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La estabilización térmica del suelo es una técnica de mejora del suelo. Describe los conceptos, métodos y aplicaciones de la estabilización térmica del suelo. Se han observado cambios significativos en las propiedades del suelo con el calentamiento o el enfriamiento. Se han realizado muchos tipos de estudios sobre el mismo y se han observado muchos resultados impresionantes relacionados con la estabilización del suelo.El calentamiento y el enfriamiento se han utilizado ampliamente como técnicas de enmienda del suelo. Cualquiera que sea el modo de estabilización térmica que elijamos, tenemos las siguientes necesidades.
- Evaluación térmica del flujo de calor
- Un sistema de calefacción o refrigeración debe diseñarse
- La resistencia del suelo y las propiedades de tensión-deformación-tiempo deben someterse a un análisis de rendimiento.
La siguiente figura muestra la resistencia última de los tres suelos en función de la temperatura.
Figura 1. Resistencia a la compresión de tres suelos en función de la temperatura (Sayles, 1966)
Tabla de contenido
Concepto de estabilización térmica del suelo.
Se pueden realizar análisis de flujo de calor, así como análisis de filtración y consolidación del suelo. La transferencia de calor en el suelo se produce por conducción, convección (libre, forzada, por descongelación) y radiación. El mecanismo de transporte más dominante es por conducción y tiene lugar en los tres componentes del suelo: sólidos del suelo, agua (que puede estar en forma de líquido, hielo o vapor) y aire poroso. El fenómeno de la conducción de calor se ve afectado por las propiedades térmicas del suelo, que son la conductividad térmica, el calor latente de fusión, el calor de vaporización del agua del suelo y la capacidad calorífica del suelo. El comportamiento del flujo de calor en el suelo se rige principalmente por el calor latente de fusión cuando el agua se congela y el calor de evaporación del agua por encima de los 100°C.0C. El calor latente de fusión se puede definir como la cantidad de calor que debe agregarse a una unidad de masa de una sustancia para cambiarla de líquido a sólido o viceversa sin un cambio de temperatura. Aquí, el calor de vaporización se define como el calor requerido para que una sustancia cambie de líquido a vapor. calor latente de fusión (L) agua a hielo = 333 x 103 J/kg (143,3 BTU/lb)
calor de vaporización (V) Agua = 2260 x 103 J/kg
Calor latente de congelación o fusión del agua del suelo, Ls
Calor de vaporización del agua del suelo Vs
donde “w” es el contenido de agua y es la densidad seca (kg/m3). Las capacidades caloríficas del hielo, el agua y los minerales del suelo están dadas por CI = 2098(J/kg)/K·Cw = 4286 (J/kg)/KCmetros = 710 (J/kg)/K capacidad calorífica de descongelación (Ctú) y suelo helado (Cpedo) dado como
La conductividad térmica del suelo se puede determinar de varias maneras. Algunos de ellos son la fórmula empírica de Kernsten, el método de Johansen, etc.
Estabilización térmica del suelo por calentamiento.
Tenga en cuenta que cuanto mayor sea el aporte de calor por masa de suelo (a tratar), mayor será el efecto. Un ligero aumento en la temperatura disminuye la repulsión eléctrica entre las partículas y aumenta la resistencia de los suelos de grano fino debido al flujo de agua intersticial debido a los cambios en los gradientes de temperatura y una disminución en el contenido de humedad debido al aumento de las tasas de evaporación. Por lo tanto, se puede ver que la estabilización del suelo de grano fino mediante calentamiento es técnicamente posible. Las siguientes declaraciones muestran la temperatura y los cambios correspondientes en las propiedades del suelo.
- 1000C provoca el secado de la arcilla y un aumento significativo de la resistencia. Esto reduce la compresibilidad del suelo.
- 5000Inducir un cambio permanente en la estructura de la arcilla C reduce su plasticidad y capacidad de adsorción de agua.
- 10000C Fusión de partículas de arcilla en un sólido parecido a un ladrillo.
Se ha experimentado y descubierto que el calor puede transformar una arcilla expansiva en una sustancia esencialmente no expansiva. Quemar un combustible líquido o gaseoso en un pozo o inyectar aire caliente en un pozo con un diámetro de 0,15 m a 0,20 m forma una zona de estabilización con un diámetro de 1,3 a 2,5 m después de 10 días de tratamiento continuo.Por lo tanto, el calentamiento provoca un cambio permanente en el suelo, haciéndolo más duro y duradero.
- compresibilidad
- Mejorar la cohesión
- Mayor ángulo de fricción interna
- Módulo aumentado
Estos efectos ocurren en un rango de temperatura de 300〇C~1000 o más0C. El suelo se derrite a 1250-1750 ℃0C. El punto de fusión del suelo puede reducirse mediante la adición de agentes fundentes como el Na.2CO3La cantidad de energía combustible que se debe producir para obtener altas temperaturas está resultando muy costosa. Ingles y Metcalf (1973) pueden proponer una fórmula de estimación para estimar el costo de la estabilización térmica por calentamiento:
donde w = contenido de humedad en porcentaje, T = temperatura de combustión, Cpedo = capacidad calorífica unitaria del combustible. donde el 35% es para quema abierta, el 70% para quema cerrada y F = combustible utilizado por unidad de volumen de suelo.
Tabla 1: Requisitos térmicos mínimos de varias aplicaciones de estabilización térmica
Aplicación de estabilización térmica de suelos.
El uso de la calefacción como modo de estabilización térmica de los suelos se adoptó principalmente en la URSS y Europa del Este.se usa en
- Estabilización de deslizamientos
- Remediación de suelos desmoronados
- Trabajo de cimentación de tapete
- Forma una pila vitrificada en su lugar.
- Reducción de la tensión lateral en los muros de contención
- El método elegido es:
- Combustión a electricidad
- Examen del secado por microondas.
- Fusión de suelo por rayo láser
referencia:
- Manual de ingeniería de cimientos por Hsai-Yang Fang
- Técnicas de mejora del suelo (PB) por el Dr. P. Purushothama Raj
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