Title: Estructures
Course: Tecnologia 3r ESO 1r T

Forces i esforços

Una força és una acció capaç de produir una deformació en un cos o modificar-ne l’estat de repòs o de moviment.

Un dinamòmetre és una aparell que mesura forces. Va ser inventat per Isaac Newton. Basa el seu funcionament en l’estirament d’una molla. Com més gran és la força més gran és l’allargament de la molla.

Imatge de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dinamometro.gif

L'esforç és la força a la qual és sotmesa una peça en una secció determinada i que tendeix a estirar-la, aixafar-la, corbar-la, torçar-la o tallar-la.

Podem distingir cinc tipus d’esforç: esforç de tracció, esforç de compressió, esforç de flexió, esforç de torsió i esforç tallant.

L’esforç de tracció es produeix quan dues forces oposades (de sentit contrari) actuen sobre un cos i tendeixen a estirar-lo o a allargar-lo.

L’ esforç de compressió es produeix quan un objecte és empès (comprimit) per dues forces que actuen en sentits oposats, les quals tendeixen a aixafar-lo o a escurçar-lo

- El vinclament és la deformació que sofreixen els cossos sotmesos a compressió quan són llargs i prims.

L’ esforç de flexió es produeix quan les forces que actuen sobre una peça s’apliquen en el seu eix longitudinal i tendeixen a corbar-la.

L’ esforç de torsió consisteix en l’aplicació de dues forces en sentits oposats que tendeixen a girar o a retorçar un cos.

L’ esforç tallant o de cisallament es produeix quan dues forces oposades són aplicades en la mateixa zona de l’objecte, intentant tallar-lo.

Les imatges dels diferents esforços s'han obtingut de Wikimedia Commons. Adre-es / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Propietats mecàniques dels materials

Les propietats mecàniques determinen el comportament dels materials quan estan sotmesos a esforços (forces).

Aquestes propietats mecàniques serien:

- La resistència a la capacitat que té un material de suportat esforços (forces) sense deformar-se excessivament ni trencar-se.
- La tenacitat és la propietat que tenen alguns materials de suportar forces i cops sense trencar-se. És la capacitat de resistència al xoc.
- La fragilitat és la propietat contrària a la tenacitat. Els materials fràgils es trenquen fàcilment en rebre cops o xocs.
- L’ elasticitat és la propietat que tenen els materials de recuperar la seva forma original després d’haver estat deformats per un esforç.
- La duresa és la propietat que indica l’oposició que ofereix un material a ser ratllat, penetrat o tallat.
- La plasticitat és la capacitat que té un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se
  - La ductilitat és la propietat d’alguns materials de deformar-se permanentment en forma de fil prim sense trencar-se.
  - La mal·leabilitat és la propietat d’alguns materials de deformar-se permanentment en forma de làmina molt fina sense trencar-se.

Estructures

Una estructura és el suport material d'un cos, un objecte o un giny artificial, que en forma part i que evita que es deformi com a conseqüència dels efectes de les càrregues i les forces que rep.

Les estructures tenen la finalitat de subjectar elements, mecanismes, instal.lacions o qualsevol altre cos; també poden servir per véncer barreres com ara el pas d'una carretera o una via de tren. Les estructures han de ser resistents i estables.

En aquest capítol veurem els següents subcapítols:

Tipus d'estructures

- Artificials:

1. Massives o de gravetat
2. Laminars
3. Entramades
4. Triangulades
5. Penjades
6. de Volta

- Naturals

Esforços en les estructures

Qualitats de les estructures

Elements de les estructures

Tipus d'estructures

Existeixen dos tipus principals d'estructures. Les estructures naturals (creades per la natura) i les estructures artificials, també anomenades resistents (creades per l'ésser humà).

- Estructures naturals: esquelet d'un animal, tronc d'un arbre, rusc d'abelles...
- Estructures artificials: ponts, edificis, mobles, electrodomèstics...

Dins de les estructures artificials, podem trobar-ne una subclassificació.

- Estructures massives o de gravetat
- Estructures laminars.
- Estructures entramades.
- Estructures triangulades
- Estructures penjades.
- Estructures de volta

Font de les imatges: www.pixabay.com

Esforços en les estructures

Les estructures i els seus elements estan sotmesos a forçes externes que poden fer que s'acabin deformant o o cedint, inclús poden desplaçar-los de la situació original. Aquests esforços són els que hem vist al començament del curs.

Qualitats de les estructures

Les qualitats que caracteritzen les estructures serien:

- Lleugeresa
- Rigidesa
- Estabilitat
- Resistència

La lleugeresa dependrà del material emprat per a la construcció de l'estructura.

Quins materials s'utilitzen?

Pedra, maó, ciment, formigó, formigó armat, acer...

La rigidesa és la qualitat que ens proporciona que l'estructura no es deformi a l'aplicar-li una càrrega externa.

L'estabilitat de l'estructura dependrà d'on tingui el centre de gravetat. Quan aquest punt se situa fora de la base de sustentació de l'objecte, aleshores és fàcil que esdevingui inestable i pugui caure o bocar.

Així doncs, una estructura serà inestable quan se li apliqui una petita càrrega i perdi l'equilibri.

Per dissenyar estructures estables, es poden seguir alguns trucs:

Intentar que el centre de gravetat estigui a prop del terra, que estigui a la vertical d'un punt de la base i que la base de l'estructura sigui el més ampla possible.

La resistència és una propietat que ja em tractat anteriorment.

Elements de les estructures

Normalment, uns estructura es construeix per a poder desenvolupar una funció.

Aquesta funció pot ser molt diversa, l'ésser humà la pot haver construit per poder travessar un riu, per poder passar-hi amb cotxe per damunt, per poder-hi viure...

Depenent de la funcionalitat, aquesta estructura tindrà unes característiques diferents, que li vindran donades pels elements que la composen.

Elements d'una estructura:

- Fonaments
- Columnes o pilars
- Bigues i biguetes
- Arcs
- Voltes
- Cúpules
- Escaires
- Tirants
- Jàsseres
- Parets o murs

Aquests són alguns, però n'hi poden haver més.

Solucions constructives amb estructures

Amb el desnevolupament tecnològic, s'han anat solucionant molts dels problemes o necessitats que han anat apareixent al llarg de la vida dels éssers humans. Aquests, han après a utilitzar nous materials i noves tècniques de construcció per elaborar i construir múltiples tipus d'estructures.

S'han construit:

- Cobertes, sostres, envelats, marquesines, porxos, cúpules, per cobrir espais.
- Carreteres, aeroports, pistes de diversos materials, per crear superfícies útils.
- Torres, blocs de pisos, grues, construccions vertical
- Armadures, xassís, carcasses per protegir electrodomèstics, mobles, etc.
- Envasos, recipients per emmagatzemar aliments i materials.
- Piscines, canals, preses, embassaments, per generar espais d'emmagatzematge o pas d'aigua
- Ponts, túnels, per travessar o evitar accidents geogràfics.

Tot i així, cada cop és necessari tenir en compte altres aspectes importants, com pot ser el medi ambient.

Totes aquestes construccions han de ser el més sostenible possible i a l'hora de construir-se els éssers humans hem de vetllar per la cura de l'entorn i del medi ambient.

Simulació digital d'estructures

La simulació digital és la reproducció artificial d’un sistema real, basat en l’execució d’un programa en un ordinador, per realitzar experiments i observar el comportament davant de diferents situacions.

Existeix diferent programari per calcular l'estabilitat, dissenyar i determinar la càrrega que suporta o representar diferents tipus d'estructures.

Nosaltres veurem un programa en concret per simular la construcció i disseny de ponts. El programa s'anomena West Point Bridge Designer.

Aquest programa és lliure. El podràs descarregar en aquest enllaç. L'hauràs d'instal.lar al teu ordinador per a poder fer les activitats que hi ha proposades al curs.

Disseny, avaluació i construcció d'estructures. El procés Tecnològic.

Com has estudiat durant els cursos anteriors, el procés tecnològic es composa de diferents fases.

Font de la imatge amb llicència  https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/ de la web https://www.flickr.com/photos/msans25/7873278026

Ara estàs a 3r d'ESO i ampliarem una mica alguns dels passos a seguir durant el procés.

Veurem quins són els documents del projecte tècnic:

- Memòria tècnica
- Plànols
- Pressupost
- Plec de condicions