Sistema de reacción helicoidal para ECE: funcionamiento, dimensionamiento, capacidad y ventajas del SAP

El problema que resuelve el sistema de reacción

Todo ensayo de carga estática necesita algo contra lo que empujar. El gato hidráulico aplica carga en la parte superior del pilote, y esa carga necesita una reacción equivalente, en sentido contrario. Históricamente, esta reacción se obtiene de dos formas: un carguero, es decir, una masa apoyada sobre una plataforma, o pilotes de reacción traccionados, conectados a una viga sobre el elemento ensayado.

Ambas soluciones funcionan, y ambas son costosas. El carguero exige transporte y manipulación de un gran volumen de masa en la obra. Los pilotes de reacción exigen la ejecución de elementos adicionales, armadura, hormigonado y, principalmente, tiempo de fraguado antes de que el ensayo pueda comenzar. En muchas obras, el plazo del sistema de reacción es mayor que el plazo del propio ensayo.

El sistema de reacción helicoidal ataca exactamente este cuello de botella. En lugar de construir elementos de reacción de hormigón, utiliza anclajes helicoidales instalados por rotación en el terreno, que trabajan a tracción y sostienen la estructura de reacción metálica. Es este principio el que está detrás del Sistema de Anclaje Provisional (SAP) de Geoteste.

Cómo funciona la reacción helicoidal

El anclaje helicoidal es un elemento compuesto por un vástago central y una o más hélices soldadas a lo largo de su longitud. Se instala por rotación, con aplicación de torque, sin excavación previa y sin hormigón. Al girar, las hélices avanzan en el terreno y movilizan resistencia al arrancamiento por el apoyo del suelo sobre la superficie de cada hélice, sumado a la fricción lateral a lo largo del vástago.

Montado el conjunto, la lógica del ensayo es la misma que la del ensayo de carga estática convencional: el gato hidráulico empuja la parte superior del pilote hacia abajo, la viga de reacción recibe el esfuerzo contrario y lo transmite a los anclajes, que resisten a la tracción. La carga se aplica en etapas, con medición del asentamiento en cada etapa, conforme a la ABNT NBR 16903:2020.

Etapas de ejecución

1. Dimensionamiento. Definición del número de anclajes, del diámetro y del número de hélices, de la longitud de instalación y del arreglo geométrico, a partir de la carga máxima de ensayo y del perfil geotécnico.
2. Instalación por torque. Hincado por rotación en las posiciones definidas, con seguimiento del torque aplicado, que funciona como indicador de campo de la capacidad movilizada.
3. Montaje de la estructura de reacción. Posicionamiento de las vigas metálicas y conexión a los anclajes.
4. Ejecución del ensayo. Carga en etapas, lectura de asentamientos y construcción de la curva de carga y asentamiento.
5. Desmovilización. Remoción de las vigas y desinstalación de los anclajes por rotación inversa, con reutilización del conjunto en otro ensayo.

Dimensionamiento: qué rige la capacidad

La capacidad de arrancamiento de un anclaje helicoidal depende de un conjunto de factores que deben ser evaluados caso por caso por el ingeniero responsable:

• Perfil geotécnico. Resistencia de las capas atravesadas y, principalmente, de la capa en la que se alojan las hélices. Suelos blandos, rellenos no controlados y nivel freático elevado reducen la capacidad disponible.
• Geometría de las hélices. Diámetro, cantidad y espaciamiento entre hélices definen el área movilizada y el modo de rotura, que puede ser por cilindro de suelo entre hélices o por apoyo individual de cada hélice.
• Profundidad de instalación. La relación entre profundidad y diámetro de la hélice distingue el comportamiento superficial del profundo, con reflejo directo en la resistencia al arrancamiento.
• Torque de instalación. Existe una correlación consagrada en la práctica entre el torque final de instalación y la capacidad de arrancamiento, utilizada como verificación de campo. Se trata de una correlación empírica, que confirma el dimensionamiento, pero no lo sustituye.
• Arreglo del sistema. Número de anclajes, distancia entre ellos y distancia hasta el pilote ensayado, para evitar interferencia entre bulbos de tensión e influencia sobre el elemento en ensayo.
• Verificación estructural. Resistencia del vástago, de las hélices, de las conexiones y de las vigas metálicas para la carga máxima prevista, con margen adecuado.

Los parámetros de dimensionamiento se definen para cada obra a partir de la carga máxima de ensayo, del perfil geotécnico y de las condiciones de acceso y montaje. La configuración efectivamente empleada y las verificaciones de capacidad deben constar en el proyecto y en el informe de ensayo.

Comparación entre sistemas de reacción

Criterio	Pilotes de reacción de hormigón	Carguero	Reacción helicoidal
Tiempo hasta el inicio del ensayo	Depende de la ejecución y del fraguado del hormigón	Depende del transporte y montaje de la masa	Instalación por rotación en el mismo día
Elementos permanentes en el terreno	Sí, pilotes adicionales	No	No, el conjunto se retira
Reutilización	No	Parcial	Sí, el conjunto es reutilizable
Volumen logístico en la obra	Medio	Alto	Bajo
Generación de residuos	Hormigón y armadura	Baja	Prácticamente nula
Principal restricción	Costo y plazo	Espacio y acceso en la obra	Capacidad disponible en el perfil geotécnico

Límites de aplicación

El sistema helicoidal no es universal, y presentarlo como solución para cualquier escenario sería deshonesto desde el punto de vista técnico. La reacción depende de que el terreno resista a la tracción, y hay situaciones en las que esto no ocurre con el margen necesario: capas superficiales muy blandas, rellenos heterogéneos, perfiles con obstrucciones y cantos rodados que impiden la instalación por rotación, y cargas de ensayo muy elevadas en terrenos de baja resistencia. En estos casos, la solución adecuada puede ser el pilote de reacción convencional o el ensayo bidireccional, que prescinde de reacción externa al cargar el pilote contra sí mismo.

La decisión correcta parte de la investigación geotécnica, de la carga de ensayo prevista y de las restricciones de la obra, y se toma en la fase de planificación del plan de ensayos, no el día de la movilización.

Dónde se manifiesta el beneficio en la obra

El beneficio económico de la reacción helicoidal no reside solo en el costo del sistema. Está en el plazo. En obras en las que la cimentación por pilotes está en el camino crítico, anticipar el ensayo de carga significa anticipar la decisión de proyecto que esta sustenta. Esta anticipación es lo que permite convertir el resultado del ensayo en una optimización real de la cimentación por pilotes, tema tratado en ensayo de carga y reducción de costos.

Soporte técnico de Geoteste

Geoteste desarrolló y opera el Sistema de Anclaje Provisional (SAP), solución propia de reacción helicoidal para ensayos de carga estáticos, ejecutados conforme a la ABNT NBR 16903:2020 y en el ámbito de las exigencias de la ABNT NBR 6122:2019, con la Enmienda 1:2022. Conozca el Sistema de Anclaje Provisional, vea el servicio de ensayo de carga estática o estime el plan de su obra en el dimensionador de ensayos.

Referencias técnicas

• ABNT NBR 6122:2019, con la Enmienda 1:2022. Proyecto y ejecución de fundaciones. Rio de Janeiro: ABNT.
• ABNT NBR 16903:2020. Suelo: ensayo de carga estática en fundación profunda. Rio de Janeiro: ABNT.
• ABNT NBR 5629:2018. Ejecución de tirantes anclados en el terreno. Rio de Janeiro: ABNT.