Influência de diferentes materiais de preenchimento no desempenho da geocélula

Jun 06, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12330 (2023) Citar este artigo

344 acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Este artigo apresenta um estudo abrangente sobre o estudo numérico e paramétrico de leitos de solo coesivos reforçados com geocélulas, com foco em diferentes materiais de preenchimento. Os cálculos numéricos foram validados em relação aos resultados dos testes do modelo usando o software FLAC3D. Posteriormente, o modelo verificado foi expandido para os leitos de solo coeso reforçados com geocélulas. Seis casos foram simulados para investigar o desempenho reforçado, incluindo respostas de recalque de pressão, fator de melhoria da capacidade de suporte, porcentagem de redução de recalque e deformação superficial. As descobertas numéricas enfatizam que a importância do reforço superior das geocélulas não deve ofuscar a consideração das propriedades mecânicas do preenchimento do solo. No caso de solo coeso como material de preenchimento, a fraca melhoria no desempenho reforçado com geocélulas pode ser atribuída ao seu baixo módulo e coesão. Estudos paramétricos sugerem que as geocélulas impactam significativamente o desempenho reforçado quando o material de preenchimento consiste em solo de fundação com maior módulo e menor coesão. Além disso, de acordo com este estudo numérico, o solo sem coesão com um módulo de 20 MPa e atrito de 40° é o solo de preenchimento ideal em bolsas para reforçar leitos de solo coesivos.

As geocélulas possuem geometria dobrável e em formato de favo de mel, o que pode melhorar a coesão aparente do solo devido ao sistema tridimensional de limitação lateral (LL). Os bolsões da estrutura da geocélula são preenchidos com materiais granulares, que são então compactados para criar uma camada composta reforçada. Devido ao excelente desempenho reforçado e econômico, as geocélulas têm sido amplamente aplicadas na engenharia geotécnica1,2,3,4,5,6,7,8. As geocélulas aumentam a coesão do solo enquanto mantêm o atrito, fornecendo LL através de suas paredes verticais. Além do efeito LL proporcionado pelas geocélulas, dois outros efeitos reforçados são observados sob carregamento estático: dispersão vertical de tensões e mecanismo de membrana9. Além disso, as geocélulas podem isolar vibrações e diminuir o estresse dinâmico sob cargas dinâmicas9,10,11,12.

Testes de carga de placa modelo são amplamente utilizados para avaliar a capacidade de suporte de leitos de solo reforçados com geocélulas. Dash et al.13,14 conduziram um teste de modelo de laboratório para estudar a melhoria da capacidade de suporte de sapatas apoiadas em areia reforçada com geocélulas em relação às curvas de assentamento de pressão, fatores de melhoria da capacidade de suporte e assentamento/elevação da superfície. Ao analisar alguns parâmetros, incluindo o tamanho e módulo da geocélula, a profundidade do colchão da geocélula e a densidade relativa da areia, o autor afirmou que o topo do colchão da geocélula deveria estar a uma profundidade de 0,1 vezes a largura da base para obter o máximo desempenho reforçado. Após esta pesquisa, estudos subsequentes de Ujjawal et al.11, Hegde e Sitharam15, Hegde e Sitharam16, Hegde e Sitharam17, Hegde e Sitharam18, Venkateswarlu et al.19 adotaram esta profundidade enterrada do colchão de geocélulas para estudar o comportamento de leitos de solo reforçados com base em testes de modelo ou local. Historicamente, os pesquisadores se concentraram principalmente em melhorar a capacidade de suporte de leitos reforçados com geocélulas20,21, distribuição de carga de colchões de geocélulas22 e isolamento de vibração11,12. Os resultados da pesquisa influenciaram muito a aplicação de geocélulas na engenharia geotécnica e de subleito. Além disso, no que diz respeito à tecnologia numérica, tem sido aceita por muitos pesquisadores para estudar o comportamento de leitos de solo reforçados com geocélulas. Ujjawal et al.11, Hegde e Sitharam23, Latha e Somwanshi24 empregaram a abordagem composta equivalente (ECA) para simular a camada composta geocélula-solo. No entanto, à medida que as técnicas de modelagem avançam, o uso de modelos 3D reais para simular a interação geocélula-solo tornou-se mais proeminente. Han et al.25 e Latha e Somwanshi24 adotaram o padrão de diamante para simular o formato da geocélula. Além disso, Leshchinsky e Ling26, Biabani et al.27, Ngo et al.28, Siabil et al.29 usaram o padrão quadrado e hexágono para calcular. O formato em favo de mel (formato atual) também foi adotado nos últimos anos17,19,30. No geral, o emprego da forma real das geocélulas em modelos numéricos pode representar com precisão o comportamento dos leitos de solo reforçados com geocélulas, incluindo a resposta ao assentamento por pressão e o assentamento/elevação da superfície. O software numérico permite o cálculo eficiente de vários casos ajustando parâmetros, permitindo a visualização direta de mecanismos reforçados e distribuições de tensões através de deslocamentos e contornos de tensões.