¿Cuál es la fórmula (si hay una) para saber cuánto peso puede contener el hielo por pulgadas de espesor por pulgada cuadrada de superficie?

Answer 1

Existen varias fórmulas, pero la más simple y más utilizada es la Fórmula Gold , tal como se utiliza en [1]:

[matemáticas] P = A * h ^ 2 [/ matemáticas] donde:

[matemática] P [/ matemática]: la carga permitida (kg)
[matemática] h [/ matemática]: el espesor efectivo de la capa de hielo (cm)
[matemática] A [/ matemática]: un parámetro que depende de la resistencia del hielo e incluye un factor de seguridad (entre 3.5 ~ 7)

En lo que respecta a la capacidad de carga, hay 2 tipos de hielo:
(a) Hielo azul ( hielo transparente): formado por la congelación del agua. Todos los cálculos se basan en la resistencia de una capa de hielo que consiste en hielo azul.
(b) Hielo blanco ( hielo de nieve): se forma cuando la nieve saturada de agua se congela sobre el hielo, formando un hielo blanco opaco que no es tan fuerte como el hielo transparente. Su grosor cuenta como la mitad .
También:

El espesor efectivo del hielo (h) se define como el hielo blanco y azul de buena calidad y bien adherido que se mide en una capa de hielo. No se debe incluir hielo de baja calidad o mal unido en la medición del espesor del hielo. Los siguientes son ejemplos de hielo que deberían excluirse de las mediciones si se encuentran:

• Capa de hielo con lente de agua (> 5 mm de diámetro) con un volumen acumulativo superior al 10% del volumen total.

• Capa de hielo con hielo visible de Brasil (granizado) incompletamente congelado.

• Capa de hielo que está mal unida a la capa contigua.

• Capa de hielo que tiene una resistencia inferior al 50% del hielo azul de buena calidad (hay varios métodos especializados disponibles para determinar la resistencia del hielo).

• Hielo que tiene grietas húmedas.

La presión de contacto no es crítica porque [3]:

La flexión del hielo bajo la carga hace que se imponga un esfuerzo de flexión en la sección transversal del hielo. Si el esfuerzo de flexión máximo no excede la resistencia del hielo, la carga será soportada. El hielo es un material débil en tensión y relativamente fuerte en compresión. Por lo tanto, el esfuerzo crítico es el esfuerzo de tracción máximo en el fondo del hielo directamente debajo de la carga.

La tensión de flexión máxima, según Westergaard [3]:

[matemáticas] \ sigma_ {max} = 0.275 * (1+ \ mu) * \ frac {P} {h ^ 2} * log10 (\ frac {E * h ^ 3} {k * b ^ 4}) [/ matemáticas]

dónde:
[math] \ sigma_ {max} [/ math]: tensión fl exural máxima en la capa de hielo
μ: relación de Poisson (= 0.33 para hielo)
P: magnitud de carga
E: módulo elástico (= 5 * 10 ^ 6 kPa para hielo)
h: espesor de hielo
k: reacción de subrasante (= 9.81 kN / m ^ 3 para agua)

[matemáticas] b = \ sqrt {1.6c ^ 2 + h ^ 2-0.675h} [/ matemáticas], para [matemáticas] c \ leq {1.724h} [/ matemáticas]
[matemáticas] b = c [/ matemáticas], para [matemáticas] c \ geq {1.724h} [/ matemáticas]

c: radio del área cargada.

Un valor de [matemática] 3.5h ^ 2 [/ matemática] a [matemática] 5h ^ 2 [/ matemática] corresponde a una capa de hielo simplemente cargada que opera un nivel de tensión fl exural de 500 kPa a 550 kPa.

Referencias

1. Gobierno de Alberta, Mejores prácticas para construir y trabajar de manera segura en cubiertas de hielo en Alberta , 2009, p. 24-29 http://employment.alberta.ca/doc…
2. Secretaría de la Junta del Tesoro de Canadá, Guía de seguridad para operaciones sobre hielo , 1993. http://www.tbs-sct.gc.ca/pubs_po…
3. DM Masterson, Estado del arte de la capacidad de carga de hielo y la construcción de hielo , Cold Regions Science and Technology, Volumen 58, Número 3, septiembre de 2009, páginas 99-112
4. Publicación de blog que contiene más referencias: http://blogs.science.gc.ca/blog/…

Answer 2

Crecí en el Ártico, y viajamos en hielo durante 8 meses al año. Cuando el hielo se estaba rompiendo o congelando, no teníamos forma de llegar al pueblo más cercano. La condición del hielo era, por lo tanto, una gran preocupación.

Dos puntos adicionales además de la información anterior.

Primero, es importante recordar que además de ser una superficie estructural, el hielo también flota. Entonces, el desplazamiento hacia abajo de algo en el hielo tiene una flotación igual del agua. El hielo puede incluso estar ligeramente deprimido donde se concentra el peso. En ese sentido, el hielo se parece más a una lámina gigante de espuma flotante que a una superficie rígida. También es la razón por la que puede conducir un automóvil con 6 “de hielo en un lago, pero no podría hacer lo mismo si esos mismos 6” de hielo atraviesan una grieta.

En segundo lugar, existe una gran diferencia entre el hielo marino y el hielo de agua dulce. El hielo marino es mucho, mucho más flexible que el hielo de agua dulce. Esto es particularmente notable cuando el hielo está muy fresco (digamos 12 “más o menos). Si viaja en moto de nieve y tira de una carga pesada detrás de usted, puede ver las olas que deja atrás, como cuando está en un barco, es bastante increíble.