1. ESTRUCTURES TIPUS, PROPIETATS I FORCES
Silvia Mejías Tarancón
“La meva ambició ha estat
sempre reduir el suport de
l'edifici al mínim. Com més
reduïm les estructures de
suport, més audaç i important
és l'arquitectura. Això ha estat
el treball de la meva vida”.
Oscar Niemeyer
(Arquitecte 1907-2012)
(Centre cultural d’Avilés)
2. ÍNDEX
1. DEFINICIÓ, FUNCIONS I TIPUS D’ESTRUTURA
2. ELEMENTS RESISTENTS D’UNA ESTRUCTURA
3. FORCES QUE ACTUEN
4. MATERIALS: ORÍGEN I PROPIETATS
5. ESTATS D’AGREGACIÓ DE LA MATÈRIA
6. TIPUS D’ESFORÇOS
7. PROPIETATS BÀSIQUES D’UNA ESTRUCTURA
8. ESTABILITAT
9. RESISTÈNCIA
10. RIGIDESA
Silvia Mejías Tarancón
3. DEFINICIÓ D’ESTRUCTURA
L'estructura d'un objecte és el conjunt d'elements
simples disposats de manera adequada que
permeten suportar les forces externes que actuen
sobre ell i el seu propi pes, mantenint la seva
grandària i forma (sense deformar-se en excés ni
trencar-se).
Pont sobre el riu Seven,
Anglaterra, 1781
Primer pont de ferro forjat
Silvia Mejías Tarancón
4. Piràmides d’Egipte,
2500 aC
Taj Mahal, 1654
Estàtua de la
Llibertat, 1886
Palau de l’Òpera,
1973
Torre Eiffel, 1889
Silvia Mejías Tarancón
5. 1.SUPORTAR PESOS: el pes de la mateixa pròpia
estructura i el dels elements sobre l'estructura. Ex:
els pilars d'un pont, l'estructura d'un edifici ...
2.RESISTIR FORCES EXTERNES Ex: la paret d'una
presa o resclosa suporta la força de l'aigua
continguda ...
3.MANTENIR LA FORMA: capacitat de suportar
pesos i resistir forces sense arribar a deformar-se.
Ex: els tirants d'un pont ...
4.SERVIR DE PROTECCIÓ Ex: el xassís d'un
automòbil protegeix els passatgers, la carcassa
d'un mòbil protegeix els elements electrònics del
seu interior ....
FUNCIONS D’UNA ESTRUCTURA
Silvia Mejías Tarancón
6. S’entén per accions externes el conjunt de forces
que s’exerceixen sobre un cos
NEU TERRATRÈMOL PES DE LA GENT
VENT PLUTJA ALTRES
ACCIONS I/O CÀRREGUES EXTERNES
Silvia Mejías Tarancón
8. ESTRUCTURES ARTIFICIALS
MASSIVES O DE GRAVETAT
• Són estructures en les quals
predomina una gran
concentració de material.
Es construeixen acumulant
material, sense deixar espais
buits.
• Es caracteritzen pel fet de ser
estables i molt pesants.
• Alguns exemples són les
piràmides, les muralles, els
temples les preses...
Silvia Mejías Tarancón
9. ESTRUCTURES ARTIFICIALS
LAMINARS
• Estan formades per làmines i
la seva funció és protegir el
que hi ha a dintre.
• Un exemple són la
carrosseria dels cotxes, les
carcasses dels televisors,
dels mòbils, etc.
Silvia Mejías Tarancón
10. ESTRUCTURES ARTIFICIALS
D’ARMADURA: ENTRAMADES
• Es construeixen amb
elements verticals i
horitzontals; per exemple,
una taula o una escala.
• S'utilitzen per a construir
edificis i habitatges i estan
formades per barres verticals
i horitzontals de formigó o
acer unides entre si.
• Les barres verticals suporten
esforços de compressió i
tall i les barres horitzontals
de flexió i compressió.
Silvia Mejías Tarancón
11. ESTRUCTURES ARTIFICIALS
D’ARMADURA: TRIANGULADES
• Es caracteritzen per la disposició
de barres formant triangles.
• Resulten molt resistents i
lleugeres alhora, ja que
distribueixen millor tot el seu
pes.
• Un exemple serien les grues de
la construcció, ponts (bigues
trianguladas), cobertes de
grans llums (cintres) i
estructures verticals, com a
torres i bastides.
Silvia Mejías Tarancón
12. ESTRUCTURES ARTIFICIALS
D’ARMADURA: PENJADES
• Es basen en ús d'elements
tipus cable o corda,
denominats tirants; que
funcionen únicament a tracció
i serveixen per a sustentar
altres elements i a vegades es
poden regular perquè estiguin
mes estirats o menys..
• S’utilitzen bàsicament en
ponts en què la càrrega la
suporten els cables subjectes
a les torres.
Silvia Mejías Tarancón
14. PROPIETATS FÍSIQUES: estan relacionades
amb l'estructura interna dels materials
• Densitat
• Conductivitat tèrmica i elèctrica
• Mecàniques: duresa, tenacitat, elasticitat, etc.
PROPIETATS QUÍMIQUES: són les que defineixen el
comportament dels materials quan són sotmesos a agents
atmosfèrics o químics
• Oxidació
• Corrossió
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES: estan relacionades
amb el comportament dels materials quan es treballen per a
fabricar objectes
• Mal·leabilitat.
• Ductilitat
• Fusibilitat
• Soldabilitat.
PROPIETATS DE LA MATÈRIA
Silvia Mejías Tarancón
16. CONDUCTIVITAT TÈRMICA
És la major o menor facilitat que té un material
per a deixar passar la calor (tèrmica) a traves d’ell.
PROPIETATS FÍSIQUES
17. CONDUCTIVITAT ELÈCTRICA
És la major o menor facilitat que té un material per a
deixar passar l’electricitat a traves d’ell.
PROPIETATS FÍSIQUES
18. 2. Les propietats mecàniques
dels materials
LES
PROPIETATS
MECÀNIQUES
DELS
MATERIALS
LA DURESA
LA
RESISTÈNCIA
TENACITAT I
FRAGILITAT
LA
PLASTICITAT.
L'ELASTICITAT
Silvia Mejías Tarancón
19. TENACITAT / FRAGILITAT
Els materials en ser colpejats
seran:
• Tenaços: si NO es trenquen
• Fràgils: si es trenquen.
La tenacitat és la resistència que
presenta un material a trencar-se quan
es colpeja.
PROPIETATS FÍSIQUES-MECÀNIQUES
Silvia Mejías Tarancón
20. DURESA
Un material és dur quan presenta molta
resistència a ser ratllat o penetrat.
Un material és Tou
quan presenta poca
resistència a ser ratllat
o penetrat.
PROPIETATS FÍSIQUES-MECÀNIQUES
Silvia Mejías Tarancón
21. ELASTICITAT / PLASTICITAT
Un material és ELASTIC si té la
capacitat de recuperar la forma
per si mateix, després d’haver-lo:
• estirat,
• comprimit o
• retorçut.
La PLASTICITAT és la propietat
mecànica d'un material, de deformar
permanentment i irreversible quan es
troba sotmès a tensions per sobre del
seu rang elàstic, és a dir, per sobre
del seu límit elàstic.
PROPIETATS FÍSIQUES-MECÀNIQUES
Silvia Mejías Tarancón
22. És la capacitat que tenen alguns materials com els
metalls d’estendre’s, en fred, en forma de fils. Exemple:
Cu, Al, Au,..
DUCTILITAT
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES
Silvia Mejías Tarancón
23. MAL·LEABILITAT
És la capacitat que tenen alguns metalls d’estendre’s
en forma de làmines. Per exemple: Al, Au, acer..
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES
24. FUSIBILITAT
És la temperatura a partir de la qual un material
passa de l’estat sòlid al líquid.
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES
Silvia Mejías Tarancón
25. És la facilitat dels materials per poder ser soldats.
Els plàstics i alguns metalls com el coure, el ferro,
etc., són fàcilment soldables.
SOLDABILITAT
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES
Silvia Mejías Tarancón
26. La dilatació tèrmica es defineix com l’augment de
mida que experimenta un material quan se
l’escalfa. Aquesta propietat té incidència
principalment en els metalls.
DILATACIÓ TÈRMICA
PROPIETATS TECNOLÒGIQUES
Silvia Mejías Tarancón
27. L’oxidació es produeix quan un material reacciona amb
l’oxigen atmosfèric i forma compostos químics, òxids
experimentant una reacció d’oxidació i un deteriorament
del material com a conseqüència de l’atac electroquímic
del seu entorn. Principalment la pateixen els metalls.
creant una capa superficial d’òxid.
OXIDACIÓ
PROPIETATS QUÍMIQUES
Silvia Mejías Tarancón
28. La corrosió consisteix en una oxidació ràpida pel
contacte amb l’aigua o un altre agent més agressiu
(àcid). La corrosió és una oxidació en presència
d’aigua i hi ha pèrdua de material.
CORROSIÓ
PROPIETATS QUÍMIQUES
Silvia Mejías Tarancón
29. ELS ESTATS D’AGREGACIÓ DE LA MATÈRIA
A la natura hi trobem la matèria en quatre estats: sòlid, líquid ,
gasós i plasma
• SÒLIDS: tenen forma pròpia i volum fixe que
no canvia si no es trenca.
• LÍQUIDS: tenen un volum fix, però no tenen
forma pròpia, s’adapten a la forma del
recipient. Poden fluir, passar d’un lloc a l’altre.
• GASOS: no tenen forma fixa ni volum fix,
s’adapten a la forma i recipient que els conté.
L’aire contingut en un globus pot canviar de forma si el
globus es comprimeix o es trenca.
• PLASMA: la major part de la matèria a
l'Univers està en forma de plasma (als estels)
Silvia Mejías Tarancón
32. Segons com actuïn les forces, els efectes que provoquen
poden ser molt diferents:
Dinamòmetre
Representacions de les forces
REPRESENTACIONS I MESURES DE LES FORCES
34. Dues forces oposades que tendeixen a
estirar o allargar el cos
ESFORÇOS
Silvia Mejías Tarancón
ESFORÇ DE TRACCIÓ
35. Dues forces que actuen
sobre un cos en la mateixa
direcció que tendeixen a
aixafar-lo o escurçar-lo
La tendència a doblegar-
se s’anomena
vinclament
Silvia Mejías Tarancón
ESFORÇOS
ESFORÇ DE COMPRESSIÓ
36. • Quan un element té una relació
longitud/gruix molt gran, diem que és
ESVELT o que té esveltesa.
• En aquests casos s'ha d'anar molt en
compte a l'hora de sotmetre'ls a
compressió, ja que pot aparèixer el
fenomen de vinclament que és un
fenomen D'INESTABILITAT
ELÀSTICA.
• Vinclament és el procés i el resultat de
pandear. Aquest verb fa la corba o
flexió que es produeix en la meitat
d’una columna o d'un mur a causa
de la compressió i és una noció
freqüent en l'àmbit de la construcció i la
arquitectura.
Silvia Mejías Tarancón
VINCLAMENT
37. La resistència d’un cos a la flexió, a més del material, depèn de
la longitud i de la forma de la secció.
Silvia Mejías Tarancón
ESFORÇOS
ESFORÇ DE FLEXIÓ
38. L’efecte de l’acció de les forces que
fan que un cos giri o es torci.
Silvia Mejías Tarancón
ESFORÇOS
ESFORÇ DE TORSIÓ
39. Si tallem amb unes tisores, el que fem és
concentrar dues forces oposades en una mateix
punt d’aquest element
Silvia Mejías Tarancón
ESFORÇOS
ESFORÇ DE CISSALLAMENT O TALL
47. PROPIETATS BÀSIQUES D’UNA
ESTRUCTURA
TOTA ESTRUCTURA HA DE COMPLIR PER FUNCIONAR BÉ:
ESTABILITAT + RESISTÈNCIA + RIGIDESA
1. ESTABILITAT. Mantenir-se en la seva posició original
sense enfonsar-se o caure en veure sotmesa a esforços
(centre de gravetat).
2. RIGIDESA: Ha de deformar-se sempre dins dels límits
que permeten a l’objecte seguir complint la seva funció i
no es deformi davant els esforços a què es veu sotmesa.
3. RESISTÈNCIA. Ha de suportar els esforços o tensions a
que es sotmesa sense trencar-se.
Silvia Mejías Tarancón
48. ESTABILITAT EN LES ESTRUCTURES
• Diem que una estructura és ESTABLE quan en actuar
sobre aquesta diferents càrregues i forces externes
es manté l’equilibri sense que hi hagi risc de caiguda
o bolcada.
• L’estabilitat en un cos depèn de la posició del seu
centre de gravetat.
Silvia Mejías Tarancón
49. EL CENTRE DE GRAVETAT
Existeix un punt en cada cos en el qual podem dir que es
concentra la força amb la que la terra l'atrau. A aquest
punt l’anomenem CENTRE DE GRAVETAT.
Les estructures, les figures i els objectes són més estables quan:
• El centre de gravetat contra més a prop del terra millor.
• La base ha de ser com més ampla millor.
• El centre de gravetat ha d’estar sobre la perpendicular
fins el terra traçada dins de la base.
Silvia Mejías Tarancón
51. RIGIDESA DE LES ESTRUCTURES :
TRIANGULACIÓ
RIGIDESA: És la capacitat que té una estructura de
suportar millor els esforços en funció de la forma
geomètrica que té la estructura. Els diferents elements
d’una estructura estan sotmesos a diferents tipus
d’esforços però hi ha formes geomètriques que suporten
millor aquests esforços: EL TRIANGLE.
DEFORMACIÓ RIGIDESA CABLES TENSORS I
ESCAIRES
Silvia Mejías Tarancón
52. RIGIDESA EN LES ESTRUCTURES
Elements que donen RIGIDESA a les estructures:
• CABLES TENSORS
• ESCAIRES
• TRIANGULACIÓ
Triangulació
Cables tensors
Silvia Mejías Tarancón
Escaires
53. RIGIDESA DE LES ESTRUCTURES:
TRIANGULACIÓ
Exemple d’estructures amb triangulació:
LA TRIANGULACIÓ DONA RIGIDESA A LES
ESTRUCTURES.
Silvia Mejías Tarancón
55. RESISTÈNCIA DE LES ESTRUCTURES
• Una estructura és RESISTENT quan és capaç de
suportar sense trencar-se ni modificar-se les
càrregues o forces externes a què es veu sotmesa.
• L’ELASTICITAT és la capacitat que presenten els
materials per a deformar-se per l’acció d’una càrrega
externa i recuperar les seves dimensions originals
sense que es produeixin deformacions aparents.
Silvia Mejías Tarancón
56. •La FORMA i les DIMENSIONS d'aquesta estructura
•Els ESFORÇOS a que està sotmesa aquesta estructura
•El TIPUS DE MATERIAL (acer, formigó, fusta, paper ...) i de la
quantitat de material.
LA RESISTÈNCIA DEPÈN
De la mateixa manera, la forma
d'una estructura està íntimament
relacionada amb la rigidesa.
Així com més cantell tingui una
biga major serà la seva rigidesa.
L’ordre, de mes a menys resistent, de les
quatre peces de la figura que poden suportar
mes bé el pes F sense deformar-se o trencar-
se, serà c, d, a, b.
57. ESTRUCTURA SINGULAR
Les Catedrals són edificis
singulars les estructures
de les quals
distribueixen els
esforços i les càrregues
amb formes artístiques i
molt enginyoses, tal com
podeu veure a la
fotografia.
Silvia Mejías Tarancón
58. FORCES QUE ACTUEN
Quan les forces d'acció i de reacció són
iguals es produeix el que anomenem equilibri
estàtic.
Quan les forces d'acció superen a la reacció es
produeixi el equilibri dinàmic, que és el que té lloc en
estructures que es desplacen com a els automòbils,
bicicletes, etc.
Silvia Mejías Tarancón
59. Silvia Mejías Tarancón
FORCES QUE ACTUEN EN UNA ESTRUCTURA:
CONCEPTE D’ACCIÓ I REACCIÓ
• ACCIÓ és el conjunt de forces que
s’exerceixen sobre un cos.
• Les FORCES D'ACCIÓ que exerceix
l’estructura és la suma de:
• la primera força que es produeix
en una estructura el PES PROPI.
• la SOBRECÀRREGA que són les
forces que haurà de suportar a
més del pes propi.
• Les FORCES DE REACCIÓ necessàries
per a que l'estructura es mantingui i
pugui resistir totes les forces d'acció.
60. • TIRANTS o TENSORS són cables que mantenen subjectes
elements penjants o verticals i que suporten bigues, pilars o altres
elements.
Són aquells elements que proporcionen resistència a les
estructures:
Silvia Mejías Tarancón
ELEMENTS RESISTENTS
D’UNA ESTRUCTURA
• PILARS o COLUMNES són
recolzaments verticals per a les
bigues i la resta de l'estructura
• BIGUES són peces horitzontals
que suporten càrregues
recolzades en dos punts.
• ESCAIRES són triangles
rectangles que reforcen les
estructures
61. ELS MATERIALS EN LES ESTRUCTURES
Els materials més adients depenen de l’esforç
que volen que suportin:
1. ESFORÇ DE TRACCIÓ:
Acer o la fusta.
2. ESFORÇ DE COMPRESSIÓ:
Pedra i el formigó i en menor mesura la fusta i l’acer.
3. ESFORÇ DE FLEXIÓ:
Acer o la fusta.
Silvia Mejías Tarancón
62. PONTS
FORMES DE DISMINUIR LA FLETXA
Dismininuir la lum Posar tirants
Augmentar el costat
mitjançant triangulació
Silvia Mejías Tarancón
63. EL PONT : BIGUES D’ACER
SUPORTEN CÀRREGUES.
NORMALMENT
ADOPTEN UNA POSICIÓ
HORITZONTAL.
SUPORTEN ESFORÇOS
DE COMPRESSIÓ I
TRACCIÓ.(FLEXIÓ)
64. EL PONT : BIGUES D’ACER
ESFORÇ DE FLEXIÓ (TRACCIÓ I COMPRESSIÓ) .
EN EL CENTRE DE LA BIGA AMB LA CÀRREGA
LA CURVATURA ÉS MÀXIMA.
65. EL PONT : BIGUES D’ACER
EVITAR LA CURVATURA DE LA BIGA
POSAR COLUMNES
SOLUCIONS :
• SOLUCIÓ MÉS SENZILLA.
• ES FA SERVIR QUAN NO HI
HA IMPEDIMENTS
ESTÈTICS.
66. EL PONT : BIGUES D’ACER
EVITAR LA CURVATURA DE LA BIGA
POSAR TIRANTS
SOLUCIÓ QUAN NO ES
PODEN POSAR LES
COLUMNES.
67. EL PONT : BIGUES D’ACER
EVITAR LA CURVATURA DE LA BIGA
SOLUCIÓ :
COL·LOCAR UNA ESTRUCTURA AMB UNA ALÇADA H