La congelación artificial del suelo es una técnica utilizada para la construcción de obras subterráneas como túneles, pozos u otras obras civiles dada la mejora que proporciona a las características del terreno. El comportamiento mecánico e hidráulico del suelo se ve alterado por el aumento considerable en la resistencia, rigidez e impermeabilidad que este sufre a raíz de la transformación del agua que se encuentra en el interior de los poros en hielo, ya sea total o parcialmente. Partiendo de esta base, el objetivo del presente trabajo es analizar cómo afecta este fenómeno a la respuesta del suelo ante las solicitaciones a las que este se somete como consecuencia de la construcción de un túnel en su interior. Para ello, en primer lugar se ha llevado a cabo una exhaustiva investigación en la literatura científica para encontrar un modelo que represente adecuadamente la acción del hielo en el suelo. En esta etapa del trabajo se ha desarrollado una serie de códigos en MATLAB para visualizar los resultados que proporcionaban dos de los posibles modelos, lo que ha sido clave para la elección del modelo definitivo, así como para aplicar este último al caso de estudio de este trabajo. A partir de estos resultados, se han considerado dos escenarios donde se representa el mismo acontecimiento, que es la construcción del túnel, con la diferencia de que en uno el suelo se encuentra no congelado mientras que en el otro sí lo está. De esta forma es posible estudiar el efecto de la congelación tanto durante la excavación de la galería y la construcción del revestimiento de hormigón que da forma al túnel, como durante un periodo de tiempo sucesivo al final de la construcción. El estudio de ambos casos se ha llevado a cabo mediante el programa de elementos finitos CODE BRIGHT. El análisis muestra que mediante la congelación del suelo se consigue una serie de ventajas que respaldan que la técnica de congelación puede resultar muy conveniente en ciertos escenarios.
Artificial soil freezing is a technique used for the construction of underground works like tunnels, wells or other civil constructions due to the improvement that it provides to the characteristics
of the ground. The mechanical and hydraulic behaviours of the soil change as consequence of the considerable increase of the resistance, stiffness and impermeability that the soil goes through as a result of the transformation of the water filling the pores into ice, either utter or partially. Starting from this basis, the objective of this thesis is to analyse how this phenomenon affects the response of the soil when undergone to the stresses it is subject to when a tunnel is constructed in its interior. To do so, firstly a thorough research in the scientific literature has been carried out in order to find a model that represents the ice effect on the soil properly. During this stage, a series of codes have been developed in MATLAB in order to visualise the results provided by two of the models, which has been a key aspect when selecting the final one, as well as on employing it on the case study of this thesis. From these results, two scenarios have been considered where the same event takes place, which is the construction of the tunnel, being the only difference between both cases that on one of them the soil is frozen whereas on the other one it is not. In this way, the effect of freezing can be studied during the excavation of the tunnel and the construction of the tunnel lining, as well as during a period of time elapsed after the end of the construction. The study of both cases has been carried out by means of the finite element programme CODE BRIGHT. The analysis shows that by freezing the soil a series of advantages are achieved, which support that artificial soil freezing might be really convenient for certain situations.
gmail.com
