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Numerical Modelling of Artificial Ground Freezing

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Modéliser le sol alors qu'il se congèle

La création de tunnels au cours de l'excavation souterraine est une activité considérablement dangereuse étant donné la couverture urbaine en constante expansion. Les modèles améliorés de congélation artificielle du sol (CAS) optimiseront l'application de cette innovante technique de stabilisation.

Changement climatique et Environnement

Généralement, l'excavation et la construction souterraine de systèmes de transport souterrain ou d'infrastructures minières peuvent être complexes dans un environnement à proximité des bâtiments. La CAS de sols saturés ou partiellement saturés est une solution de remplacement écologique prometteuse par rapport aux méthodes traditionnelles pour stabiliser le sol avec des injections de coulis de ciment ou chimique. Comme d'autres techniques, la CAS stabilise le sol et offre un soutien structurel. Elle permet également d'éviter un afflux d'eau dans le site d'excavation. Le moyen de congélation chimique est transmis dans des tuyaux fermés et libéré dans l'atmosphère ou recirculé de manière à ce que les eaux souterraines ne soient pas contaminées. Financé par l'UE, le projet NUMAGF («Numerical modelling of artificial ground freezing») a amélioré la capacité des scientifiques et des ingénieurs à prédire les effets de la CAS sur les matériaux granulaires. Cela permettra une meilleure évaluation du temps et des coûts de construction ainsi que l'optimisation des techniques. Les membres de l'équipe ont amassé des données assimilées tout en surveillant la CAS au cours de la construction de la ligne 1 du métro de Naples. Cela inclut des informations sur les déplacements de bâtiments, les changements de températures au sol et les changements dans le système d'eau souterraine et au niveau des forces sur les ancres soutenant l'excavation. Les scientifiques ont révisé un modèle élasto-plastique-mécanique non linéaire de congélation et décongélation du sol et ont développé un modèle thermo-hydro-mécanique (THM) pour considérer les comportements d'ingénierie des matériaux terrestres. Les modèles ont été validés face aux données expérimentales obtenues au cours des tests de cendres volcaniques provenant de deux sites à Naples. La CAS est une technologie très prometteuse et importante avec de nombreuses applications. En plus de son utilisation dans l'excavation souterraine, elle a été utilisée pour stabiliser les pentes, prélever des échantillons de sol et maintenir le permafrost (ou pergélisol) sous les bâtiments chauffés. La technologie devrait constituer un moyen de contenir la pollution radioactive des eaux souterraines près de la centrale nucléaire de Fukushima. Les modèles de THM de comportement de sols granulaires pendant la congélation et la décongélation créés par le projet NUMAGF assureront que la CAS est effectuée avec des évaluations de connaissances de la stabilité et de la sécurité. Les applications en ingénierie civile et minière sont nombreuses. Dans le contexte du réchauffement planétaire et de la dégradation du permafrost, les descriptions de congélation et décongélation seront également les bienvenues pour les spécialistes et experts en changement climatique dans les régions froides.

Mots‑clés

Sol, tunnels, excavation souterraine, congélation artificielle du sol, technique de stabilisation, sol saturé, congélation chimique, eaux souterraines, matériaux granulaires, déplacements de bâtiments, température au sol, congélation du sol, thermo-hydro-

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