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Numerical Modelling of Artificial Ground Freezing

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Un modelo de la congelación del suelo

Construir túneles cuando se realizan excavaciones subterráneas es una actividad cada vez más peligrosa por la constante expansión urbana. Gracias a los modelos mejorados de congelación artificial del terreno (AGF) será posible optimizar la aplicación de esta innovadora técnica de estabilización.

Cambio climático y medio ambiente

Las excavaciones y construcciones subterráneas relacionadas con los sistemas de transporte o las infraestructuras mineras se realizan por lo general en terrenos que entrañan ciertas dificultades derivadas de la proximidad a zonas urbanizadas. La AGF de suelo saturado o parcialmente saturado es una opción prometedora y respetuosa con el medio ambiente, que sirve como alternativa a los métodos convencionales para la estabilización de los suelos mediante la inyección de lechadas químicas o de cemento. Al igual que otras técnicas, la AGF permite estabilizar el terreno y proporcionar soporte estructural. También evita la entrada de agua a los sitios de excavación. El medio de congelación química aplica a través de tuberías cerradas para posteriormente bien liberarse en la atmósfera o recircularlo y así evitar la contaminación de las aguas subterráneas. El proyecto financiado por la Unión Europea «Numerical modelling of artificial ground freezing» (NUMAGF) mejoró la capacidad de científicos e ingenieros de estimar los efectos de la AGF sobre materiales granulares y así calcular con mayor precisión el tiempo y coste de construcción y optimizar las técnicas empleadas. Los miembros del equipo de trabajo acumularon una amplia cantidad de datos mediante la supervisión de la AGF aplicada a la construcción de la línea 1 del metro de Nápoles. Los datos aportaron información sobre el desplazamiento de edificaciones, los cambios en la temperatura del terreno y la evolución del sistema de aguas subterráneas y las fuerzas que se ejercen sobre los anclajes de la excavación. El equipo al cargo revisó un modelo mecánico elastoplástico de elevada no linealidad dedicado a la congelación y la descongelación del suelo, y diseñó un modelo termo-hidro-mecánico (THM) totalmente integrado con el que analizar el comportamiento estructural de los materiales que componen el suelo. Se validaron los modelos con datos experimentales recabados durante las pruebas realizadas en cenizas volcánicas extraídas de dos emplazamientos en Nápoles. La AGF es una tecnología cada vez más relevante y prometedora con múltiples aplicaciones. Además de resultar de ayuda en excavaciones subterráneas, la AGF permite estabilizar taludes, recuperar muestras intactas de suelo y preservar el permafrost de los terrenos bajo edificaciones con sistemas de calefacción. También podría utilizarse para contener la contaminación radioactiva en aguas subterráneas próximas a la central nuclear de Fukushima. Los modelos THM del comportamiento del suelo granular durante los procesos de congelación y descongelación diseñados en el proyecto NUMAGF garantizarán que la AGF se emplee con la seguridad y la estabilidad que aporta una evaluación previa basada en el conocimiento. Se trata de modelos que encuentran muchas aplicaciones en ingeniería civil y minería. Los análisis descriptivos de los procesos de congelación y descongelación serán de mucha utilidad para aquellos dedicados a investigar los fenómenos de cambio climático en las regiones frías.

Palabras clave

Suelo, túneles, excavaciones subterráneas, congelación artificial del terreno, técnica de estabilización, suelos saturados, congelación química, aguas subterráneas, materiales granulares, desplazamiento de edificaciones, congelación del suelo, termo-hidro

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