Pilas de tornillo - pros y contras, características, dispositivo

Los cimientos de la casa son uno de los elementos más complejos y caros de su construcción. Al mismo tiempo, el proceso de su creación es muy largo, en la mayoría de los casos es la etapa limitante de la construcción. Desafortunadamente, no es infrecuente que los desarrolladores sin escrúpulos violen conscientemente las tecnologías y las normas para completar rápidamente la base y pasar a las siguientes etapas del trabajo. A menudo, los propios clientes los están presionando, y les parece que no pasa nada en el sitio de la construcción durante demasiado tiempo. La excesiva aceleración en esta etapa lleva al hecho de que, en poco tiempo, los inquilinos de la nueva casa tienen problemas: los cimientos se hunden y, como resultado de esto, toda la estructura comienza a colapsarse lentamente.

¿Es posible la media de oro aquí? ¿Es posible montar rápidamente una base sólida y confiable? Resulta posible. Las pilas de tornillos vienen al rescate en este caso. Para crear una base en pilas de tornillos, no toma uno o dos meses, sino solo un par de días.

¿Por qué las pilas similares todavía no se utilizan en todas partes? ¿Por qué las casas nuevas no crecen tan rápido como las setas después de la lluvia? Para responder a estas preguntas, debe conocer no solo las ventajas, sino también las desventajas de las pilas de tornillo para la base, para tener una idea de las limitaciones de su uso. Recuerde que construir una base es un negocio muy responsable, y al elegir una solución de diseño, debe confiar primero en su propio conocimiento, y no en las garantías publicitarias de los fabricantes, las promesas de los constructores o los ejemplos de vecinos y conocidos.

La historia de la aparición de pilas de tornillos

La historia de las pilas de tornillos tiene casi dos siglos. El talentoso ingeniero irlandés Alexander Mitchell sucedió un golpe en el área de ingeniería de cimientos. En 1833, patentó las "pilas de tornillos" de Mitchell que podrían instalarse en suelos en movimiento, como el fondo arenoso de un reservorio o un banco embarrado.

La primera gran estructura erigida en esas pilas fue el faro de Maplin Sand, construido en la desembocadura del Támesis en 1838. Su base consistía en nueve pilas con puntas de tornillo con un diámetro de 120 cm, retorcidas en el suelo a una profundidad de unos 7 metros. En los años siguientes, bajo el liderazgo de Mitchell, se construyeron varios faros más en toda Inglaterra. Algunos de ellos se han mantenido sin cambios hasta el día de hoy.

A mediados del siglo XIX, más de 150 faros en América del Norte, un rompeolas en Portland, un paso elevado y puentes en Bombay, un ferrocarril en Baroda, un muelle en Madras y muchos otros objetos importantes se construyeron utilizando las pilas de Mitchell.

En Rusia, aprendimos sobre las pilas de tornillos solo en la segunda mitad del siglo XIX. Los ingenieros rusos apreciaron rápidamente todas las ventajas de esta invención, especialmente cuando se trabaja en las condiciones del permafrost de las regiones del norte del país o los suelos débiles e inundados de las áreas costeras. Muy pronto, las pilas de tornillos comenzaron a usarse ampliamente en la construcción de estructuras de ingeniería para uso militar (el soporte de tornillo de marco para la construcción a alta velocidad de los cimientos de puentes plegables todavía es utilizado por nuestros militares), y más tarde en ingeniería civil.

Las pilas de tornillo de acero se utilizan ampliamente en todo el mundo hoy en día. Se recurre a su ayuda donde se necesita una alta velocidad de construcción de cimientos: al instalar diversos tipos de soportes, al desplegar estaciones de bombeo y perforación, a la instalación de tuberías, a la construcción de campamentos temporales para trabajadores, etc. en los constructores militares e industriales, en las empresas que realizan trabajos de recuperación. Las organizaciones de construcción involucradas en la construcción de edificios residenciales están en esta lista, pero lejos de las posiciones principales. Por supuesto, se construyen los cimientos para pilotes de tornillo para edificios residenciales, pero en la mayoría de los casos estamos hablando de construir en áreas de difícil acceso o en terrenos difíciles, de reparar cimientos problemáticos de casas antiguas, de arreglar edificios en las laderas.

Construcción y características de las pilas de tornillos

¿Cuáles son las pilas de tornillos que rápidamente ganaron popularidad entre los constructores de todo el mundo? ¿Cuáles son sus variedades? ¿A qué características de las pilas de tornillos debería prestar atención primero?

Una pila de tornillo consiste en un eje y una cuchilla ubicados en su extremo. Gracias a este último, este tipo de pila se entierra en el suelo atornillando, en lugar de conducir.

1. Tubería 2. Gorra, que se adjunta a la parte superior de la pila. 3. Hoja espiral. 4. Recubrimiento anticorrosión. 5. Agujero tecnológico para el montaje de la varilla.

Hay varios tipos de pilas de tornillo de acero. La elección a favor de un tipo u otro se realiza sobre la base del análisis de las características del suelo en esta área y la carga esperada en la cimentación.A menudo, incluso en el mismo sitio, se utilizan diferentes tipos de pilas, lo que permite distribuir uniformemente la carga.

Tipo de punta de una pila de tornillo

Las puntas de las pilas de tornillo, que sirven para facilitar su inmersión en el suelo, pueden soldarse o fundirse.

Una pila de tornillos con una punta soldada.

Las puntas de yeso son significativamente más caras, y su uso se justifica solo en el caso de trabajar con suelos particularmente densos, incluido el permafrost, así como con grandes inclusiones de origen natural o artificial. La punta duradera cuando se atornilla en la pila destruye fácilmente los obstáculos en su camino y no se deforma en este caso.

Una pila de tornillos con una punta fundida.

Número de cuchillas

Por el número de cuchillas, las pilas de tornillos se dividen en cuchillas simples y múltiples (la cantidad de cuchillas en un tronco en algunos casos puede alcanzar seis piezas). Los primeros están diseñados exclusivamente para suelos densos con poca movilidad.

Pila de tornillos de un extremo.

Las segundas son más universales, aunque su propósito principal son los suelos débiles con baja capacidad de carga, ya que los pilotes de varias plataformas son más resistentes a varios tipos de cargas: tirando o, por el contrario, deprimiendo, así como horizontal. La eficiencia máxima de las pilas de tornillos de cuchillas múltiples se puede lograr seleccionando correctamente el número de cuchillas, la distancia óptima entre ellas, su inclinación y el ángulo de inclinación.

Pila de tornillos de dos cuchillas.

Tamaño de la cuchilla

Por el tamaño de las cuchillas, las pilas de tornillos se dividen en cuchillas anchas (el diámetro de las cuchillas es al menos una vez y media el diámetro del tronco) y la cuchilla estrecha. Debido a la mayor área de apoyo, las pilas anchas son muy efectivas en suelos débiles.

Pilas de tornillo de cabeza ancha.

Para los de hoja estrecha, su especialización es especialmente densa o muy congelada (es imposible "atornillar" una pila de hoja ancha en tal tierra debido al riesgo cada vez mayor de romper o deformar las hojas). El diámetro de las cuchillas de la pila de tornillo de acuerdo con la norma internacional ICC AC358 (Criterios de aceptación de cimientos helicoidales) puede variar entre 200 y 350 mm.

Pilas de tornillo de patrón estrecho.

Espesor del metal de una pila de tornillo

La característica estructural más importante de una pila de tornillo es el espesor del metal del que están hechas las paredes de su eje. El cálculo del espesor requerido se realiza no solo en función de la carga esperada en la pila, sino también de las condiciones de su funcionamiento. El hecho es que una disminución en el grosor de la pared del pilote debido a los procesos de corrosión conduce finalmente a una reducción en su vida útil. De acuerdo con la norma ICC AC358 mencionada anteriormente, el grosor mínimo de la pared de un eje de pilotes debe ser de 8 mm en suelo neutro y de 9. 5 mm en suelo con mayor actividad química.

Los ingenieros nacionales, por supuesto, también se dieron cuenta de la importancia de un parámetro como el grosor del metal utilizado para la fabricación de pilas de tornillo. En el libro de referencia "Pilotes y bases de pilotes", publicado en la URSS en 1977, se afirmó que el eje del pilote debería estar hecho de tubo sin soldadura, producido por laminación en caliente, con un espesor de pared de al menos 10-14 mm. Sin embargo, en la norma de construcción moderna rusa JV 24. 13330. 2011 "Cimientos de pilotes", un parámetro como el espesor de las paredes del eje del pilote de tornillo no se considera en absoluto y no está estandarizado.

Por supuesto, Rusia puede producir (¡y no solo puede, sino también producir!) Pilotes, cuya calidad cumple con todos los requisitos de la norma internacional ICC AC358. Sin embargo, debido a su alto costo, en la mayoría de los casos no compiten con las pilas de hormigón armado convencionales instaladas en un pozo perforado previamente.

Es necesario tener en cuenta el grosor del metal, no solo el eje del pilote, sino también sus cuchillas. Cuando se construyen objetos temporales o livianos, se permite usar pilas con hojas más delgadas de 5 mm. En la construcción de grandes estructuras diseñadas para un funcionamiento a largo plazo, la norma internacional recomienda el uso de pilotes, cuyo grosor de las cuchillas es 9. 5-12. 5 mm.

Recubrimiento protector anticorrosión

Para reducir la influencia de los procesos de corrosión en las características de resistencia de una pila de acero instalada en un suelo agresivo, no solo aumenta el grosor de la pared, sino que también se aplica un revestimiento protector adicional. Los métodos más utilizados para la protección anticorrosiva de las pilas de acero son el galvanizado y la aplicación de un recubrimiento especial de polímero (poliuretano, epoxi, etc.). Según ICC AC358, el espesor de la capa protectora de polímero no debe ser inferior a 400 micrones.

Las ventajas de la base sobre pilotes de tornillo

Velocidad de instalación

La alta velocidad de instalación es quizás la ventaja más importante de los pilotes de tornillo, porque en el negocio de la construcción el tiempo se valora como nada más. La pila de tornillo está lista para funcionar inmediatamente después de la instalación. Incluso el hormigonado del lumen interno del eje de la pila no conlleva tiempos de inactividad forzados en el sitio de construcción: no es necesario esperar a que el concreto adquiera fuerza de la marca, ya que la carga sobre la pila se percibe principalmente por su carcasa de acero.

Bajo nivel de ruido en la construcción de la base.

Bajo nivel de ruido en la instalación es la principal ventaja de las pilas de tornillos en la conducción. El proceso de conducir este último al suelo está acompañado no solo por el ruido, sino también por las vibraciones. Los impactos de vibración en el suelo pueden causar daños a varias estructuras ubicadas en las inmediaciones del lugar de trabajo.

Precio bajo

El bajo costo de la cimentación sobre pilotes de tornillo en comparación con el costo de todo tipo de cimientos de concreto reforzado se logra principalmente debido a una reducción significativa en el volumen de trabajos de tierra.

Capacidad para soportar diversas cargas de tracción

Esta capacidad se debe a la presencia de cuchillas en las pilas de tornillos. Debido a sus cuchillas, estas pilas se pueden instalar en plataformas irregulares (lo que significa que son perfectas para edificios ubicados en pendientes) y en cualquier ángulo con respecto a la vertical.

No es necesario obtener una gran cantidad de tierra

La insignificante cantidad de tierra desplazada durante la instalación de las pilas de tornillos permite realizar trabajos cerca de los edificios existentes.

Se puede usar en diversas condiciones

La intemperie y la intemperie del clima de las pilas de tornillos se expresa en el hecho de que pueden operarse en un rango de temperaturas bastante amplio, no temen el aumento de las aguas subterráneas y la hinchazón del suelo, y por lo tanto No requiere el drenaje obligatorio del sitio donde se está llevando a cabo la construcción.

Reutilización

Una de las aplicaciones de las pilas de tornillos es la construcción de estructuras temporales. Después de que una construcción de este tipo haya completado sus funciones y se haya desmantelado, las pilas de tornillos se pueden retirar del suelo y, si es necesario, reutilizar.

Vale la pena señalar que solo las pilas de tornillos producidas industrialmente, cuya calidad cumple con los Criterios de Aceptación de la Fundación Helical de la Norma Internacional de Construcción ICC AC358, tienen todas estas ventajas.

Deficiencias de cimentación en pilotes de tornillo

El uso de pilotes de tornillo tiene una serie de limitaciones, que desafortunadamente muchos fabricantes intentan guardar silencio. En las condiciones en que las compañías involucradas en la instalación de fundaciones son fáciles de violar los estándares tecnológicos, usted, como cliente, debe tener al menos una idea general de cuándo las pilas de tornillos no son deseables o completamente inaceptables.

Imposibilidad de uso en áreas con actividad sísmica

La construcción de edificios sobre cimientos de pilotes de tornillo se permite solo en áreas sin o, en el límite, con actividad sísmica moderada.

La falta de uso en suelos causa una rápida corrosión del metal

Las pilas de tornillos de acero no deben usarse en suelos con una resistencia eléctrica inferior a 10 Ohm * m, en suelos con pH inferior a 5,5, así como en suelos Alto contenido en compuestos orgánicos. El motivo de estas restricciones es la alta tasa de corrosión electroquímica del acero en estas condiciones. El desarrollador responsable, que no es indiferente a la cuestión de la durabilidad de la estructura que erige, antes de tomar una decisión sobre el uso de pilotes de acero, simplemente está obligado a determinar todas las características necesarias del suelo en un sitio de construcción determinado. Si no es posible determinar la agresividad del suelo, es necesario cumplir con los requisitos adoptados para pilotes instalados en suelos con una actividad corrosiva muy alta.

No está permitido penetrar las pilas de tornillos en el suelo rocoso

Los montones de escoria y los vertederos para escombros de construcción pueden atribuirse a la misma categoría de suelo. Las inclusiones sólidas pueden dañar las cuchillas o incluso el eje de una pila de tornillos durante su instalación.

Se recomienda evitar el uso de pilas de tornillos en suelos que no brindan suficiente apoyo lateral.

Esto incluye, por ejemplo, turba, arenas limosas, sueltas, etc. Si la necesidad de instalar dichas pilas en el suelo que fluye es todo hay, es necesario ya sea para conectarlos de manera confiable entre sí, o para profundizar significativamente. De acuerdo con los requisitos de la norma ICC AC358, la pila de tornillos en suelos densos se debe enterrar al menos en 1,5 m, mientras que en las tierras blandas, al menos en 3 m. 5 m en el área donde el lecho de turba se encuentra a una profundidad de 2 m es inaceptable, ya que en este caso la pila se verá privada del apoyo lateral necesario del suelo.

Factores que afectan la durabilidad de las pilas de tornillos

La publicidad afirma que la base de las pilas de tornillos puede durar al menos un siglo. ¿Es realmente, o es simplemente otro truco de los comercializadores? La práctica demuestra que esto es bastante posible, porque algunos de los faros erigidos bajo Mitchell siguen en pie hoy. Sin embargo, estamos más interesados ​​en el destino de no un faro en la lejana Europa, sino una pequeña casa de campo en algún lugar de la región de Moscú, en los Urales o en las orillas del Yenisei. ¿Cuánto se mantendrá cuando se erija sobre una base de pilas de tornillos no hechas en alguna parte, sino aquí y ahora?

Sobre la base de los datos experimentales, se estimó la vida útil Tornillos de acero apilados en suelos con diferente resistencia eléctrica. Según estas estimaciones, en suelos con baja corrosividad (por ejemplo, esquisto seco o arena seca), las pilas de metal no galvanizado durarán por lo menos 300 años, y de metal con revestimiento protector, 800 años o más. Impresionante, ¿no es así? Sin embargo, es un suelo que es ideal en términos de su capacidad (o más bien su incapacidad) para causar la corrosión del metal.

Considere, para comparación, otra opción limitante. En suelos con una actividad de corrosión muy alta (suelo marino, limo, arcilla húmeda, turba), la vida útil promedio prevista de una pila de tornillo de acero es de solo 30 años (si la pila está hecha de metal galvanizado, esta cifra aumentará a 70-75 años).

Debe hacerse una reserva importante. Al realizar todos estos cálculos, se asumió que la pila se hizo de acuerdo con la norma ICC AC358 utilizada en el Oeste, es decir, el grosor de las paredes de su tronco es de 8 mm. Pero encontrar en el mercado ruso atornillar pilas de tubos de acero laminados en caliente con tal espesor de pared es casi imposible. No se sabe cuánto durará una producción nacional “estándar” en un entorno agresivo, es decir, una pila hecha de una tubería soldada con un espesor de pared de 3-4 mm, pero obviamente mucho menos de 30 (75) años.

De lo que antecede, se deduce que los 100 años de servicio de la fundación en pilas de tornillo prometidos en publicidad no son más que palabras vacías. Los pilotes pueden servir tanto más como menos, todo depende de la calidad de los productos y de las condiciones de operación, sobre las cuales no se dice una palabra en el anuncio.

En general, la vida útil de las pilas de tornillo depende de tres parámetros principales:

• el grosor del acero utilizado para hacer las pilas del tronco y la cuchilla,
• el espesor y la calidad del recubrimiento anticorrosivo protector,
• actividad química del suelo en esta área.

Sin conocer estas características de las pilas y las condiciones de operación, uno ni siquiera puede hacer suposiciones sobre cuánto durarán.

La práctica del escaldado de pilas de tornillos con haces de canales metálicos o esquinas, generalizada entre nuestros constructores, contribuye a una disminución en la vida útil de las pilas de tornillos. Por supuesto, la instalación de dichos ligamentos entre pilas se justifica cuando se instala la base en el suelo con un soporte lateral débil. Sin embargo, la conexión de pilotes de acero con puentes de material conductor acelera la corrosión electroquímica del metal.

Para evitar las corrientes parásitas que contribuyen a la aceleración de los procesos de corrosión, las pilas de acero no deben estar conectadas galvánicamente entre sí, así como a otros elementos de construcción de acero. Para conectar las pilas a un solo sistema, debe utilizar un fleje de madera o metal, cuyos elementos están conectados a las pilas por medio de abrazaderas aisladas de las pilas por un material dieléctrico.

Eso es todo lo que queríamos decirles hoy. Ahora conoce todos los pros y los contras de las pilas de tornillos y, con suerte, entendió la idea principal que intentábamos transmitirle. Las pilas de tornillos son una excelente opción para crear una base, pero no pueden usarse siempre y en todas partes. Determine la validez del uso de pilas de tornillo en cada caso, solo un profesional puede.Créame, el costo de atraer a un especialista es desproporcionadamente menor que el costo de eliminar los errores cometidos en el proceso de diseño y construcción de la base.