Congélation du sol à l'azote liquide
Les mesures de soutien et d'étanchéité sont le quotidien de l'industrie de la construction. Dans certaines conditions, la congélation du sol à l'azote liquide offre la meilleure solution par rapport aux méthodes traditionnelles de traitement des sols.
Avantages pour le client:
Au cours des deux dernières décennies, le givrage des sols à l'azote liquide (LIN) est passé d'une application gazeuse plutôt exotique à une méthode standard de traitement des sols instables et des fuites.
Associé au savoir-faire de nos experts, ce processus offre de nombreux avantages:
- Temps d'installation sur le chantier relativement court.
- Possibilité d'atteindre des taux de refroidissement plus élevés et des températures de corps gelés plus basses qu'avec le givrage du sol.
- En raison de la basse température de l'azote liquide (-196 °C), des temps de congélation inférieurs à un mois sont possibles.
- Procédé écologique sans substances dangereuses, pas de contamination des eaux souterraines.
- Grande flexibilité dans la conception du corps de gel.
- Combinaison de l'étanchéité et de la résistance statique.
- Possibilité de givrage à partir d'une humidité du sol de 10%.
- La résistance du corps de gel est comparable à celle du béton.
- La solidification du sol ne se produit que temporairement. Après la coupure de l'alimentation en LIN, le sol dégèle à nouveau en quelques semaines.
- Grande sécurité d'approvisionnement grâce à la télésurveillance des installations de réservoirs d'azote et au réapprovisionnement automatique.
Description de la procédure
Les tubes de congélation en cuivre d'un diamètre standard de 54 mm sont placés à des intervalles de 0,8 mètre en moyenne. Des tubes intérieurs ouverts sont installés à l'extrémité inférieure des tubes de congélation.
Congélation
L'azote liquide (LIN) est injecté dans les tuyaux par des conduites d'alimentation isolées, ce qui provoque l'évaporation du LIN. 1 kg de LIN prélève une énergie d'environ 200 kJ sur le sol environnant, ce qui signifie que le sol se refroidit et gèle.
L'azote gazeux vaporisé et froid (GAN -«Gaseous Nitrogen»), également appelé gaz d'échappement, retire du sol environ 100 kJ supplémentaires. Une électrovanne est commandée par la température du gaz d'échappement. De cette manière, un flux constant et une utilisation du LIN avec une efficacité optimale sont garantis.
Au bout d'un certain temps, les zones congelées autour des tubes de congélation se rejoignent, s'unissent et continuent finalement de croître pour former un mur fermé et étanche. En une semaine environ, ce procédé permet d'obtenir un corps de gel d'environ un mètre de diamètre.
Phase de maintien du givrage
Au cours de la phase de maintien qui suit, l'apport en LIN est réduit afin que le corps de gel cesse de croître et conserve son volume.
Fin du givrage
Lorsque l'alimentation en LIN est coupée, le gel commence à fondre et disparaît en quelques semaines.
Étude de cas
À Bielefeld, un tunnel a dû traverser plusieurs formations géologiques différentes.
Une partie du toit du tunnel a été partiellement creusée à travers des couches quaternaires, où une rigole alluviale de sable fin limoneux saturé est apparue. Le creusement dans ce terrain instable d'environ 50 m de long a été effectué sous une couverture de protection réalisée par givrage à l'azote.
Il fallait notamment tenir compte du fait que le tunnel devait passer sous un parc avec de vieux ormes. La fine couche de roulement de seulement 7 m et le maintien de la fonction de drainage du sol ont également été des arguments importants en faveur du givrage à l'azote.
Pour la conception du corps de gel, une forme semblable à un toit a été choisie avec une inclinaison de 45°. Les tuyaux de congélation s'étendaient jusqu'à l'argile alluviale imperméable. Afin de protéger les racines des chênes des dommages causés par le gel, les parties supérieures des tuyaux de congélation ont été isolées. Cela a également permis de réduire le volume du corps de gel et la quantité d'azote liquide nécessaire.
Pour augmenter la sécurité, on a opté pour une conception avec cinq cloisons. Les sections de 10 m de long qui en résultaient réduisaient le nombre de circuits de commande nécessaires. Chaque section comportait environ 24 tubes de congélation pour le toit et environ 8 tubes de congélation pour la paroi de soutien.
Ces 32 circuits de commande ont été gérés et documentés par notre système de contrôle des processus, spécialement développé pour cette tâche et mis à disposition dans des conteneurs.
Parallèlement à la progression du décapage du sol, les équipements de congélation ont été déplacés d'une section à l'autre afin de former à chaque fois une couverture de protection pour les travaux de construction du tunnel. Une fois le chenal alluvial franchi, l'équipement de congélation a été démonté. Le parc, avec ses beaux vieux arbres, n'a pas du tout l'air d'avoir été le théâtre de travaux aussi lourds.
