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Ventajas y limitaciones potenciales de los pilotes y anclajes helicoidales
Conoce los beneficios de utilizar pilotes y anclajes helicoidales
Los ingenieros a veces preguntan “¿Cuáles son algunas de las posibles ventajas de usar pilotes atornillados o anclajes helicoidales en mi proyecto y cuáles son algunas de las limitaciones?” Estas son excelentes preguntas y parece que este podría ser un buen lugar para brindar algunas respuestas breves y simples.
Ventajas potenciales del uso de pilotes atornillados y anclajes helicoidales
1. Instalación Rápida
Los pilotes y los anclajes helicoidales generalmente se instalan con equipos de construcción convencionales, como una excavadora de orugas o una mini-excavadora equipada con un motor hidráulico de baja velocidad y tamaño adecuado. No es necesario movilizar equipos especiales, como una grúa con un martillo perforador o una gran plataforma de perforación. Esto hace que la movilización sea rápida y económica; Los contratistas pueden responder y estar en el sitio rápidamente. Por lo general, solo se necesita un operador y un trabajador. Se pueden obtener grandes capacidades de carga utilizando un equipo de instalación relativamente pequeño.
Las velocidades de instalación suelen ser del orden de 6 a 10 rpm, lo que significa que solo lleva unos 30 segundos. para avanzar un pilote o anclaje helicoidal un pie, o unos 5 min por 10 pies de longitud. Dependiendo de la sección de extensión que se utilice, el personal puede conectar una extensión de tubería o de eje cuadrado en aproximadamente un minuto, por lo que una instalación de 50 pies solo debería tomar entre 30 y 40 minutos. La instalación no depende de las condiciones climáticas y la mayoría de las instalaciones se realizan incluso en condiciones marginales.
2. Capacidad de transmisión de carga inmediata
Los pilotes y los anclajes helicoidales son únicos entre la mayoría de los otros tipos de cimientos o sistemas de anclaje, ya que se pueden cargar inmediatamente después de la instalación. No es necesario esperar a que el concreto o la lechada se endurezcan o, en el caso de pilotes hincados, no es necesario esperar a que se disipe el exceso de presión intersticial. Esto puede ser importante en algunos proyectos, por ejemplo, la respuesta a emergencias donde el cronograma de construcción es corto y el resto del proyecto depende de la instalación de los cimientos o anclajes. En la mayoría de las condiciones del suelo, la capacidad última de los pilotes y los anclajes helicoidales aumentará con el tiempo como resultado de los efectos del envejecimiento y la tixotropía. Esto significa que la capacidad inmediatamente después de la instalación puede ser algo menor que la capacidad antigua a largo plazo, que es conservadora.
3. Perturbación mínima del sitio
En relación con la mayoría de los otros tipos de actividades de construcción que involucran la instalación de pilotes hincados, pozos perforados u otros sistemas de anclaje, la instalación de pilotes y anclajes helicoidales produce poca o ninguna perturbación del sitio. Específicamente, la instalación de pilotes y anclajes helicoidales generalmente no produce cortes de suelo. Esto mantiene el sitio limpio, requiere una limpieza mínima en cada lugar de instalación después de la instalación y, por lo general, significa menores costos del proyecto. Una ventaja adicional es el bajo nivel de ruido asociado con la instalación.
La instalación también produce vibraciones mínimas que pueden ser importantes en algunos proyectos que son sensibles a las vibraciones de la construcción. Dado que los pilotes y los anclajes helicoidales tienen una huella de trabajo pequeña, también producen una interrupción mínima en las estructuras adyacentes. En casos de reacondicionamiento o restauración, las estructuras existentes a menudo pueden seguir utilizándose mientras se instalan pilotes atornillados o anclajes helicoidales. Dado que no producen cortes en el suelo, también se pueden usar de manera eficiente en sitios donde se pueden encontrar suelos contaminados, ya que los suelos no llegan a la superficie del suelo.
4. Supervisión de la instalación y verificación de la capacidad de carga durante la instalación
Una de las características más importantes de los pilotes y los anclajes helicoidales es la verificación de la capacidad de carga durante la instalación. En algunos aspectos, esto es similar a monitorear la instalación de pilotes hincados mediante el uso de un analizador de hincado de pilotes durante la instalación. Esto es posible mediante el uso de un dispositivo de medición de torque directo en línea que mide el torque de instalación a medida que el pilote/anclaje avanza hacia el suelo. Muchos estudios han demostrado que existe una relación entre el torque de instalación y la capacidad de carga, lo que significa que los ingenieros pueden verificar la capacidad de inmediato. En la mayoría de los proyectos, esta relación torque-capacidad se verifica con pruebas de carga in situ.
Supervisar el torque de instalación también significa que se pueden verificar las condiciones del suelo en cada lugar de instalación y se puede evaluar la variabilidad del subsuelo. Mediante el control del torque de instalación, se puede desarrollar la capacidad de carga necesaria profundizando en un suelo mejor o utilizando una geometría de pilote/anclaje diferente. El torque de instalación se usa a menudo como parte de los criterios de terminación permitidos que se dan en las especificaciones del proyecto.
5. Instalación en ubicaciones remotas o en sitios con acceso limitado
Los pilotes y los anclajes helicoidales se adaptan bien a proyectos ubicados en áreas remotas donde los costos de movilización tienden a ser altos y otros servicios de apoyo a la construcción son limitados o pueden no estar fácilmente disponibles. Algunos sitios de proyectos están congestionados o tienen acceso limitado para equipos de construcción. Los proyectos que involucran reacondicionamiento pueden tener poco espacio libre para realizar el trabajo, como dentro de las estructuras existentes. Dado que los pilotes atornillados y los anclajes helicoidales se pueden fabricar como sistemas modulares, que constan de secciones de guía y secciones de extensión, son ideales para espacios de poca altura o situaciones de acceso limitado.
6. Instalación en condiciones de nivel freático alto
Los pilotes y los anclajes helicoidales normalmente no requieren excavación para su instalación. En los casos en que se utilicen para apuntalar una estructura existente, es posible que se necesite una excavación poco profunda para exponer los cimientos existentes. Las dificultades que se encuentran a menudo con las aguas subterráneas poco profundas en los sitios de construcción generalmente tienen poco o ningún impacto en la instalación de pilotes y anclajes helicoidales. Esto acelera la construcción y elimina la necesidad de bombas u otros métodos para manejar el agua subterránea y reduce los costos.
7. Fácil instalación en una pendiente
Si bien es común instalar pilotes atornillados y anclajes helicoidales verticalmente, de hecho, se pueden instalar en casi cualquier orientación para adaptarse a las necesidades de un proyecto. La instalación en un talud, por ejemplo, para proporcionar resistencia adicional para carga lateral, es simple. Para proyectos de contención de tierra, incluso la instalación de anclajes helicoidales en forma horizontal se puede lograr sin dificultad particular.
8. Modificaciones de campo simples para aumentar la capacidad de carga
Otra de las características únicas de los pilotes y los anclajes helicoidales que los hace muy versátiles es la capacidad de modificar rápidamente la configuración de los elementos helicoidales para aumentar la capacidad de carga. Esto se logra en parte por la naturaleza modular de la tecnología. Agregar secciones de extensión con placas helicoidales adicionales de mayor diámetro es fácil y significa que el ingeniero puede desarrollar rápidamente una solución sin requerir la fabricación de una cimentación o anclaje completamente nuevo. Esto nuevamente muestra la versatilidad de la tecnología.
9. Amplia gama de aplicaciones de suelo y carga
Los pilotes atornillados y los anclajes helicoidales se pueden instalar en una amplia gama de condiciones del subsuelo, desde arcillas muy blandas a muy rígidas, desde arenas sueltas a muy densas. Las cargas de diseño tienen un rango muy amplio según las necesidades del proyecto y pueden llegar a los 650 kips.
10. Huella de Carbono Baja – Tecnología Sostenible
Muchos fabricantes de pilotes y anclajes helicoidales utilizan acero reciclado de alta calidad en su fabricación. Esto conserva los recursos naturales y la energía y reduce la huella de carbono general. Los pilotes atornillados y los anclajes helicoidales son especialmente útiles para soportar estructuras temporales, ya que se pueden quitar y reutilizar con poco o ningún cambio en la integridad estructural. Esto es muy diferente a un pilote hincado, un pozo perforado o un anclaje con lechada que a menudo se abandonan. Algunos pilotes helicoidales han estado en su lugar durante varios años, se han retirado y reutilizado en otro sitio.
11. Construcción modular
Los pilotes atornillados y los anclajes helicoidales se fabrican en secciones dando un tipo de construcción modular. Esto significa que es fácil extender o reducir la longitud de la instalación según sea necesario para adaptarse a las condiciones del sitio y los requisitos de diseño.
Ventajas potenciales del uso de pilotes atornillados y anclajes helicoidales
Los pilotes y los anclajes helicoidales brindan al ingeniero otra herramienta en su conjunto de herramientas para desarrollar soluciones alternativas para resolver problemas y, como cualquier otra tecnología disponible, no carecen de algunas limitaciones.
1. Condiciones limitantes del suelo
Los pilotes y los anclajes helicoidales generalmente se limitan a la instalación en suelos que tienen un tamaño de grano máximo inferior al 60% del paso de las hélices. Para una pendiente típica de 3 pulgadas, esto significa un tamaño de grano máximo de aproximadamente 1 ³⁄ pulgadas, o grava mediana. Los pilotes y los anclajes helicoidales generalmente no avanzan correctamente en depósitos de grava y cantos rodados; simplemente no deben usarse. Tampoco son adecuados para roca, aunque en algunos casos puede ser posible avanzar una placa helicoidal de plomo para soportar las primeras pulgadas de roca erosionada, como en perfiles de suelo residual.
2. Limitaciones del equipo
La instalación adecuada de pilotes y anclajes helicoidales es esencial para el desempeño. El equipo utilizado por el Contratista debe seleccionarse para cumplir con las condiciones de suelo esperadas en un proyecto, la geometría específica seleccionada para el trabajo y el par máximo de instalación esperado. El equipo de tamaño insuficiente limitará el avance adecuado y la instalación final. Una regla general es que el peso de la máquina debe ser de aproximadamente 1/2 tonelada por 1000 pies-libras del torque de instalación necesario. Entonces, si el torque máximo esperado en un proyecto es de 6500 pies-libras, la máquina debe tener un peso mínimo de alrededor de 3 ¹⁄ toneladas.
3. Limitaciones estructurales
Cada pilote y anclaje helicoidal tiene una limitación estructural que es identificada por el fabricante. Esto a veces se conoce como la “clasificación de torque”. Significa que existe un límite en la cantidad de torsión que se debe aplicar al pilote o al anclaje helicoidal antes de que se comprometa la integridad estructural. Durante la instalación, no se debe exceder este límite, aunque quizás el equipo que se utiliza para la instalación tenga una capacidad de torsión mucho mayor. En caso de que se alcance un torque límite repetido durante la instalación y no se cumplan las especificaciones de instalación, se debe utilizar una configuración diferente de tornillo-pilote o anclaje helicoidal.
By Ph.D. Carolina Hernández Valerio
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