Como engenheiro, é meu trabalho projetar e construir estruturas que não sejam apenas úteis, mas também seguras e duráveis.
Compreender a resistência do rolamento é uma parte importante da engenharia estrutural.
Quando você divide a área de suporte efetiva pela carga máxima que uma coluna, parede, sapata ou junta pode suportar até quebrar, você obtém a resistência do rolamento.
É o que impede que meus prédios caiam.
Como estudante de engenharia ou como engenheiro, você terá que projetar estruturas que resistam tanto às forças naturais quanto às forças humanas.
É por isso que preciso saber muito sobre a resistência do rolamento para garantir que meus edifícios sejam seguros e durem muito tempo.
Neste artigo, vou mergulhar mais fundo no mundo da resistência do rolamento, explorando os diferentes fatores que o afetam e como os engenheiros podem calcular e garantir a estabilidade estrutural.
Então, coloque seu capacete e seu boné de pensamento e vamos explorar juntos o fascinante mundo da resistência ao rolamento!
Compreendendo a resistência do rolamento
Definição formal:
A carga máxima que uma coluna, parede, sapata ou junta suportará até a falha, dividida pela área de suporte efetiva.
A resistência ao rolamento é uma ideia muito importante na engenharia, especialmente em áreas como construção e projeto de aviões.
Refere-se à quantidade máxima de peso ou pressão que uma estrutura pode suportar antes de entrar em colapso.
Falaremos sobre resistência ao rolamento, resistência ao escoamento e resistência máxima ao rolamento neste artigo.
Força de rolamento
A carga máxima de rolamento que pode ser colocada em uma estrutura antes que ela falhe, dividida pela área que está suportando a carga, é conhecida como resistência ao rolamento.
Como já foi dito, a força de sustentação de uma estrutura não é a quantidade máxima de peso ou pressão que ela pode suportar antes de desmoronar.
Em vez disso, é a área de suporte efetiva dividida pela carga máxima que uma coluna, parede, sapata ou junta pode suportar até quebrar.
A resistência do rolamento pode ser medida pela resistência à tração, compressão, flexão e flexão, bem como a dureza do rolamento.
No entanto, é crucial entender que a resistência à tração, compressão e flexão não estão diretamente relacionadas à resistência do rolamento.
Na construção, é importante conhecer a resistência de estruturas como paredes e colunas para garantir que elas possam suportar as cargas que devem suportar.
Da mesma forma, ao projetar uma aeronave, a resistência da fuselagem deve ser capaz de suportar diferentes pressões e forças que são aplicadas durante a decolagem, voo, subida, pouso e outras manobras operacionais.
Força de Rendimento
Outra maneira importante de medir o quão forte é algo é por sua resistência ao escoamento.
É definida como a tensão máxima que um material sólido pode suportar quando é deformado dentro de seu limite elástico.
A resistência ao escoamento é a tensão ou carga máxima que um material sólido pode suportar quando é deformado até seu limite elástico, o que significa que pode voltar à sua forma original quando a carga é removida.
A tensão ou carga necessária para alterar permanentemente a forma de um material é chamada de tensão de escoamento.
Após este ponto, o material não voltará a ser como era.
Em materiais dúcteis, o limite de escoamento é muito menor do que o limite de resistência, enquanto em materiais frágeis não há limite de escoamento e, portanto, nenhum limite de escoamento.
Força final do rolamento
A resistência máxima do rolamento é a maior pressão que um material sólido pode suportar antes de quebrar.
Muitas vezes é usado da mesma forma que "resistência à tração final". A resistência máxima do rolamento e a resistência máxima à tração são formas de falar sobre quanta tensão um material sólido pode suportar antes de quebrar.
A partir dos testes de rolamentos, você pode descobrir a tensão de escoamento do rolamento e sua tensão máxima.
A resistência ao escoamento do rolamento (BYS) é encontrada desenhando uma linha paralela à inclinação inicial da curva de deformação da tensão do rolamento em uma deformação de deslocamento de 0,002.
No final, resistência ao rolamento, resistência ao escoamento e resistência máxima ao rolamento são ideias importantes na engenharia.
A resistência ao rolamento é o maior peso que uma estrutura pode suportar antes de quebrar, e a resistência ao escoamento é a maior tensão que um material pode suportar antes de começar a mudar de forma permanentemente.
A resistência máxima do rolamento e a resistência máxima à tração são formas de falar sobre quanta tensão um material pode suportar antes de quebrar.
Compreendendo essas ideias, os engenheiros podem criar estruturas e materiais seguros e confiáveis.
Ultrapassando os limites: a importância da resistência ao rolamento no projeto de edifícios
Ainda difícil de entender? Deixe-me mudar um pouco o ponto de vista:
Se você deseja projetar um edifício que não desmorona como um castelo de cartas, a chave é garantir que ele possa suportar o peso de todas as suas expectativas irracionais, exigências irracionais e erros inevitáveis.
Porque, convenhamos, se você não está forçando os limites da resistência do seu prédio, você está realmente vivendo a vida ao máximo?
Ok, isso foi apenas uma piada feita para parecer um anúncio de TV.
Agora vamos voltar para a explicação.
Fatores que afetam a resistência do rolamento
Fatores do Solo
Uma das coisas mais importantes que afetam a resistência de uma estrutura é quanto peso ela pode suportar.
Os seguintes fatores do solo afetam a capacidade de suporte do solo:
- Resistência ao cisalhamento: A resistência ao cisalhamento do solo é uma maneira de medir o quão bem um solo pode resistir às forças que tentam separá-lo.
- Largura e profundidade da fundação: A largura e a profundidade de uma fundação podem ter um grande efeito na quantidade de peso que ela pode suportar.
Em geral, uma fundação pode suportar mais peso se for mais larga e profunda.
- Peso do solo e qualquer peso extra sobre ele: O peso do solo e qualquer peso extra sobre ele podem afetar quanto peso o solo pode suportar.
Resistência à Compressão do Concreto
Outra coisa que afeta a resistência do rolamento é a resistência do concreto quando é comprimido.
A resistência à compressão do concreto após 28 dias é usada para dimensionar as sapatas das paredes, e é importante usar uma mistura de concreto com a resistência certa para a finalidade da estrutura.
Forma e Dimensões da Estrutura
A resistência de uma estrutura também pode ser afetada por sua forma e tamanho, como largura, comprimento e espessura.
Uma estrutura com uma área de superfície maior geralmente terá uma capacidade de suporte maior.
Distribuição de Carga e Tipo de Carga
A resistência de uma estrutura pode ser afetada pelo tipo de carga que será colocada sobre ela.
A resistência de uma estrutura pode ser afetada por cargas vivas, cargas permanentes e cargas de vento.
Localização e Orientação da Estrutura
A força da estrutura também pode ser afetada por onde ela está e como está montada.
A capacidade do solo de manter o peso pode ser afetada por coisas como o tipo de solo e o nível das águas subterrâneas.
A resistência de uma estrutura também pode ser afetada pelo clima, como vento, chuva e mudanças de temperatura.
Código Internacional de Construção
O Código Internacional de Construção tem sugestões sobre que tipo de fundação usar e como ela deve ser construída.
Entre essas sugestões, mas não todas, estão as seguintes:
- Capacidade do solo natural ou compactado para suportar o peso.
- Providências para diminuir os efeitos de solos que se movem muito.
- Profundidade da linha de gelo.
- Armadura mínima para sapatas de concreto.
- Profundidades mínimas para postes de madeira a serem colocados em sapatas de concreto.
Fator de Segurança do Rolamento
O fator de segurança do rolamento é usado para garantir a estabilidade estrutural.
O fator de segurança é a relação entre a carga máxima que pode ser colocada em um rolamento e a carga máxima que pode ser colocada nele.
Pensa-se que a falha ocorrerá quando o fator de segurança for menor que 1.
Você pode descobrir a capacidade de carga permitida com uma equação que leva em consideração os parâmetros do solo e o formato da fundação.
Padrões de avaliação
A qualidade do reconhecimento de campo, amostragem de solo e testes de cisalhamento podem afetar a precisão dos cálculos de estabilidade.
Para garantir que o fator de segurança seja correto e confiável, foram feitos padrões de avaliação para o fator de segurança na análise de estabilidade da fundação.
No final, há muitas coisas que afetam a resistência de uma coluna, parede, sapata ou junta.
Os engenheiros devem pensar sobre o solo, a resistência à compressão do concreto, a forma e o tamanho da estrutura, como a carga é distribuída e que tipo de carga é, onde e como a estrutura é colocada e o que o Código Internacional de Construção diz.
Além disso, o fator de segurança do rolamento é usado para garantir a estabilidade estrutural, e os padrões de avaliação estão em vigor para garantir cálculos precisos e confiáveis.
Determinando a resistência de rolamento dos materiais
Fatores que afetam a resistência do rolamento
A resistência de uma coluna, parede, sapata ou junta depende de vários fatores, como o solo, o projeto da fundação, a forma e o tamanho da estrutura, como a carga é distribuída e o ambiente.
Fatores do solo: A capacidade de suporte do solo é determinada por três fatores do solo: resistência ao cisalhamento, largura e profundidade da fundação e peso e sobrecarga do solo.
Quando uma sapata é colocada sobre um solo que não gruda, sua capacidade de suportar o peso depende de sua largura.
Os cálculos de estabilidade podem estar errados se o reconhecimento de campo, a amostragem de solo e os testes de cisalhamento não forem bem feitos.
Projeto de fundação: O Código Internacional de Construção fornece recomendações para tipo de fundação e critérios de projeto, incluindo, entre outros, capacidade de suporte de solo natural ou compactado, provisões para mitigar os efeitos de solos expansivos, profundidade da linha de congelamento, reforço mínimo para sapatas de concreto e mínimo profundidades de embutimento para postes de madeira em sapatas de concreto.
Dimensões e forma do edifício: Paredes e colunas devem ser apoiadas o mais próximo possível do centro das sapatas para evitar falha por cisalhamento unidirecional (viga), que ocorre quando a viga quebra em um ângulo de cerca de 45 graus em relação à parede .
A distribuição de carga é a maneira como as cargas da estrutura, como cargas vivas, cargas permanentes e cargas de vento, são distribuídas.
Os fatores ambientais incluem a localização e a orientação do edifício, bem como as condições do solo e como ele está exposto a coisas como vento, chuva e mudanças de temperatura.
Determinando a resistência de rolamento dos materiais
Madeira, aço e cobre, por exemplo, têm diferentes resistências de rolamento que dependem de sua resistência à tração, resistência à compressão, dureza, ductilidade, elasticidade e outras propriedades exclusivas de cada material.
Por exemplo, a resistência da madeira depende de seu grão, densidade e quantidade de umidade, enquanto a resistência do aço depende de coisas como a composição da liga, tratamento térmico e dimensões físicas, como diâmetro externo, espessura da parede, e comprimento.
Resistência à tração: A resistência à tração de um material é a quantidade de força necessária para separá-lo até que se quebre.
Resistência à compressão: Para descobrir a resistência à compressão de um material, você mede quanta força é necessária para esmagá-lo até que se quebre.
Resistência do rolamento da tubulação de aço
O diâmetro externo, a espessura da parede e o comprimento de um tubo de aço, bem como as propriedades do material do aço, como resistência ao escoamento e resistência à tração, determinam quanto peso ele pode suportar.
Uma calculadora pode ser usada por qualquer pessoa que conheça os requisitos de carga de sua aplicação e se o tubo será usado como viga ou coluna para descobrir o tamanho do tubo necessário.
A resistência de carga do tubo de aço pode ser calculada com a ajuda de equações matemáticas ou programas de computador que levam em consideração todas essas coisas.
Por exemplo, a capacidade de carga de um tubo de aço pode ser calculada usando a fórmula de Euler, que leva em consideração o comprimento do tubo, o comprimento sem apoio e o momento de inércia.
Outras equações, como a fórmula AISC do Instituto Americano de Construção em Aço, podem ser usadas para descobrir a resistência de um tubo de aço sob diferentes cargas.
Teste de Solo para Capacidade de Carga
O teste de solo é uma maneira importante de descobrir o quão forte é a fundação de um edifício e quanto peso ele pode suportar.
Envolve colocar amostras de solo em testes de laboratório para descobrir quais são suas propriedades e usar outros métodos para descobrir o quão estável é o solo.
Testes de laboratório para as propriedades do solo:
As amostras de solo podem ser submetidas a uma série de testes em laboratório para descobrir suas propriedades.
Esses testes incluem o teste consolidado não drenado (CU), o teste de compressão não confinada, o teste de compressão triaxial, o teste de caixa de cisalhamento, o teste de palhetas, o teste de consolidação, o teste de expansão e sucção, o teste de permeabilidade e as análises químicas.
Esses testes são necessários para descrever e classificar o solo e anotar a cor, a textura e a consistência das amostras perturbadas e não perturbadas do local.
Maneiras de descobrir o quão forte é o solo:
Diferentes maneiras podem ser usadas para descobrir a capacidade de carga do solo, como a Teoria da Capacidade de Carga Máxima de Terzaghi, que calcula a capacidade de carga máxima para fundações rasas contínuas.
Ele usa uma equação que leva em consideração os parâmetros do solo, como coesão, peso unitário efetivo, profundidade da sapata e largura da sapata.
Outra maneira de descobrir quanto peso um solo insaturado de granulação fina pode suportar é usar a resistência ao cisalhamento de testes de compressão não confinados.
A equação da capacidade portante (drenada) só funciona para sapatas rasas que suportam cargas verticais não excêntricas.
Usando a resistência à compressão não confinada para estimar a capacidade de carga:
A resistência à compressão não confinada só funciona para solos que se unem.
Não pode ser usado para descobrir quanto peso um solo não coesivo pode suportar porque precisa de um conjunto diferente de parâmetros.
O teste de solo é uma maneira importante de descobrir o quão forte é a fundação de um edifício e quanto peso ele pode suportar.
As propriedades do solo são encontradas por meio de testes de laboratório e existem diferentes maneiras de descobrir quanto peso um solo pode suportar com base em suas propriedades.
Para solos coesivos e não coesivos, é importante usar os métodos corretos e levar em consideração os diferentes parâmetros do solo para cada método.
Resistência de suporte da alvenaria
Tensão Máxima Utilizável para Alvenaria de Concreto
Na fibra de compressão extrema da alvenaria de concreto, a deformação máxima que pode ser utilizada é de 0,0025.
Alvenaria Armada
Para alvenaria armada, tensões de compressão e tração no reforço abaixo do limite de escoamento especificado são iguais ao módulo de elasticidade do reforço vezes a deformação do aço.
Capacidade de Cisalhamento da Alvenaria
Você também pode descobrir a resistência nominal da alvenaria observando o quanto ela pode suportar sob tensão.
Em uma viga de vão simples, a capacidade de cisalhamento vai de 0 no apoio até o infinito no meio.
Nos códigos e diretrizes de projeto relevantes, você pode encontrar a fórmula para descobrir a capacidade de cisalhamento em função de M/Vd.
Considerações importantes para o projeto de alvenaria
É importante lembrar que esses cálculos são baseados em certas suposições e códigos de projeto.
Ao projetar alvenaria, você deve pensar cuidadosamente em coisas como os tipos de cargas, as propriedades dos materiais e como a estrutura é configurada.
Antes de fazer qualquer cálculo ou tomar decisões de projeto sobre estruturas de alvenaria, é melhor verificar os códigos e diretrizes de projeto relevantes.
Efeitos da Alta Temperatura no Aço
O aço é frequentemente usado na construção e engenharia, mas quando fica muito quente, perde sua capacidade de suportar o peso.
Cerca de 425°C é a temperatura mais alta acima da qual o aço começa a perder sua capacidade de manter o peso.
Entre 600°C e 650°C, o aço perde metade de sua resistência e, dependendo do peso que carrega, pode quebrar.
Por volta de 500°C, a resistência do aço estrutural laminado a quente perde muito de sua capacidade de carga à temperatura ambiente.
A 1100°F (593,33°C), o aço ainda tem cerca de 50% de sua resistência.
Quando o aço funde a cerca de 2700°F (1482,22°C), ele desiste de toda a sua resistência.
Na maioria das vezes, ao projetar, assume-se que toda a capacidade é perdida em cerca de 2200°F (1204,44°C).
Efeito do Fogo no Aço Estrutural
No aço BS EN 10025 grau S275, uma seção de aço estrutural laminado a quente grau S275 que esteve em um incêndio e ficou mais quente do que 600°C pode perder algumas de suas propriedades depois de esfriar.
Não importa quão quente seja o fogo, porém, a tensão de escoamento à temperatura ambiente ou substituição não será necessária se o membro atender a todos os outros requisitos de engenharia, como ser reto.
Quando o aço estrutural de grau S355 é aquecido a mais de 600°C em um incêndio, sua resistência ao escoamento residual e resistência à tração também diminuem.
Resistência ao Cisalhamento do Parafuso - Cálculos de capacidade de carga de rolamento, ruptura e cisalhamento
Dica: Ative o botão de legenda se precisar. Escolha “tradução automática” no botão de configurações, se você não estiver familiarizado com o idioma falado. Pode ser necessário clicar primeiro no idioma do vídeo antes que seu idioma favorito fique disponível para tradução.
Usos de força de rolamento
Construção de Edifícios:
Edifícios e estruturas de todos os tipos precisam ser fortes o suficiente para suportar seu peso.
Ele informa quanto peso uma coluna, parede, sapata ou junta pode suportar antes de quebrar.
Os engenheiros usam cálculos chamados de "resistência de suporte" para garantir que o edifício possa suportar seu próprio peso, bem como o peso extra proveniente de pessoas, equipamentos e meio ambiente.
Projeto da Ponte:
As pontes devem ser construídas para que possam lidar com cargas pesadas, como carros, vento e terremotos.
A resistência da fundação e estruturas de suporte, como pilares e pilares, é um fator chave para descobrir quanto peso eles podem suportar.
Os engenheiros também usam a resistência do rolamento para descobrir quanto peso uma viga, viga mestra ou cabo pode suportar.
Engenharia Matemática:
Na engenharia mecânica, a resistência do rolamento é muito importante porque é usada para descobrir quanto peso as engrenagens, rolamentos e eixos podem suportar.
Os engenheiros usam cálculos de resistência do rolamento para garantir que as peças possam lidar com as forças e tensões da aplicação, como em máquinas pesadas, veículos e aviões.
Negócios Aeroespaciais:
A resistência do rolamento também é importante na indústria aeroespacial, onde é usada para descobrir quanto peso peças como asas, fuselagens e trens de pouso podem suportar.
Os engenheiros usam cálculos chamados de "força de sustentação" para garantir que o avião possa lidar com as forças e tensões que vêm com o vôo, como turbulência, decolagem e pouso.
Edifícios offshore:
Ao projetar e construir estruturas como plataformas de petróleo, turbinas eólicas e plataformas que estão no mar, a resistência do rolamento é um fator importante.
Esses edifícios devem resistir a condições climáticas adversas, como ventos fortes, ondas e correntes.
A resistência do rolamento é usada para descobrir quanto peso a fundação e as estruturas de suporte podem suportar, bem como quanto peso o equipamento e o maquinário podem suportar no máximo.
O negócio de mineração:
Na indústria de mineração, a resistência do rolamento é muito importante porque é usada para descobrir quanto peso pode ser colocado em estruturas de suporte subterrâneas, como pilares e vigas.
Os engenheiros usam cálculos chamados de "resistência de suporte" para garantir que as estruturas possam suportar o peso da rocha acima, bem como as forças e tensões causadas pelo processo de mineração, como detonação e perfuração.
Conclusão
Ao terminarmos de falar sobre a resistência do rolamento, é importante lembrar que essa ideia é importante não apenas na engenharia, mas na vida em geral.
Assim como um edifício precisa de uma base forte para se manter alto, precisamos de uma base forte para enfrentar os desafios da vida.
Precisamos estar enraizados em nossas crenças, valores e princípios para enfrentar as coisas que tentam nos derrubar.
Edifícios não são a única coisa que precisa ser forte. Nossas vidas também precisam ser fortes.
Precisamos descobrir quanto peso podemos carregar, encontrar a ajuda certa e garantir que tenhamos uma base sólida para nos apoiarmos.
Portanto, antes de sair deste artigo, reserve um minuto para pensar em quão forte você é.
Sobre o que você constrói sua casa? Quanto você pode carregar? E como você pode ter certeza de ter a ajuda necessária para enfrentar os desafios da vida? Lembre-se de que uma vida bem projetada pode durar tanto quanto uma construção bem projetada.
Então saia e construa uma vida que possa sustentar seus sonhos.
Links e referências
ACI 318-14 Requisitos do Código de Construção para Concreto Estrutural e Comentários
Capítulo 3: Cargas de Projeto para Edifícios Residenciais
Requisitos mínimos recomendados para a construção de paredes de alvenaria
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