UNITAT DIDÀCTICA 1

ESTRUCTURES I ESFORÇOS MECÀNICS

Estructures i esforços mecànics

ESTRUCTURES

DEFINICIÓ:

Una estructura és un conjunt d’elements units entre ells de tal forma que són capaços de suportar càrregues sense deformar-se massa ni trencar-se

Funcions de les estructuresLes funcions principals són tres:•Suportar l’acció de forces exteriors i interiors.•Aguantar el propi pes i el de les càrregues que li carreguem sense deformar-se excessivament.•Mantenir l’estabilitat.

Ha de ser: RESISTENT, RÍGIDA, ESTABLE

Però també•Salvar distàncies (p.e. ponts, grues ...)•Protegir objectes (caixes d’embalatges ...)•Donar rigidesa a determinats elements (p.e. Porta blindada, armadura del formigó ...)

Suportar càrregues Protegir objectes

Salvar distànciesDonar rigidesa

Classificacions de les estructures

• Estructures animals: esquelet, ...• Estructures vegetals: arbres ...• Estructures minerals: coves ...

Segons l’origen:

Estructures naturals: aquelles que podem trobar a la natura, no creades per l’home

Estructures artificials: aquelles creades per l’home amb una sèrie d’elements estructurals i que formen part de qualsevol objecte tecnològic

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• A - FONAMENTS: La part que està sota terra i serveix de base.

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• B - ELEMENTS VERTICALS: Columnes, pilars, murs ... – Solen suportar forces de compressió. – De vegades també esforços laterals de flexió.

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• C - ELEMENTS HORITZONTALS: Bigues, travessers, jàsseres, llindes ...– Solen ser més llargues que amples.– Estan sotmeses a flexió i a cisallament

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• D – TIRANTS: Són cables o barres sotmesos a tracció que serveixen per augmentar l’estabilitat i resistència de les estructures.

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• E – ARCS, VOLTES I CÚPULES: Són elements arquitectònics que mitjançant l’ús de formes corbes cobreixen espais i recintes i salven distàncies.

ELEMENTS ESTRUCTURALS

• PERFILS: Les grans estructures metàl·liques actuals es construeixen bàsicament amb perfils estructurals d’acer laminat amb calent. Les més petites amb tubs estructurals.

TIPUS D’ESTRUCTURES ARTIFICIALS

A - D’armadura o reticulades: formades per elements resistents units o engalzats entre si, constituint l’esquelet de diversos tipus d’objectes o construccions. Segons la disposició dels elements es poden classificar en:– Estructures tramades– Estructures triangulades: – Estructures penjades:

D’ARMADURA O RETICULADES

A1 - Estructures tramades: formades per barres verticals (columnes o pilars) i barres horitzontals (bigues) unides de forma rígida. Exemple: estructures de formigó armat

D’ARMADURA O RETICULADES

A2 - Estructures triangulades: Construccions metàl·liques formant triangles, que és la forma geomètrica més simple encara que rígida, amb resistència i lleugeresa. Exemple: Grues, torres d’alta tensió

D’ARMADURA O RETICULADES

A3 - Estructures penjades: El pes de la construcció és suportat per cables o barres (tirants) unides a les peces de suport. Exemple: els ponts penjants, envelats, ...

PONT PENJANT D’AMPOSTA

GOLDEN GATE

TIPUS D’ESTRUCTURES ARTIFICIALS

B - Laminars o carcassa: formades per làmines o plafons units entre si que solen envoltar l’objecte (carrosseria d’un vehicle, bolígraf, ...)

TIPUS D’ESTRUCTURES ARTIFICIALS

C - Massives: formades per acumulació de material sense a penes forats (piràmides, dics ...)

NAVETA DES TUDONS PIRÀMIDES EGIPCIES

TIPUS D’ESTRUCTURES ARTIFICIALS

VOLTES PNEUMÀTIQUESGEODÈSIQUES

D - Altres tipus d’estructures:Voltes:permetent estructures més lleugeres i resistents: (esglésies, catedral )Pneumàtiques: La pressió d’aire a l’interior de l’estructura aguanta la càrregaGeodèsiques: formada per la repetició de polígons simples, com el triangle, de gran resistència i lleugeresa.

MASSIVAD’ARC O DE VOLTA

RETICULADA O D’ARMADURA

LAMINAR O DE CARCASSA

PENJANT TRIANGULARTRAMADA

LAMINAR O CARCASSA

ESTRUCTURES

D'ARMADURA

Actualment, bàsicament distingim dos tipus d’estructures:

Disseny d’una estructura:materials i forma

Diferents materials d’una estructura

Diferents maneres de subjectar una cistella de bàsquet

CONSIDERACIONS RESPECTE EL MATERIAL

• Resistir els esforços (pesos i càrregues)

• Evitar deformacions

• Resistència als agents ambientals

• Lleugeresa

• Cost

• Disponibilitat del material

• Manteniment de l’estructura

CONSIDERACIONS RESPECTE LA FORMA

• Forma adequada a la funció

• Estable (que no bolqui)

Estructures metàl·liques

Unions rígides o unió articulada

Palau Sant Jordi

Pont de les Peixateries Velles Estació de Port-BouTriangulació

Elements que intervenen en una estructura metàl·lica

Perfils estructurals laminats més usuals Bigues i pilars

Tornapuntes Tirants i tensors

Representacions i mesures de les forces

Segons com actuïn les forces, els efectes que provoquen poden ser molt diferents

Dinamòmetre (Per mesurar forces)

Representacions de les forces

La resistència, tenacitat i fragilitat

Aquí el vidre ès molt resistent a alguns esforços

La resistència a deformar-se i a trencar-se

El vidre és fràgil. El martell és tenaç

L’elasticitat, la plasticitat i la duresa

La duresa del diamant

Materials elàstics El paper d’alumini és un material mal·leable i el coure és molt dúctil