Características de resistencia al corte de la fibra de basalto.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 15923 (2023) Citar este artículo

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Loess posee las características de colapsabilidad, desintegración y solubilidad, que plantean un desafío para la ingeniería de construcción. Para examinar la resistencia al corte del loess reforzado con fibra de basalto (BFR), se realizaron pruebas triaxiales consolidadas sin drenaje (CU) para explorar los impactos del contenido de agua (w), la longitud de la fibra (FL), el contenido de fibra (FC) y la presión de la celda ( σ3) sobre la resistencia al corte. Según los resultados, el modelo de resistencia al corte se estableció teniendo en cuenta los impactos de FL, FC y el diámetro de la fibra (d). Los resultados mostraron que la resistencia máxima de los suelos BFR mejoró a medida que aumentaron FL, FC y σ3, mientras que disminuyó con el aumento de w. En comparación con el suelo no reforzado, la resistencia máxima del loess BFR mejoró un 64,60% cuando FC fue 0,2% y FL fue 16 mm. La condición de refuerzo óptima para el loess experimental fue que FL fue de 16 mm y FC fue de 0,8%. El mecanismo de refuerzo de las fibras se dividió en un efecto de tracción único y un efecto de malla espacial. Los resultados experimentales y calculados coincidieron bien, lo que sugirió que el modelo es adecuado para predecir la resistencia al corte del loess BFR. Los resultados de la investigación pueden ofrecer una guía para la aplicación del loess BFR en la ingeniería de subrasantes y taludes.

El loess es un sedimento cuaternario muy extendido en el noroeste de China1. Con el desarrollo de la "Iniciativa de la Franja y la Ruta", se han construido en gran número modernas instalaciones de transporte representadas por carreteras y ferrocarriles de alta velocidad2,3,4. Sin embargo, las características estructurales del loess, como ser poroso, débilmente cementado y poco compactado, conducen a colapsabilidad, desintegración y solubilidad, lo que plantea un desafío para la ingeniería de construcción5. El método de refuerzo de fibra (FR) proporciona una idea para resolver problemas de ingeniería, y las fibras limitan la deformación de las partículas del suelo a través de la fuerza de tracción y la fuerza de fricción, lo que da como resultado excelentes propiedades mecánicas del suelo reforzado6,7. Ibraim et al.8,9,10 concluyeron que la energía de compactación de la arena reforzada con fibras sueltas es menor que la de la arena más densa no reforzada cuando la resistencia máxima se mantiene constante. El método reforzado con fibra puede reducir significativamente el potencial de licuefacción de la arena en cargas de compresión y extensión. Se propuso y evaluó un nuevo método de muestreo para arena reforzada con fibras, que adoptó la vibración de mezclas húmedas de arena y fibra. Reza Tabakouei et al.11 afirmaron que el tipo de fibra, la longitud de la fibra y el diámetro de la muestra determinaron la resistencia a la compresión libre del suelo arenoso reforzado con fibras. Sharma y Kumar12 informaron que la densidad relativa afecta notablemente la capacidad de carga última y el asentamiento de la arena reforzada con fibra, y el efecto de mejora alcanzó el máximo cuando la densidad relativa era del 70%. Festugato et al.13 informaron que la inclusión de fibra de polipropileno hizo que la arena densa se volviera más rígida que la arena no reforzada bajo carga cíclica. Choobbasti et al.14 concluyeron que la fibra de alcohol polivinílico puede mejorar la resistencia al corte y la deformación axial en el momento de la falla de la arena Babolsar, mientras que disminuye la pérdida de resistencia después de la resistencia máxima. Soriano et al.15 descubrieron que la porosidad de la arena reforzada con fibras aumentaba en la vecindad de las fibras, lo que validaba la suposición de la relación de vacíos robados. Mandolini et al.16 afirmaron que la resistencia de la fibra se rige por el dominio de la deformación por tracción y la distribución de la orientación de la fibra.

Para suelos arcillosos, Abdi et al.17 concluyeron que la fibra de polipropileno puede aumentar la compresión, resistencia y ductilidad de los compuestos arcillo-cal. Hejazi et al.18 informaron que el contenido de fibra, el diámetro de la fibra y la relación de aspecto de la fibra afectaron la resistencia al corte del suelo reforzado con fibra. Abbaspour et al.19 revelaron que las fibras textiles de neumáticos de desecho pueden mejorar las propiedades mecánicas del suelo expansivo y las deformaciones por hinchazón se redujeron en un 44%. Consoli et al.20,21 informaron que la relación de porosidad y cemento jugó un papel crítico en la evaluación de la resistencia a la compresión libre de compuestos de suelo-cal reforzados con fibra. Además, la adición de fibra de vidrio fue ineficaz para deducir la tensión volumétrica del suelo dispersivo rico en sulfato reforzado con fibra. Tamassoki et al.22 afirmaron que un contenido del 3% de carbón activado y fibra de coco puede mejorar significativamente la resistencia a la compresión, mientras que un contenido del 2% puede mejorar notablemente la resistencia al corte del suelo laterítico. Soleimani-Fard et al.23 revelaron que las fibras distribuidas discretamente pueden mejorar significativamente la resistencia al corte, la conductividad hidráulica y de compresión del suelo de grano fino reforzado con fibras. Malekzadeh y Bilsel24 informaron que la adición de fibra de polipropileno puede disminuir significativamente la contracción-hinchamiento del suelo expansivo, y el límite de contracción aumentó más del 50%. Phanikumar y Singla25 afirmaron que el potencial de hinchamiento y la presión de hinchamiento del suelo expansivo reforzado con fibra de nailon disminuyeron a medida que aumentó la longitud de la fibra, y las propiedades de consolidación secundaria mejoraron significativamente para el suelo reforzado con fibra. Wang et al.26 concluyeron que las resistencias a la compresión y a la tracción de la pérdida de colapsabilidad mostraron tendencias de primero aumentar y luego disminuir a medida que aumenta el contenido de fibra de vidrio (FC). Huang et al.27 descubrieron que el FR puede mejorar notablemente la resistencia del loess remodelado. Al mismo tiempo, el módulo de compresión primero aumentó y luego disminuyó al aumentar el FC, y el FC óptimo fue del 0,6%. Xu et al.28 declararon que el estrés desviador de daño del loess de basalto FR (BFR) mejoró primero y luego se redujo a medida que aumentó la FC, y la FC óptima fue del 0,6%. Zhu et al.29 encontraron que la condición óptima para la resistencia a la compresión libre (UCS) del polipropileno FR loess con longitud de fibra (FL) y FC era de 12 mm y 0,5%, respectivamente. Mientras tanto, la condición óptima para el módulo de deformación fue 12 mm FL y 0,3% FC. Zuo et al.30 adoptaron un método compuesto para modificar el suelo y concluyeron que la resistencia a la compresión y la flexibilidad del loess mejoraron efectivamente, y las condiciones óptimas fueron 1,5% de goma xantana y 0,6% de fibra de basalto. Lu et al.31 declararon que los índices de resistencia al corte del polipropileno FR loess aumentaron en un 113,8% y un 23,3%, respectivamente, mientras que la tasa de desintegración disminuyó casi un 87,5%. An et al.32 observaron que la capacidad permeable del suelo FR de polipropileno aumentó significativamente y el efecto protector de la pendiente de loess fue evidente. Dong et al.33 encontraron que la resistencia del suelo con lignina FR mejoraba a medida que aumentaba la presión celular (σ3), y la curva tensión-deformación se transfería del endurecimiento al ablandamiento al aumentar la FC. Chu et al.34 obtuvieron que la resistencia del suelo FR aumentaba primero, luego se reducía a medida que aumentaba el FC y la cohesión aumentaba notablemente. Xiong et al.35 observaron que las curvas de loess BFR se convertían de ablandamiento a endurecimiento, y los índices de resistencia al corte mejoraron en un 52,03% y un 24,30%, respectivamente. Wang et al.36 concluyeron que las fibras de basalto pueden mejorar significativamente la fluencia del loess y que la deformación por fluencia de los suelos BFR disminuyó al aumentar σ3. Hu et al.37 observaron que la cohesión del loess FR mejoraba primero y posteriormente se reducía al aumentar la FC, y la FC óptima debería ser al menos del 0,2% en ingeniería práctica. Gao et al.38 encontraron que la UCS de muestras preparadas mediante el método de mezcla diluida era más adecuada que la del método de mezcla directa, y el efecto de la lignina FC sobre la UCS era más obvio. Su y Lei39 señalaron que la fibra de palma puede mejorar notablemente la UCS del loess, y la influencia de la densidad seca sobre la resistencia es significativa, mientras que el impacto de la FL no es significativo. Chen et al.40 declararon que el módulo de corte dinámico del loess aumentaba notablemente al aumentar el contenido de cenizas volantes y la presión de la celda, mientras que la relación de amortiguación disminuía al aumentar el contenido de cenizas volantes y σ3. Yang et al.41 descubrieron que las fibras de polipropileno pueden transformar el loess modificado con cemento de frágil a daño plástico, y las fibras desempeñaron un papel de puente. Las condiciones óptimas de refuerzo fueron 0,30–0,45% de FC y 12 mm de FL.

La fibra de basalto es un material compuesto inorgánico verde con alta resistencia, resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión y sin contaminación, que tiene buenas perspectivas de aplicación en los campos de la industria aeroespacial, la fabricación y la ingeniería civil. Con el fin de validar la eficacia del método reforzado con fibra de basalto y establecer un modelo de resistencia al corte del loess BFR. Con base en la prueba consolidada sin drenaje (CU), se analizaron los efectos del contenido de agua (w), FL, FC y σ3, y el mecanismo reforzado se reveló mediante microestructura de loess utilizada mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Además, se estableció un modelo de resistencia al corte de BFR loess considerando los efectos de FL, FC y el diámetro de la fibra (d). Los resultados pueden ofrecer una gran guía para las aplicaciones de suelos BFR.

El Loess se obtuvo de Yan'an (Shaanxi, China) en un sitio de construcción con una profundidad de 2,5 m, y la Tabla 1 enumera los parámetros básicos del loess. Se puede encontrar que el loess experimental tiene las características de bajo contenido de agua y gran proporción de huecos, lo que puede clasificarse como arcilla limosa. Para la construcción de ingeniería, los cimientos de loess generalmente necesitan solidificarse para mejorar la capacidad de carga y reducir el asentamiento.

La fibra de basalto se compró a Shijiazhuang Zhuzhong Technology Co., Ltd (Hebei, China). El diámetro y la densidad de la fibra de basalto fueron de 10 μm y 2,65 g/cm3, la resistencia a la tracción de casi 4000 MPa y el módulo de elasticidad alcanzó los 100 GPa.

Durante el proceso de preparación de la muestra, primero se trituró el loess remoldeado y luego se tamizó con una plancha de 2 mm. La densidad de la muestra se fijó en 1,45 g/cm3. La fibra de basalto se desmonta en filiformes y la longitud fija y el contenido de las fibras se mezclan uniformemente con tierra seca mediante una licuadora eléctrica para garantizar la distribución uniforme de las fibras. Posteriormente, se añadió una cierta cantidad de agua a la mezcla de suelo reforzado con fibra y se colocó en un recipiente de vidrio durante 24 h. El tamaño de la muestra fue de 50 mm (diámetro) × 100 mm (altura) y se produjo en cinco niveles.

Para investigar las características de resistencia al corte del suelo BFR, los experimentos de CU se llevaron a cabo mediante un instrumento triaxial. De acuerdo con la norma para el método de prueba de suelo (GB/T 50,123–2019)42, las pruebas se realizaron a una tasa de deformación del 0,5 %/min y se detuvieron con una deformación axial del 20 %. La Tabla 2 enumera el programa de prueba; se llevaron a cabo 102 experimentos grupales. El grado de saturación correspondió al 9% w y al 13% w fueron 28,95% y 41,82%, respectivamente.

El contenido de agua tuvo un mayor impacto en las características mecánicas del loess, mientras que su impacto en los suelos FR merece mayor estudio. La Figura 1 muestra las curvas tensión-deformación del suelo BFR con FL de 4 mm, 8 mm, 12 mm y 16 mm bajo 25 kPa σ3. La tensión máxima del desviador disminuyó al aumentar w, y la resistencia máxima del loess BFR es mayor que la del loess, lo que concuerda con la referencia43. Para el loess no reforzado, la resistencia máxima disminuyó un 31,65% al ​​13% w en comparación con el 9% w bajo 4 mm FL. Mientras que para los suelos BFR, la resistencia máxima disminuyó un 20,38% y un 12,93% al 13% w en comparación con el 9% w cuando el FC fue 0,2% y 0,6%, respectivamente. La diferencia de tensión desviatoria entre el 9 y el 13% w con 0,2% FC fue significativamente mayor que la del 0,6% FC. La razón principal es que la fibra puede mejorar la resistencia al limitar la deformación de las partículas del suelo a través de la fuerza de tracción y la fuerza de fricción, y el efecto de refuerzo con un FC alto fue significativamente mayor que el de un FC bajo. Por lo tanto, la diferencia de tensión desviatoria entre 9 y 13% w disminuyó al aumentar FC.

Efecto de w sobre las curvas tensión-deformación (a) FL = 4 mm; (b) FL = 8 mm; (c) FL = 12 mm; (d) FL = 16 mm.

La Fig. 2 muestra las curvas tensión-deformación del suelo BFR con w de 9% y FC de 0,2%, 0,4%, 0,6% y 0,8% bajo 25 kPa σ3. Las curvas de loess mostraron un ablandamiento por deformación, mientras que el loess BFR mostró un endurecimiento por deformación44. El estrés desviador máximo del suelo BFR aumentó a medida que aumentaba el FL. En comparación con el suelo no reforzado, la resistencia máxima con FC de 0,2% y FL de 4 mm, 8 mm, 12 mm y 16 mm aumentó en 17,21%, 28,97%, 40,45% y 64,60%, respectivamente. La razón principal es que las fibras se distribuyen aleatoria y uniformemente entre las partículas del suelo para formar un compuesto que soporta la carga en conjunto, lo que resulta en una resistencia al corte significativamente mejorada del loess BFR. A medida que aumentó FL, los puntos de contacto entre las fibras y las partículas del suelo aumentaron, lo que resultó en una mejora del efecto de anclaje. El efecto de restricción entre las partículas del suelo mejoró debido al estiramiento y la restricción flexible de las fibras45.

Efecto de FL sobre las curvas tensión-deformación (a) FC = 0,2%; (b) FC = 0,4%; (c) FC = 0,6%; (d) FC = 0,8%.

La Fig. 3 muestra las curvas tensión-deformación del loess BFR con una w del 9% y un FL de 4 mm, 8 mm, 12 mm y 16 mm bajo 25 kPa σ3. La resistencia máxima del loess BFR mejoró gradualmente al aumentar FC, lo que es consistente con los resultados de las referencias46. En comparación con el loess, el suelo BFR con FL de 4 mm y FC de 0,2%, 0,4%, 0,6% y 0,8%, la resistencia máxima aumentó en 17,21%, 27,55%, 42,73% y 60,66%, respectivamente. La razón principal para explicar el fenómeno es que con el aumento de FC, el número de fibras aumentó, lo que resultó en más puntos de contacto entre la fibra y las partículas del suelo. Debido a que las fibras pueden limitar la deformación de las partículas del suelo a través del efecto de anclaje, lo que mejora la resistencia de la muestra y previene su daño22,23.

Efecto de FC sobre las curvas tensión-deformación (a) FL = 4 mm; (b) FL = 8 mm; (c) FL = 12 mm; (d) FL = 16 mm.

Al aumentar la profundidad de empotramiento, aumentó la σ3 del suelo. La Figura 4 muestra las curvas tensión-deformación del loess BFR con una w del 9% y un FL de 4 mm, 8 mm, 12 mm y 16 mm. La resistencia máxima aumentó al aumentar σ3, lo que indica que la resistencia mejoró con la profundidad de incrustación, lo cual es consistente con los resultados de la referencia47. El loess BFR con FL y FC fue de 4 mm y 0,2%, la resistencia máxima aumentó en un 61,70% y un 173,81% bajo 50 kPa y 100 kPa σ3, en comparación con la de 25 kPa σ3. En comparación con la resistencia del suelo BFR por debajo de 25 kPa σ3, la resistencia máxima aumentó en un 79,94% y un 211,01% por debajo de 50 kPa y 100 kPa σ3 cuando la FC fue del 0,6%, respectivamente. La razón principal es que a medida que aumentaba σ3, aumentaba la restricción de las partículas y se mejoraba el efecto de anclaje de las fibras por las partículas del suelo, por lo que se evitó el daño a la muestra debido a la alta resistencia a la tracción de las fibras, lo que resultó en un aumento de la tensión desviatoria máxima. y esto está de acuerdo con los resultados experimentales de arena tratada con fibra de cemento48.

Efecto de σ3 sobre las curvas tensión-deformación (a) FL = 4 mm; (b) FL = 8 mm; (c) FL = 12 mm; (d) FL = 16 mm.

La microestructura del loess BFR se midió mediante SEM como se indica en la Fig. 5. Como se muestra en la Fig. 5a, el refuerzo de fibra se basa principalmente en el efecto de tracción único. La fibra quedó envuelta por una gran cantidad de partículas de suelo. El diastrofismo mutuo se generó bajo carga de corte como resultado de una alta resistencia a la tracción. Además, la fuerza interfacial se produjo por la extracción de fibras y depende principalmente de la fricción y adhesión interfacial. Mientras tanto, el efecto restrictivo de la fibra sobre las partículas del suelo se produjo en la parte doblada cuando se sometió a una fuerza de extracción, lo que limitó la deformación del suelo y mejoró la resistencia al corte. Como se muestra en la Fig. 5b, el refuerzo de fibra se basa principalmente en el efecto de la estructura de malla espacial. Muchas fibras se distribuyeron aleatoriamente y se entrelazaron en una estructura de malla. Cuando una de las fibras está sujeta a una fuerza de tensión, tira de las otras fibras para formar una estructura de fuerza espacial, lo que da como resultado que la carga local se transfiera a un área más amplia, lo que mejora aún más el efecto de tracción de las fibras49. Además, Zhang et al.50 dividieron el mecanismo de refuerzo en mecanismo de flexión y mecanismo de entrelazado. El mecanismo de flexión se refería a fibras que constaban de numerosas curvas, casi ninguna parte recta. Cuando la fibra se cargaba por extracción, la fricción se generaba debido a la curvatura de la fibra. El mecanismo de entrelazado se refería a los puntos de entrelazado de las fibras para formar una estructura de fuerza espacial para limitar el desplazamiento y mejorar la resistencia general. Liu et al.51 concluyeron que el mecanismo de refuerzo resultaba de la fuerza de la interfaz, es decir, la fricción y la cohesión. Además, la fricción interfacial depende principalmente del efecto de la forma de las partículas, la gradación de las partículas, el coeficiente de fricción interfacial y el área de contacto efectiva. La cohesión interfacial depende principalmente del impacto de las partículas arcillosas, del cemento natural y de la interacción de fricción.

Imágenes SEM de loess BFR (a) Efecto de tracción simple; (b) Estructura de malla espacial.

Los índices de resistencia al corte del loess no reforzado y del loess BFR se resumen en la Tabla 3. La Figura 6a,b muestra el efecto de FL en los índices de resistencia al corte del loess BFR con una w del 9%. La cohesión del suelo reforzado aumentó con el aumento de FL, mientras que el ángulo de fricción interna cambió de manera insignificante. Cuando FL aumentó de 4 a 8 mm con 0,8% FC, el ángulo de fricción interna mostró una tendencia a la disminución. La razón principal es que cuando la distribución de la fibra se dobla entre las partículas del suelo, la resistencia a la tracción y la fuerza de fricción no pueden presentarse completamente, por lo que el ángulo de fricción interna puede disminuir al aumentar FL. Cuando el FC del 0,8%, la cohesión del suelo BFR aumentó en 5,3 kPa, 16,1 kPa, 18,7 kPa y 24,8 kPa con FL de 4 mm, 8 mm, 12 mm y 16 mm, respectivamente. La Figura 6c, d muestra el efecto de FC en los índices de resistencia al corte de BFR loess con una w del 9%. En general, la cohesión del suelo BFR aumentó al aumentar FC, mientras que el ángulo de fricción interna varió poco. La cohesión no cambió significativamente entre 0,2% y 0,4% de FC, lo que indica que el efecto de refuerzo no fue evidente con un FC bajo.

Efecto de FL y FC sobre los índices de resistencia al corte (a) Efecto de FL sobre la cohesión; (b) Efecto de FL sobre el ángulo de fricción interna; c) Efecto del FC sobre la cohesión; (d) Efecto de FC sobre el ángulo de fricción interna.

El mecanismo de refuerzo del loess BFR está controlado por un efecto de tensión único y una estructura espacial, que forma un sistema de transformación de fuerza para soportar cargas juntas. De acuerdo con los resultados de la investigación anterior y teniendo en cuenta el efecto dimensional, se supone que la cohesión del suelo reforzado cFR es función de FL, FC y d.

donde cFR y c0 son cohesivos de loess BFR y loess no reforzado, respectivamente, FL es la longitud de la fibra, FC es el contenido de fibra y d es el diámetro de la fibra.

La ecuación (1) se puede expresar como

Al trazar los resultados experimentales como curvas de cFR/c0 versus FL*FC/d, se encontró que cFR/c0 tiende a aumentar con el aumento de FL*FC/d, y presenta una relación casi lineal, por lo que se supone que

donde los parámetros a y b son la intersección y la pendiente de la curva de ajuste.

En comparación con el suelo no reforzado, el ángulo de fricción interna varió ligeramente al aumentar FL y FC, por lo que se supone que

donde φFR y φ0 son el ángulo de fricción interna de BFR y suelos no reforzados, respectivamente.

Basado en la teoría de Mohr-Coulomb, la ecuación combinada. (1) con la ecuación. (4) ganado

donde τFR es la resistencia al corte del suelo BFR y σ es la tensión.

Tomando la ecuación. (3) y la ecuación. (4) en la ecuación. (5), obtuvimos

Según la ecuación. (6), cuando se conocen los parámetros c0, φ0, FL, FC yd, los parámetros desconocidos (a, b) se pueden obtener utilizando el método de ajuste.

La Fig. 7 muestra las curvas de cohesión de ajuste de BFR loess con 9% y 13% w. El valor de cFR/c0 aumentó linealmente a medida que aumentó FL*FC/d, y el coeficiente determinado de las curvas de ajuste alcanzó 0,946 y 0,943 con 9%, 13% w, respectivamente, lo que indica que la correlación entre el eje horizontal y el vertical El eje era bueno y se puede expresar mediante una ecuación lineal. En general, considerando la intersección a y la pendiente b de las curvas de ajuste con 9% y 13% w, los valores de los parámetros se determinaron como a = 1,0 y b = 0,2.

Ajuste de curvas de cohesión (a) w = 9%; (b) w = 13%.

Se conocían los valores de los parámetros de c0, FL, FC y d; la cohesiva de BFR loess cFR se puede obtener sustituyendo los parámetros del modelo a y b en la ecuación. (3), y el τFR se puede obtener sustituyendo los parámetros a y b en la ecuación. (6). La Figura 8a, b muestra la comparación de la cohesión entre experimental y predicha. Se puede encontrar que los datos de cohesión estaban distribuidos de manera relativamente uniforme en dos lados de los paralelos. La Figura 8c, d muestra la comparación de resistencia del suelo BFR entre experimental y predicha. Se puede encontrar que los datos de resistencia al corte estaban más concentrados y distribuidos en ambos lados de los paralelos en comparación con los datos cohesivos, lo que indica que los resultados predichos de la resistencia al corte coincidieron mejor con los resultados del experimento. Con base en la comparación de la cohesión y la resistencia al corte, los valores predichos y los valores de prueba coincidieron bien, lo que sugirió que el modelo es adecuado para predecir la cohesión y la resistencia al corte del loess BFR.

Comparación de los resultados de cohesión y los resultados de resistencia al corte entre medidos y previstos (a) los resultados de cohesión para w = 9%; (b) los resultados de cohesión para w = 13%; (c) los resultados de resistencia al corte para w = 9%; (d) los resultados de resistencia al corte para w = 13%.

Según pruebas consolidadas no drenadas, se investigaron los efectos del contenido de agua (w), la longitud de la fibra (FL), el contenido de fibra (FC) y la presión de la celda (σ3) sobre la resistencia al corte del loess reforzado con fibra de basalto (BFR). Las características de la microestructura del loess BFR se construyeron mediante prueba SEM para revelar el mecanismo de refuerzo de la fibra de basalto. Además, se estableció y verificó un modelo de resistencia al corte considerando los efectos de las fibras. Las principales conclusiones fueron las siguientes:

(1) La resistencia máxima disminuyó al aumentar w, y el loess BFR se modificó notablemente en comparación con el loess no reforzado. La resistencia máxima disminuyó un 20,38 % al 13 % w en comparación con la del 9 % w cuando el FC era del 0,2 %.

(2) El loess mostró ablandamiento por deformación, mientras que los suelos BFR exhibieron endurecimiento por deformación. Con el aumento de FL, aumentó la resistencia máxima del suelo BFR. En comparación con el suelo no reforzado, la resistencia máxima del loess BFR aumentó en un 17,21%, 28,97%, 40,45% y 64,60% con FC fue de 0,2% y FL cambió de 4 a 16 mm, respectivamente.

(3) Con el aumento de FC, la resistencia máxima de los suelos BFR mejoró gradualmente y aumentó al aumentar σ3. Cuando FL fue de 4 mm y FC varió de 0,2% a 0,8%, la resistencia máxima aumentó en 17,21%, 27,55%, 42,73% y 60,66%, respectivamente.

(4) El mecanismo de refuerzo estaba controlado por un único efecto de tensión y una estructura espacial, que combinaba un sistema de transformación de fuerza. Cuando una fibra se somete a una fuerza de tensión, tira de las otras fibras para formar un sistema de transformación de fuerza, que mejora aún más el efecto de tracción general de las fibras.

(5) La condición de refuerzo óptima para el loess experimental fue que FL fue de 16 mm y FC fue de 0,8%. Los resultados previstos y los resultados de las pruebas coincidieron bien, lo que validó la confiabilidad e indicó que el modelo es adecuado para predecir la resistencia al corte del loess BFR.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Este estudio fue apoyado por el Programa de Investigación Básica de Ciencias Naturales de la provincia de Shaanxi (2021JM-535, 2023-JC-QN-0277 y 2023-JC-QN-0322), el Fondo de Jóvenes Talentos de la Asociación para la Ciencia y la Tecnología en Shaanxi, China ( 20220719), y Fondo Especial para la Investigación Científica de la Universidad de Xijing (XJ18T01 y XJ22B05).

Laboratorio clave de seguridad y durabilidad de estructuras de hormigón de Shaanxi, Universidad de Xijing, Xi'an, 710123, Shaanxi, China

Chong-kun Chen, Gang Li, Yu Xi y Jing-jing Nan

Escuela de Ingeniería Geológica y Geomática, Universidad de Chang'an, Xi'an, 710054, Shaanxi, China

Jia Liu

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CK.C. y GL iniciaron el estudio. JL diseñó el alcance del estudio. YX y J.-JN revisaron y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Gang Li.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Chen, Ck., Li, G., Liu, J. et al. Características de resistencia al corte del loess reforzado con fibra de basalto. Informe científico 13, 15923 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-43238-z

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Recibido: 15 de mayo de 2023

Aceptado: 21 de septiembre de 2023

Publicado: 23 de septiembre de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-43238-z

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