Historia de pilotes helicoidales

La invención

Los pilotes helicoidales fueron utilizadas por primera vez por Alexander Mitchell en la década de 1830 para instalar los faros en las arenas movedizas de Inglaterra. El primer faro en las pilas de tornillos fue el Maplin Sands en el Támesis. Las pilas de la época estaban hechas de hierro fundido y tenían un diámetro de 5 pulgadas con una hélice de 1,2 metros de diámetro.

El primer faro hecho sobre los pilotes helicoidales
El primer faro hecho sobre los pilotes helicoidales. Notamos los errores de instalación atrapados por la plataforma que soporta el faro

Mas tarde, los ingenieros civiles cambiaron el eje central sólido del pilote con un tubo hueco.

Alexander Mitchell en su patente describió dos propiedades de la hélice:

  • Se mete en el suelo al manejar el pilote: es más fácil atornillar el pilote que golpearlo
  • Toma una parte de carga al aumentar la capacidad de carga del pilote entero

En 1848, Mitchell dio un informe detallado sobre la estructura de Maplin Sands. 40 personas, empleados de Trinity House, trabajaron en una balsa de 100 metros cuadrados. Usando palos largos, giraron el pilote hasta que regresó al suelo. Cuando el pilote alcanzó la profundidad de atornillado de 27 pies (unos 8 metros), se montó en una plataforma donde ascendieron 12 personas. La masa total fue mayor a una tonelada. No hubo un movimiento significativo del pilote.

El uso de pilotes helicoidales en las áreas marinas ha dado un fuerte crecimiento a los sitios que han sido abandonado durante años. Se estaban construyendo muelles para puertos comerciales o de recreo en los Estados Unidos, África y India.

 

Muelles oceánicos

Con el éxito que Mitchell disfrutó con sus faros, amplió el uso de su invención a otros proyectos. En 1847 comenzó la construcción del muelle a 12 millas al sur de Arklow, Irlanda. En su informe, indica que al principio experimentó dificultades fenomenales: a pesar de la solidez de las barcazas y las balsas utilizadas en otros sitios de construcción de las estacas, las grandes olas enviadas sin protección de tal magnitud, que el uso de esta técnica se hizo imposible. La técnica utilizada por lo tanto consistía en partir de la orilla colocando las pilas, y, por una sección de 17 pies, entrar en el mar.

Diagrama técnico de la construcción del muelle oceánico. El cabrestante con polipastos grandes se coloca en una pila.
Diagrama técnico de la construcción del muelle oceánico. El cabrestante con polipastos grandes se coloca en una pila.

Este método de construcción resultó muy fácil y económico. Las pilas se clavaron en el suelo con un cabrestante de 32 pies de diámetro, que giraba con una cinta. Mitchell describe el suelo y las pilas de la siguiente manera: «El fondo estaba compuesto de arena y grava hasta la profundidad de 8 pies, luego comenzó la capa de arcilla dura. Por esta razón, las pilas de 5 pulgadas con hélices de 2 pies de diámetro, colocadas en el suelo a una profundidad de 11 a 15 pies eran suficientes«.

Una docena de hombres hicieron un palmo de 17 pies en un día, a pesar del clima difícil. El método de instalación elegido fue un método muy seguro por el momento.

Al mismo tiempo, Mitchell registra una compañía a la que llama The Screw Pile Company. De hecho, este sitio fue capaz de mostrar un nuevo uso de las pilas: los muelles y los puentes. Esto causó un fuerte aumento en la actividad alrededor de las pilas, gracias a uno de los constructores de Wexford – Eugenius Birch.

En 1862, Johnson, agente de Mitchell en India, describió la construcción del muelle de atraque en Madras, India. El muelle, 1080 pies de largo y 40 pies de ancho, se inició en 1859. Johnson escribe: «Cuando nos enteramos de que ha habido varios intentos de hacer un muelle en Madras, entendemos que el sitio era muy peligroso… Al final de la construcción, no sentimos ninguna fibra del muelle bajo el efecto swell, lo que demuestra la ventaja de las pilas helicoidales comparados a cualquier otro sistema«.

Muelle en Madrás: el grabado apareció en London News en 1862.
Muelle en Madrás: el grabado apareció en London News en 1862.

Muelles en Inglaterra

Entre los ingenieros más famosos que practican las pilas helicoidales está Eugenius Birch, un miembro de ICE. Probablemente comenzó su trabajo con Mitchell, y en 1847 aprendió el final de la patente de 7 años en pilas helicoidales, lo que le permitió construir sin pagar regalías a Mitchell. Su primer trabajo fue el muelle de Margate Jetty.

Muelle en Eastbourne, construido por Eugenius Birch en 1870
Muelle en Eastbourne, construido por Eugenius Birch en 1870

El final de la patente de Mitchell ha dado mucha libertad a los ingenieros que deseaban utilizar la tecnica de pilas helicoidales. Birch construyó muchos muelles, incluidos los de Hastings y Birbank, que se pueden ver hoy en día. Podemos ver que el esquema de construcción de las plataformas es muy similar, con pilas verticales. Los datos en las pilas están incompletos. Solo sabemos que las pilas utilizadas tenían el diámetro de la hélice entre 90 y 120 cm, y su paso, de 6 a 8 pulgadas.

Quais de Hastings et Birback, par E. Birch, sur cartes postales
Muelles de Hastings y Birback, por E. Birch, en tarjetas postales

La durabilidad de estos muelles fue considerable: algunos están en uso hoy en día. Una gran parte de ellos fue destruida en la década de 1950, y la causa de la destrucción fue el incendio en uno de los pabellones en los muelles, o un barco chocando con la estructura.

Cilindros con hélices: tecnología alternativa

Muchos muelles se construyeron en pilas helicoidales en puertos del mundo entero. Estaban destinados a la carga y descarga de mercancías, o a los pasajeros de barcos.

En los Estados Unidos, los ingenieros han diseñado las pilas de cilindros de hierro fundido con una hélice de diámetro pequeño en comparación con la pila. El grosor máximo de la pila fue de 2.5 pulgadas, y cayó a 3/10 de pulgada en el borde de la hélice.

 

Diagrama de muelle en pilas cilíndricas
Diagrama de muelle en pilas cilíndricas

La estructura la más notable de la época fue la de Woolrich, que se utilizó para cargar equipamiento militar en los barcos de la Royal Navy. Al final del muelle, una grúa de 80 toneladas estaba soportada por pilas helicoidales de 5 pulgadas y una pila central de 7 pulgadas, con un diámetro de la hélice de 9 pies y 6 pulgadas. Todas las pilas se instalaron con un cabrestante similar al de Mitchell.

Tenga en cuenta que las pilas cilíndricas podrían utilizarse con un eje de madera central, que se hizo comúnmente en el siglo XIX. A principios del siglo XX, el acero se hizo mucho más accesible.

En ese momento el competidor más fuerte de las pilas de helicoidales era la Jetted Disk Pile a presión, que era una variante de la pila helicoidal donde la hélice era hueca y tenía agujeros. Una bomba hizo que el agua circulara a través de la hélice a través del eje central, que, por efecto de la succión, descendió por la pila. Cuando el bombeo se detuvo, el suelo descendió sobre la hélice, asegurando el anclaje. Se han realizado varias instalaciones de este tipo, pero, obviamente, la técnica era demasiado costosa para competir con las pilas de tornillos.

Installation du pieu à hélice creuse
Instalación de pila de hélices huecas

Desarrollo de los pilotes en los tiempos modernos

La primera casa sobre los pilotes helicoidales fue construida en Boston en 1900.

A principios del siglo XX la técnica de las pilas dio paso a las pilas golpeadas por las siguientes razones: el hormigón se convirtió en un material más económico que el metal de la época, el costo de la mano de obra cayó por culpa de muchas crisis de comienzos de siglo, y, sobre todo, el martillo se inventó y se generalizó.

Durante 80 años, la técnica fue utilizada solo por los militares, y tuvo su segunda juventud solo en los años 80. Esta era se caracteriza por instalaciones hidráulicas potentes y compactas, que aparecen en el mercado. Esta tendencia reduce el costo de instalar cimientos de pilotes atornillados en comparación con otros tipos de cimientos, y hace que esta técnica sea ventajosa cuando se considera el costo de la mano de obra en los países desarrollados.

Escuela británica contra la escuela soviética

En la URSS, explorando y explotando sus vastos territorios después de la Segunda Guerra Mundial, la técnica de las pilas helicoidales se convirtió en la más extendida en muchas áreas, especialmente aquellas con permafrost. Las ventajas de la técnica han sido demostradas por el prof. Vladislav Dmokhovsky.

Históricamente ocurrió que en los años 50-60 del siglo XX en la URSS se desarrollaron las bases teóricas de uso de las pilas helicoidales, la tecnología de ejecución de las obras, y se concibieron las instalaciones para la instalación de las pilas. G. Shpiro, N. Bibina, E. Kriukov et al. Han hecho una gran contribución en tecnología. En sus trabajos se dan los criterios de elección de la geometría y las características técnicas de las pilas, así como las recomendaciones sobre los materiales. Experimentos a gran escala han proporcionado información sobre el uso de pilas en varios suelos, lo que ha permitido desarrollar el método óptimo de colocación de pilas. El primer estándar para las pilas de tornillos data de 1955. Para 1961-64 existía el primer estándar para el uso de pilotes de tornillo como base para torres de líneas de muy alta tensión de hasta 245 metros de altura.

Char soviétique sur un pont temporaire construit sur des pieux vissés
Char soviétique sur un pont temporaire construit sur des pieux vissés

Históricamente ocurrió que en los años 50-60 del siglo XX en la URSS se desarrollaron las bases teóricas de uso de las pilas atornilladas, la tecnología de ejecución de las obras, y se concibieron las instalaciones para la instalación de las pilas . G. Shpiro, N. Bibina, E. Kriukov et al. Han hecho una gran contribución en tecnología. En sus trabajos se dan los criterios de elección de la geometría y las características técnicas de las pilas, así como las recomendaciones sobre los materiales. Experimentos a gran escala han proporcionado información sobre el uso de pilas en varios suelos, lo que ha permitido desarrollar el método óptimo de colocación de pilas. El primer estándar para las pilas de tornillos data de 1955. Para 1961-64 existía el primer estándar para el uso de pilotes helicoidales como base para torres de líneas de muy alta tensión de hasta 245 metros de altura.

 

Hoy – pilotes helicoidales franceses

Hoy los pilotes helicoidales han tomado 11% del mercado global de fundaciones a nivel mundial, y este porcentaje continúa creciendo.

A pesar de esto, en Francia se considera que los pilotes helicoidales son prerrogativa exclusiva de algunos edificios industriales, mientras que los pilotes helicoidales desarrolladas por AEDIFICANTES permiten las fundaciones con estos pilotes sean las más económicas y eficientes, gracias a su adaptación a suelos locales. Los cálculos específicos permitieron diseñar una solución óptima para cualquier proyecto: a diferencia de las escuelas existentes, combina la facilidad de instalación con una capacidad de carga controlada.

(Fuentes de información: artículos de Alan J Lutenegger y Viktor Zhelezkov)