Conolidamento e sigillatura sono attività quotidiane nell'edilizia. In determinate condizioni, il congelamento del terreno con azoto liquido rappresenta la soluzione ideale rispetto ai metodi tradizionali di trattamento del suolo.
Vantaggi per il cliente
Negli ultimi vent'anni, il congelamento del terreno con azoto liquido (LIN), da un'applicazione poco nota e di dubbia efficacia è diventato una procedura standard per il trattamento del suolo instabile e dei trafilamenti delle vene acquose.
L'uso di questo processo sotto la supervisione dei nostri tecnici offre numerosi vantaggi:
L’installazione di un impianto di congelamento ad azoto liquido è una procedura rapida, in quanto Linde dispone di tutte le apparecchiature necessarie e può installarle in brevissimo tempo.
Il costo di un impianto di congelamento ad azoto liquido è decisamente inferiore all'importo necessario per la realizzazione di una unità di congelamento a salamoia.
La temperatura del terreno congelato è notevolmente più bassa rispetto a quella raggiungibile mediante un impianto di congelamento a salamoia, il che ne aumenta la stabilità.
La bassa temperatura dell’azoto liquido (-196 oC) consente il congelamento in circa 4-7 giorni, un periodo molto più breve di quello richiesto dal processo di congelamento a salamoia, che può normalmente protrarsi per un mese.
Il processo di congelamento con azoto liquido è ecocompatibile, senza sostanze pericolose, vibrazioni e inquinamento o estrazione di acque sotterranee.
Il sistema di controllo del processo è automatizzato.
Flessibilità nella progettazione del terreno congelato.
Combinazione del supporto statico e di sigillatura.
Elevata tolleranza all'umidità del terreno (5-100%).
Il terreno congelato è impermeabile al 100%; non esistono perdite.
La durezza del terreno congelato è paragonabile a quella del calcestruzzo.
La solidificazione del terreno è solo temporanea. Una volta disattivata l'erogazione di LIN, il terreno congelato ritorna alla condizione originaria in qualche settimana.
Azoto liquido
L'azoto liquefatto (LIN) viene prodotto in impianti di frazionamento dell'aria. Il LIN presenta una temperatura pari a -196 °C e viene consegnato nei punti di utilizzo mediante autocisterne e travasato in contenitori sotto vuoto che limitano le dispersioni termiche.
Descrizione delle modalità di installazione
Nel terreno da congelare vengono inseriti tubi di rame di diametro 50 mm . Le perforazioni del terreno per linstallazione di questi tubi vengono realizzatead una distanza tra loro compresa tra 50 e 80 centimetri. All'interno dei tubi di rame vengono installati i tubi di distribuzione dell’azoto liquido, di diametro da 10 a 12 mm.
Congelamento
L’azoto liquido (LIN) viene alimentato nei tubi tramite apposite linee coibentate. Vaporizzando l’azoto liquido si forniscono frigorie al terreno circostante le tubazioni d’apporto del gas sviluppando per ogni kg di azoto liquido circa 200 kJ di energia dal terreno circostante, che si raffredda e si congela.
L'azoto gassoso (GAN), freddo e vaporizzato, definito anche gas di scarico, estrae altri 100 kJ di energia dal terreno. La temperatura del gas di scarico viene utilizzata per controllare una valvola a solenoide. In questo modo si garantisce un flusso continuo e l'utilizzo più efficiente possibile dell’azoto liquido (LIN).
Nel procedere con l’iniezione di azoto liquido, le aree congelate attorno ai tubi da congelamento propagano il freddo e le zone congelate si uniscono tra loro creando una parete chiusa a tenuta idrica. Nell'arco di circa una settimana si ottine un’area congelata del diametro approssimativo di 1 metro attorno al tubo di iniezione.
Questa fase, denominata di consolidamento, normalmente dura da quattro a sette giorni. In questo intervallo, il consumo totale di azoto liquido (LIN) è pari a circa 1.500-2.500 litri per metro cubo di terreno congelato. Tale valore può essere influenzato da fattori geologici (sorgenti termali, flusso idrico, ecc.).
Mantenimento del congelamento
Nella fase successiva, di mantenimento, l'erogazione di azoto liquido (LIN) viene ridotta e si arresta la crescita dell’area di terreno congelato, che conserva il proprio volume. Per mantenere 1 m³ di terreno congelato sono necessari circa 90 litri di Aazoto liquido (LIN) al giorno.
Interruzione del congelamento
Quando l'erogazione di LIN viene interrotta, il terreno congelato inizia a riscaldarsi, tornando alle condizioni originali in alcune settimane.
Progettazione di un sito di congelamento
Nella fase di progettazione di un sito da congelare per scopi di sigillatura e/o supporto statico, è necessario prendere in considerazione numerosi parametri.
I due obiettivi principali che si sta cercando di conseguire sono:
Massima sicurezza
Consumo di azoto liquido (LIN) ridotto al minimo.
Grazie a un'esperienza acquisita in oltre 100 progetti di congelamento e numerosi studi di ricerca di base durante gli ultimi trent'anni, Linde è in grado di offrire la soluzione ideale per qualsiasi esigenza.
Servizio completo
Forniamo non soltanto azoto liquido. In base alle necessità dei clienti maanche:
Calcoli statici
Operazioni di perforazione
Installazione
Manutenzione.
Copertura globale
Grazie alla competenza del nostro team dei servizi industriali possiamo garantire un qualità eccellente in tutto il mondo. Citiamo l’attività svolta a Singapore per la realizzazione di tunnel sotterranei: i lavori si sono svolti secondo le previsioni nonostante condizioni estremamente difficili (45 m sottosuolo, temperatura di 26 °C, uso di esplosivi nei lavori nel tunnel).
Un altro esempio
A Bielefeld, in Germania, un tunnel doveva attraversare diverse formazioni geologiche.
Una sezione del soffitto del tunnel doveva essere realizzata, in parte, attraverso strati quaternari, dove era presente un canale alluvionale formato da sabbia fine, fangosa e saturata. Quest'area instabile, lunga circa 50 m, è stata realizzata mediante la tecnica del congelamento con azoto.
I punti di intervento considerati sono state le aree di incrocio sotterraneo di un parco con vecchi alberi di quercia. Altri fattori che hanno fatto propendere per l'uso del congelamento con azoto sono stati il ridotto spessore dello strato superficiale, di soli 7 m, e la necessità di mantenere un buon drenaggio del terreno.
La sezione di congelamento è stata realizzata con la forma di un tetto con un'inclinazione di 45°. I tubi di congelamento sono stati fatti penetrare nel terreno impermeabile di argilla mista a massi. Per impedire che le radici delle querce subissero danni da gelo, le estremità superiori dei tubi da congelamento sono state isolate. In questo modo si è ridotto anche il volume del terreno congelato e la quantità di azoto liquido utilizzata.
Per maggiore sicurezza, sono state progettate cinque paratie. Le cinque sezioni risultanti, lunghe 10 m ciascuna, hanno consentito di ridurre il numero di circuiti di controllo. Ogni sezione presentava circa ventiquattro tubi da congelamento per il tetto e circa otto per la paratia.
I trentadue circuiti di controllo sono stati gestiti e monitorati da un sistema di controllo del processo all'interno di un container, concepito appositamente da Linde.
In parallelo all'avanzamento degli scavi, la zona di congelamento è stata spostata da una sezione a quella successiva, in modo da creare una copertura per i lavori del tunnel. Una volta superato il canale alluvionale, l'apparecchiatura di congelamento è stata rimossa. Ora il parco e le querce secolari al suo interno non mostrano alcun segno di questa impegnativa opera di costruzione.