Conceptes Bàsics d'Estructures: Definició, Tipus i Esforços

Definició d'Estructura

Una estructura és un conjunt d'elements que han de suportar forces sense trencar-se, deformar-se ni moure's o desplaçar-se.

Exemples d'Estructures

Estructures Naturals

• Arbre
• Closca d'un cargol

Estructures Artificials

• Ponts
• Edificis

Característiques Essencials de les Estructures

Les estructures han de complir certes condicions per ser funcionals i segures. És important considerar l'entorn, evitant llocs amb molt de vent o terratrèmols.

• Resistents: Que no es trenquin. (A diferència de les no resistents, que es desmunten o es trenquen fàcilment).
• Rígides: Que no es deformin. (A diferència de les no rígides, que es deformen).
• Estables: Que no es moguin ni caiguin. (A diferència de les inestables, que es caurien).

Elements Resistents

Són els elements encarregats de proporcionar la resistència suficient per suportar el pes al qual està sotmesa l'estructura. Els més importants són:

• Pilars
• Bigues
• Tirants
• Arcs
• Tubs

Funcions de les Estructures

• Emmagatzemar o guardar el que hi ha a l'interior, proporcionant protecció.
• Assolir altura.
• Protecció i donar forma (per exemple, l'esquelet manté la forma del nostre cos).
• Salvar desnivells o superar accidents geogràfics.

Esforços que Suporten les Estructures

Les estructures han de poder suportar el seu propi pes més el dels objectes que contenen. Els principals tipus d'esforços són:

• Tracció: Dues forces que actuen en la mateixa direcció però en sentits oposats, amb tendència a allargar la peça.
• Compressió: Similar a la tracció, però l'efecte sobre la peça és diferent, tendint a escurçar-la.
• Cisallament: Dues forces oposades que tendeixen a tallar o trencar la peça.
• Torsió: Una força en sentit horari i una altra en sentit antihorari, que fan que la peça es retorci.
• Flexió: La peça es doblega per la meitat sense trencar-se.
• Pandeig: Efecte de la deformació dels materials a causa de la flexió, com es pot observar en ponts.

Centre de Gravetat

És un punt imaginari on es situaria tota la massa d'un objecte si es pogués comprimir. És el punt en el qual es concentra la força amb què la Terra atrau l'objecte, és a dir, el pes.

Importància per a l'Estabilitat

• Estructures baixes són més estables.
• Estructures altes i primes són menys estables.

Fonaments

El formigó armat és molt resistent i s'utilitza habitualment per als fonaments de les estructures.

Estabilitat: Tensors i Tirants

Els tensors o tirants s'acostumen a construir amb cables o cordes de materials diversos per millorar l'estabilitat.

Elements Estructurals Específics

Perfils de Bigues

Alguns perfils comuns de bigues inclouen:

• Perfil triangular
• Perfil obert (L)
• Perfil obert (T)

Encavallada

És una estructura formada per un conjunt de perfils agrupats geomètricament, formant una xarxa de triangles. Exemples:

• Sostres de les cases
• Sostres d'edificis
• Grues

Arcs

Elements que suporten el sostre. Les dovelles són les peces que els formen, encaixades sense ciment.

Voltes

Cobertura de l'espai entre dos murs o entre dues files de pilars.

Cúpula

Estructura utilitzada per cobrir i protegir un espai amb una planta de forma diversa.

Tipus de Perfils Estructurals

Alguns perfils habituals utilitzats en estructures són:

• I
• T
• A
• O
• U
• L

Tipus d'Estructures

• Massives: Formades per grans elements massissos, força pesats, estables, rígids i resistents.
• Laminars o de Carcassa: Compostes per superfícies planes, dissenyades per protegir un element fràgil.
• Armadures: Formades per peces allargades, unides entre si per formar l'estructura, resultant resistents, rígides i estables. Es divideixen en tres categories principals:
  • Estructures Entramades: Formades per una malla horitzontal i vertical, unides entre si.
  • Estructures Penjades: El pes de l'estructura és suportat per cables.
  • Estructures Triangulars: Basades en la rigidesa del triangle.