Usos y ventajas sobre el uso del pilote Helicoidal en suelos blandos de la Costa Ecuatoriana

3. 1.- Definición de pilote hélice y anclajes helicoidales
2.- Teoría y diseño
A. Capacidad de carga teórica
B. Correlaciones de torque durante su instalación
C. Pandeo y resistencia lateral
D. Profundidad mínima
E. Efectos de grupo
F. Expectativa de vida y corrosión
3.- Aplicaciones prácticas
CONTENIDO
A. Apuntalamiento y muros de retención
B. Apuntalamientos
C. Nuevos tipos de cimentaciones
D. Utilidad en tuberías y torres

4. DEFINICIÓN DE PILOTE Y ANCLAJE HELICOIDAL
• Pilote Hélice .- Pilote metálico fabricado industrialmente que consiste en
una estructura compuesta por un tubo central con uno mas de dos discos
helicoidales que generalmente son usados bajo cargas a compresión.
• Anclaje Hélice .- El mismo concepto pero este es usado para sistemas de
retención de suelo y otras aplicaciones bajo cargas de tensión.
• Otros conceptos .- Pilotes tornillo, anclaje tornillo, pilar helicoidal, pilote
de torque, anclaje instalado con torque.

5. DEFINICIÓN DE PILOTE Y ANCLAJE HELICOIDAL
• Cimentación helicoidal .- Es un tipo de cimentación que utiliza pilotes
helicoidales en la subestructura.

6. COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PILOTE
Terminología:
• Tubo central – Central
shaft
• Unión – Pier Cap
• Extensión de tubo
• Conector entre tubos –
Coupling
• Cabezal o punta – Lead
section
• Altura de hélice – Pitch
• Punta del pilote – Pilot
point

7. EJEMPLO DE INSTALACIÓN
Instalación:
• Utilizando rotación
generada por motor
hidráulico se introduce la
punta del pilote en la
tierra.
• Se acopla una o mas
extensiones hasta la
longitud de diseño.
• Se paraliza la instalación
cuando se llega a la
energía de torque de
diseño requerida

8. EJEMPLO DE INSTALACIÓN - COMPONENTES
• Hydraulic Machine
- máquina hidráulica
• Helical Pile
Extensión Sections
– Partes del pilote
helicoidal
• Torque Motor –
Motor de torque
• Drive Tool –
Herramienta de
accionamiento
• Drive Pin – Pin de
accionamiento
• Lead Section –
Sección de punta

9. VEHÍCULOS EQUIPADOS CON MOTORES DE TORQUE
Torque generado según el tipo de
motor hidráulico:
• 3500 ft – lb (libras – pie)
• 12000 ft – lb (libras – pie)
• 20000 ft – lb (libras – pie)
• 100000 ft – lb (libras – pie)
• Equipos con más capacidad

10. MOTORES DE TORQUE MANUAL

11. TIPOS DE PILOTES Y ANCLAJES HÉLICE
• Square Shaft : Tubo eje
cuadrado sin grouting.
• Square Shaft grouted:
Tubo eje cuadrado con
grouting.
• Round Shaft: Tubo eje
redondo con grouting
interno
• Round Shaft: Tubo eje
central sin grouting.

12. VENTAJAS DEL PILOTAJE HELICOIDAL
• Bajo costo de movilización debido al pequeño
tamaño de los equipos de instalación
• Vibración y ruido mínimo.
• Los tubos ejes mas pequeños utilizados
ayudan a evitar los efectos de la expansión de
los suelos.
• Los tubos ejes mas delgados ayudan a
amortiguar los efectos de las cargas sísmicas.
• Se los puede instalar en cualquier tipo de
condición climática.
• Los pilotes pueden ser instalados y removidos
para ser usados en otras estructuras.
• Pueden ser instalados en espacios confinados
y pequeños donde no pueden ser instalados
los pilotes tradicionales.
• Proveen resistencia tanto a la compresión
como a la tracción.
• La instalación por torque ayuda a determinar
su capacidad de carga axial.

13. DESVENTAJAS DEL PILOTAJE HELICOIDAL
• El pilote helicoidal no puede penetrar estratos de
roca sin realizar una perforación previamente.
• Rechazo muy común en suelos con cantos rodados
y con matriz rocosa.
• Instalación muy dificultosa en suelos con
presencia de residuos de construcciones antiguas
y hormigón desechado.
• En ocasiones se obtiene poca capacidad lateral de
resistencia, por lo que es necesario aumentar mas
refuerzos.
• La capacidad de carga por torque debe ser
verificada por la calculada teóricamente para
tener una visión mas clara de la capacidad de
carga real del pilote y un buen juicio en base a la
experiencia del diseñador.

14. Teoría y Diseño

15. CAPACIDAD DE CARGA DEL PILOTE
Consideraciones para el diseño:
• Capacidad Teórica
• Capacidad para correlaciones de torque
• Varios métodos de aumento
• Experiencia previa en el sitio
• Experiencia del contratista
• Resistencia lateral
• Corrosión
• Eficiencia del grupo
• Especificaciones
• Acceso al sitio
• Suelos contaminados
• Economía
• Ubicación de la tabla de
agua
• Presencia de cantos
rodados
• Arrastrar hacia abajo
• Abrochado

16. CÁLCULOS PARA EL DISEÑO
Consideraciones para el diseño:
• Datos de entrada
• Propiedades del suelo
• Ubicación y fluctuación de la tabla de agua
• Cargas
• Experiencia previa en el sitio
• Suposiciones de entrada
• Estimaciones
• Correlaciones
• Perturbación

17. MODELO DE PLATO ROTATORIO
• La capacidad total será igual a la suma de capacidades individuales de
soporte de cada hélice calculada.
• La capacidad debido a la fricción a lo largo del eje generalmente se
considera insignificante, excepto si el eje está sellado o el diámetro del
eje es superior a 3 “
Ejemplo:
QH = ∑A(cNC + qNq + 1/2үBNү)
• A = Área de la placa o soporte helicoidal
• c = cohesión del suelo
• q = Estrés de sobrecarga
• ү = Peso unitario del suelo
• B = Diámetro de hélice
Se aplica la teoría de capacidad de carga tradicional a la hélice. La capacidad total de carga y
extracción de la pila helicoidal es la suma de la capacidad individual de cada hélice.
Nota: Los parámetros de tensión efectiva se deben usar para aplicaciones de carga lenta a largo plazo
en arenas y arcillas, y los parámetros de tensión total se deben usar en la carga rápida de arcillas
saturadas.

18. CAPACIDAD DE CARGA TÍPICA / RESISTENCIA PULLOUT
Capacidad Permitida:
• 10 to 30 tons
• 10 to 30 tons
• 20 to 100 tons
• >100 tons
Tamaño del tubo central:
• 1.5”-2.0” SQR
• 2.875”-3.5” O.D. RND
• 4”-6” O.D. RND
• 8”-12” O.D. RND

19. CAPACIDAD DE CARGA TÍPICA / RESISTENCIA PULLOUT
El torque requerido para instalar una base o anclaje helicoidal es
empírica y teóricamente relacionado con la capacidad máxima
Qult = KtT
Dónde:
• Qult = Capacidad máxima en tensión o compresión [lb (kN)]
• Kt = Relación de capacidad por torque [ft-1 (m-1)]
• Valor típico = 10 (33) para 1.5 "y 1.75" tubo eje cuadrado
• Valor típico = 9 (30) para 2.785 "OD Round Shaft1
• Valor típico = 8 (26) para 3 "OD Round Shaft1
• Valor típico = 7 (23) para 3.5 "OD Round Shaft1
• T = torque final de instalación [ft-lb (kN-m)]

20. INSTALACIÓN CON TORQUE / CAPACIDAD ÚLTIMA
Capacidad Permitida:
• Kt no es una constante, puede variar de 3 a 20 pies-1 (10 a 66 m) depende de varios factores
incluyendo:
• Condiciones del suelo y experiencia previa en el sitio.
• Arcilla normalmente consolidada - Valores promedio de Kt.
• Arcilla sobre arcilla consolidada - A veces valores más altos de Kt.
• Arcillas blandas: a veces valores de Kt inferiores.
• Arenas - A veces, valores más altos de Kt.
• Eje central de acero / tamaño de hélice.
• Kt inversamente proporcional al tamaño del eje.
• Hélice de espesor y tono.
• Kt inversamente proporcional al grosor y paso de la hélice.
• Aplicación (Tensión o Compresión):
• La capacidad de compresión es generalmente más alta que la capacidad de tensión aunque a
menudo se asume igual para propósitos de simplicidad

21. FACTOR DE SEGURIDAD
• Se selecciona un Factor de seguridad (FS) apropiado para aplicar a la
Capacidad máxima del anclaje / base para desarrollar un diseño o Capacidad de
trabajo por anclaje / fundación.
• En general, se recomienda usar un FS mínimo = 2.0.
• Para proyectos de anclaje helicoidal donde todos los anclajes son probados se
utilzará un FS = 1.5 es común.

22. ANCLAJE HÉLICE / ESPACIAMIENTO

23. PROFUNDIDAD MÍNIMA
• Se requiere una especificación de profundidad
mínima en suelos expansivos, para garantizar la
permanencia del pilote en ese estrato.
• Para la determinación de la profundidad mínima
de debe calcular la resistencia de cada hélice en
el estrato en donde se obtuvo los datos para el
cálculo, y garantizar la permanencia en dicho
estrato.
• Típicamente 7” a 10” diámetros de hélice
• Se puede calcular comparando el peso de los
suelos de sobrecarga con la resistencia de
extracción requerida como en la figura de la
izquierda

24. CAPACIDAD DE CARGA LATERAL / RESISTENCIA
Métodos de análisis:
• 1. Broms
• 2. Diferencia finita (LPILE)
• 3. Elemento finito

25. CAPACIDAD DE CARGA LATERAL / RESISTENCIA

26. RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
"... Los datos indican que los suelos no alterados son tan deficientes en oxígeno en niveles
inferiores a la línea del suelo o debajo de la zona de la capa freática, que los pilotes de
acero no se ven afectados por la corrosión, independientemente de los tipos de suelo o las
propiedades del suelo".
- Fuente: National Bureau of Standards Monograph 127 por Romanoff
Cerca de la superficie, la parte superior de los cimientos y anclajes helicoidales debe
protegerse de la corrosión mediante el recubrimiento en concreto, drenaje adecuado y
otras precauciones.
La monografía de Romanoff se refería principalmente a pilotes de acero impulsados que tradicionalmente se diseñaron utilizando
tensiones permitidas más bajas. Por esta razón, las pilas helicoidales deben diseñarse para la corrosión teniendo en cuenta el grosor
de sacrificio perdido por la corrosión.

27. RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
Para las estructuras permanentes, la corrosión puede tenerse en cuenta para ajustar las
propiedades de la sección del eje por el espesor de sacrificio según ICC-ES AC358.
AC358 Sección 3.9 El espesor de cada componente se reducirá en ½ Ts en cada lado
para obtener una reducción neta en el espesor de Ts.
Td = Tn-Ts
donde Tn es el espesor nominal y Ts es el espesor de sacrificio (t = 50 años).
Acero recubierto de zinc4: Ts = 25t0.65 = 0.013 in
Acero desnudo: Ts = 40t0.80 = 0.036 in
Acero con recubrimiento en polvo: Ts = 40 (t-16) 0.80 = 0.026 in

28. TIPOS DE ESPECIFICACIONES
• Especificaciones abiertas
• El contratista es el único responsable del alcance, diseño, construcción, capacidad y
rendimiento del ancla / fundación
• Especificaciones de rendimiento
• El contratista tiene la responsabilidad de ciertos procedimientos de diseño y / o
construcción
• Se requieren pruebas u otros criterios de aceptación acordados mutuamente (es
decir, par de instalación) para demostrar la capacidad de anclaje / carga de la base al
propietario.
• El contratista y el propietario comparten la responsabilidad del trabajo
• La especificación más común utilizada
• Prescriptivo (Medios y Método) Especificaciones
• El propietario es el único responsable del alcance, el diseño, los procedimientos de
instalación y el rendimiento adecuado del ancla / base.
• El contratista es responsable de cumplir los requisitos especificados en los
documentos de construcción.

29. Aplicaciones

30. CORTES APUNTALADOS

31. MUROS DE RETENCIÓN

32. ESTRUCTURAS DE TRANSMISION ELÉCTRICA

33. ANCLAJES DE FIJACIÓN PARA TORRES

34. CONTROL DE FLOTACIÓN DE ESTRUCTURAS

35. LOSAS DE HORMIGÓN ARMADO

36. CIMENTACIONES RESIDENCIALES

37. CIMENTACIONES EN EDIFICIOS COMERCIALES

38. RED DE TUBERÍAS

39. SILOS DE ALMACENAMIENTO

40. PARQUES DE RECREACIÓN

41. CAMINERAS EN TERRENOS PANTANOSOS

42. PLATAFORMAS EN PARQUES NATURALES

43. APUNTALAMIENTOS

44. ESTRUCTURAS SUBTERRÁNEAS

45. Fabricación Industrial

47. PRUEBA DE CARGA E INSTALACIÓN

48. BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA
•Howard A. Perko, Helical Piles: A Practical Guide to Design and
Installation, Wiley, New York
• Donald P. Cuduto, Foundation Design Principles and
Practices
• Gulac Wilson, “The Bearing Capacity of Screw Piles and
Screwcrete Cylinders”
•Romanoff, National Bureau of Standards Monograph 127