ESTRUCTURES 1. Introducció: L’estructura la podem definir com el conjunt d’elements simples disposats de manera que donen rigidesa i permeten suportar sense trencar-se les càrregues o esforços a què es veu sotmès. 2. Tipus d'estructures Una primera classificació de les estructures ens permet distingir entre naturals i artificials, segons si és la naturalesa o l’ésser humà qui les crea. L’exemple més conegut d’estructures naturals el trobem als ossos. Aquests donen consistència, rigidesa i suporten els diferents òrgans i teixits musculars. Pel contrari, les estructures artificials les dissenya i construeix l’ésser humà. Es divideixen en tres grups: - Estructures entramades: estan formades per elements horitzontals (bigues i jàsseres o bigues mestres) i elements verticals (pilars, murs o parets mestres).
- Estructures triangulars: estan formades almenys per barres i nusos units que formen triangles. Molt sovint es reforcen els triangles amb unes barres anomenades tirants Ex. naus, grues, torres elèctriques.
- Estructures laminars: formades per elements als que se'ls ha donat una forma per suportar millor els esforços. Ex. carcassa cotxe, carcassa rentadora ...
3. Els esforços Els elements estructurals es veuen sotmesos a diversos esforços i deformacions com són la resistència de tracció, de compressió, de tall, torsió i de flexió. Analitzem a continuació cadascun d’estos casos. • Tracció: Un cos està sotmès a tracció quan actuen sobre ell dues forces iguals cap a fora i de sentit contrari, tendint a augmentar la seva longitud.
• Compressió: Un cos està sotmès a compressió quan actuen sobre ell dues forces iguals cap a l’interior i de sentit contrari.
• Tall: Quan dues forces oposades són aplicades en la mateixa part de l'objecte, intentant tallar-lo, diem que l’objecte està sotmès a un esforç de cisalla o cisallament. En són exemple les bigues encastades, en el punt en el que encaixen a la paret.
• Flexió: Un cos està sotmès a flexió quan actua sobre ell una força en sentit perpendicular al seu eix, que tendeix a corbar-la.
• Torsió: Un cos està sotmès a torsió quan sobre ell actuen dos parells de forces contràries en sentit oposat, és a dir, que normalment les seves seccions tendeixen a prendre un moviment de rotació unes en sentit contrari de les altres.
4. Elements de les estructures Són els elements resistents que suporten els diferents esforços que poden actuar sobre una estructura. Tipus d’estructures: • • • • •
Fonaments Elements verticals Elements horitzontals Arcs, bòvedes i cúpules Tirants
Fonaments.- Són la base resistent on recolzen les estructures. Als edificis els trobem per sota el nivell de terra, formats per gran quantitat de formigó armat. Elements verticals.- Treballen fonamentalment a compressió, encara que poden rebre esforços laterals de flexió. Són principalment els pilars o columnes, els murs de càrrega, els murs de contenció, les potes i suports. Elements horitzontals.- Suporten esforços de flexió, recolzats en els extrems i suportant la càrrega en tota la seva longitud. Són principalment les bigues, biguetes i travessers de construccions, baldes de mobles, etc.
Arcs, bòvedes i cúpules.- Són elements amb forma de corba que reparteixen les càrregues i els pesos que reben verticalment cap als laterals, permetent obrir espais de pas entre pilars (arcs), entre murs (bòvedes) o cobriments d’edificis (cúpules).
Tirants.- Són cables o barres que suporten esforços de tracció i serveixen per augmentar l’estabilitat i resistència de les estructures.
5. Estructures estables i inestables: Estructures estables: Són aquelles que, quan se’ls aplica una força, conserven la seva posició. Estructures inestables: Són aquelles que, quan se’ls aplica un petit impuls perden l’equilibri. L’estabilitat està relacionada amb el centre de gravetat, què és un punt imaginari on estaria tota la massa de l’objecte si es pogués comprimir. Quan aquest punt se situa fora de la base de l’objecte, aleshores es converteix en inestable i bolca.
Algunes regles generals sobre estabilitat estructural: Quan més baix el centre de gravetat d’una estructura, més difícil és que caigui. Per tant, quan més baix es troba el centre de gravetat, més estable és l’estructura. Quan més ampla sigui la base, més estable. 6. Els ponts Els ponts són bons exemples d’estructura. Els Ponts són utilitzats per comunicar els dos costat d’un riu o els dos costats d'una vall. Els ponts poden estar fets de gran varietat de materials i tenir diferents formes. N’hi de més complexos i de més senzills.
Els primers materials utilitzats en la construcció eren pedres i fusta. Més tard l'ús del formigó i l'acer va permetre poder construir estructures més llargues i més resistents.