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¿Cuál es la mejor cimentación para su proyecto: pilotes helicoidales, de concreto o hincados?

Elige la mejor alternativa de cimentación para tu proyecto

Dentro del sector de la construcción suele surgir una pregunta común: ¿Por qué utilizar pilotes helicoidales? Hemos utilizado pilotes vertidos e hincados sin problemas serios. ¿Cómo se compara un pilote helicoidal con las soluciones que ya estamos usando?” Es una pregunta justa. A pesar de que han existido durante casi doscientos años, los pilotes helicoidales todavía tienen la percepción de que son una “nueva tecnología”. Los ingenieros y contratistas desconfían, con razón, de las cosas que parecen “nuevas”. A lo que nos enfrentamos aquí, en realidad, es a la falta de información de calidad. En este blog haremos un resumen directo de las tecnologías de cimentaciones de los “cuatro grandes” que se utilizan en la construcción industrial hoy en día:

Pilotes de concreto construidos in situ
Pilotes de concreto hincado prefabricado
Pilotes en H de acero
Pilotes helicoidales

1. Pilotes de concreto

Algunos de los usuarios (e innovadores) más prolíficos del concreto fueron los romanos, que lo utilizaron para construir grandes proezas de ingeniería antigua como el Coliseo y extensas redes de acueductos. Después de la caída del Imperio Romano, los humanos olvidaron cómo hacer concreto de calidad durante bastante tiempo. No fue hasta mediados del siglo XVIII cuando el concreto fue “reconstruido”, creció en popularidad y continuó refinándose.

Cuando llegó la revolución industrial y la construcción se mecanizó más, todo encajó para el pilote de concreto. A principios del siglo XX, las máquinas eran capaces de excavar profundamente en la tierra y pronto los ingenieros comenzaron a utilizar pilotes de concreto como cimentación profunda. Su economía y la disponibilidad de materias primas las ha convertido en uno de los cimientos profundos más habituales. Ignorando todas las variantes y ramificaciones de los pilotes de concreto, podemos dividirlos en términos generales en ‘vertidos in situ’ y ‘prefabricados’.

2. Pilotes construidos in situ (concreto vertido)

“Casted in situ” se refiere a pilotes de concreto que se vierten y curan en el sitio. Es lo que se conoce como pilote de desplazamiento, lo que significa que hay que quitar tierra del suelo para poder instalarla. Ofrecen buena capacidad y estabilidad, pero tienen algunas limitaciones derivadas de los materiales y métodos de instalación.

2.1. Instalación de un pilote de concreto moldeado in situ

Exactamente cómo se instala un pilote de concreto vertido dependerá del diseño de los cimientos, las limitaciones del sitio y otras consideraciones. Una vez más, estamos dando una mirada amplia aquí y no queremos quedarnos atascados en los detalles. Así es como puede, aproximadamente, esperar que funcione la instalación de un pilote de concreto moldeado in situ:

Una excavadora o equipo de perforación excava un pozo para el pilote
Los despojos se retiran del lugar a través de camiones
Las formas vacías se instalan en la parte inferior de cada pozo. Esto crea un espacio vacío entre los suelos expansivos y los cimientos, al tiempo que proporciona un encofrado de soporte temporal para el peso del concreto hasta que alcance una resistencia específica.
Se insertan carcasas cilíndricas (tubos) en el pozo para evitar que se derrumbe sobre sí mismo y para sostener el concreto mientras se cura.
El mallado del acero de refuerzo se fabrican in situ y se colocan en la carcasa
Se vierte concreto en el revestimiento (si se ha infiltrado agua en el encofrado, se necesitará equipo adicional para el vertido)
Se retiran los revestimientos del pilote y se remata la parte superior con más concreto vertido
Espere hasta 2 semanas (o más) para que el concreto se cure antes de que se puedan aplicar las cargas

2.2. Ventajas y desventajas de los pilotes construidos in situ

¿Cuáles son los beneficios y las desventajas de usar una cimentación de pilote moldeada in situ (concreto vertido)?

2.3. Resumen de pilotes construidos in situ

Estos pilotes son populares porque son baratos, es fácil obtener materias primas y los ingenieros están familiarizados con ellos. Pero (y sé que me arriesgo a parecer parcial), el concreto vertido no es mi cimentación favorita para aplicaciones industriales. Es desordenada, requiere mucho tiempo y no tiene mucha versatilidad.

Por el lado positivo, los pilotes de concreto construidos in situ son, sin duda, una de las soluciones de cimentación más económicas para ciertos proyectos. Si tiene una cimentación sencilla, buen acceso al sitio, proximidad a las materias primas, sin condiciones de suelo desafiantes y sin horarios estrictos, los pilotes de concreto vertido pueden ser la solución.

3. Pilotes de concreto hincados prefabricados

El pilote de concreto prefabricado es como el primo del pilote colado in situ. En lugar de transportar camiones de cemento y verter el pilote directamente en el suelo, los pilotes de concreto prefabricado se moldean fuera del sitio y se transportan al sitio como pilotes completos.

Esto evita algunos de los problemas de los pilotes colados in situ, como los largos tiempos de curado y los retrasos por el clima. Los pilotes prefabricados tienden a usarse para proyectos industriales y comerciales de servicio pesado debido al espacio necesario para maniobrarlos e instalarlos.

3.1. Instalación de un pilote de concreto hincado prefabricado

Si el suelo es especialmente denso, es posible que se requiera una perforación previa
Se coloca una tapa protectora de acero en la parte superior del pilote para protegerlo durante la instalación, o puede haber una sección de sacrificio de concreto en la parte superior del pilote diseñada para ser destruida por el proceso de conducción
Los pilotes se cargan en la máquina de perforación de pilotes y se colocan en su lugar
La máquina de hincado de pilotes, por lo general con motor diésel o hidráulico, golpea el pilote contra el suelo
El exceso de concreto debe recortarse con cuidado

3.2. Ventajas y desventajas de los pilotes de concreto hincados prefabricados

3.3. Resumen de pilotes hincados prefabricados

Los pilotes prefabricados solucionan algunas de las desventajas de los pilotes construidos in situ, como los largos tiempos de curado en el sitio y la excavación extensa. Una vez en el suelo, proporcionan mucha resistencia a la estructura y se pueden diseñar con mayor precisión que los pilotes vertidos. Los pilotes prefabricados también son ideales para conducir hacia el agua o lugares muy húmedos.

Dicho esto, pueden ser pesados y difíciles de transportar. Es fácil dañarlos mientras se manipulan y carecen de cierta versatilidad en términos de dónde se pueden usar. Debido a que los pilotes prefabricados son pesados y quebradizos, es mejor dejarlos para lugares de trabajo con fácil acceso y mucho espacio para maniobrar.

4. Pilotes H de acero

Si el concreto vertido tarda mucho tiempo en curarse y los pilotes de concreto hincado prefabricado son quebradizas y pesadas, entonces una solución es encontrar un material diferente para los pilotes hincadas.

Los pilotes en H de acero son más resistentes al daño, más fáciles de manejar y, a menudo, más rápidos de instalar en comparación con los pilotes prefabricados. Su construcción de acero también los hace más fáciles de recortar y, a diferencia de los pilotes de concreto, los pilotes en H se pueden empalmar para aumentar la profundidad.

4.1. Instalación de un pilote H de acero

Los pilotes en H se fabrican fuera del sitio utilizando grados específicos de acero. Si el suelo es especialmente denso, se pueden agregar puntos piloto especiales al pilote para ayudar a clavarlo en el suelo. Los pilotes se cargan en la máquina de perforación de pilotes y se mueven a la posición correcta. Usando energía diésel o hidráulica, unas máquinas de hincado de pilotes clavan el pilote H en el suelo. Las puntas de los pilotes se recortan a la altura correcta.

4.2. Ventajas y desventajas de los pilotes en H de acero

4.3. Resumen de pilotes H de acero

Prefiero el acero al concreto como material de cimentación. Es más fácil de manejar, extremadamente fuerte, produce menos emisiones de carbono para la producción y puede reciclarse al final de su vida útil. El concreto puede ser más asequible como materia prima, pero, en mi opinión, los beneficios del acero lo convierten en un fuerte competidor del concreto.

Los pilotes en H resuelven muchos de los desafíos de los cimientos profundos de concreto y pueden ser una opción sólida para el proyecto correcto. Se enfrentan a desafíos similares a los de otras fundaciones impulsadas. Las vibraciones pueden perturbar el entorno local, puede ser difícil trabajar con los pilotes y el equipo de instalación es (generalmente) voluminoso.

5. Pilotes helicoidales

Originalmente llamado “pilotes de tornillo”, el pilote helicoidal fue inventado a principios de la década de 1830 por Alexander Mitchell y patentado en 1833. Fue diseñado para los suelos arenosos sueltos y saturados que se encuentran a lo largo de los innumerables ríos y costas del Reino Unido. El suelo de poco apoyo hizo que muchas áreas fueran inaccesibles para el desarrollo, y la falta de luces de navegación en las costas estaba causando estragos en el transporte marítimo.

El advenimiento del pilote helicoidal permitió que las estructuras se apoyaran firmemente en suelos sueltos y saturados y rápidamente abrió nuevas áreas para el desarrollo. Los pilotes helicoidales no requieren excavación como los pilotes construidos in situ y no es necesario clavarlos en el suelo como los pilotes en H o los pilotes prefabricados. En su lugar, giran hacia el suelo utilizando un cabezal de accionamiento helicoidal accionado hidráulicamente. Este cabezal de transmisión se puede acoplar a una variedad de equipos comunes, como excavadoras y minicargadoras.

5.1. Instalación de un pilote helicoidal

Los pilotes helicoidales se fabrican fuera del sitio según las especificaciones
Una minicargadora o excavadora une la primera sección helicoidal del pilote, denominada “sección principal”, al cabezal de transmisión helicoidal. El accionamiento helicoidal está conectado a una máquina con energía hidráulica (como una excavadora)
Después de posicionar el pilote, el pilote helicoidal se gira hacia el suelo utilizando el cabezal de accionamiento. El par en el eje del pilote helicoidal se controla para garantizar la calidad de la instalación y la capacidad axial.
Las extensiones de pilote, que vienen en longitudes estándar como 10 o 15 pies, se acoplan a la sección principal que ya está en el suelo y luego también se doblan. Se agregan extensiones hasta que se cumplan las especificaciones de ingeniería.
Las partes superiores de los pilotes están recortadas y rematadas con las tapas, enrejados u otras transiciones adecuadas.

5.2. Pros y contras de los pilotes helicoidales

5.3. Resumen de pilotes helicoidales

Los pilotes helicoidales son una alternativa interesante a los cimientos construidos in situ e hincados. Eliminan muchas de las limitaciones de esas tecnologías y le permiten colocar cimientos sólidos en más lugares, más rápido que nunca. Pero no son perfectos. Hay situaciones en las que los pilotes helicoidales pueden no tener sentido, como suelos con rechazo poco profundo o suelos densos.

Por eso es clave hablar con expertos en cimientos que hagan referencia a informes geotécnicos y condiciones del suelo para decirle si un cimiento de pilotes helicoidales tiene sentido o no.

6. Resumen: pilotes helicoidales, de concreto y pilotes en H

Muy bien, hemos analizado cada una de estas tecnologías básicas por separado. Ahora es el momento de compararlos usando una útil infografía que reunimos:

Al final del día, no puedo decirle cuál es la cimentación “perfecta” para su proyecto porque, bueno, no conozco los detalles de su proyecto. Es posible que vea fantásticos beneficios al usar una cimentación de pilote helicoidal, o puede que no funcione para su situación en absoluto. Mi punto es que puedes ver que cada cimentación en esta lista tiene ventajas y desventajas:

El concreto es relativamente asequible y común, pero puede ser pesado, incómodo y consumir mucho tiempo.
Los pilotes en H son menos problemáticos que los de concreto, pero pueden ser costosos y difíciles de instalar en algunos lugares.
Los pilotes helicoidales son más rápidos y versátiles, pero no son apropiados para todos los tipos de suelo o situaciones.

Es la cimentación que ofrecerá el apoyo más rápido, firme y económico a su proyecto. Para encontrar esa cimentación, debe hablar con expertos en cimentaciones honestos que tengan la integridad para ayudarlo a encontrar la mejor cimentación para su proyecto. No solo la cimentación que venden.

By Ph.D. Carolina Hernández Valerio

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