Estructures, Forces i Esforços: Guia Bàsica

Estructures

Estructures Naturals i Artificials

Les estructures naturals són aquelles que podem trobar en la natura. La nostra, l’esquelet, que ens protegeix les vísceres i els òrgans vitals principals i a més suporta tot el pes del nostre cos i ens manté drets. A la natura també n’hi ha d’altres com la closca d’una tortuga o la conquilla d’una ostra.

Les estructures artificials són aquelles que l’ésser humà ha construït al llarg de la seva història per tal de resoldre les seves necessitats, com ara creuar un riu o construir edificis.

La finalitat dels dos tipus d’estructura és suportar el pes i proporcionar-los estabilitat i consistència.

Tres tipus d’estructures artificials:

• Estructures entramades: constituïdes per elements verticals i horitzontals (les que formen un habitatge).
• Estructures triangulades: fetes amb barres unides entre si formant triangles. Els elements són molt resistents i alhora lleugers (Torre Eiffel).
• Estructures laminars (o de closca): són làmines corbes. Poden ser de qualsevol material. Tots els arcs són làmines.

Forces

La força (habitualment simbolitzada com F) és una acció que provoca una pertorbació en la quantitat de moviment d'un cos.

Un vector és un concepte que s'utilitza per descriure magnituds tals com velocitats, acceleracions o forces, en les quals és important considerar no només el valor sinó també la direcció i el sentit. Es representa per un segment orientat per denotar la seva direcció i sentit.

• Valor: Newtons (N)
• Direcció: Hores, punts cardinals, graus

Acció-Reacció: Sempre que un cos exerceix una força sobre un altre, aquest segon cos exerceix una força igual i de sentit contrari sobre el primer.

Esforços en les Estructures

Els elements de les estructures estan sotmesos a l’acció de forces externes que tendeixen a deformar-los o desplaçar-los. Aquests esforços elementals són:

• Tracció: és l'esforç a què està sotmès un cos per l'aplicació de dues forces que actuen en sentit oposat, i tendeixen a estirar-lo.
• Compressió: és l'esforç a què està sotmès un element de l'estructura quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a aixafar-lo.
• Flexió: és l'esforç a què està sotmès un element de l'estructura quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a corbar-lo.
• Torsió: és l'esforç a què està sotmès un element de l'estructura quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a retorçar-lo.
• Tall (o cisallament): és l'esforç a què està sotmès un element de l'estructura quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a tallar-lo. Hi ha d'haver una mínima separació perquè si estiguessin al mateix nivell s'anul·larien.
• Vinclament: és l'esforç a què està sotmès un element esvelt sota compressió, que tendeix a corbar-lo lateralment.
• Desgast: és el desgast produït pel fregament de materials (pneumàtics, escales).

Elements Resistents d'Estructures Entramades

Presenten elements verticals i horitzontals.

Parets mestres o murs.

Bigues: encarregades de suportar el pes de l'estructura i transmetre'l als murs o pilars en què recolzen.

Jàsseres: bigues molt grans que sostenen altres bigues.

Aquests elements generalment es fabriquen amb formigó armat.

El conjunt d’elements horitzontals forma el forjat.

Les bigues estan sotmeses a esforços de flexió quan estan carregades.

La funció dels pilars és suportar tot el pes de la construcció o de l’estructura.

Els pilars han de ser resistents al vinclament. Transmeten els esforços als fonaments, que són els encarregats de transmetre'ls al terreny.

Elements Resistents d'Estructures Triangulades

• Les barres: poden tenir perfils diferents.
• Els tirants: elements que suporten bigues.
• Els nusos: unions entre les diferents barres, que utilitzen diversos elements segons la forma.

El triangle, quan és sotmès a l’acció de forces externes, no es deforma, i per això constitueix l’estructura més rígida.

Elements Resistents d'Estructures Laminars

Estan formades per làmines. Formen la carcassa d'objectes d'ús habitual (per exemple, un frigorífic).

Aprofiten la propietat que tenen les làmines d'oposar més resistència segons la manera com estiguin col·locades.