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Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6410 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A estaca de soerguimento é uma medida antilevantamento na engenharia muito utilizada na prática. A fim de estudar os parâmetros mecânicos da estaca e do solo circundante sob a carga de levantamento, um teste de modelo de levantamento de estaca e teste numérico relevante foram conduzidos. A técnica de análise de imagem foi aplicada ao teste do modelo para investigar os deslocamentos do solo causados ​​pelo tracionamento da estaca. As relações carga-deslocamento e força axial da estaca-resistência ao atrito lateral foram investigadas em três profundidades de enterro. Comparando os resultados do ensaio modelo e do ensaio numérico, revela que a estaca passou principalmente por quatro estágios sob a influência da carga de elevação: estágio inicial de carregamento, estágio de encruamento, estágio de pico de carregamento e estágio de amolecimento por deformação; os deslocamentos do solo ao redor da estaca exibiram forma cônica invertida à medida que a carga de levantamento aumenta; e efeitos óbvios de arqueamento do solo podem ser observados perto da superfície do solo. Além disso, o desenvolvimento de cadeias de forças e grandes tensões principais indicaram que a resistência ao atrito lateral da estaca primeiro aumentou até seu valor máximo e depois diminuiu acentuadamente ao longo da direção da profundidade.

Como uma medida antielevação eficaz na engenharia subterrânea, a estaca de elevação tem sido extensivamente utilizada no projeto antielevação de estruturas subterrâneas, como porões, estradas e túneis. Comparado com a capacidade de carga da fundação melhorada pelo tratamento da camada de solo, o sistema de suporte formado pela estaca antielevação e placa antielevação trará um melhor efeito antielevação. Wen1 constatou pelo teste que a capacidade de suporte antielevação da estaca sob este sistema de suporte foi melhorada, de modo que a elevação vertical da estaca foi reduzida em 64,2% em comparação com o método de solo reforçado. Alawneh et al.2 analisaram a capacidade resistente ao levantamento de estacas por ensaio de modelo interno para determinar seus principais fatores de influência, incluindo material da estaca, tipo, rugosidade, formato da seção e propriedades do solo.

Normalmente, a aplicação da estaca depende da natureza inerente da estaca, incluindo propriedades do material, resistência e rigidez. Um exemplo é que as estacas de preenchimento tubular submersas são usadas principalmente em solos argilosos, siltosos ou siltosos, solos arenosos e camada de preenchimento artificial; e outro exemplo é que as estacas de parafuso são usadas principalmente em estratos de argila, pó, solo arenoso e cascalho. Enquanto isso, os fatores externos, como a profundidade de enterro da estaca e o ambiente do solo, determinam a natureza da superfície de contato da estaca-solo e o padrão de dano das partículas do solo. Chen et al.3 encontraram três superfícies de ruptura da morfologia de dano da estaca resistente ao arrancamento, e a forma da superfície de ruptura determina a capacidade de carga final da estaca resistente ao arrancamento e listou a equação da superfície de ruptura do solo em torno a pilha. Amjad et al.4 testaram a resistência ao arrancamento de estacas de seção igual sob carga vertical e descobriram que quanto maior a taxa de fratura do solo ao redor da estaca sob a mesma carga, menor a capacidade de carga e maior a taxa de fratura sob última a carga pode dar folga total à capacidade de suporte do solo. Alguns pesquisadores descobriram que quando estacas tubulares de aço com diferentes profundidades de enterro eram puxadas para cima, a força axial da estaca aumentava em 26% para cada aumento de 20 cm no comprimento de enterro5.

Por outro lado, a estaca deve superar a resistência ao atrito ao ser puxada para cima, e a resistência ao arrancamento acompanha a resistência ao atrito. Alguns estudos têm mostrado que quanto mais rugosa for a interface estaca-solo, menor será a razão entre a capacidade resistente residual e a capacidade resistente última da estaca, e maior será a eficiência de conversão da capacidade resistente da estaca6,7. Comparando a capacidade de suporte final monoestaca vertical da estaca de teste e estaca de engenharia in-situ, descobriu-se que a capacidade de suporte de elevação da estaca de engenharia era muito maior do que a da estaca de teste, o que também explicava que a resistência ao atrito na superfície de contato não foi desprezível8,9. Qin et al.10 realizaram um teste estático de resistência ao arrancamento vertical de monoestaca em areia calcária interna e areia de quartzo. Eles descobriram que a elevação da areia calcária ao redor do topo da estaca era pequena devido ao "efeito gargalo" causado pela interconexão das partículas da superfície, o que fortaleceu a resistência ao atrito lateral final da seção superior da estaca. Hussein et al.11 conduziram testes de arrancamento em estacas modelo enterradas em areia seca solta e areia densa com diferentes relações L/D (L/D = 20, 25, 30) e descobriram que sob o efeito combinado de cargas sísmicas e de arrancamento, o a capacidade máxima de arrancamento das estacas em areia solta e seca foi reduzida em 55,02–73,22%, enquanto em areia densa a capacidade máxima de arrancamento dos três modelos foi reduzida menos, ou seja, a área de superfície de atrito em areia densa foi menor do que em areia solta , e o aumento da densidade relativa aumentaria a tensão efetiva. Além disso, a resistência ao atrito também afeta a taxa de aumento da tensão da estaca. Sakr et al.12 realizaram teste de arrancamento em estacas modelo (com e sem asas de ancoragem) instaladas em areia seca com diferentes densidades e verificaram que a resistência ao arrancamento de estacas ancoradas aumentou com o aumento da densidade relativa da areia. Quando a densidade relativa da areia foi de 80%, a resistência ao arrancamento da estaca de asas de ancoragem chegou a ser 2,77 vezes maior que a da estaca regular. Outros pesquisadores também descobriram que o estresse de atrito lateral aumenta gradualmente com a profundidade e a taxa de aumento do estresse diminui gradualmente13. Além da derivação teórica, testes de modelo e testes de campo, o cálculo numérico, por exemplo, FEM e DEM, é amplamente utilizado para estudar a capacidade de carga de estacas resistentes à elevação14,15,16.