Congelar

Mar 27, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5706 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Como as propriedades mecânicas do solo são afetadas pelo teor de umidade, diâmetro das partículas do solo e temperatura do solo, usamos sensores cerâmicos piezoelétricos para monitorar o ciclo de congelamento e degelo de diferentes solos em diferentes temperaturas e diferentes teores de umidade. Ao estudar a atenuação de energia das ondas de estresse que se propagam no solo de congelamento e degelo, sua resistência mecânica foi determinada. Os resultados mostraram que a duração do processo de congelamento-degelo estava relacionada ao tipo de solo e ao teor de água inicial. Para o mesmo teor de água e maior tamanho de partícula do solo, a amplitude e a energia do sinal recebido são maiores. Para o mesmo tipo de solo e maior teor de água, a amplitude e a energia do sinal recebido são mais fortes. Este estudo fornece um método de monitoramento viável para a construção de infraestrutura em áreas com condições geológicas complexas, como o solo congelado de Qinghai-Tibet.

A interação entre o ambiente do solo congelado e a construção de engenharia é de grande importância quando a construção de longo prazo é realizada em regiões de baixa temperatura, e os fatores de influência da resistência do solo congelado1 também são de grande importância. Do ponto de vista microscópico, a resistência da camada de solo congelado é composta por três tipos de ligações: ligações moleculares (forças de van der Waals), ligações estruturais e ligações gelo-cimento2, entre as quais as ligações gelo-cimento desempenham um papel dominante. Em relação ao mecanismo de reforço do solo congelado. Ting et al.3 inferiram que em solo congelado, o solo atua como um reforço no gelo, melhorando assim a resistência geral do solo congelado. Temperatura ambiental4, tipo de solo5 e teor de água6 foram os primeiros fatores a serem considerados no estudo da resistência do permafrost. Chamberlain et al.7 realizaram experimentos de congelamento em areia saturada e areia siltosa e descobriram que diferentes tipos de solo levam a mudanças na resistência do solo congelado.

No processo de monitoramento da mudança da resistência do solo congelado, é necessário considerar as condições básicas do ambiente do solo congelado e escolher os métodos e meios de monitoramento correspondentes. Ao monitorar o teor de água do solo congelado: Zhang et al.8 usaram o método de sonda de pulso térmico para medir o teor de umidade dos solos congelados. Schwank et al.9 usaram a tecnologia de micro-ondas para monitorar a umidade do solo. Zhao et al.10 usaram imagens passivas de micro-ondas AMSR-E para monitorar o teor de umidade do solo com base na tecnologia de micro-ondas. A fim de melhorar a precisão do monitoramento, Gao et al.11 usaram os algoritmos AMSR-E e AMSR2 para avaliar as condições de congelamento e descongelamento do solo, o que melhorou o efeito do monitoramento da resistência do solo congelado. Ao medir as condições do solo congelado em uma grande área, Zhang et al.12 usaram um satélite para monitorar e analisar as mudanças no teor de água do solo, o que poderia ser usado para monitorar o teor de água no solo do solo em uma grande área. Mavrovic et al.13 usaram dois instrumentos diferentes para medir a constante dielétrica e propuseram que a melhoria do modelo dielétrico poderia melhorar muito o benefício da detecção de congelamento-descongelamento do satélite.

Cerâmicas piezoelétricas estão sendo promovidas para uso em vários campos. Materiais piezoelétricos14 podem converter diretamente energia mecânica em energia elétrica. Portanto, sua operação e princípio são muito simples e bem compreendidos. Com base nisso, materiais cerâmicos piezoelétricos melhorados15 podem ser usados ​​em mais aplicações. Tseng et al.16 descreveram a aplicação e o desenvolvimento da cerâmica de titanato de zirconato de chumbo (PZT). Schulz et al.17 usaram patches piezocerâmicos para monitoramento e controle ativo para entender a saúde das estruturas compostas. Song et al.18 usaram cerâmica piezoelétrica e redes de sensores sem fio para monitorar a saúde das pás de turbinas eólicas. Liu et al.19 realizaram um estudo exploratório sobre o monitoramento de infiltração de estruturas de concreto usando um agregado piezoelétrico inteligente de cerâmica.