Tornillos: características, ventajas y desventajas.
La base de la casa es uno de los elementos más complejos y costosos de su construcción. Al mismo tiempo, el proceso de su creación es muy largo; en la mayoría de los casos, esta es una etapa limitante de la construcción. Desafortunadamente, no es raro que los desarrolladores sin escrúpulos violen conscientemente las tecnologías y las normas para completar la base lo antes posible y pasar a las siguientes etapas de trabajo. A menudo, los propios clientes los están presionando para que hagan esto, y les parece que no ha pasado nada en el sitio de construcción durante demasiado tiempo. El exceso de prisa en esta etapa lleva al hecho de que pronto los residentes de la nueva casa tienen problemas: la base se hunde y, como resultado, toda la estructura comienza a colapsar lentamente.
¿Hay un término medio aquí? ¿Es posible montar rápidamente una base sólida y confiable? Resulta, tal vez. Las pilas de tornillos vienen al rescate en este caso. Crear una base sobre pilotes de tornillo requiere no solo uno o dos meses, sino solo un par de días.
¿Por qué estas pilas todavía no se usan en todas partes? ¿Por qué las casas nuevas no crecen tan rápido como los hongos después de la lluvia? Para responder a estas preguntas, necesita conocer no solo los pros, sino también las desventajas de las pilas de tornillos para la base, para tener una idea de las limitaciones que existen para su aplicación. Recuerde que la construcción de la base es un asunto muy responsable, y al elegir una solución de diseño, debe confiar principalmente en su propio conocimiento y no en las garantías publicitarias de los fabricantes, las promesas de los constructores o ejemplos de vecinos y conocidos.
Contenido:
La historia de la aparición de pilas de tornillos.
La historia de las pilas de tornillos se remonta a casi dos siglos. El ingeniero irlandés Alexander Mitchell hizo un golpe de estado en el campo de la construcción de cimientos de pilotes. En 1833, patentó las "pilas de tornillos Mitchell", que podrían instalarse en suelos en movimiento, como el fondo arenoso de un estanque o limo.
La primera estructura importante erigida sobre tales pilotes fue el faro Maplin Sand, construido en la desembocadura del Támesis ya en 1838. Su base era nueve pilas con puntas de tornillo de 120 cm de diámetro, retorcidas en el suelo a una profundidad de aproximadamente 7 metros. En los años siguientes, se construyeron varios faros más bajo la dirección de Mitchell en toda Inglaterra. Algunos de ellos han permanecido sin cambios hasta el día de hoy.
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 Madrás y muchos otros objetos importantes se construyeron a mediados del siglo XIX utilizando pilas Mitchell.
En Rusia, las pilas de tornillos se descubrieron solo en la segunda mitad del siglo XIX. Los ingenieros rusos apreciaron rápidamente todas las ventajas de esta invención, especialmente cuando se trabaja en el permafrost de las regiones del norte del país o en los suelos débiles e inundados de las zonas costeras. Muy pronto, las pilas de tornillos comenzaron a ser ampliamente utilizadas en la construcción de estructuras de ingeniería para fines militares (el soporte de tornillos de marco para la construcción de alta velocidad de cimientos de puentes plegables es utilizado por nuestros militares hasta ahora), y más tarde en ingeniería civil.
Las pilas de tornillo de acero se utilizan activamente en todo el mundo en la actualidad. Recurren a su ayuda cuando se necesita una construcción de cimientos de alta velocidad: al instalar varios tipos de soportes, desplegar estaciones de bombeo y perforación, instalar tuberías, construir campamentos temporales para trabajadores, etc.Estos productos tienen una gran demanda entre las compañías de petróleo y gas, constructores militares e industriales y compañías que realizan trabajos de restauración. Las organizaciones de construcción involucradas en la construcción de edificios residenciales están presentes en esta lista, pero lejos de las posiciones de liderazgo. Por supuesto, los cimientos sobre pilotes de tornillo para edificios residenciales se erigen, pero en la mayoría de los casos estamos hablando de construir en áreas difíciles de alcanzar o áreas con suelo difícil, reparar los cimientos problemáticos de los viejos edificios residenciales y reparar edificios en las laderas.
Diseño y características de pilotes de tornillo.
¿Qué son las pilas de tornillos que tan rápidamente han ganado popularidad entre los constructores de todo el mundo? ¿Qué variedades de ellos existen? ¿A qué características de las pilas de tornillos debe prestar atención en primer lugar?
Una pila de tornillo consiste en un tronco y una cuchilla ubicada en su extremo. Gracias a esto último, este tipo de pila se entierra en el suelo atornillándose, no obstruyéndose.
1. La pipa. 2. La cabeza que está unida a la parte superior de la pila. 3. Hoja en forma de espiral. 4. Recubrimiento anticorrosivo. 5. Agujero tecnológico para colocar la varilla.
Hay varias variedades de pilotes de tornillo de acero. La elección a favor de un tipo particular se basa en un análisis de las características del suelo en esta área y la carga estimada en los cimientos. A menudo, incluso en un sitio, se utilizan diferentes tipos de pilas, lo que le permite distribuir la carga de manera uniforme.
Tipo de punta de tornillo
Las puntas de las pilas de tornillo, que sirven para facilitar su inmersión en el suelo, pueden soldarse o fundirse.
Atornille la pila con punta soldada.
Las puntas de yeso son significativamente más caras, y su uso se justifica solo en el caso de trabajos con suelos especialmente densos, incluido el permafrost, y que también contienen grandes inclusiones de origen natural o tecnogénico. La punta de fundición duradera al atornillar pilas destruye fácilmente los obstáculos en su camino y no se deforma al mismo tiempo.
Pila de fundición tornillo de pila.
Número de cuchillas
Por la cantidad de cuchillas, las pilas de tornillos se dividen en una o varias cuchillas (la cantidad de cuchillas en un eje en algunos casos puede alcanzar seis piezas). Los primeros están destinados exclusivamente a suelos densos con baja movilidad.
Pila de tornillo de hoja única.
Los segundos son más universales, aunque su objetivo principal son los suelos blandos con baja capacidad de carga, ya que las pilas de múltiples cuchillas son más resistentes a varios tipos de cargas: tracción o, por el contrario, presión y horizontal. La máxima eficiencia 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 ángulo.
Pila de tornillo de dos palas.
Tamaño de la hoja
Por el tamaño de las cuchillas, las pilas de tornillos se dividen en palas anchas (el diámetro de las palas es al menos una vez y media el diámetro del tronco) y palas estrechas. Gracias a la mayor área de apoyo, las pilas de pelo ancho son muy efectivas en suelos blandos.
Pilotes de tornillo de hoja ancha.
Las de hoja estrecha tienen su propia especialización, especialmente en suelos densos o muy congelados (es imposible "atornillar" una pila de hoja ancha en ese suelo debido al gran riesgo de rotura o deformación de las cuchillas). El diámetro de las cuchillas de una pila de tornillos de acuerdo con el estándar internacional ICC AC358 (Criterios de aceptación de la base helicoidal) puede variar de 200 a 350 mm.
Pilotes de tornillo de hoja estrecha.
El grosor del metal de una pila de tornillo
La característica estructural más importante de una pila de tornillo es el grosor del metal del que están hechas las paredes de su tronco. El cálculo del espesor requerido se realiza en función no solo de la carga estimada en la pila, sino también de las condiciones de su funcionamiento. El hecho es que la reducción del grosor de la pared de la pila debido a los procesos de corrosión en última instancia conduce a una reducción en su vida útil.De acuerdo con la norma ICC AC358 mencionada anteriormente, el espesor mínimo de la pared del eje del pilote debe ser de 8 mm en suelo neutro y de 9,5 mm en suelo con mayor actividad química.
Los ingenieros domésticos, por supuesto, también se dieron cuenta de la importancia de un parámetro como el grosor del metal utilizado para hacer pilas de tornillos. La guía "Pilotes y cimientos de pilotes", publicada en la URSS en 1977, declaró que el eje del pilote debe estar hecho de tubos sin costura producidos por laminado en caliente con un espesor de pared de al menos 10-14 mm. Sin embargo, en el estándar de construcción moderno ruso SP 24.13330.2011 "Cimientos de pilotes", un parámetro como el grosor de la pared del eje de una pila de tornillo no se considera en absoluto y no está estandarizado.
No vamos a hacer suposiciones sobre por qué sucedió esto, la consecuencia es importante. Muchos fabricantes nacionales aprovechan la falta de requisitos estrictos para la construcción de pilotes de acero en las normas rusas e ignoran conscientemente las normas internacionales. El deseo de obtener el máximo beneficio conduce a una pérdida de calidad.
La mayoría de las pilas de tornillo producidas en nuestro país tienen un espesor de pared de no más de 3-4 mm. Al mismo tiempo, están hechos de tubos soldados con resistencia a la corrosión reducida. Y la calidad del revestimiento anticorrosivo protector, por regla general, desea lo mejor: a menudo ya se “derrama” durante el transporte de pilas.
Por supuesto, en Rusia pueden producir (¡y no solo saber cómo, sino también producir!) Pilas 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 pueden resistir la competencia con las pilas convencionales de hormigón armado instaladas en un pozo previamente perforado.
Se debe tener en cuenta el grosor del metal no solo del eje de la pila, sino también de sus cuchillas. Al construir objetos temporales o livianos, está permitido usar pilas con cuchillas más delgadas de 5 mm. Cuando se erigen estructuras grandes diseñadas para operación a largo plazo, el estándar internacional recomienda el uso de pilotes con un grosor de hoja de 9.5-12.5 mm.
Revestimiento anticorrosivo protector
Para reducir la influencia de los procesos de corrosión en las características de resistencia de las pilas de acero instaladas en suelos agresivos, no solo aumenta el grosor de sus paredes, sino que también aplica un recubrimiento protector adicional. Los métodos más utilizados para la protección contra la corrosión de las pilas de acero son la galvanización y la aplicación de un recubrimiento especial de polímero (poliuretano, epoxi, etc.). Según ICC AC358, el grosor de la capa protectora de polímero debe ser de al menos 400 micras.
Ventajas de la base sobre pilotes de tornillo
Velocidad de instalación
La alta velocidad de instalación es quizás la ventaja más importante de las pilas de tornillo, porque en el negocio de la construcción valoran el tiempo como ninguna otra cosa. La pila de tornillo está lista para usar inmediatamente después de la instalación. Incluso el hormigonado de la holgura interna del eje de la pila no conduce a un tiempo de inactividad en el sitio de construcción: no hay necesidad de esperar a que el concreto gane fuerza de marca, ya que la carga en la pila se percibe principalmente por su cubierta de acero.
Bajo nivel de ruido al instalar la base
El bajo nivel de ruido durante la instalación es la principal ventaja de las pilas de tornillos sobre las accionadas. El proceso de conducir a este último al suelo va acompañado no solo de ruido, sino también de vibración. Los efectos de vibración en el suelo pueden dañar varias estructuras ubicadas en las inmediaciones del sitio de trabajo.
Precio bajo
El bajo costo de los cimientos sobre pilotes de tornillo en comparación con el costo de todo tipo de cimientos de hormigón armado se logra principalmente debido a una reducción significativa en el volumen de trabajo de la tierra.
La capacidad de soportar varias cargas de tracción
Esta capacidad se debe a la presencia de cuchillas en las pilas de tornillos.Gracias a sus cuchillas, estas pilas se pueden instalar en plataformas irregulares (lo que significa que son perfectamente adecuadas para edificios ubicados en pendientes) y en cualquier ángulo con respecto a la vertical.
No es necesario obtener una gran cantidad de tierra
Una pequeña cantidad de tierra desplazada durante la instalación de pilotes de tornillo permite que el trabajo se realice cerca de los edificios existentes.
Se pueden usar en varias condiciones.
La simplicidad climática de las pilas de tornillos se expresa en el hecho de que pueden funcionar en un rango de temperatura bastante amplio, no temen el aumento de las aguas subterráneas y la hinchazón del suelo y, por lo tanto, no requieren un drenaje obligatorio del sitio de construcción.
Reusabilidad
Una de las aplicaciones de las pilas de tornillo es la construcción de estructuras temporales. Después de que tal edificio haya completado sus funciones y haya sido desmantelado, las pilas de tornillos se pueden quitar del suelo y reutilizar si es necesario.
Vale la pena señalar que solo las pilas de tornillo producidas industrialmente, cuya calidad cumple con el Criterio internacional de construcción ICC AC358 Helical Foundation Criterios de aceptación, tienen todas estas ventajas.
Desventajas de la base sobre pilotes de tornillo
El uso de pilas de tornillos tiene una serie de limitaciones, que muchos fabricantes, lamentablemente, intentan guardar silencio. En condiciones en las que las empresas involucradas en la instalación de cimientos fácilmente violan los estándares tecnológicos, usted, como cliente, debe tener al menos una idea general de en qué casos es indeseable o completamente inaceptable usar pilotes de tornillo.
Incapacidad para usar en áreas con actividad sísmica
La construcción de edificios sobre los cimientos de pilotes de tornillo solo se permite en áreas sin actividad o, en el límite, con actividad sísmica moderada.
Incapacidad de uso en suelos que causan corrosión rápida de metales.
Las pilas de tornillo de acero no deben usarse en suelos con una resistencia eléctrica de menos de 10 Ohm * m, en suelos con un pH de menos de 5.5, y también en suelos con un alto contenido de compuestos orgánicos. La razón de estas limitaciones es la alta tasa de corrosión electroquímica del acero en estas condiciones. El desarrollador responsable, que no es indiferente a la longevidad de la construcción que se está construyendo, antes de decidir sobre el uso de pilotes de tornillo de acero, simplemente está obligado a determinar todas las características del suelo necesarias en este sitio de construcción. Si no es posible determinar la agresividad del suelo, cumpla con los requisitos adoptados para las pilas instaladas en suelos con actividad de corrosión muy alta.
No está permitido penetrar pilas de tornillos en el suelo rocoso.
Esta categoría de suelos incluye vertederos de escorias y vertederos para residuos de construcción. Cualquier inclusión sólida puede dañar las cuchillas o incluso el eje de la pila de tornillos durante su instalación.
Se recomienda evitar el uso de pilotes de tornillo en suelos que no proporcionan suficiente soporte lateral.
Estos incluyen, por ejemplo, turba, arenas sueltas limosas, etc. Si aún existe la necesidad de instalar tales pilas en un suelo fluido, es necesario relacionarlas de manera confiable entre sí o profundizar significativamente. De acuerdo con los requisitos de la norma ICC AC358, una pila de tornillo en suelos sólidos debe enterrarse al menos 1,5 m, en suelos blandos, al menos 3 m.
Damos un ejemplo: la instalación de una pila de tornillo de 2,5 m de largo en el área donde se encuentra una capa de turba a una profundidad de 2 m es inaceptable, ya que en este caso la pila se verá privada del soporte lateral necesario del suelo.
Factores que afectan la durabilidad de las pilas de tornillos
La publicidad asegura que la base de las pilas de tornillos puede durar al menos un siglo. ¿Es este realmente el caso, o es solo otra estratagema de marketing? La práctica muestra que esto es bastante posible, porque algunos de los faros erigidos bajo Mitchell siguen en pie.Sin embargo, estamos más interesados en el destino no de un faro en la lejana Europa, sino de una pequeña casa de campo en algún lugar de la Región de Moscú, en los Urales o en las orillas del Yeniséi. ¿Cuánto tiempo se quedará, erigido sobre la base de pilas de tornillos hechas no en algún lugar y una vez, sino aquí y ahora?
Con base en los datos experimentales, se estimó la vida útil de las pilas de tornillos de acero en suelos con diferente resistencia eléctrica. Según estas estimaciones, en suelos con baja corrosividad (por ejemplo, lutita seca o arena seca), las pilas de metal no galvanizado durarán al menos 300 años, y de metal con una capa protectora: 800 años o más. Impresionante, ¿no es así? Sin embargo, este es un suelo ideal en términos de la capacidad (o más bien, la incapacidad) de causar corrosión del metal.
A modo de comparación, considere otra opción limitante. En suelos con muy alta corrosividad (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).
Se debe hacer una advertencia importante. Durante todos estos cálculos, se supuso que la pila se produjo de acuerdo con el estándar ICC AC358 utilizado en Occidente, es decir. El grosor de las paredes de su tronco es de 8 mm. Pero es casi imposible encontrar pilas de tornillo de tubos de acero laminado en caliente con un espesor de pared en el mercado ruso. ¿Cuánto durará el "estándar" de la producción nacional en un entorno agresivo, es decir, Nadie conoce una pila hecha de una tubería soldada con un espesor de pared de 3-4 mm, pero claramente significativamente menos de 30 (75) años.
De lo anterior, se deduce que los 100 años de servicio de la fundación sobre pilotes de tornillo prometidos en publicidad no son más que palabras vacías. Las pilas pueden durar mucho más y significativamente menos; todo depende de la calidad de los productos y las condiciones de funcionamiento, que no se mencionan en el anuncio.
En general, la vida útil de las pilas de tornillos depende de tres parámetros principales:
- El grosor del acero utilizado para hacer el eje y las cuchillas de la pila,
- El grosor y la calidad del revestimiento protector anticorrosión,
- 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 de escaldar pilas de tornillos con haces de canales o esquinas de metal, muy extendida entre nuestros constructores, contribuye a disminuir la vida útil de las pilas de tornillos. Por supuesto, la disposición de tales paquetes 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 conduce a una aceleración de la corrosión electroquímica del metal.
Para evitar la aparición de corrientes parásitas, que contribuyen a la aceleración de los procesos de corrosión, las pilas de acero no deben tener una conexión galvánica entre sí, ni con otros elementos de construcción hechos de acero. Para conectar las pilas en un solo sistema, debe usar un fleje de madera o un fleje de metal, cuyos elementos están conectados a las pilas por medio de abrazaderas aisladas de las pilas con material dieléctrico.
De hecho, eso es todo lo que queríamos contarles hoy. Ahora conoce todos los pros y los contras de las pilas de tornillos y, esperamos, entendió la idea principal que intentamos transmitirle. Las pilas de tornillos son una excelente opción para crear una base, pero no se pueden usar siempre y no en todas partes. Solo un profesional puede determinar la permisibilidad de usar pilotes de tornillo en cada caso. Créame, el costo de atraer a un especialista es inconmensurablemente menor que el costo de eliminar los errores cometidos durante el diseño y la construcción de la base.
