Embedded Files
Estem rodejats d'estructures naturals i artificials. Les persones, els animals i les plantes són estructures. El nostre cos té una estructura formada pels ossos; els animals tenen ossos o closques, i les plantes tenen troncs i branques que suporten el pes de les fulles. Nosaltres construïm estructures com ara cases i ponts. De la mateixa manera, molts animals construeixen estructures, com, per exemple, els nius dels ocells o les teranyines.
Fins al segle XIX, l'ésser humà no va disposar d'uns coneixements tècnics prou profunds sobre el comportament de les estructures. No obstant això, en l'antiguitat se'n van construir algunes de ben admirables, com les piràmides i les catedrals. El primer pont construït amb acer va ser el pont sobre el riu Severn, a Anglaterra entre el 1777 i el 1779. A partir d'aquell moment es van fer ponts d'acer en altres llocs. La tecnologia per fabricar perfils en sèrie, apareguda en el segle XIX, va simplificar la fabricació d'estructures.
1. Definició d’estructura
Una estructura és un conjunt resistent i estable d'elements capaços de suportar forces i transmetre-les als punts de suport. Les forces que actuen sobre una estructura s'anomenen càrregues. Les càrregues poden ser: el pes mateix de l'estructura, el pes dels elements que s'hi col·loquen a sobre, el vent que l'empeny, la neu que hagi de suportar, etc.
Per exemple: Suposem que un tren està creuant un pont sobre un riu. L'estructura del pont haurà de suportar el pes del pont més el del tren i, a més, traslladar aquest pes als punts de suport de la riba.
Les estructures han anat evolucionant al llarg de la història, en funció del material que es coneixia i s'utilitzava.
2. Tipus d’esforços
2. Tipus d’esforços
Quan una estructura està suportant forces, anomenades també càrregues, cadascun dels seus elements es troba sotmès a esforços. Anomenem esforços les forces que suporten els elements d'una estructura quan es troba sotmesa a altres forces o càrregues. Cada element d'una estructura pot suportar esforços diferents, que poden ser de tracció, compressió, flexió, tall o cisalla i torsió.
Una estructura o un element estan sotmesos a un esforç de tracció quan hi actuen a sobre forces que tendeixen a augmentar-ne la longitud, és a dir, a estirar-los.
Un element o una estructura estan sotmesos a un esforç de compressió quan hi actuen a sobre forces que tendeixen a disminuir-ne la longitud; és a dir, a comprimir-los.
Una estructura o un element estan sotmesos a un esforç de flexió quan les forces o les càrregues tendeixen a doblegar-los.
Un element està sotmès a un esforç de tall o cisalla quan les forces que actuen paral·lelament al sentit de la secció tendeixen a tallar-lo; és a dir, tendeixen a desplaçar una secció respecte a l'altra.
Un element està sotmès a un esforç de torsió quan les forces que hi actuen tendeixen a fer girar una secció respecte a l'altra; es a dir, a retorçar-lo.
Els cables d'un pont estan sotmesos a esforç de tracció
Les columnes o pilars d'un edifici estan sotmeses a esforç de compressió.
Una biga està sotmesa a esforç de flexió.
Un paper està sotmès a esforç de tall o cisalla, quan està sent tallat per unes tisores.
Un cargol està sotmès a esforç de torsió, quan és cargolat o descargolat amb una clau.
3. Elements d’una estructura
Generalment, les estructures estan formades per la unió de diversos elements. Cadascun s'ha dissenyat per suportar tipus d'esforços diferents, de manera que el resultat final sigui una estructura resistent i estable.
Els elements més utilitzats a les estructures són: fonaments, columnes o pilars, bigues, arcs i tirants.
Fonaments. Totes les estructures necessiten recolzar-se sobre una base resistent. Aquesta base la conformen els fonaments, que solen estar per sota del nivell de terra. És l'equivalent a les arrels dels arbres. La major part d'edificis s'aixequen sobre fonaments de formigó per evitar que s'enfonsin pel propi pes.
Columnes o pilars. Són barres verticals dissenyades especialment per suportar esforços de compressió.
Bigues. Són barres horitzontals que estan sotmeses a esforços de flexió. Les diverses plantes d'un edifici se suporten amb bigues.
Arc. Element amb forma corba que serveix per cobrir un forat entre dos pilars, i que suporta una part de l'estructura descarregant el pes als extrems.
Tirants. Són cables o barres que suporten esforços de tracció. Poden ser d'acer i serveixen per augmentar la resistència i l'estabilitat d'una estructura.
Fonaments, bigues i pilars.
Arcs i tirants
4. Estructures resistents
El més fonamental, òbviament, és que l'estructura aguanti les càrregues (resistència) i que no caigui (estabilitat). Una estructura és resistent quan conserva la seva forma després d'aplicar-hi càrregues.
No obstant això, tots els materials experimenten una petita deformació quan se'ls aplica una força. El problema sorgeix quan la força és tan gran que produeix una deformació permanent o fa que es trenqui l'estructura.
Triangles: L'única figura geomètrica que no es deforma si li apliquem forces als costats és el triangle. I això ha servit de base per fabricar les estructures triangulars. Les estructures estan plenes de triangles, per poder suportar els esforços.
Arcs: Un altre element que també aporta resistència a una estructura és l'arc, que treballa sotmès a compressió. Aquest element ja va ser utilitzat pels romans per fer ponts amb pedres i maons. Els arcs romans es mantenen gràcies al suport d'un maó sobre l'altre, i no s'utilitza cap adhesiu entre les peces. Solen tenir forma de tascó i encaixen perfectament. Al maó central se li diu pedra angular o clau; és el que subjecta l'arc i sol ser més gran que la resta.
5. Els ponts
Un pont és una estructura construïda per a salvar un obstacle físic, un riu, una vall, una carretera, una via de tren, etc. tot passant-hi per damunt.
Els ponts més antics foren segurament troncs que queien de manera natural als cursos d'aigua. Els primers ponts construïts per la mà de l'home es feren amb canyes, troncs i taulons, usant eventualment també pedres.
Els arcs es van usar a l'imperi Romà en nombroses construccions algunes de les quals encara existeixen. Els ponts romans eren de maçoneria, ja que usaven ciments, per lligar les pedres i permetre resistir petites traccions.
Durant el segle XVIII, es van fer moltes innovacions en el disseny de ponts de bigues de la mà de Hans Ulrich, Johannes Grubenmann i d'altres.
Amb la Revolució Industrial al segle XIX es van desenvolupar ponts de gelosia de ferro forjat amb els que es van aconseguir llums (longitud lliure) més elevades. El ferro però encara no tenia la resistència suficient per a aguantar grans càrregues. La producció de ponts va veure's augmentada amb la construcció dels primers ferrocarrils i amb l'arribada de l'acer. El formigó armat, va esdevenir també material de construcció de molts ponts.
5.1. Classificació dels ponts
Classifiquem els ponts en sis categories diferents: Ponts de biga, ponts d’arc, ponts penjants, ponts de tirants, ponts triangulats, ponts voladissos.
Ponts de biga
Van ser els rimers ponts. Al principi, la “biga” era un tronc o una pedra plana recolzada a les dues ribes dels rierols. Els ponts de biga moderns estan fets d’acer o de ciment armat. Si cal, es posen pilars per suportar el mig d’aquests ponts.
Ponts d’arc
Els arcs són una estructura molt resistent. Els antics romans feien servir arcs per fer ponts de pedra.
Els extrems dels arcs estan fortament fixats al terra per tal que el pont no es mogui.
Si cal, els ponts poden tenir més d’un arc.
Actualment els ponts d’arc es fan amb acer i ciment armat.
Ponts penjants
Alguns dels ponts més llargs del món són ponts penjants. Normalment es fan servir per fer-hi passar carreteres. El pont penja de dos conjunts de cables prou forts fixats a unes torres altes (pilons) que es situen prop dels dos extrems del pont.
Els primers ponts penjants es van fer a l’antiguitat, I estaven fets de cordes I fusta. Ara es fan d’acer I ciment armat.
Ponts de tirants
Un pont de tirants té una o més torres (o pilons) dels quals surten uns cables que són els que aguanten la plataforma.
S’assemblen als ponts penjants, però es diferencien per la manera com els cables es connecten a les torres.
Els primers ponts de tirants es van fer al segle XX.
Ponts triangulats
Una estructura de triangles fets amb barres actua amb tensió i amb comprensió. És una forma de construcció lleugera però molt resistent.
Un pont triangulat consisteix en un conjunt de triangles de metall (normalment es fan amb barres d’acer). Hi ha ponts triangulats des del segle XIX (Revolució Industrial).
Ponts voladissos
Un pont voladís és una evolució del pont triangulat que pot cobrir distàncies més llargues. Consisteix en dos braços voladissos que quasi sempre es connecten al mig amb una part suspesa entre tots dos. Els dos braços s’aguanten sols, i continuarien aguantant-se si la part suspesa que els uneix es tragués o es trenqués.
Page updated
Report abuse