TEMA 5 ESTRUCTURES ÍNDEX

TEMA 5 ESTRUCTURES Les estructures estan presents en tot el que ens envolta encara que no ens adonem. Les vam trobar tant en els éssers vius com en els objectes (closca d'un caragol, tronc d'un arbre, màquines, mobles, edificis, etc.). Però Què és una estructura? De forma senzilla, es pot entendre l'estructura d'un objecte com l'esquelet o armadura que suporta el propi pes de l'objecte, ho protegeix enfront d'altres forces externes, i a més mantenen units entre si tots els seus elements. L'edifici de L Hemisféric en la Ciutat de les Arts i les Ciències de València presenta una avantguardista estructura. ÍNDEX 1. Les estructures que ens envolten. Definició i funció de les estructures. 2. Tipus d estructures. 3. Càrregues i esforços en les estructures. 4. Elements resistents de les estructures. 5. Estructures bé fetes: Rigidesa i estabilitat. 5.1. Estructures rígides. 5.2. Estructures estables. Pàg. 1

TEMA 5 ESTRUCTURES 1. LES ESTRUCTURES QUE ENS ENVOLTEN. DEFINICIÓ I FUNCIÓ DE LES ESTRUCTURES. La majoria d'objectes al nostre al voltant disposen d'estructura: edificis, ponts, cadires, prestatgeries, automòbils, pupitres, etc. L'ESTRUCTURA d'un objecte es defineix com el conjunt d'elements units entre si que li permeten mantenir la seua forma i grandària sense deformar-se, quan sobre l'objecte actuen una sèrie de forces externes. Per tant, Quin és la funció de les estructures? A) Suportar pesos (el pes dels elements sobre l'estructura, i el pes mateix de l'objecte i de la pròpia estructura). B) Resistir forces externes (la paret d'una presa suporta la força de l'aigua continguda en l'embassament, així com la teulada suporta el pes de la neu caiguda). C) Mantenir la forma: les estructures deuen ser capaces de suportar pesos i resistir forces sense arribar a deformar-se. D) Servir de protecció (la carcassa d'un monitor o d'un ordinador protegeix els elements que vam trobar dintre, així com el xassís de l'automòbil protegeix als passatgers). Pàg. 2

ESTRUCTURES TEMA 5 2. TIPUS D ESTRUCTURES Segos els elements amb el quals estan construïdes, les estructures es poden classificar en 3 grans grups: 1. Estructures massives. 2. Estructuras laminars (de carcassa). 3. Estructuras d armadura. 1) Estructures massives. Són estructures molt pesades i massisses, construïdes amb elements molt gruixuts, amples i resistents. Exemples: grans preses, antigues esglésies o ponts de pedra i grans pilars o arcs, piràmides, aqüeductes, etc. 2) Estructures laminars o de carcassa. Estan constituïdes por làmines o panells resistents i prims formant carcasses, que emboliquen i protegeixen les peces internes de l objecte.. La resistència d aquestes carcasses s aconsegueix donant-los a les làmines una determinada forma. Exemples: xassís del cotxe, carcassa de l ordinador, etc. 3) Estructures d armadura. Estan formades per peces com barres, tubs, pilars, bigues, o cables units entre si per a formar una espècie d esquelet o armadura. Segon la disposició dels seus elements poden ser: Triangulades: Es construïxen mitjançant unió de barres que van formant triangles. Exemples: torres de l estesa elèctrica, grues, suports d antenes, ponts de ferro, etc. Entramades: Tenen elements verticals i horizontals que s uneixen entre si, formant una espècie de malla. Els elements horizontals es recolzen en els verticals. Exemples: estructura d un edifici, tanques de jardí, travessers d una cadira, marcs de finestres, bastides, etc. Penjades: El pes és suportat per cables que estan units a altres elements més robusts como murs o torres resistents. Exemples: ponts penjants. Pàg. 3

TEMA 5 ESTRUCTURES Activitats: Les estructures que ens envolten : 1) Indica si són correctes les següents afirmacions i explica la teua resposta. a) Les estructures snomés serveixen per a suportar pesos. b) Només els edificis i els ponts tenen estructura resistent a causa de la seua grandària. c) Les carcasses dels electrodomèstics serveixen per a ocultar les seues peces internes. 2) Relaciona cada element amb el tipus d estructura emprat: Frigorífic De carcassa Muralla Antena col.lectiva Massiva Edifici Carpa d un circ D armadura 3) Per a cada objecte, indica el tipus d estructura que ho conforma la seua funció en l objecte. a) La carrosseria d un cotxe b) Temple grec c) Suport d antena d) Pont romà e) Pont penjant f) Gratacel g) Presa h) Aqüeducte romà i) Coberta de la tele j) Cadira. 4) Indica si les següents estructures són: massives, de carcassa, triangulades, entramades o penjants: Pàg. 4

ESTRUCTURES TEMA 5 5) En les imatges tens exemples d estructures famoses. Esbrina el seu nom i indica el seu tipus: 6) Busca al menys 5 exemples d estructures senzilles en la teua localitat, el teu barri, la teua casa. Nomena-les i indica el tipus al que pertanyen. 3. CÀRREGUES I ESFORÇOS EN LES ESTRUCTURES. A) CÀRREGUES: Com hem comentat anteriorment, les estructures es veuen sotmeses a forces externes, tals com pesos d objectes sobre elles, el propi pes de l estructura, la força de l aigua o del vent, etc. Per exemple, l estructura d un edifici suporta el pes dels mobles, el pes de bigues i maons, el pes de les persones que viuen en l edifici, la força del vent, el pes de la neu, etc. A aquestes forces sobre les estructures se ls denominen CÀRREGUES. Pàg. 5

TEMA 5 ESTRUCTURES B) ESFORÇOS: Les càrregues que suporten les estructures generen forces internes en la pròpia estructura (tensions), que tendeixen a deformar-les i/o trencar-les. Aquestes forces deformants produïdes per les càrregues s anomenen ESFORÇOS. Per exemple, imagina t que el teu company t estira d un dit de la mà. La teua mà seria l estructura, mentre que la força externa que fa el teu company per a estirar de tu seria la càrrega. L esforç seria la tensió que notes en el dit que et causa certa molèstia. Si el teu company fes molta força, l esforç que sofriries podria arribar a doblegar-te o trencar-te el dit. TIPUS D ESFORÇOS. Depenent de la càrrega aplicada a l estructura, aquesta pot sofrir 5 tipus d esforços distints: 1) Esforç de tracció. 2) Esforç de compressió. 3) Esforç de flexió. 4) Esforç de torsió. 5) Esforç de tall o cisalladura. 1) Tracció. Una estructura està sotmesa a un esforç de tracción quan s apliquen dues forces o càrregues de sentit oposat, que tendeixen a deformar l estructura per allargament. Pàg. 6

ESTRUCTURES TEMA 5 2) Compressió. Una estructura està sotmesa a un esforç de compressió quan sofreix dues forces o càrregues de sentit oposat que tendeixen a deformar l estructura per aixafada. 3) Flexió. Una estructura està sotmesa a un esforç de flexió quan rep forces o càrregues que tendeixen a doblegar l estructura. Pàg. 7

TEMA 5 ESTRUCTURES 4) Torsió. Una estructura està sotmesa a un esforç de torsió quan rep dues forces o càrregues oposades que tendeixen a retorçar l estructura. 5) Tall o cisalladura. Una estructura està sotmesa a un esforç tallant o de cisalladura quan rep dues forces o càrregues oposades que tendeixen a trencar o tallar l estructura. Pàg. 8

ESTRUCTURES TEMA 5 Activitats: Càrregues i esforços : 7) Observa les següents fotografies i indica les càrregues (forces externes) que suporten cadascuna. 8) Relaciona els següents efectes amb el seu respectiu esforç: Flexió estirament Torsió aixafada Cisalladura doblegat de la peça Compressió retorçament Tracció tall 9) Relaciona mitjançant fletxes cadascun dels objectes amb l esforç que suporta: Tracció Potes de la taula Compressió Tauler de la taula Flexió Cadena amb colgant. Torsió Guillotina. Tall o cisalladura Traure punta al llapis. Pàg. 9

TEMA 5 ESTRUCTURES 10) Observa els dibuixos següents i identifica el tipus d esforç que s està realitzant: 11) Completa la següent taula: 12) Com identificar els esforços en una estructura. Per a identificar els esforços que hi ha en les diferents parts d una estructura primer hem de veure las càrregues que hi ha aplicades. Després observar l esfecte que tenen aquestes càrregues sobre cadascuna de les parts de l estructura. Per a conèixer l efecte de les càrregues sobre les parts d una estructura, pots imaginar que, en comptes d estar fetes de materials resistents, són d un material tou (plastilina, goma). Després pensa què passaria amb cadascuna (si s aixafa, s estira, es doblega, es retorça o es talla). Practica l explicat amb les següents estructures: Pàg. 10

ESTRUCTURES TEMA 5 13) En un gronxador, identifica els esforços a que estan sotmesos els elements de la seua estructura. 14) Indica quin tipus d esforç suporta (compressió, torsió, flexió, tall, tracció). Pàg. 11

TEMA 5 ESTRUCTURES 15) En cadascun dels elements asenyalats, identifica el tipus d esforç experimentat: 4. ELEMENTS RESISTENTS DE LES ESTRUCTURES. Com s ha vist en la seua definició, les estructures estan formades por diverses peces o elements. Tots els elements resistents ajuden i treballen junts suportant les càrregues i esforços associats perquè l estructura no es deforme, es trenque o caiga. Per exemple, observa com treballen els diferents elements de l estructura d una barra fixa quan una gimnasta es balanceja sobre ella: Pàg. 12

ESTRUCTURES TEMA 5 Vegem a continuació una llista dels elementes resistents més habituals en estructures: Bigues i biguetes: Les bigues són elements resistents horizontals. Donen suport directamente els seus extrems sobre els pilars pera crear el sòl de la planta d un edifici, pel que experimentaran esforços de. Les càrregues que suporten són els pesos de persones i mobles que haurà en l edifici, pel que hi ha una tendència a doblegar-se sota dit pes experimentant esforços de. Pilars i columnes: Són elements de suport allargats i verticals. Suporten el pes d altres parts de l estructura que estan per damunt d ells. Per tant, els pilars i columnas estan sotmesos a esforços de. Fonamentacions i sabates: Són grans blocs de formigó enterrats sota el sòl, i la seua missió és suportar tot el pes de l estructura que tenen damunt. Estan sotmesos per tant a un esforç de. Tirants: Són barres o cables d acer que serveixen per a reforçar, donar equilibri a l estructura, o pera subjectar dues parts de l estructura entre si. (veure imatge de l antena). Estan sotmesos a esforços de. Riostres o cintres: Són barres d acer que reforcen les estructures mitjançant triangulació en l armadura de l estructura (Observar la imatge de la grua). Poden estar sotmeses a esforços de o. Pàg. 13

TEMA 5 ESTRUCTURES Activitats: Elements resistents : 16) Nomena cadascun dels elements de l estructura: 17) Indica a quins esforços estan sotmesos els següents elements resistents: a) Les sabates d un edifici: b) Les bigues d una estructura: c) Els cables que subjecten l antena de TV: d) Els pilars d un pont romà: 18) En el següent pont penjant, indica mitjançant fletxes els diferents elements resistents que formen la seua estructura, així com els esforços que deuran suportar cadascun d ells: 19) Vertader o Fals. Si la frase és falsa, torna-la a escriure per a aconseguir que siga una afirmació vertadera: a) Les bigues es col.loquen verticalmente en una estructura, mentre que les columnas horizontalment. b) Les bigues són cables que s utilitzen per a reforçar les estructures. c) Les bigues es situen sobre els fonaments. d) Els pilars es situen sobre les bigues. e) El tauler d un pont penjant es subjecta a l estructura mitjançant esquadres. f) Els pilars exerceixen esforços tallants sobre les bigues. Pàg. 14

TEMA ESTRUCTURES X MÁQUINAS Y MECANISMOS TEMA 5 20) En les següents estructures, identifica tots els elements resistents que la formen: 5. ESTRUCTURES BÉ FETES: RIGIDESA I ESTABILITAT. Per a que una es una estructura complisca de forma adequada la seua función ha de complir dues característiques essencials: 1) Rigidesa: Una estructura és rígida quan no es deforma a pesar dels esforços als quals està sotmesa. 2) Estabilitat: Una estructura és estable quand és capaç de mantenir-se en peu, sense caure ni enfonsar-se a causa de les càrregues que actuen sobre ella. 5.1.- ESTRUCTURES RÍGIDES. Una estructura podrà resistir els esforços sense deformar-se depenent del material seleccionat per a la seua construcció, de la forma de les peces (perfils) y de la forma de l estructura. 1) Materiales. Els materials seleccionats han de ser suficientment rígids i resistents, i es trien uns o altres en funció de l esforç a suportar. Pàg. 15

TEMA 5 ESTRUCTURES 2) Forma de les peces: perfils. Els perfils són els diferents tipus de secció de les bigues, pilars, barres, etc. que podem emprar al construir la Nostra estructura. Amb ells s aconsegueix major resistència de l estructura i menor pes (ja que no són massissos). Experiència: Agafa tres folis i plegal s per a aconseguir figures diferents. Comprova quin d elles suporta més pes. 3) Forma de l estructura. Per a augmentar la rigidesa de l estructura es pot recórrer a una tècnica anomenada triangulació. El triángle és l únic polígon que no es deforma quan se li aplica una força. Una estructura amb forma de qualsevol altra figura geomètrica es deformarà irremeiablement. Per tant una forma senzilla de fer una estructura rígida és aconseguir que els elements estructurals formen triangles indeformables: la tècnica de la triangulació. Pàg. 16

ESTRUCTURES TEMA 5 5.2.- ESTRUCTURES ESTABLES. Per a que una estructura siga estable (es manté en peu sense caure) ha de complir amb tres condicions: a) Si la base sobre la qual es dóna suport l estructura es gran l estructura serà estable. b) Quant més baix es situe el centre de gravetat més estable serà l estructura, per a aixó ha de concentar quasi tota la massa de l estructura prop de la base. c) El centre de gravetat ha de caure dins de la base, sinó és axí l estructura será INESTABLE, i per tant, automáticament bolcarà. Pregunta: Saps què és el centre de gravetat? Si no ho tens clar, busca l en el diccionari e Internet i explica el concepte ací baix: Pàg. 17

TEMA 5 ESTRUCTURES Activitats: Estructures rígides i estables. 21) Què significa triangular una estructura? 22) Indica si les següents afirmacions son vertaderes o falses. Corregeix les frases que sigan falses tornant a escriureles per a fer-les vertaderes. a) Una estructura és rígida cuando al espentar-la no bolca. b) Una estructura és estable quan al aplicar una força no es deforma. c) Les torres d alta tensió són estructures triangulades. d) Tots el perfils tenen la mateixa resistència. e) Una estructura quadrangular és estable. f) Un polígon tancat de tres costats constitueix una estructura rígida. g) El nom dels perfils ve donat per la forma de la seua secció. h) Una estructura és rígida si és capaç de mantener-se en peu, sense bolcar-se ni caure. 23) Quin de les següents estructures és més resistent? Per què? Representa-les de forma que sigan més resistents si es pot. 24) Indica quins d aquestes estructures és rígida, i quines no. Raona el perquè. 25) Reforça les següents estructures mitjançant triangulació. Procura que l estructura final siga simètrica. 26) Com aconseguiries que les següents figures no es deformaren? Pàg. 18

ESTRUCTURES TEMA 5 27) Les estructures que apareixen en la imatge no són rígides. Estudia detingudament cadascun dels casos, i col.loca el mínim nombre de barres que façan que las diferents estructures passen a ser rígides. 28) Quins factors fan que una estructura siga més estable? 29) Quin de les dues canastres és més estable? Per què? 30) Explica per què una copa és menys estable que un got normal. 31) Les tres torres del dibuix tenen la mateixa altura, però la seua forma és diferent. Contesta a les següents preguntes: a) Quina és la més estable de totes?, quina és la més inestable? b) Quina és la més pesada? c) Tria una d elles com la millor solución tècnica a causa de la seua estabilitat, y raona la resposta. Pàg. 19

TEMA 5 ESTRUCTURES ESPAI PER A APUNTS I ANOTACIONS Pàg. 20