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Coefficiente di attrito per la progettazione del muro di sostegno

Cos'è l'attrito?

L'attrito è una forza resistente che si genera quando due corpi interagiscono, in genere uno scivola sull'altro. You might remember from your school physics lessons that there are two classes of friction, statico e kinetic. 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 disegno del muro di contenimento, consideriamo il muro stazionario, quindi si tratta di attrito statico. inoltre, to ensure the wall meets the required factor of safety, 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. The trickier part might be trying to determine an appropriate friction coefficient.

Dove:

\({F}_{f}\) = Forza di attrito

\(μ\) = Coefficient of friction

\({W}_{t}\) = 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. We know that the frictional force is the product of μ and the total contributing weight. 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. If the total weight of our box was 1 kN then so is the frictional force. If we try to slide that box across the floor, we would need to apply >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. As we lower the coefficient of friction, 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

If we consider one of the most common types of retaining walls, un muro di contenimento a sbalzo, dobbiamo considerare tre forze principali che interagiranno tra loro per bilanciare le forze di scorrimento. These include passive earth pressure, 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 could be any value from 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) will cause the calculation to be less conservative. 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. Following that, we then had a look at the equation to calculate frictional force. Considering cases of higher and lower coefficients of friction we were able to discuss discussed what kind of effects this would have on trying to push an object across the floor.

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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Steve Richardson API Manager - Australia / Nuova Zelanda
Steve Richardson
Gestore API - Australia / Nuova Zelanda
BEng (Civile)
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