TEMA 1

ESTRUCTURES

Ricard ValeroDepartament de TecnologiaInstitut Pons d’IcartTarragona

Definició d’estructures

• Una estructura és un conjunt resistent i estable d’elements capaços de suportar forces i transmetre-les als punts de suport. Les forces que actuen sobre una estructura s’anomenen càrregues.

Materials utilitzats al llarg de la història

• Prehistòria: Pedra i fusta.

• Egipte: Pedra, fusta i morter de calç.

• Grècia: Roca calcària, fang i fusta.

• Roma: Pedra, argila, ciment, bronze, metalls i fusta.

• Edat mitjana: Pedra, maons, ciment, fusta i metalls.

• Revolució industrial: Acer, maó, ciment, metalls i fusta.

• Actualment: Tot tipus de materials, sobretot formigó, acer, ceràmics i fusta.

Tipus d’esforços

• Tracció: una estructura o un element estan sotmesos a un esforç de tracció quan hi actuen a sobre forces que tendeixen a augmentar-ne la longitud, es a dir, a estirar-los.

• Compressió: un element o estructura estan sotmesos a un esforç de compressió quan hi actuen a sobre forces que tendeixen a disminuir la longitud, es a dir a comprimir-los.

• Flexió: una estructura o element estan sotmesos a un esforç de flexió quan les forces o les càrregues tendeixen a doblegar-los.

• Cisalla o tall: una estructura o element estan sotmesos a un esforç de cisalla o tall quan les forces que actuen paral·lelament al sentit de la secció, tendeixen a tallar-lo, es a dir, a desplaçar una secció respecte l’altre.

• Torsió: una estructura o element estan sotmesos a un esforç de torsió quan les forces que hi actuen tendeixen a fer girar una secció respecte a l’altre, es a dir, a retorçar-lo.

Elements de les estructures

• Elements verticals: Suporten càrregues gràcies a un esforç de compressió. En els edificis, els principals elements verticals són els pilars i les columnes, que es fan de formigó armat (ciment, sorra, grava i barres d’acer corrugat). Les parets mestres també suporten càrregues i són més gruixudes que els envans.

• Elements horitzontals: Suporten esforços de flexió. Als edificis són les bigues, que recolzen sobre les columnes, pilars o altres bigues (jàsseres). Entre biga i biga van els revoltons, un entramat de ferro (mallasso) i formigó.

• Perfils: Són elements metàl·lics de perfil laminar que s’utilitzen com a pilars, bigues, etc. Poden ser de secció tancada (rodona, quadrada, triangular i rectangular),

o de secció oberta (en forma de V, T, U, L, X i H).

• Tirants o tensors: Són cables tibants o barres que resisteixen esforços de tracció. S’utilitzen en ponts i grues.

• Làmines: Poden estar corbades o angulades i suporten esforços repartint les càrregues pel conjunt del material.

• Arcs: Són elements corbs que transmeten esforços de compressió als punts de suport. En un arc de pedra, les pedres són trapezials i s’estabilitzen entre elles per una sola pedra central, la pedra angular. Si es treu cau l’arc.

TRIANGULACIÓ

La única figura geomètrica que no es deforma és el triangle. Una estructura construïda amb triangles aguantarà molts esforços. La trobem en grues de construcció, torres d’alta tensió, ponts, cobertes, etc. També es poden fer bigues, arcs o cúpules basats en triangles.

ESTABILITATSi la projecció vertical del centre de gravetat està dins de la base, el cos està en equilibri estable, si és fóra, el cos està en equilibri inestable i bolcarà. Com més avall estigui el centre de gravetat, més estable és el cos.

• Estabilitzar per compressió: Es poden estabilitzar els elements verticals de les estructures adjuntant-hi elements laterals que facin un esforç de compressió, com en els contraforts de les esglésies.

• Fonamentació: En els edificis, l’estructura no recolza directament sobre el terra, sinó que s’uneix a bases sòlides i immòbils anomenades fonaments, sovint construïts sobre roques. Es construeixen de formigó armat i segons la forma s’anomenen sabates, lloses, estaques o fonaments perimetrals.

TIPUS D’ESTRUCTURES• Estructures entramades vertical-horitzontal: estan

formades per barres, perfils o elements de fusta, acer o formigó que s’entrecreuen:

• Estructures entramades triangulades: formades per barres de metalls o fusta disposades en triangles.

• Estructures laminars: constituïdes per làmines de metall o plàstic.

• Estructures penjants: estan suspeses per cables o tirants que aguanten esforços de tracció.

• Estructures amb voltes: presenten arcs, voltes i cúpules com a elements de suport. Suporten esforços de compressió.

• Esferes geodèsiques: basades en la triangulació, utilitzant barres de tres mides.

• Estructures pneumàtiques: inflables i lleugeres. L’aire es comprimeix i manté l’estructura.

• Estructures massives: formades per gran acumulació de materials apilats. Són molt pesants.