1. Helena Pereda Velarde
Les estructures
Una estructura és un conjunt d'elements que s'utilitzen per suportar forces sense trencarse, desplaçar-se ni deformar-se. És a dir, resistents, estables i rígides. La clau per tenir
una estructura resistent i rígida és utilitzar materials adequats i repartir les forces.
Tots els objectes tenen una deformació després de rebre un cop, tot i que, si la deformació
és inapreciable, diem que és una estructura rígida Si al rebre un cop, l'estructura es
deforma de forma apreciable, es diu que és una estructura dúctil.
Quan una estructura no es trenca al ser colpejada, se'n diu que és una estructura
resistent. Si es trenca fàcilment, és una estructura fràgil.
Una estructura estable no s'ha de moure ni desplaçar. Si es mou o es desplaça és una
estructura inestable.
Les primeres estructures que vam construir els humans eren les cabanes. Cobrien les
necessitats bàsiques. A partir de la nostra evolució, s'han anat creant estructures més
complexes com els gratacels o els ponts penjants.
Les primeres estructures que es van fer servir a principis de l'agricultura, fa 10.000 anys,
per guardar aliments, van ser elements extrets de la natura i utensilis elaborats amb fang,
com carabasses buides, per fer recipients. Els envasos actuals són més sofisticats. A de
més d'emmagatzemar aliments, també podem emmagatzemar pintura o gasos. Sigui com
sigui el recipient sempre ha de garantir la protecció del que hi ha dins, d'altres forces o
elements.
Ara que la majoria de la gent viu en ciutats, l'espai per fer edificis és reduït. Per tant, s'ha
de fer estructures altes però que resisteixin.
FUNCIÓ DE PROTECCIÓ
Hi han estructures que tenen la finalitat de protegir cossos fràgils o sensibles d'accions
externes.
FUNCIÓ DE MANTENIMENT DE LA FORMA
Algunes estructures estan creades per donar forma a un cos.
Quan creem un espai per fer una activitat determinada, normalment el cobrim perquè no
afectin les forces meteorològiques.
La funció dels arcs, les voltes i les cúpules és mantenir fort el sostre d'aquest espai més
que si poséssim un sostre pla, ja que la força cauria cap al mig i els arcs, les voltes i les
2. cúpules fan que la força estigui cap als costats.
Algunes activitats humanes són aprofitades de llocs on hi havia algun element de la
natura i dels quals es necessita protecció.
Abans, alguns accidents geogràfics ens impedien el pas. Per superar rius i congostos
s'han construït ponts i per superar muntanyes s'han construït túnels i, ara, mars.
ESFORÇOS
•
•
Cisallament: esforç al qual està
sotmès un material per l'acció de
dues forces oposades.
Compressió: el material es veu
sotmès a una força que l'obliga a
reduir l'espai. Disminueix la seva
longitud i augmenta de la secció abans
de trencar-se.
•
Flexió: el material es veu obligat a
doblegar-se.
•
Torsió: les forces fan que el material es retorci.
•
Tracció: dues forces oposades fan que el
material s'allargui. Augmenta la longitud i
la secció disminueix.
L'estabilitat d'un objecte depèn del seu centre de gravetat.
El centre de gravetat és el punt imaginari on es concentraria tota la massa d'un objecte, a
de més d'on es concentra el pes.
Una estructura serà més estable com més a prop estigui el punt de gravetat del terra i
també, si la major part de la seva massa està prop de la base. Per això els objectes
baixos i amples són més estables. Una estructura serà estable, també, si, al traçar una
línia vertical, donem amb el centre de gravetat i tallem la base.
Hi ha altres formes d'aconseguir estabilitat. A vegades, es fa servir els fonaments que
s'estenen per una superfície més gran que l'amplada de l'estructura. Es solen fer servir en
ponts i edificis que necessiten una base resistent. Els fonaments acostumen a trobar-se
3. sota terra. Al haver de ser resistents, es fan de formigó armat.
Els suports, pilars o columnes s'utilitzen per suportar els esforços de compressió. Poden
ser de materials diversos però no deixen de ser estructures verticals
També s'utilitzen tensors, que eviten que alguns elements de l'estructura se separin, és a
dir, suporten els esforços de tracció. Acostumen a construir-se amb cordes o cables.
Les bigues i les barres són peces horitzontals que suporten pesos al llarg de la seva
longitud. Solen estar recolzades per altres parts de l'estructura. S'encarreguen de suportar
els esforços de flexió.
Els murs són estructures verticals que suporten forces a la seva part superior i les porten
a la base. Solen suportar esforços de compressió però també de flexió.
Els arcs reparteixen càrregues fins als pilars i permeten superar espais prou grans a partir
de peces petites. Tradicionalment s'ha construït amb peces anomenades dovelles.
Aquestes peces estan sotmeses a esforços de compressió. S'han utilitzat per suportar
càrregues d'elements estructurals que porten la seva força als pilars i per connectar
zones separades per un accident geogràfic.
Les voltes porten la força als murs. La seva funció principal és cobrir l'espai entre dos
murs o dues files de pilars.
La cúpula té la finalitat de cobrir i protegir espais amb plantes de formes diverses. S'han
fet servir en molts habitatges simples.
Un perfil és una secció transversal d'una barra. La majoria de les barres no són sòlides,
sinó que tenen una secció determinada.
TIPUS D'ESTRUCTURES
Hi ha tres tipus d'estructures:
-Estructures massives: formades per grans elements formats per materials massissos i
pesats. Són estables, rígides i resistents.
-Estructures laminars o de carcassa: constituïdes per superfícies planes, que amb un
conjunt aconseguim una capsa que protegeix el que hi ha dins del seu interior, que són
fràgils.
-Estructures d'armadures: formades per peces allargades que s'uneixen per fer una
espècie d'esquelet que guanya resistència, rigidesa i estabilitat. N'hi ha tres categories
bàsiques:
• Estructures entramades: formen una espècie de malla horitzontal i vertical.
• Estructures penjades: una part del pes la suporten cables fixats en pilars o murs
molt resistents.
• Estructures triangulars: les estructures triangulars són difícils de deformar i
presenten una bona estabilitat.
Les aplicacions més importants de les estructures són els edificis i els ponts.
4. Edificis
Per construir un edifici s'apliquen coneixements de milers d'anys.
Primer, hem de saber les forces que haurà de resistir. Un edifici ha d'aguantar la força del
vent i els possibles moviments sísmics.
Els edificis han de suportar el seu propi pes. Utilitzen fonaments, bigues i pilars.
Els fonaments reparteixen el pes per tot el terreny.
Els pilars distribueixen l'esforç.
Les bigues suporten el mateix pes siguin on siguin.
Ponts
El desenvolupament dels ponts en la història ha donat lloc tres tipus de ponts:
-Ponts de bigues: es basa en una base feta de bigues fetes de fusta o metall, que va d'un
cantó del riu a un altre. Aquest tipus de pont existeix des de fa 4.000 anys. Si volem
augmentar la seva rigidesa, podem posar estructures entramades. Quan volem
augmentar la longitud d'aquest pont, li fiquem pilars entremig.
-Ponts d'arcs: són una evolució del pont de bigues. Aquesta evolució consisteix en posar
pilars a la base dels arcs. El pes va cap als pilars i l'estructura guanya resistència i
estabilitat.
-Ponts penjants: és el tipus de pont que permet passar grans distàncies en rius profunds.
El pes es recolza a les torres que s'aixequen sobre els pilars situats a la vora del riu. La
transmissió del pes es fa a partir de tensors.
També hi han combinacions dels tres tipus per cobrir totes les complicacions.
