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La congelación del suelo con nitrógeno líquido es una técnica de estabilización e impermeabilización temporal del terreno. En determinadas condiciones, permite crear un cuerpo de suelo congelado que proporciona estanqueidad y resistencia durante trabajos de construcción, excavación y obras subterráneas.
El proceso utiliza nitrógeno líquido (LIN) para extraer calor del terreno y provocar su congelación. Combinado con los conocimientos técnicos de los expertos de Linde, puede ofrecer una alternativa a otros métodos convencionales de tratamiento y sostenimiento del suelo.
La congelación artificial del terreno consiste en enfriar el suelo mediante nitrógeno líquido hasta formar un cuerpo de suelo congelado alrededor de la zona de trabajo. Este cuerpo congelado puede actuar como una barrera estanca y aportar resistencia temporal al terreno durante determinadas fases de una obra.
La tecnología resulta especialmente relevante cuando las condiciones del terreno requieren medidas de sostenimiento o impermeabilización durante una excavación. El diseño del cuerpo congelado puede adaptarse a las necesidades específicas del proyecto.
Los tubos de congelación de cobre, con un diámetro estándar de 54 mm, se colocan a intervalos medios de aproximadamente 0,8 metros. En el extremo inferior de las tuberías de congelación se instalan tubos interiores abiertos.
El nitrógeno líquido (LIN) se introduce en las tuberías mediante conductos de suministro aislados, donde se evapora. Aproximadamente 1 kg de LIN extrae unos 200 kJ de energía del suelo circundante, provocando su enfriamiento y congelación.
El nitrógeno gaseoso evaporado y frío (GAN), también denominado gas de escape, extrae aproximadamente otros 100 kJ del suelo. Una electroválvula controlada por la temperatura de los gases de escape permite mantener un flujo constante y utilizar el LIN con una eficiencia óptima.
Con el paso del tiempo, las zonas congeladas alrededor de los tubos se unen hasta formar una pared cerrada y estanca. En aproximadamente una semana, el proceso puede generar un cuerpo congelado de alrededor de 1 metro de diámetro, según las condiciones descritas en la aplicación de Linde.
Una vez formado el cuerpo congelado, comienza la fase de mantenimiento. Durante esta etapa se reduce el suministro de LIN para evitar que el cuerpo congelado continúe creciendo y mantener su volumen durante el periodo necesario para los trabajos.
La congelación del terreno es un proceso temporal. Cuando se interrumpe el suministro de LIN, el cuerpo congelado comienza a descongelarse y, de acuerdo con la información de Linde, puede desaparecer en pocas semanas.
La congelación del suelo con nitrógeno líquido (LIN) puede ofrecer diferentes ventajas frente a otros métodos de tratamiento del terreno, especialmente cuando se requiere una combinación de estabilización y estanqueidad.
La congelación artificial del terreno puede utilizarse en determinadas condiciones en proyectos de construcción que requieren estabilización o impermeabilización temporal del suelo.
La congelación con nitrógeno líquido puede utilizarse para crear una cubierta protectora alrededor de determinadas zonas de excavación durante la construcción de túneles y otras obras subterráneas.
Cuando el terreno presenta condiciones que dificultan una excavación convencional, la formación de un cuerpo congelado puede aportar resistencia temporal para facilitar los trabajos de construcción.
La formación de una pared de suelo congelado puede proporcionar una barrera cerrada y estanca, ayudando a controlar la entrada de agua en determinadas condiciones de excavación.
El cuerpo congelado puede diseñarse con diferentes geometrías en función de las necesidades del proyecto, combinando las funciones de estanqueidad y soporte temporal.
Linde proporciona nitrógeno líquido y conocimientos técnicos para aplicaciones de congelación del terreno. La solución puede incluir las necesidades de suministro de LIN, los sistemas de congelación y el control del proceso en función de los requisitos de la aplicación.
La experiencia técnica de Linde permite analizar las necesidades específicas del proyecto y apoyar la planificación de la aplicación, teniendo en cuenta las condiciones del terreno, la configuración del sistema de congelación y las necesidades de suministro.
El nitrógeno líquido y el nitrógeno gaseoso pueden generar atmósferas con deficiencia de oxígeno durante determinados procesos. Por este motivo, las aplicaciones que utilizan nitrógeno deben planificarse y ejecutarse teniendo en cuenta las medidas de seguridad correspondientes, la ventilación y la monitorización de las zonas de trabajo.
Consulte las instrucciones de seguridad de Linde antes de trabajar con nitrógeno líquido y siga siempre los procedimientos de seguridad aplicables a la instalación y al proyecto.
En Bielefeld fue necesario construir un túnel a través de diferentes formaciones geológicas. Parte del techo del túnel atravesaba estratos cuaternarios donde se encontraba un canal aluvial formado por arena fina saturada y material limoso.
La excavación, de aproximadamente 50 metros de longitud, se realizó en este terreno inestable bajo una cubierta protectora creada mediante congelación con nitrógeno.
El túnel debía pasar por debajo de un parque con árboles antiguos. La existencia de una capa superficial de aproximadamente 7 metros y la necesidad de conservar la función de drenaje del suelo fueron factores importantes para seleccionar la congelación con nitrógeno como solución.
Para el diseño del sistema de congelación se eligió una geometría en forma de tejado con una inclinación de 45°. Las tuberías de congelación se extendieron dentro de una capa impermeable de arcilla con cantos rodados.
Para proteger las raíces de los árboles frente a los efectos de la congelación, se aislaron las partes superiores de las tuberías de congelación. Esta medida también permitió reducir el volumen del cuerpo congelado y la cantidad de nitrógeno líquido necesaria.
Para aumentar la seguridad se utilizó un concepto basado en cinco mamparos. Los tramos resultantes, de aproximadamente 10 metros de longitud cada uno, permitieron reducir el número de circuitos de control necesarios.
Cada sección disponía de aproximadamente 24 tubos de congelación para el techo y unos 8 tubos para el muro de soporte, con un total aproximado de 32 circuitos de control.
Estos circuitos fueron gestionados y documentados mediante un sistema de control de procesos desarrollado específicamente para esta aplicación y suministrado en contenedores.
A medida que avanzaban los trabajos de excavación, el equipo de congelación se trasladaba de una sección a otra para formar la cubierta protectora necesaria para la construcción del túnel. Una vez superado el canal aluvial, el equipo de congelación fue desmontado.
La congelación del suelo con nitrógeno líquido es una técnica utilizada para enfriar y congelar el terreno mediante nitrógeno líquido (LIN), formando un cuerpo de suelo congelado que puede proporcionar estanqueidad y resistencia temporal durante determinados trabajos de construcción y excavación.
La congelación del terreno puede utilizarse en determinadas condiciones para estabilizar e impermeabilizar temporalmente el suelo, por ejemplo durante excavaciones y trabajos de construcción de túneles.
El nitrógeno líquido alcanza una temperatura de aproximadamente -196 °C y permite conseguir elevadas velocidades de enfriamiento y temperaturas de congelación bajas. Durante el proceso, el LIN extrae calor del suelo y provoca su enfriamiento y congelación.
El tiempo depende de las condiciones del terreno y del diseño del sistema. La información técnica de Linde indica que, debido a la baja temperatura del nitrógeno líquido, pueden conseguirse tiempos de congelación inferiores a un mes y que, en determinadas configuraciones, la formación inicial del cuerpo congelado puede producirse en aproximadamente una semana.
No. La consolidación del suelo mediante este proceso es temporal. Cuando se interrumpe el suministro de nitrógeno líquido, el cuerpo congelado comienza a descongelarse y, según la información de Linde, puede desaparecer en pocas semanas.
Sí. La congelación del terreno con nitrógeno se ha utilizado en determinadas condiciones para crear una cubierta protectora durante trabajos de construcción de túneles, como demuestra el caso práctico de Bielefeld descrito por Linde.
Entre las ventajas descritas por Linde se encuentran un tiempo de preparación comparativamente corto, elevadas velocidades de enfriamiento, bajas temperaturas de congelación, flexibilidad en el diseño del cuerpo congelado, combinación de estanqueidad y resistencia estática y seguridad de suministro mediante supervisión remota y reabastecimiento automático.
Linde proporciona nitrógeno líquido y conocimientos técnicos para aplicaciones de congelación del suelo, además de soluciones relacionadas con el suministro y el control del proceso.
La idoneidad depende de las características del terreno, las condiciones de la excavación, los requisitos de estabilización e impermeabilización y el diseño del proyecto. Linde puede asesorarle sobre las necesidades específicas de su aplicación.
¿Está evaluando la congelación del terreno para una excavación, túnel u obra subterránea? Póngase en contacto con Linde para analizar las necesidades de su aplicación.
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