ANCLAJES Y PILOTES HELICOIDALES-UNA INTERESANTE SOLUCIÓN DE CIMENTACIÓN PARA CARGAS LIGERAS
GENERALIDADES
Los anclajes y pilotes helicoidales son sistemas de cimentación que utilizan un eje de acero laminado macizo dotado de una o más hélices de chapa soldada al mismo y que se hacen penetrar en el terreno por rotación. Trabajan muy bien a esfuerzos axiles de arrancamiento o compresión y su principio de funcionamiento es muy sencillo, basándose en la resistencia al desplazamiento que ejerce el terreno en las palas de las hélices.
Cuando se colocan verticales o casi verticales trabajarán como pilotes, bien a tracción o compresión y cuando se instalan horizontales o casi horizontales se suelen usar como anclajes para la estabilización de muros de contención, por ejemplo.
Se trata de un sistema aún no muy común en nuestro país, si bien como veremos presentan algunas ventajas que lo hacen una opción más que interesante a considerar para múltiples aplicaciones de cimentación ligeras, por lo que desde RRG INGENIEROS pasamos en este post a un primer acercamiento a estos sistemas a fin de evaluar su conveniencia.
¿CÓMO SE INSTALAN?
Mediante un motor accionado hidráulicamente y montado en una retroexcavadora o similar, se aplica una torsión y empuje continuos sobre el eje de la hélice para hacerla penetrar en el terreno, controlando en tiempo real la torsión aplicada y se compara con la de diseño.
La capacidad de carga se determina en tiempo real leyendo el par de instalación, correlacionándolo con la relación de capacidad de resistencia del suelo.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA
*Ventajas:
-Proceso de instalación rápido y se reducen tiempos de construcción ya que no hay que esperar al fraguado de hormigones
-Fácil de desinstalar
-Mínima perturbación del terreno al no requerir excavaciones profundas ni grandes maquinarias, con mínima vibración lo cual especialmente útil en áreas sensibles o urbanas.
-Economía: Son más económicos que algunas alternativas en su rango de carga
-Carga inmediata, sin tiempo de curado de hormigones
-Niveles de ruido más bajos que los pilotes y micropilotes
-No se necesitan camiones de concreto o bombas de lechada
-Limpieza y orden en obra, sin desperdicios
-Transfieren la carga al terreno por las hélices, no por fricción, lo que acorta su longitud
-Son reutilizables
*Desventajas:
-Se trata de un sistema aún no muy extendido en nuestro país por lo que pudiera ser que se encontraran dificultades para encontrar empresas que hagan este tipo de trabajos en una determinada zona.
-Por otro lado su capacidad de carga puede limitar su uso a aplicaciones de cimentación con cargas moderadas o ligeras.
APLICACIONES DEL SISTEMA
Algunas de las aplicaciones típicas para los anclajes y pilotes helicoidales son las siguientes:
-Cimentación edificación (generalmente de una o 2 plantas)
-Recalce de cimentaciones
-Cimentación de tuberías de transporte
-Cimientos de torres de transmisión
-Cimientos de centros de transformación
-Cimentación de catenarias de ferrocarril
-Cimientos de alumbrado público
-Cimentación de señalización de carreteras y carteles publicitarios
-Cimentación de instalaciones fotovoltaicas
-Cimentación de pasarelas peatonales
-Cimentación de obras marítimas ligeras
-Estabilización de muros de contención (trabajando como anclajes)
CÁLCULO DE ANCLAJES Y PILOTES HELICOIDALES
*Normativa
No se contemplan explícitamente estos sistemas de cimentación en la normativa geotécnica española ni en los Eurocódigos, por lo que recurriremos a la Bibliografía anglosajona al respecto, si bien puede ser útil calibrar los parámetros de la misma con la Guía de micropilotes para Obras de Carreteras, la Guía de cimentación para Obras de Carreteras y las ROM.
Respecto al análisis estructuras de las hélices de acero laminado se pueden abordar perfectamente con el Código Estructural o los Eurocódigos.
*Capacidad geotécnica
Las hélices de cimentación pueden resistir tanto esfuerzos axiles como transversales y hay diversos métodos para evaluar las capacidades resistentes.
Para un predimensionamiento y de forma simplificada podemos recurrir a la formulación general de Terzaghi para evaluar la capacidad axil Qu (tracción o compresión) de una hélice:
Qu = Ah x ((c x Nc) + (q x Nq) + (0.5 x UW x B x Nb))
Y siendo generalmente despreciable el tercer término nos quedará la fórmula simplificada (Bowles 1988):
Qu = Ah x ((c x Nc) + (q x Nq)
Siendo:
Qu=Capacidad axil geotécnica última
Ah= Área proyectada neta de cada hélice
c=Cohesión sin drenaje
q=Presión efectiva a la profundidad de la hélice analizada
Nc, Nq=Factores de carga (adimensionales)
Nc = 9 para suelos puramente cohesivos
Nq=Factor de comportamiento para suelos no cohesivos calculándose de la siguiente manera:
Además de la expresión anterior hay otras fórmulas para evaluar la capacidad geotécnica de las hélices, concretamente es usual emplear correlaciones entre el par aplicado a al eje de la hélice y la resistencia axil, si bien lo citamos sólo como información.
Continuando con el cálculo de la resistencia geotécnica, la capacidad axil geotécnica total del pilote o anclaje será la suma de las correspondientes a cada hélice, y todo ello minorado por un factor de seguridad FS que generalmente adoptará un valor de 3 o 2 según la importancia de la obra:
Qud=∑Qui/FS
Para el caso de pilotes o anclajes muy largos podría considerarse también el rozamiento a lo lago del fuste del eje, si bien lo despreciaremos en este post a efectos de simplificación, siendo en cualquier caso su contribución generalmente considerablemente menor que el de las hélices.
Respecto a la resistencia frente a esfuerzos laterales resulta algo más compleja de evaluar. En cualquier caso es viable recurrir a dicha resistencia, ya sea de ejes verticales por flexión, o incluso mejor inclinando los ejes respecto a la vertical para conseguir dicha una componente horizontal a partir de la resistencia axil de los pilotes o anclajes.
*Capacidad estructural
Además de la capacidad geotécnica de los anclajes o pilotes de cimentación habrá que evaluar lo que denominamos “tope estructural” para lo cual se evaluará con ayuda del Código Estructural los ELU de rotura frente a axiles o cortante/flexión en su caso.
Concretamente para evaluar la resistencia axil a compresión habremos de verificar el pandeo del eje de la hélice, distinguiendo entre el tramo del eje empotrado en terreno consistente y entre hélices, y el tramo de eje superficial y envuelto por terreno de baja compacidad totalmente exento:
CONCLUSIONES
Como vemos se trata de un sistema de cimentación poco conocido pero interesante en muchas aplicaciones con cargas medias y ligeras donde se premia la rapidez de montaje y puesta en carga de la cimentación. Debe no obstante hacerse un estudio suficientemente detallado de estos sistemas dado que no se dispone de una amplia experiencia en nuestro país y a día de hoy no se recogen explícitamente en la normativa estructural y geotécnica.
Si desea un asesoramiento al respecto, puede ponerse en contacto RRG INGENIEROS a través de:
