Tipus d'Estructures i Elements Estructurals: Guia Completa

Conceptes Fonamentals de les Estructures

Una estructura és un conjunt d'elements capaços de suportar forces i transmetre-les als punts on se suporta, per tal que sigui resistent i estable. Poden ser naturals (com una teranyina) o artificials (com una casa).

Càrregues i Esforços en Estructures

Les càrregues són les forces que actuen sobre una estructura. Poden ser el propi pes de l'estructura, el pes dels elements que es col·loquen al damunt, etc.

Els esforços són les forces que apareixen en els elements d'una estructura quan està sotmesa a altres forces o càrregues.

Tipus d'Esforços

• Tracció: Quan sobre els elements actuen forces que tendeixen a estirar-los.
• Compressió: Quan sobre els elements actuen forces que tendeixen a disminuir-ne la longitud.
• Flexió: Quan forces o càrregues tendeixen a doblegar els elements.
• Cisallament: Quan les forces que actuen paral·lelament a la seva secció tendeixen a tallar l'element.
• Torsió: Quan hi ha forces que sobre l'element tendeixen a fer girar una secció respecte a l'altra.

Elements Estructurals Comuns

• Tirants: Són cables o barres que suporten esforços de tracció. Serveixen per augmentar la resistència i l'estabilitat d'una estructura. Poden ser d'acer.
• Arcs: Són elements amb forma corba que serveixen per cobrir un buit entre dos pilars. Treballen sotmesos a esforços de compressió.
• Columnes o Pilars: Són barres verticals dissenyades especialment per suportar esforços de compressió.
• Fonaments: Són la base on es recolza l'estructura. Resisteixen grans esforços de compressió i solen estar sota el nivell del sòl.
• Bigues: Són barres horitzontals que suporten esforços de flexió. Les diverses plantes d'un edifici se suporten sobre bigues.

Propietats Clau de les Estructures

Estabilitat Estructural

Les estructures estables són aquelles que, en aplicar-hi una força al damunt, conserven la seva posició. Són inestables les estructures que, en aplicar-hi una petita càrrega, perden l'equilibri.

Centre de Gravetat

El centre de gravetat és un punt imaginari on rauria tota la massa de l'objecte si es pogués comprimir. Quan aquest punt se situa fora de la base de sustentació de l'objecte, aleshores aquest esdevé inestable i es bolca.

Resistència Estructural

Una estructura resistent és aquella que conserva la seva forma en aplicar-hi càrregues.

Principis i Tipus de Disseny Estructural

Principis de Disseny

• Arcs: Els arcs romans es mantenen gràcies al suport d'un maó sobre un altre; no s'utilitza cap adhesiu entre les peces.
• Triangles: L'única figura geomètrica que no es pot deformar en aplicar-hi forces als costats. Ha servit de base per fabricar les estructures triangulars.
• Tirants: Els cables aguanten el pes de la taula i ajuden a aconseguir així un pont llarg sense pilars al centre que s'autososté i és molt elegant.

Perfils Estructurals

Els perfils són barres de diferents seccions utilitzades a l'hora de fabricar estructures.

• Perfils oberts: V, T, U, L, X, H
• Perfils tancats: Cercle, quadrat i triangle

Classificació de les Estructures

• Estructures Massives

  Aquelles en què predomina una gran concentració de material. Es caracteritzen per ser massisses, estables i molt pesades. Utilitzen materials molt resistents a esforços de compressió.

  Exemples: Piràmides, temples grecs, preses dels embassaments, muralles.

• Estructures de Volta

  Hi predominen els arcs, les voltes o les cúpules. Suporten esforços de compressió.

  Exemples: Teatres, circs, aqüeductes romans, esglésies, catedrals.

• Estructures Triangulars

  Es formen amb la unió de molts triangles, construint plans o espacials. Aporten estabilitat i resistència amb el mínim nombre de perfils. Suporten esforços de tracció i compressió, i s'utilitza fusta i acer.

  Exemples: Torres d'alta tensió, grues, plataformes petrolíferes.

• Estructures Pneumàtiques

  Són inflables, lleugeres i desmuntables. Estan sotmeses a esforços de tracció.

• Estructures d'Entramat

  Formades per un conjunt de perfils de fusta, acer o formigó. Els elements estructurals són: bigues, pilars, fonamentació. És el més utilitzat en la construcció d'edificis. Un edifici es cobreix amb maons i vidre després de col·locar-hi els pilars i les bigues. Suposa una disminució de pes respecte de les estructures massives o de volta antigues.

• Estructures Suspeses

  Aquelles que es troben sustentades per cables o perfils subjectes a elements de suport. Hi predominen els tirants (tracció). Tenen una sola via per al pas dels vehicles; aquesta sol ser metàl·lica i uns pilars de formigó amb fonaments molt profunds. Permet construir ponts més llargs amb menys pilars intermedis de subjecció, la qual cosa resulta força interessant per travessar rius amples, badies, etc.

  Exemple: Pont Golden Gate.