Cos'è l'attrito?
L'attrito è una forza resistente che si genera quando due corpi interagiscono, in genere uno scivola sull'altro. Potresti ricordare dalle lezioni di fisica della tua scuola che ci sono due classi di attrito, statico e cinetico. L'attrito statico è la forza di attrito generata per impedire qualsiasi movimento tra i due corpi mentre l'attrito cinetico è la forza di attrito generata quando i due corpi sono in movimento.
Per progettazione di muro di sostegno, consideriamo il muro stazionario, quindi si tratta di attrito statico. Inoltre, per garantire che la parete soddisfi il fattore di sicurezza richiesto, dobbiamo considerare la forza di attrito che si genera tra il terreno e la parte inferiore del basamento del muro di contenimento nei nostri calcoli. La forza di attrito sotto il basamento aiuta il nostro design a resistere alla modalità di cedimento per scorrimento di un muro di sostegno.
Come calcolare la forza d'attrito
L'equazione per calcolare la forza di attrito è molto semplice. La parte più complicata potrebbe essere cercare di determinare un coefficiente di attrito appropriato.
Dove:
\({F}_{f}\) = Forza di attrito
\(μ\) = Coefficiente di attrito
\({W}_{t}\) = Peso totale che contribuisce alla forza di attrito
Esploriamo la logica di questa equazione. Considera una scatola seduta sul pavimento con un peso di 1 kN. Sappiamo che la forza di attrito è il prodotto di μ per il peso contribuente totale. Solo per un momento, diamo a μ un valore di 1 essenzialmente rimuovendolo dall'equazione. Ciò significa che la forza di attrito è ora uguale al peso totale. Se il peso totale della nostra scatola fosse 1 kN allora lo è anche la forza di attrito. Se proviamo a far scorrere quella scatola sul pavimento, avremmo bisogno di fare domanda >1kN al lato della scatola in modo che superi la resistenza di attrito statico e inizi a scorrere.
Diciamo che la nostra scatola è fatta di cartone e il pavimento è costruito con assi di legno. Ora possiamo riconoscere che in realtà, non avremo bisogno di spingere così tanto per spostare la scatola. Questo perché è più probabile che il coefficiente di attrito tra la nostra scatola e il pavimento sia significativamente inferiore a 1. Man mano che abbassiamo il coefficiente di attrito, possiamo quindi applicare meno forza sul lato della scatola per superare la resistenza di attrito.
La nostra definizione finale del coefficiente di attrito potrebbe essere qualcosa del genere: Il coefficiente di attrito è il valore che definisce quanto del peso contribuente totale si traduce nella forza di attrito che impedisce a un corpo di scivolare su un'altra superficie.
Considerare l'attrito nel design
Se consideriamo uno dei più comuni tipi di muri di sostegno, un muro di contenimento a sbalzo, dobbiamo considerare tre forze principali che interagiranno tra loro per bilanciare le forze di scorrimento. Questi includono la pressione terrestre passiva, resistenza di attrito, e pressione di terra attiva.
Nello schema sopra, dobbiamo assicurarci che [Forze passive + Forza di attrito > Forze attive] per garantire che non si verifichi lo scorrimento. Possiamo calcolare il peso totale come il peso del terreno e dell'acqua sopra il plinto e, il peso proprio del muro. Quindi dobbiamo scegliere un coefficiente di attrito appropriato, per finalizzare la forza di attrito finale.
In teoria, μ potrebbe essere qualsiasi valore da 0 per 1 però, nel design, è tipico che il coefficiente di attrito sia assunto come 0.5. Questo potrebbe essere aumentato fino a 2/3 quale (nella maggior parte dei casi) renderà il calcolo meno prudente. Il valore più accurato potrebbe essere ottenuto eseguendo alcuni test rapidi del terreno in loco.
Un altro modo comunemente accettato per determinare il coefficiente di attrito è sostituire l'angolo di attrito interno di un terreno nella seguente equazione:
Dove:
μ = coefficiente di attrito
φ = Angolo di attrito interno
Alcuni valori comuni per l'angolo di attrito interno di vari terreni includono 30-40 (sabbia), 35 (ghiaia), 34 (limo) e, 20 (argilla). Tracciando questi valori otteniamo il seguente grafico.
Sommario
Abbiamo rivisitato la nostra definizione di attrito per riconoscere che in genere ci occupiamo di attrito statico nella progettazione di muri di sostegno. Seguendo quello, abbiamo quindi dato un'occhiata all'equazione per calcolare la forza di attrito. Considerando i casi di coefficienti di attrito più alti e più bassi, siamo stati in grado di discutere il tipo di effetti che ciò avrebbe sul tentativo di spingere un oggetto sul pavimento.
Abbiamo quindi considerato come si verifica questo fenomeno nei muri di sostegno e cosa significa per noi designer. Abbiamo quindi concluso esaminando i valori comunemente accettati da utilizzare per il coefficiente di attrito nella progettazione di muri di sostegno e una semplice equazione che ci consente di approssimare il coefficiente di attrito dato l'angolo di attrito interno per un terreno.
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