Análisis de parámetros de diseño para la aplicación de los métodos de congelación artificial de suelos en espacios urbanos subterráneos como proyección en la ciudad de Arequipa

• Autor: Valenzuela Vargas, Maria Alejandra
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2024
• Institución: Universidad Católica San Pablo
• Repositorio: UCSP-Institucional
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.ucsp.edu.pe:20.500.12590/18467
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12590/18467
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Congelación artificial de suelos; Conductividad térmica; Túneles; Agua subterránea; Estabilización de suelos; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.07.02

La presente investigación evalúa la técnica de congelación artificial de suelos, una herramienta ingenieril eficaz para estabilizar suelos saturados durante la construcción subterránea debido a la mayor rigidez, resistencia y menor permeabilidad que el suelo congelado ofrece. El estudio analiza las condiciones y parámetros para aplicar este método, identificando las propiedades del suelo y los métodos de congelación. Se llevó a cabo un análisis comparativo de los métodos de congelación por salmuera y nitrógeno líquido, revisando diversos proyectos en países como Italia, Alemania, Holanda, Polonia y Estados Unidos. Se examinaron las propiedades mecánicas, térmicas e hidráulicas del suelo congelado, teniendo en cuenta sus limitaciones en el proceso de congelación. La investigación evaluó la viabilidad para aplicar el método en suelos locales, con un enfoque específico en la carretera "Variante Uchumayo - Tramo II" en Arequipa, que enfrentó problemas de estabilidad de suelos debido a un alto nivel freático. Los resultados de los ensayos realizados en el estrato E-06 confirmaron la viabilidad del método de congelación artificial utilizando salmuera y nitrógeno líquido en suelos de arena limosa mal graduada. Se identificó un contenido de humedad del 23.14% y las velocidades de agua subterránea, que varían entre 0.02 y 0.51 m/día, resultan adecuadas para ambos métodos. Se evaluó el espaciamiento de las tuberías, encontrando que un espaciado de 0.8 m logró alcanzar -18°C, mientras que los espaciados de 1 m y 1.2 m lograron -22°C y -27°C, respectivamente, lo que evidencia la influencia del espaciamiento en la transferencia de temperatura. Además, el tiempo estimado para la congelación completa del muro de hielo es de 22 a 25 días, corroborando la aplicabilidad del proceso en el diseño de un túnel subterráneo en la Variante de Uchumayo, Arequipa. En este contexto, la salmuera se presenta como una opción técnica adecuada, mientras que el nitrógeno líquido podría ser considerado en condiciones más críticas. Considerando los resultados obtenidos, esta investigación fomenta nuevos estudios en el ámbito de la construcción subterránea, proporcionando un análisis detallado de los parámetros necesarios para viabilizar la construcción de futuros proyectos, dado que ofrece una solución efectiva para abordar problemas relacionados con la inestabilidad de suelos saturados y la creciente demanda de rutas de transporte.