Caractéristiques de résistance au cisaillement de la fibre de basalte

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 15923 (2023) Citer cet article

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Le Loess possède les caractéristiques d'effondrement, de désintégration et de solubilité, qui posent un défi à la construction technique. Pour examiner la résistance au cisaillement du loess renforcé de fibres de basalte (BFR), des essais triaxiaux consolidés non drainés (CU) ont été menés pour explorer les impacts de la teneur en eau (w), de la longueur des fibres (FL), de la teneur en fibres (FC) et de la pression cellulaire ( σ3) sur la résistance au cisaillement. Selon les résultats, le modèle de résistance au cisaillement a été établi en tenant compte des impacts du FL, du FC et du diamètre des fibres (d). Les résultats ont montré que la résistance maximale des sols BFR augmentait à mesure que FL, FC et σ3 augmentaient, alors qu'elle diminuait avec l'augmentation de w. Par rapport au sol non renforcé, la résistance maximale du loess BFR s'est améliorée de 64,60 % lorsque le FC était de 0,2 % et le FL de 16 mm. La condition de renforcement optimale pour le loess expérimental était celle d'un FL de 16 mm et d'un FC de 0,8 %. Le mécanisme de renforcement des fibres a été divisé en un seul effet de traction et un effet de maillage spatial. Les résultats expérimentaux et calculés concordaient bien, ce qui suggère que le modèle est approprié pour prédire la résistance au cisaillement du loess BFR. Les résultats de la recherche peuvent servir de lignes directrices pour l’application du loess BFR dans l’ingénierie du sol de fondation et des pentes.

Le loess est un sédiment quaternaire répandu dans le nord-ouest de la Chine1. Avec le développement de l'initiative « la Ceinture et la Route », des installations de transport modernes, représentées par des autoroutes et des chemins de fer à grande vitesse, ont été construites en grand nombre2,3,4. Cependant, les caractéristiques structurelles du loess, telles que le fait qu'il soit poreux, faiblement cimenté et sous-compacté, conduisent à l'effondrement, à la désintégration et à la solubilité, ce qui pose un défi à la construction technique5. La méthode de renforcement par fibres (FR) fournit une idée pour résoudre des problèmes d'ingénierie, et les fibres limitent la déformation des particules du sol par la force de traction et la force de frottement, ce qui se traduit par d'excellentes propriétés mécaniques du sol renforcé6,7. Ibraim et al.8,9,10 ont conclu que l'énergie de compactage du sable meuble renforcé de fibres est inférieure à celle du sable non renforcé plus dense lorsque la résistance maximale reste constante. La méthode renforcée par des fibres peut réduire considérablement le potentiel de liquéfaction du sable lors de charges de compression et d'extension. Une nouvelle méthode d'échantillonnage du sable renforcé de fibres, basée sur la vibration de mélanges sable/fibres humides, a été proposée et évaluée. Reza Tabakouei et al.11 ont déclaré que le type de fibre, la longueur des fibres et le diamètre de l'échantillon déterminaient la résistance à la compression non confinée d'un sol sableux renforcé de fibres. Sharma et Kumar12 ont rapporté que la densité relative affecte remarquablement la capacité portante ultime et le tassement du sable renforcé de fibres, et que l'effet d'amélioration atteint son maximum lorsque la densité relative est de 70 %. Festugato et al.13 ont rapporté que l'inclusion de fibres de polypropylène rendait le sable dense plus rigide que le sable non renforcé sous charge cyclique. Choobbasti et al.14 ont conclu que les fibres d'alcool polyvinylique peuvent améliorer la résistance au cisaillement et la déformation axiale lors de la rupture du sable de Babolsar, tout en diminuant la résistance du loess après la résistance maximale. Soriano et al.15 ont découvert que la porosité du sable renforcé de fibres augmentait au voisinage des fibres, ce qui a validé l'hypothèse d'un indice de vide volé. Mandolini et al.16 ont déclaré que la résistance des fibres était régie par le domaine de déformation en traction et la distribution de l'orientation des fibres.

Pour les sols argileux, Abdi et al.17 ont conclu que la fibre de polypropylène peut augmenter la compression, la résistance et la ductilité des composites argilo-calcaires. Hejazi et al.18 ont rapporté que la teneur en fibres, le diamètre des fibres et le rapport d'aspect des fibres affectaient la résistance au cisaillement du sol renforcé par des fibres. Abbaspour et al.19 ont révélé que les fibres textiles des pneus usés peuvent améliorer les propriétés mécaniques des sols expansifs et que les déformations de gonflement ont été réduites de 44 %. Consoli et al.20,21 ont rapporté que le rapport porosité/ciment jouait un rôle essentiel dans l’évaluation de la résistance à la compression non confinée des composites sol-chaux renforcés de fibres. De plus, l’ajout de fibre de verre s’est avéré inefficace pour déduire la déformation volumétrique d’un sol dispersif riche en sulfates renforcé par des fibres. Tamassoki et al.22 ont déclaré qu'une teneur de 3 % en charbon actif et en fibre de coco peut améliorer considérablement la résistance à la compression, tandis qu'une teneur de 2 % peut remarquablement améliorer la résistance au cisaillement du sol latéritique. Soleimani-Fard et al.23 ont révélé que des fibres distribuées discrètes peuvent améliorer considérablement la résistance au cisaillement, la compression et la conductivité hydraulique des sols à grains fins renforcés de fibres. Malekzadeh et Bilsel24 ont rapporté que l'ajout de fibres de polypropylène peut réduire considérablement le gonflement et le retrait d'un sol expansif et que la limite de retrait augmente de plus de 50 %. Phanikumar et Singla25 ont déclaré que le potentiel de gonflement et la pression de gonflement des sols expansifs renforcés de fibres de nylon diminuaient avec l'augmentation de la longueur des fibres, et que les propriétés de consolidation secondaire étaient significativement améliorées pour les sols renforcés de fibres. Wang et al.26 ont conclu que les résistances à la compression et à la traction du loess pliable montraient d'abord une tendance à l'augmentation puis à la diminution à mesure que la teneur en fibres de verre (FC) augmentait. Huang et al.27 ont découvert que le FR peut améliorer remarquablement la résistance du loess remodelé. Dans le même temps, le module de compression a d'abord augmenté puis diminué avec l'augmentation du FC, et le FC optimal était de 0,6 %. Xu et al.28 ont déclaré que la contrainte du déviateur de dommages du loess de basalte FR (BFR) s'améliorait d'abord, puis diminuait à mesure que la FC augmentait, et que la FC optimale était de 0,6 %. Zhu et al.29 ont découvert que les conditions optimales pour la résistance à la compression non confinée (UCS) du loess FR du polypropylène avec une longueur de fibre (FL) et FC étaient respectivement de 12 mm et 0,5 %. Pendant ce temps, la condition optimale pour le module de déformation était de 12 mm FL et 0,3 % FC. Zuo et al.30 ont adopté une méthode composite pour modifier le sol et ont conclu que la résistance à la compression et la flexibilité du loess étaient efficacement améliorées et que les conditions optimales étaient de 1,5 % de gomme xanthane et de 0,6 % de fibres de basalte. Lu et al.31 ont déclaré que les indices de résistance au cisaillement du polypropylène FR loess ont augmenté de 113,8 % et 23,3 %, respectivement, tandis que le taux de désintégration a diminué de près de 87,5 %. An et al.32 ont observé que la capacité perméable du sol en polypropylène FR augmentait de manière significative et que l'effet protecteur de la pente de loess était évident. Dong et al.33 ont découvert que la résistance du sol à base de lignine FR s'améliorait à mesure que la pression cellulaire (σ3) augmentait et que la courbe contrainte-déformation passait du durcissement au ramollissement avec l'augmentation du FC. Chu et al.34 ont constaté que la résistance du sol FR augmentait d'abord, puis diminuait à mesure que la FC augmentait, et que la cohésion augmentait remarquablement. Xiong et al.35 ont observé que les courbes du loess BFR passaient du ramollissement au durcissement et que les indices de résistance au cisaillement étaient améliorés de 52,03 % et 24,30 %, respectivement. Wang et al.36 ont conclu que les fibres de basalte peuvent améliorer considérablement le fluage du loess et que la déformation par fluage des sols BFR diminue avec l'augmentation de σ3. Hu et al.37 ont noté que la cohésion du loess FR s'améliorait d'abord, puis diminuait avec l'augmentation du FC, et que le FC optimal devrait être d'au moins 0,2 % en ingénierie pratique. Gao et al.38 ont constaté que l'UCS des échantillons préparés par la méthode de mélange dilué était plus appropriée que celle de la méthode de mélange direct, et que l'effet de la lignine FC sur l'UCS était plus évident. Su et Lei39 ont souligné que la fibre de palme peut améliorer considérablement l'UCS du loess et que l'influence de la densité sèche sur la résistance est significative, alors que l'impact de la FL n'est pas significatif. Chen et al.40 ont déclaré que le module de cisaillement dynamique du loess s'élargissait remarquablement avec l'augmentation de la teneur en cendres volantes et de la pression cellulaire, tandis que le taux d'amortissement diminuait à mesure que la teneur en cendres volantes et σ3 augmentaient. Yang et al.41 ont découvert que les fibres de polypropylène peuvent transformer le loess modifié par le ciment de fragile en dommage plastique, et que les fibres jouent un rôle de pontage. Les conditions de renforcement optimales étaient de 0,30 à 0,45 % de FC et 12 mm de FL.