¿Qué es la fricción?
La fricción es una fuerza de resistencia que se genera cuando dos cuerpos interactúan., típicamente uno deslizándose sobre el otro. Quizás recuerdes de tus lecciones de física de la escuela que hay dos clases de fricción, estático y cinética. La fricción estática es la fuerza de fricción generada para evitar cualquier movimiento entre los dos cuerpos, mientras que la fricción cinética es la fuerza de fricción generada cuando los dos cuerpos están en movimiento..
Por diseño de muro de contención, consideramos que el muro es estacionario, por lo tanto, estamos tratando con fricción estática. Además, para asegurar que el muro cumple con el factor de seguridad requerido, debemos considerar la fuerza de fricción que se genera entre el suelo y la parte inferior de la zapata del muro de contención en nuestros cálculos. La fuerza de fricción debajo de la zapata ayuda a nuestro diseño a resistir el modo de falla por deslizamiento de un muro de contención.
Cómo calcular la fuerza de fricción
La ecuación para calcular la fuerza de fricción es muy sencilla. Quizás recuerdes de tus lecciones de física de la escuela que hay dos clases de fricción.
Dónde:
\({F}_ _{F}\) = Fuerza de fricción
\([object Window]) Coeficientes de Presión Externa Cpe Los Coeficientes de Presión Externa Cpe dependen de ciertos parámetros
\({W}_ _{t}\) = Peso total que contribuye a la fuerza de fricción
Exploremos la lógica de esta ecuación. Considere una caja sentada en el suelo con un peso de 1 kN. Nosotros sabemos que la fuerza friccional es el producto de μ y el peso total. Solo por un momento, démosle a μ un valor de 1 esencialmente eliminándolo de la ecuación. Esto significa que la fuerza de fricción ahora es igual al peso total. Si el peso total de nuestra caja fuera 1 kN entonces es la fuerza friccional. Si intentáramos deslizar la caja a lo largo del suelo, necesitaríamos aplicar >1kN al costado de la caja para que supere la resistencia de fricción estática y comience a deslizarse.
Digamos que nuestra caja está hecha de cartón y el piso está construido con tablas de madera.. Ahora podemos reconocer que en realidad, no necesitaremos presionar tanto para mover la caja. Esto se debe a que es más probable que el coeficiente de fricción entre nuestra caja y el piso sea significativamente menor que 1. Mientras más disminuya el coeficiente de fricción, entonces podremos aplicar menos fuerza al costado de la caja para superar la resistencia a la fricción..
Nuestra definición final del coeficiente de fricción podría ser algo como esto: El coeficiente de fricción es el valor que define cuánto del peso total contribuyente se traduce en la fuerza de fricción que evita que un cuerpo se deslice sobre otra superficie..
Considerando la fricción en el diseño
Si consideramos uno de los más comunes tipos de muros de contención, un muro de contención en voladizo, debemos considerar tres fuerzas principales que interactuarán entre sí para equilibrar las fuerzas de deslizamiento. Estás incluyen la fuerza pasiva del suelo, Resistencia a la fricción, y presión activa del suelo.
En el diagrama de arriba, debemos asegurarnos de que [Fuerzas pasivas + Fuerza de fricción > Fuerzas activas] para asegurar que no ocurra deslizamiento. Podemos calcular el peso total como el peso del suelo y el agua sobre la base y, el peso propio de la pared. Entonces debemos elegir un coeficiente de fricción apropiado, para finalizar la fuerza de fricción final.
En teoria, μ puede ser cualquier valor de 0 a 1 sin embargo, en diseño, Es típico que el coeficiente de fricción se tome como 0.5. Esto podría incrementarse hasta 2/3 los cuales (en la mayoría de los casos) causarán que el cálculo sea menos conservador. El valor más preciso se puede obtener realizando algunas pruebas rápidas del suelo en el sitio..
Otra forma comúnmente aceptada de determinar el coeficiente de fricción es sustituir el ángulo de fricción interno de un suelo en la siguiente ecuación:
Dónde:
μ = coeficiente de fricción
φ = Ángulo de fricción interno
Algunos valores comunes para el ángulo interno de fricción de varios suelos incluyen 30-40 (arena), 35 (grava), 34 (limo) y, 20 (arcilla). Graficando estos valores obtenemos el siguiente cuadro.
Resumen
Revisamos nuestra definición de fricción para reconocer que normalmente nos ocupamos de la fricción estática en el diseño de muros de contención.. Dado que, luego echamos un vistazo a la ecuación para calcular la fuerza de fricción. Considerando casos de coeficientes de fricción más altos y más bajos, pudimos discutir qué tipo de efectos tendría esto al intentar empujar un objeto por el piso..
Luego consideramos cómo ocurre este fenómeno en Muros de contención y qué significa para nosotros como diseñadores.. Luego terminamos observando los valores comúnmente aceptados para usar para el coeficiente de fricción en el diseño del muro de contención y una ecuación fácil que nos permite aproximar el coeficiente de fricción dado el ángulo interno de fricción para un suelo..
luego echamos un vistazo a la ecuación para calcular la fuerza de fricción Calculadora de Muros de Contención, Es gratis! Bajo la versión paga, Los usuarios pueden cambiar el coeficiente de fricción para ver cómo afecta sus diseños utilizando nuestros informes detallados de cálculo de diseño..
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