobre maquinaria.
Existen varios métodos para su cálculo:
1) El primero que vamos a ver (Mitsch y Clemence 1985), consiste en considerar el pilote virtual compuesto por el terreno atrapado entre las hélices. Es decir, consideramos que las hélices son capaces de movilizar el terreno que hay entre ellas creando un pilote virtual de terreno de diámetro igual a de las hélices.
Bajo esta hipótesis, la carga de hundimiento viene dada por:
Donde:
R = el radio medio de las helices
Rb = es el radio de la helice inferior
L = es la longitud entre la primera helice y la última
C’ = cohesión
K0 = coeficiente lateral de empuje
Ø = ángulo de rozamiento interno del terreno
σv’ = tensión efectiva en el nivel de las helices
Nc, Nq factores de capacidad de carga
Vamos, la típica ecuación de suma del rozamiento por fuste y por punta de un pilote, pero en este caso un pilote virtual hecho de terreno.
2) Un segundo método (A.B. Chance 1995), considera que cada hélice del pilote se comporta como una cimentación superficial o punta de pilote. Obviamente la separación entre hélices debe ser tal que no se genere interferencia entre los bulbos de tensiones generados por estas. Es por eso, que la distancia entre hélices suele ser, como mínimo, unos 3 diámetros de la hélice superior.
Bajo esta hipótesis, la carga de hundimiento viene dada por la suma de las capacidades de carga de cada hélice:
3) Por último, el tercer método que veremos, es una formulación de base empírica que permite comprobar en campo las estimaciones que se han podido hacer en la cimentación por algunos de los métodos anteriores.
Consiste en suponer que la carga de hundimiento es proporcional al momento torsor o par mecánico que ha sido necesario aplicar al pilote para hincarlo en el terreno:
Donde:
T= es el par medio que se ha necesitado para instalar el pilote (KN*m).
K =es un valor que depende del tipo de terreno y, sobre todo, del tamaño de la hélice (en m-1). Su valor oscila entre 10 a 66 m-1 y es usual tomar el valor de 23 m-1.
Para calcular la carga admisible respecto a la carga última definida en los métodos anteriores, basta, como siempre, con aplicar un coeficiente de seguridad (C.S.). Como suele ser habitual en cimentaciones profundas, este valor suele ser del orden de 3.
Las ventajas de este tipo de cimentación con la de pilotes o incluso micropilotes convencionales, suelen ser:
- Rapidez de ejecución comparado con otras tipologías.
- Sistema mas económico que sus alternativas, en su rango de uso de cargas.
- Mínima perturbación del terreno circundante.
- Impacto reducido en el medio ambiente.
- Gran durabilidad al disponer de pilotes galvanizados que ofrecen un buen comportamiento en ambiente corrosivos.
Como podéis ver, este sistema no sólo es para pequeños diámetros…
Espero que este post os sirva para conocer el sistema y poder enfrentaros a su cálculo.
Por cierto, si os interesa el tema de los pilotes o micropilotes, sólo recordaros que dentro de poco empiezan nuestros cursos de cimentaciones profundas. Os invito a que le echéis un vistazo y os apuntéis!
Fuentes:
- Pier Tech Systems. Desing Engineering Handbook.
- CHANCE. Helical Foundations for Telecom Structures.
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