¿Cuánto peso pueden soportar las cimentaciones de pilotes helicoidales?

Conoce un método de cimentación alternativo que reduce costos y tiempo en la construcción de edificaciones

Las cimentaciones de pilotes helicoidales no solo son capaces de soportar un peso inmenso, sino que fueron diseñados desde su propia invención para soportar grandes cargas axiales. Lejos de ser una cimentación de “cubierta”, los pilotes helicoidales son un cimiento profundo, de alta capacidad de carga que es perfecto para uso comercial e industrial pesado. Pero, ¿Cuánto peso puede soportar realmente un pilote helicoidal? Este tema lo discutiremos en este blog.

¿Cómo funciona un pilote helicoidal?

Antes de que podamos hablar sobre cuánto peso puede soportar un pilote helicoidal, debemos comprender cómo funciona un pilote helicoidal. Escuché a personas describir los pilotes helicoidales básicamente como un “tornillo de gran tamaño”, pero esa no es una imagen precisa. Un pilote helicoidal funciona con principios completamente diferentes. Para comprender cómo funciona un pilar helicoidal, debe comprender cómo se construyen:

Eje del pilote. El eje del pilote constituye el “cuerpo” del pilote helicoidal y es a lo que se unen todos los demás componentes. Como todo en un pilote helicoidal, el eje está hecho de acero. Dependiendo de la aplicación, se puede fabricar a partir de tubo hueco redondo o cuadrado, o barra maciza cuadrada/redonda.
Sección principal. En la parte inferior del pilote está la sección principal. Es la primera parte del pilote que se entierra y tiene una “punta” junto con una (o más) placas helicoidales. La punta del pilote generalmente se corta en un ángulo de 45 grados para facilitar la instalación. Se pueden usar otros tipos de puntas, como puntas de carburo, según los requisitos del sitio.
Sección de extensión. Uno de los beneficios de los pilotes helicoidales es que se fabrican en secciones. Entonces, si necesita profundizar 75 pies en el suelo, puede agregar extensiones de 25 pies hasta alcanzar la profundidad deseada más sobre los acopladores. Eso significa que los pilares helicoidales se pueden adaptar rápidamente en el sitio para hacer frente a condiciones del suelo inesperadas o desafiantes. Usemos un ejemplo. Diremos que, durante la fase de diseño, los contratistas de cimientos recibieron un informe geotécnico que indicaba un suelo de apoyo a unos 45 pies. El día de la instalación, el equipo de instalación encuentra que el suelo debajo de un par de pilares todavía está triturado a 45 pies. En este caso, se pueden agregar extensiones hasta que el pilar toque suelo de apoyo.
Un acoplador conecta las extensiones del pilote entre sí. Los acopladores vienen en una variedad de diseños. Pueden ser roscados, atornillados o soldados según el proyecto.
Hélice. Una placa helicoidal (pl. helices) se fabrica a partir de una placa de acero, se estampa en frío en forma helicoidal y se suelda al fuste del pilote. La placa helicoidal es la “salsa secreta” de un pilote helicoidal y es responsable de brindar gran parte del soporte. Las hélices están unidas al eje de tal manera que siguen el mismo camino a través del suelo. Esto minimiza la perturbación del suelo y puede aumentar la capacidad del pilote. Las hélices siguen un paso definido, normalmente de 3”, independientemente del diámetro de la placa. Este paso definido lo convierte en un verdadero pilote helicoidal. Cuántas hélices se utilizan depende de los requisitos del proyecto. Si necesita una cimentación de alta capacidad en suelo pobre, sus pilotes helicoidales pueden tener hasta 4 o más hélices.
Tapa de pilote. La tapa del pilote ayuda a la transición del pilote asentado en el suelo a cualquier estructura o proyecto que necesite soportar. Estas tapas pueden ser componentes listos para usar o hechos a medida para adaptarse a las demandas exactas del proyecto. Una de las razones por las que muchas empresas utilizan pilotes helicoidales en la actualidad es la versatilidad de las tapas de los pilotes. No importa lo que necesite una cimentación para apoyar, hay una tapa de muelle que hará el trabajo.

¿Qué le da a un pilote helicoidal su capacidad de carga?

Todos esos componentes son cruciales para el rendimiento, la versatilidad y la resistencia de un pilote helicoidal. Pero hay un componente que es responsable de la mayor parte de la capacidad de un pilote helicoidal: la poderosa placa helicoidal o hélice (figura 2).

Son las propiedades únicas de la placa helicoidal las que permiten que los pilotes helicoidales soporten mucho más peso de lo que sugiere su apariencia. Una placa helicoidal correctamente fabricada tendrá álabes delanteros y traseros paralelos, así como una separación específica (generalmente de 3 pulgadas).

La placa helicoidal proporciona un área amplia para dispersar la carga de la estructura sobre el suelo. Es la resistencia del suelo sobre la placa helicoidal la que proporciona la capacidad axial y de tensión (La fricción del suelo en el eje del pilote también juega un papel en la determinación de la capacidad máxima de un pilote helicoidal, aunque no tanto como la placa helicoidal). En resumen: es la resistencia del suelo en las hélices lo que proporciona gran parte de la capacidad de carga de un pilote helicoidal.

¿Cuánto peso puede soportar un pilote helicoidal?

Muy bien, al núcleo de nuestra pregunta. Sin embargo, antes de darte una respuesta, una breve advertencia: La capacidad última de una cimentación de pilotes helicoidales depende de una variedad de factores que incluyen el diseño de la cimentación y las propiedades del suelo. Para obtener una capacidad de carga confiable de pilotes helicoidales para su proyecto, hable con uno de nuestros expertos en cimentaciones helicoidales para evaluar sus requisitos y las condiciones del sitio.

Basta de advertencias, es hora de responder a la gran pregunta con un ejemplo. Una instalación de petróleo y gas en Texas estaba ampliando sus instalaciones con una nueva unidad en la refinería de gas en la que se recolectan o atrapan los desechos en la salida de las tuberías. Era una bestia pesada, con una carga máxima de compresión de más de 1 millón de libras.

Se consideró el concreto, pero los suelos en el oeste de Texas son generalmente secos, duros y llenos de grava. La excavación puede ser un gran desafío y el cliente no quería la molestia de retirar los escombros. Además, la ubicación de la instalación hizo que el concreto fuera costoso de obtener y lento de instalar.

También se consideraron los pilotes hincados, pero su costo y el potencial de vibraciones también eliminaron esa solución. Los ingenieros diseñaron una cimentación que consta de pilotes helicoidales de 7″ de diámetro y 8.625″ de diámetro, instalados en una configuración inclinada para soporte axial y lateral (figura 3). Los pilotes se soldaron a vigas en I de acero para unir todo.

El diseño de una cimentación de pilotes helicoidales es mucho más que la capacidad de carga por pilote. Se trata del tipo de estructura y las cargas que está soportando. La cimentación de un receptor de desechos tiene cargas intensas y complejas que se ejercen sobre él. Los pilares helicoidales son excepcionales para resistir esas cargas debido a su diseño único y versatilidad. Sin embargo, si se pregunta cuánto peso podría soportar un solo pilote helicoidal.

En la instalación de pilotes helicoidales robustos de 14″ de diámetro para una estación compresora. En ese trabajo, los pilotes helicoidales soportaron cómodamente una carga máxima de 400 000 libras por pilote. Fácilmente podrían haber subido aún más, pero 400,000 libras era la capacidad especificada, por lo que la prueba se detuvo allí. Lo que digo es que la capacidad de carga de sus pilotes helicoidales individuales no es un factor limitante para su cimentación.

Las cimentaciones de pilotes helicoidales son tan capaces, a veces incluso más, que los pilotes de concreto hincados o vaciados en el lugar comparables. La gran capacidad axial de los pilotes helicoidales los hace ideales para proyectos como:

Sistemas de almacenamiento de energía de batería (BESS)
Proyectos de energías renovables (instalación solar, aerogeneradores)
Aplicaciones de petróleo y gas (oleoductos, soporte de equipos)
Líneas de transmisión de energía y torres de comunicación

La pregunta no es qué pueden soportar los pilotes helicoidales, sino qué no pueden soportar. Si alguien le dice que los pilares helicoidales no se pueden usar en una aplicación de alta capacidad, (francamente) no saben de qué diablos están hablando.

Los pilotes helicoidales se inventaron originalmente hace casi doscientos años para soportar altas cargas axiales en suelos muy débiles. Décadas de ingeniería, pruebas y estudios intensivos han convertido los pilotes helicoidales en cimientos de alta capacidad comprobados con los datos que los respaldan.

Ponga su proyecto sobre una cimentación más fuerte, más rápida y más económica, desplácese hacia abajo para ponerse en contacto con nuestros expertos en cimentaciones de Helical®. Ya sea que necesite soportar 100 000 lb o 1 000 000 lb, lo ayudaremos a descubrir una solución rápida y eficiente.

By Ph.D. Carolina Hernández Valerio

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