Estructures: força, estructura i materials

FORÇA: tot allò capaç de deformar un objecte (efecte estàtic) o bé de modificar el seu estat (efecte dinàmic)

ESTRUCTURA: estructura és un conjunt d’elements senzills disposats de tal manera que permetin suportar, sense trencar-se, altres parts del sistema o mecanisme.

OBJECTIU: Les estructures tenen la missió de suportar l’acció d’aquestes forces i de mantenir la seva forma

+ ESTRUCTURES NATURALS:
Aquelles existents a la natura (esquelet, tronc d'arbres)

+ ESTRUCTURES ARTIFICIALS:
Són aquelles que construeix l’esser humà (edificis, les piràmides, el xassís d’un automòbil)

CONDICIONS QUE HAN DE COMPLIR LES ESTRUCTURES

(han de complir quatre condicions bàsiques)

1. Han de ser rígides. No s’han de deformar.
2. Han de ser estables. No han de bolcar.
3. Han de ser resistents. Ha de ser capaç de suportar els esforços a que està sotmesa.
4. Ha de ser el més lleugera possible. S’estalvia material i també ha de suportar menys pes.

ESFORÇOS

+ TRACCIÓ.
Dues formes que tendeixen en allargar la longitud de l’objecte (elasticitat) (direcció contraria)

+ COMPRESSIÓ.
Dues forçes que tendeixen a xafar o reduir la longitud de l’objecte (mateixa direcció)

+ FLEXIÓ.
Força que tendeix a corbar l’objecte. Actuen al mateix temps compressió i de tracció.

+ TORSIÓ.
Força que tendeix a retorçar l’objecte

+ CISALLADURA.
Dues forcçes direcció contraria tendeixen a fer relliscar/tallar una part del cos sobre l’altra.

TIPUS D’ESTRUCTURES

ESTRUCTURES D'ARMADURA.
(Formades per barres resistents unides entre elles.)

+ ESTRUCTURES TRIANGULADES
Normalment metàl·liques. Formant triangles. Es caracteritzen per ser molt resistents i a la vegada molt lleugeres. (Torres elèctriques, antenes, grues, ponts metàl·lics)

+ ESTRUCTURES D’ENTRAMAT.
Formades per una malla de peces verticals i horitzontals. Normalment de formigó armat. (construcció d'edificis, ponts)

+ ESTRUCTURES PENJANTS.
Suporten el pes de la construcció mitjançant cables o barres. (Els ponts penjants.)

ESTRUCTURES LAMINARS o DE CARCASSA

Làmines o plafons que envolten l'objecte (carrosseries de cotxe, carcassa d'una rentadora)

DISSENY D'ESTRUCTURES

Hem de tenir en compte tres qüestions bàsiques:

1. El material, les propietats mecàniques d’un material, i en especial la resistència.
2. La forma de les peces i la seva disposició d’acord amb l’esforç que hagin de suportar.
3. L’estabilitat i els sistemes d’unió.

(Els materials més comuns són: acer, alumini, fusta, plàstic, formigó..)

ELS MATERIALS

Amb la Revolució Industrial del segle XIX es comença a substituir la pedra i la fusta per l’acer.

La majoria d’estructures es construeixen amb perfils d’acer i formigó armat, que és una barreja de morter fet amb ciment, sorra, grava, aigua i varetes d’acer.

LA FORMA

La forma va en funció del tipus d’estructura que hem de construir i de les forces que ha de suportar.

El triangle proporciona rigidesa i resistència. (Ja que és l’únic polígon que no es deforma quan actua sobre ell una força)

LES UNIONS

+ RÍGIDES
No permeten el moviment entre els elements

+ ARTICULADES.
Si permeten el moviment entre els diferents elements que estan connectats al mateix nus.

En el cas que els elements estructurals siguin metàl·lics:

+ SOLDADURA
Consisteix en escalfar les dues peces que s’han d’unir i afegir un material de farciment entre elles. Quan el nus es refreda, queda una unió forta.

+ CARGOLS
La unió mitjançant cargols no és permanent sinó desmuntable. Les dues peces s’uneixen amb un cargol i una femella

+ REBLONS
És una unió permanent. El rebló està format per una tija i un cap. S’insereix la tija per un forat fet en les peces a unir i la cua (extrem oposat al cap).

ELEMENTS ESTRUCTURALS

+ COLUMNES O PILARS (compressió)
Es tracta d'un element disposat en posició vertical, el qual ha de suportar el pes dels elements que reposen

+ FONAMENTS
És l'element sobre el qual reposa tota l'estructura, dona estabilitat.

+ TIRANTS
element sotmès a tracció. La seva funció és subjectar elements de les estructures, evitant que se separin.

+ BIGUES (flexió)
Es tracta d'un element disposat en posició horitzontal.

+ PERFILS
El perfil és com s'anomena la secció d'una biga. N'existeixen de molts tipus diferents.

L’ARC.

És l’element més simple i a l’hora més utilitzat des de fa més de 2000 anys gràcies als romans.