Medida de la conductividad térmica del suelo en laboratorio: fundamentos físicos, aplicaciones geotérmicas y relaciones con otros parámetros del suelo

• Autores: Freddy Isidro Nope Gómez, Cristina de Santiago
• Localización: Ingeniería civil, ISSN 0213-8468, Nº 175, 2014, págs. 97-104
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Lab determination of soil thermal Conductivity: fundamentals, geotermal applications and relationship with other soil parameters
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• Resumen
  • español

    Son cada vez más numerosas las aplicaciones de energía geotérmica de baja entalpía asociadas a elementos estructurales de obras civiles (túneles, pantallas, carreteras, estaciones de tren o metro) o en la edificación. Para el correcto dimensionamiento de tales instalaciones, es necesario conocer tanto los parámetros geotécnicos que describen el comportamiento estructural de los elementos, como los parámetros de comportamiento térmico, entre los que destaca por su importancia la conductividad térmica del terreno (?), que condiciona la eficiencia energética del sistema geotérmico suelo-estructura. Este trabajo se ha centrado en la puesta a punto de un analizador de propiedades térmicas del suelo con el doble objetivo de comprender los fundamentos en los que se basa la técnica de medida y validar una metodología de trabajo lo más rigurosa y eficiente posible, minimizando las diferentes fuentes de error durante el protocolo de ensayo. Se realizaron 550 mediciones en diferentes tipos de muestras de carácter granular (gravas y arenas) y cohesivo (arcillas), en condiciones diferentes y controladas de densidad (índice de huecos) y grado de saturación. Se describen las diferentes tendencias observadas en función de cada uno de estos aspectos. Finalmente, teniendo en cuenta que las muestras fueron extraídas a diferentes profundidades del testigo de un sondeo geotérmico, se elaboró un perfil en profundidad con los rangos de conductividades térmicas de cada nivel estratigráfico de suelo en condiciones cercanas a la saturación con el fin de correlacionarlo con el valor de conductividad térmica obtenida del terreno mediante el ensayo in situ conocido como Prueba de respuesta térmica o TRT (Thermal Response Test).

  • English

    Shallow geothermal energy applications in buildings and civil engineering works (tunnels, diaphragm walls, bridge decks, roads, and train/metro stations) are spreading rapidly all around the world. The dual role of these energy geostructures makes their design challenging and more complex with respect to conventional projects. Besides the geotechnical parameters, thermal behavior parameters are needed in the design and dimensioning to warrantee the thermo- mechanical stability of the geothermal structural element. As for obtaining any soil thermal parameter, both in situ and laboratory methods can be used. The present study focuses on a lab test known as �the needle method� to measure the thermal conductivity of soils(?). Throughout this research work, different variables inherent to the test procedure, as well as external factors that may have an impact on thermal conductivity measurements were studied. Samples extracted from the cores obtained from a geothermal drilling conducted on the campus of the Polytechnic University of Valencia, showing different mineralogical and nature composition (granular and clayey) were studied different (moisture and density) compacting conditions. 550 thermal conductivity measurements were performed, from which the influence of factors such as the degree of saturation - moisture, dry density and type of material was verified. Finally, a stratigraphic profile with thermal conductivities ranges of each geologic level was drawn, considering the degree of saturation ranges evaluated in lab tests, in order to be compared and related to thermal response test, currently in progress. Finally, a test protocol is set and proposed, for both remolded and undisturbed samples, under different saturation conditions. Together with this test protocol, a set of recommendations regarding the configuration of the measuring equipment, treatment of samples and other variables, are posed in order to reduce errors in the final results.