Como ingeniero, es mi trabajo diseñar y construir estructuras que no solo sean útiles sino también seguras y duraderas.
Comprender la resistencia al rodamiento es una parte importante de la ingeniería estructural.
Cuando divide el área de carga efectiva por la carga máxima que una columna, pared, zapata o junta puede soportar hasta que se rompe, obtiene la resistencia de carga.
Es lo que evita que mis edificios se derrumben.
Como estudiante de ingeniería o como ingeniero, deberá diseñar estructuras que puedan resistir tanto las fuerzas naturales como las humanas.
Es por eso que necesito saber mucho sobre la resistencia portante para asegurarme de que mis edificios sean seguros y duren mucho tiempo.
En este artículo, profundizaré en el mundo de la resistencia portante, explorando los diferentes factores que la afectan y cómo los ingenieros pueden calcular y garantizar la estabilidad estructural.
Entonces, ¡póngase su casco y su gorra de pensar y exploremos juntos el fascinante mundo de la fuerza de carga!
Comprensión de la fuerza de rodamiento
Definicion formal:
La carga máxima que soportará una columna, muro, zapata o unión hasta la falla, dividida por el área de carga efectiva.
La resistencia al rodamiento es una idea muy importante en ingeniería, especialmente en campos como la construcción y el diseño de aviones.
Se refiere a la cantidad máxima de peso o presión que una estructura puede soportar antes de colapsar.
Hablaremos sobre la resistencia a la carga, el límite elástico y la resistencia máxima a la carga en este artículo.
Fuerza de rodamiento
La carga de carga máxima que se puede colocar sobre una estructura antes de que falle, dividida por el área que soporta la carga, se conoce como resistencia de carga.
Como ya se dijo, la fuerza de carga de una estructura no es la cantidad máxima de peso o presión que puede soportar antes de desmoronarse.
En cambio, es el área de carga efectiva dividida por la carga máxima que una columna, pared, zapata o junta puede soportar hasta que se rompa.
La resistencia del rodamiento se puede medir por la resistencia a la tracción, la compresión, la flexión y la flexión, así como la dureza del rodamiento.
Sin embargo, es crucial comprender que la resistencia a la tracción, la compresión y la flexión no están directamente relacionadas con la resistencia al soporte.
En la construcción, es importante conocer la resistencia portante de estructuras como paredes y columnas para asegurarse de que puedan soportar las cargas que deben soportar.
De la misma manera, al diseñar una aeronave, la resistencia portante del fuselaje debe ser capaz de soportar diferentes presiones y fuerzas que se le imponen durante el despegue, vuelo, ascenso, aterrizaje y otras maniobras operativas.
Límite elástico
Otra forma importante de medir qué tan fuerte es algo es por su límite elástico.
Se define como el esfuerzo máximo que puede soportar un material sólido cuando se deforma dentro de su límite elástico.
El límite elástico es la tensión o carga máxima que un material sólido puede soportar cuando se deforma hasta su límite elástico, lo que significa que puede volver a su forma original cuando se elimina la carga.
El esfuerzo o carga que se necesita para cambiar permanentemente la forma de un material se denomina límite elástico.
Después de este punto, el material no volverá a ser como era.
En los materiales dúctiles, el límite elástico es mucho menor que la resistencia máxima, mientras que en los materiales frágiles no hay límite elástico y, por lo tanto, no hay límite elástico.
Fuerza máxima de rodamiento
La máxima resistencia al rodamiento es la máxima presión que puede soportar un material sólido antes de romperse.
A menudo se usa de la misma manera que "resistencia máxima a la tracción". La resistencia máxima al rodamiento y la resistencia máxima a la tracción son formas de hablar sobre la cantidad de tensión que puede soportar un material sólido antes de romperse.
A partir de las pruebas de rodamientos, puede averiguar el límite elástico del rodamiento y su tensión máxima.
La resistencia a la fluencia del rodamiento (BYS) se encuentra dibujando una línea paralela a la pendiente inicial de la curva de deformación por tensión del rodamiento con una deformación compensada de 0,002.
Al final, la resistencia al rodamiento, el límite elástico y la resistencia máxima al rodamiento son ideas importantes en ingeniería.
La fuerza de carga es la mayor cantidad de peso que una estructura puede soportar antes de que se rompa, y la resistencia a la fluencia es la mayor tensión que un material puede soportar antes de que comience a cambiar de forma de forma permanente.
La resistencia máxima al rodamiento y la resistencia máxima a la tracción son formas de hablar sobre la cantidad de tensión que puede soportar un material antes de romperse.
Al comprender estas ideas, los ingenieros pueden crear estructuras y materiales seguros y confiables.
Superando los límites: la importancia de la resistencia portante en el diseño de edificios
¿Todavía es difícil de entender? Déjame cambiar un poco el punto de vista:
Si desea diseñar un edificio que no se desmorone como un castillo de naipes, la clave es asegurarse de que pueda soportar el peso de todas sus expectativas irrazonables, demandas irrazonables y errores inevitables.
Porque seamos realistas, si no está empujando los límites de la fuerza de carga de su edificio, ¿realmente está viviendo la vida al máximo?
De acuerdo, solo fue una broma hecha para parecer un anuncio de televisión.
Ahora volvamos a la explicación.
Factores que afectan la resistencia del rodamiento
Factores del suelo
Una de las cosas más importantes que afecta la fuerza de una estructura es cuánto peso puede soportar.
Los siguientes factores del suelo afectan la capacidad de carga del suelo:
- Resistencia al corte: la resistencia al corte del suelo es una forma de medir qué tan bien un suelo puede resistir las fuerzas que intentan separarlo.
- Ancho y profundidad de los cimientos: el ancho y la profundidad de los cimientos pueden tener un gran efecto en la cantidad de peso que puede soportar.
En general, una base puede soportar más peso si es más ancha y profunda.
- Peso del suelo y cualquier peso adicional encima: El peso del suelo y cualquier peso adicional encima pueden afectar la cantidad de peso que puede soportar el suelo.
Resistencia a la Compresión del Concreto
Otra cosa que afecta la resistencia al rodamiento es qué tan fuerte es el concreto cuando se comprime.
La resistencia a la compresión del hormigón después de 28 días se utiliza para diseñar las zapatas de los muros y es importante utilizar una mezcla de hormigón con la resistencia adecuada para el propósito de la estructura.
Forma y Dimensiones de la Estructura
La resistencia de una estructura también puede verse afectada por su forma y tamaño, como su ancho, largo y grosor.
Una estructura con un área de superficie más grande generalmente tendrá una mayor capacidad de carga.
Distribución de Carga y Tipo de Carga
La resistencia de una estructura puede verse afectada por el tipo de carga que se le aplicará.
La resistencia de una estructura puede verse afectada por cargas vivas, cargas muertas y cargas de viento.
Ubicación y Orientación de la Estructura
La fuerza de la estructura también puede verse afectada por el lugar donde se encuentra y cómo se configura.
La capacidad del suelo para soportar el peso puede verse afectada por cosas como el tipo de suelo y el nivel del agua subterránea.
La resistencia portante de una estructura también puede verse afectada por el clima, como el viento, la lluvia y los cambios de temperatura.
Código Internacional de Construcción
El Código Internacional de Construcción tiene sugerencias sobre qué tipo de base usar y cómo se debe construir.
Entre estas sugerencias, pero no todas, se encuentran las siguientes:
- Capacidad del suelo natural o compactado para soportar peso.
- Disposiciones para aminorar los efectos de suelos que se mueven mucho.
- Profundidad de la línea de escarcha.
- Armadura mínima para zapatas de hormigón.
- Profundidades mínimas para colocar postes de madera en zapatas de hormigón.
Factor de seguridad del rodamiento
El factor de seguridad del rodamiento se utiliza para garantizar la estabilidad estructural.
El factor de seguridad es la relación entre la carga máxima que se puede aplicar a un rodamiento y la carga máxima que se puede aplicar.
Se cree que la falla ocurrirá cuando el factor de seguridad sea menor a 1.
Puede calcular la capacidad de carga permisible con una ecuación que tenga en cuenta los parámetros del suelo y la forma de los cimientos.
Estándares de Evaluación
La calidad del reconocimiento de campo, el muestreo del suelo y las pruebas de corte pueden afectar la precisión de los cálculos de estabilidad.
Para asegurarse de que el factor de seguridad sea correcto y confiable, se han elaborado estándares de evaluación para el factor de seguridad en el análisis de estabilidad de cimentaciones.
Al final, hay muchas cosas que afectan la resistencia de una columna, pared, cimentación o junta.
Los ingenieros tienen que pensar en el suelo, la resistencia a la compresión del hormigón, la forma y el tamaño de la estructura, cómo se distribuye la carga y qué tipo de carga es, dónde y cómo se coloca la estructura, y cuál es el Código Internacional de Construcción. Dice.
Además, el factor de seguridad de los cojinetes se utiliza para garantizar la estabilidad estructural y se aplican estándares de evaluación para garantizar cálculos precisos y fiables.
Determinación de la resistencia portante de los materiales
Factores que afectan la resistencia del rodamiento
La resistencia de una columna, pared, zapata o unión depende de varios factores, como el suelo, el diseño de los cimientos, la forma y el tamaño de la estructura, cómo se distribuye la carga y el entorno.
Factores del suelo: la capacidad de carga del suelo está determinada por tres factores del suelo: resistencia al corte, ancho y profundidad de la cimentación, y peso y sobrecarga del suelo.
Cuando se coloca una base sobre un suelo que no se pega, su capacidad para soportar el peso depende de su ancho.
Los cálculos de estabilidad pueden ser incorrectos si el reconocimiento de campo, el muestreo del suelo y las pruebas de corte no se realizan correctamente.
Diseño de cimientos: El Código Internacional de Construcción proporciona recomendaciones para el tipo de cimiento y los criterios de diseño, incluidos, entre otros, la capacidad de carga del suelo natural o compactado, las disposiciones para mitigar los efectos de los suelos expansivos, la profundidad de la línea de congelamiento, el refuerzo mínimo para las bases de concreto y el mínimo profundidades de empotramiento de postes de madera en cimientos de hormigón.
Dimensiones y forma del edificio: los muros y las columnas deben apoyarse lo más cerca posible del centro de las zapatas para evitar la falla por corte en una dirección (viga), que ocurre cuando la viga se rompe en un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto a la pared. .
La distribución de carga es la forma en que se distribuyen las cargas de la estructura, como las cargas vivas, las cargas muertas y las cargas de viento.
Los factores ambientales incluyen la ubicación y la orientación del edificio, así como las condiciones del suelo y qué tan expuesto está a cosas como el viento, la lluvia y los cambios de temperatura.
Determinación de la resistencia portante de los materiales
La madera, el acero y el cobre, por ejemplo, tienen diferentes resistencias al rodamiento que dependen de su resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, dureza, ductilidad, elasticidad y otras propiedades que son exclusivas de cada material.
Por ejemplo, la resistencia a la carga de la madera depende de su grano, densidad y cantidad de humedad, mientras que la resistencia a la carga del acero depende de cosas como la composición de la aleación, el tratamiento térmico y las dimensiones físicas, como el diámetro exterior, el espesor de la pared, y longitud
Resistencia a la tracción: La resistencia a la tracción de un material es la cantidad de fuerza que se necesita para separarlo hasta que se rompa.
Resistencia a la compresión: para calcular la resistencia a la compresión de un material, mide cuánta fuerza se necesita para aplastarlo hasta que se rompa.
Fuerza de rodamiento de tubería de acero
El diámetro exterior, el grosor de la pared y la longitud de un tubo de acero, así como las propiedades materiales del acero, como su límite elástico y su resistencia máxima a la tracción, determinan cuánto peso puede soportar.
Cualquiera que conozca los requisitos de carga de su aplicación y si el tubo se usará como viga o columna puede usar una calculadora para determinar qué tamaño de tubo se necesita.
La resistencia a la carga de la tubería de acero se puede calcular con la ayuda de ecuaciones matemáticas o programas de computadora que toman en cuenta todas estas cosas.
Por ejemplo, la capacidad de carga de un tubo de acero se puede calcular utilizando la fórmula de Euler, que tiene en cuenta la longitud del tubo, la longitud sin soporte y el momento de inercia.
Se pueden usar otras ecuaciones, como la fórmula AISC del Instituto Estadounidense de Construcción de Acero, para determinar qué tan fuerte es un tubo de acero bajo diferentes cargas.
Pruebas de suelo para capacidad de carga
La prueba del suelo es una forma importante de determinar qué tan fuertes son los cimientos de un edificio y cuánto peso puede soportar.
Se trata de poner muestras de suelo a través de pruebas en el laboratorio para averiguar cuáles son sus propiedades y utilizar otros métodos para averiguar qué tan estable es el suelo.
Pruebas de laboratorio para las propiedades del suelo:
Las muestras de suelo se pueden someter a una serie de pruebas en el laboratorio para conocer sus propiedades.
Estas pruebas incluyen la prueba consolidada sin drenaje (CU), la prueba de compresión no confinada, la prueba de compresión triaxial, la prueba de caja de corte, la prueba de paletas, la prueba de consolidación, la prueba de hinchazón y succión, la prueba de permeabilidad y los análisis químicos.
Estas pruebas son necesarias para describir y clasificar el suelo y para tomar nota del color, la textura y la consistencia de las muestras perturbadas y no perturbadas del sitio.
Maneras de averiguar qué tan fuerte es el suelo:
Se pueden usar diferentes formas para calcular la capacidad de carga del suelo, como la teoría de la capacidad de carga máxima de Terzaghi, que calcula la capacidad de carga máxima para cimientos continuos poco profundos.
Utiliza una ecuación que tiene en cuenta los parámetros del suelo como la cohesión, el peso unitario efectivo, la profundidad de la zapata y el ancho de la zapata.
Otra forma de calcular cuánto peso puede soportar un suelo de grano fino no saturado es usar la resistencia al corte de las pruebas de compresión no confinada.
La ecuación de capacidad de carga (drenada) solo funciona para zapatas poco profundas que soportan cargas verticales que no son excéntricas.
Usando la resistencia a la compresión no confinada para estimar la capacidad portante:
La resistencia a la compresión no confinada solo funciona para suelos que se mantienen unidos.
No se puede usar para calcular cuánto peso puede soportar un suelo no cohesivo porque necesita un conjunto diferente de parámetros.
Las pruebas de suelo son una forma importante de averiguar qué tan fuertes son los cimientos de un edificio y cuánto peso puede soportar.
Las propiedades del suelo se encuentran a través de pruebas de laboratorio, y hay diferentes formas de calcular cuánto peso puede soportar un suelo en función de sus propiedades.
Para suelos cohesivos y no cohesivos, es importante usar los métodos correctos y tener en cuenta diferentes parámetros del suelo para cada método.
Resistencia de carga de la mampostería
Deformación máxima utilizable para mampostería de hormigón
En la fibra de compresión extrema de la mampostería de hormigón, la deformación máxima que se puede utilizar es de 0,0025.
Mampostería Reforzada
Para mampostería reforzada, los esfuerzos de compresión y tensión en el refuerzo por debajo del límite elástico especificado son iguales al módulo de elasticidad del refuerzo multiplicado por la deformación del acero.
Capacidad de corte de la mampostería
También puede calcular la resistencia de carga nominal de la mampostería observando cuánto puede soportar bajo tensión.
En una viga de vano simple, la capacidad a cortante va desde 0 en el apoyo hasta infinito en el medio.
En los códigos y lineamientos de diseño relevantes, puede encontrar la fórmula para calcular la capacidad de corte en función de M/Vd.
Consideraciones importantes para el diseño de mampostería
Es importante recordar que estos cálculos se basan en ciertas suposiciones y códigos de diseño.
Al diseñar mampostería, debe pensar detenidamente en cosas como los tipos de cargas, las propiedades de los materiales y cómo se configura la estructura.
Antes de hacer cualquier cálculo o tomar cualquier decisión de diseño sobre estructuras de mampostería, es mejor consultar los códigos y directrices de diseño pertinentes.
Efectos de la alta temperatura en el acero
El acero se usa a menudo en la construcción y la ingeniería, pero cuando se calienta demasiado, pierde su capacidad de soportar peso.
Alrededor de 425°C es la temperatura más alta por encima de la cual el acero comienza a perder su capacidad de soportar peso.
Entre 600°C y 650°C, el acero perderá la mitad de su resistencia y, dependiendo del peso que soporte, podría romperse.
Alrededor de los 500 °C, la resistencia del acero estructural laminado en caliente pierde gran parte de su capacidad de carga a temperatura ambiente.
A 1100 °F (593,33 °C), el acero todavía tiene alrededor del 50 % de su resistencia.
Cuando el acero se funde a unos 2700 °F (1482,22 °C), pierde toda su fuerza.
La mayoría de las veces, cuando se diseña, se asume que toda la capacidad se pierde a aproximadamente 2200 °F (1204,44 °C).
Efecto del fuego sobre el acero estructural
En el acero BS EN 10025 de grado S275, una sección de acero estructural laminado en caliente de grado S275 que ha estado en un incendio y se ha calentado a más de 600 °C puede perder algunas de sus propiedades después de haberse enfriado.
Sin embargo, no importa qué tan caliente esté el fuego, el límite elástico a temperatura ambiente o el reemplazo no serán necesarios si el miembro cumple con todos los demás requisitos de ingeniería, como ser recto.
Cuando el acero estructural de grado S355 se calienta a más de 600 °C en un incendio, su límite elástico residual y su resistencia a la tracción también disminuyen.
Resistencia al corte del perno - Cálculos de capacidad de carga de rodamiento, desgarro y corte
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Usos de la fuerza de rodamiento
Construcción de edificios:
Los edificios y estructuras de todo tipo deben ser lo suficientemente fuertes para soportar su peso.
Indica cuánto peso puede soportar una columna, pared, cimentación o junta antes de romperse.
Los ingenieros usan cálculos llamados "resistencia de carga" para asegurarse de que el edificio pueda soportar su propio peso, así como el peso adicional que proviene de las personas, los equipos y el medio ambiente.
Diseño de puente:
Los puentes deben construirse para que puedan manejar cargas pesadas como automóviles, viento y terremotos.
La resistencia portante de los cimientos y las estructuras de soporte, como pilares y estribos, es un factor clave para determinar cuánto peso pueden soportar.
Los ingenieros también utilizan la fuerza de carga para determinar cuánto peso puede soportar una viga, viga maestra o cable.
Ingeniería Matemática:
En la ingeniería mecánica, la resistencia de los cojinetes es muy importante porque se utiliza para determinar cuánto peso pueden soportar los engranajes, los cojinetes y los ejes.
Los ingenieros utilizan los cálculos de la resistencia de los cojinetes para asegurarse de que las piezas puedan soportar las fuerzas y tensiones de la aplicación, como en maquinaria pesada, vehículos y aviones.
Negocio aeroespacial:
La resistencia de los rodamientos también es importante en la industria aeroespacial, donde se utiliza para determinar cuánto peso pueden soportar piezas como alas, fuselajes y trenes de aterrizaje.
Los ingenieros usan cálculos llamados "fuerza de carga" para asegurarse de que el avión pueda manejar las fuerzas y tensiones que vienen con el vuelo, como la turbulencia, el despegue y el aterrizaje.
Edificios en alta mar:
Al diseñar y construir estructuras como plataformas petrolíferas, turbinas eólicas y plataformas que se encuentran en el mar, la resistencia portante es un factor importante.
Estos edificios deben poder resistir las inclemencias del tiempo, como fuertes vientos, olas y corrientes.
La fuerza de carga se usa para calcular cuánto peso pueden soportar los cimientos y las estructuras de soporte, así como cuánto peso pueden soportar como máximo el equipo y la maquinaria.
El Negocio Minero:
En la industria minera, la resistencia portante es muy importante porque se usa para calcular cuánto peso se puede colocar en estructuras de soporte subterráneas como pilares y vigas.
Los ingenieros usan cálculos llamados "resistencia de carga" para asegurarse de que las estructuras puedan soportar el peso de la roca que se encuentra encima, así como las fuerzas y tensiones causadas por el proceso de extracción, como voladuras y perforaciones.
Conclusión
Mientras terminamos de hablar sobre la resistencia al rodamiento, es importante recordar que esta idea es importante no solo en la ingeniería, sino en la vida en general.
Así como un edificio necesita una base sólida para mantenerse erguido, nosotros necesitamos una base sólida para enfrentar los desafíos de la vida.
Necesitamos estar arraigados en nuestras creencias, valores y principios para hacer frente a las cosas que intentan derribarnos.
Los edificios no son lo único que necesita ser fuerte. Nuestras vidas también necesitan ser fuertes.
Necesitamos averiguar cuánto peso podemos cargar, encontrar la ayuda adecuada y asegurarnos de tener una base sólida sobre la cual pararnos.
Entonces, antes de dejar este artículo, tómese un minuto para pensar qué tan fuerte es usted.
¿Sobre qué construyes tu casa? ¿Cuánto puedes llevar? ¿Y cómo puede asegurarse de tener la ayuda que necesita para enfrentar los desafíos de la vida? Recuerda que una vida bien diseñada puede durar tanto como un edificio bien diseñado.
Así que sal y construye una vida que pueda respaldar tus sueños.
Enlaces y referencias
ACI 318-14 Requisitos del código de construcción para hormigón estructural y comentarios
Capítulo 3: Cargas de diseño para edificios residenciales
Requisitos mínimos recomendados para la construcción de muros de mampostería
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