dimecres, 30 de novembre del 2016

ESTRUCTURES ENTRAMADES

Com ja hem vist, la missió que ha de complir qualsevol estructura és la de suportar les càrregues a què està sotmesa, sense trencar-se, bolcar-se ni deformar-se en excés.
Les estructures entramades són les que s'utilitzen en els nostres edificis de avui dia. Estan constituïdes per barres de formigó i acer unides de forma rígida, és a dir, sense permetre desplaçaments en les seues unions.

El material que s'empra normalment és formigó, que és una mescla de ciment, arena, grava i aigua, és molt resistent a l'esforç de compressió però molt menys a l'esforç de tracció. Perquè el formigó siga resistent a tot tipus d'esforços, s'arma amb acer per a formar el que s’anomena formigó armat.

La fotografía mostra com el formigó es deforma per no poder suportar els esforços de flexió.
Aquesta il·lustració representaria l'esforç de flexió al que es sotmés la biga de la anterior fotografia.

En aquesta fotografia podem ver el acer que hi ha dins una biga formant el formigó armat.

Els elements principals d'una estructura entramada, encarregats de donar-li la suficient resistència, rigidesa i estabilitat, són:

Fonamentació: El pes total de l'estructura no descansa directament sobre el terreny que veiem,si no que s'encasta en ell. La fonamentació s'empra perquè els pilars de l'estructura no es claven en el terreny i s'afone en ell. Funciona com les sabates de l'edifici.
La fonamentació suporta i repartix en el sòl tot el pes de l'estructura, impedint que esta patisca moviments importants. Els fonaments proporcionen una superfície a què s'ancoren tots els altres elements de l'estructura dels edificis. La dita fonamentació dependrà del tipus de terreny sobre el qual s'assenta l'estructura, així com del pes i del tipus d'obra.

La fonamentació pot estar formada per sabates que s'unixen entre si  per mitjà de bigues soterrades formant en conjunt un bloc rígid, una sabata és un cub de formigó sobre la qual descansa un pilar. Les fonamentacions per sabates s'utilitzen quan el terreny és resistent (capaç de suportar pesos elevats) i s'encasten en el terreny a poca profunditat, per això es anomenen fonamentacions superficials.

La fonamentació per pilons és un tipus de fonamentació més profunda, s'usa per a transmetre les càrregues de l'estructura a través de sòls poc ferms o terrenys blans fins a estrats més profunds i resistents, o per a repartir les càrregues i, així, suportar l'estructura amb seguretat. Un pilon és un element estructural allargat, normalment de formigó armat i secció circular, incrustat en el terreny per a transmetre les càrregues d'un edifici. 


Des de la fonamentació arranquen verticalment els pilars, que són elements constructius la funció dels quals és la de suportar el pes d'altres parts de l'estructura i transmetre-la a la fonamentació. Els pilars, tenen secció poligonal (quadrada, rectangular…). Els pilars estan sotmesos a esforços de compressió.


Pilars

Les bigues són elements horitzontals d'una estructura que es recolzen sobre pilars repartint el pes del forjat cap als pilars. En les bigues els principals esforços es donen en la seua part central i són de flexió.

El forjat és un element horitzontal (o inclinat, en cobertes), que forma part de l'estructura horitzontal de les diferents plantes d'un edifici. La seua funció és transmetre les càrregues verticals i horitzontals cap a altres elements estructurals (bigues, pilars...) que, al seu torn, les transmetran cap al sòl. 
És el sòl i el sostre dels edificis, encara que només vegem en el sòl el paviment de taulells, parquet, etc,  davall elles hi ha una estructura anomenada forjat que està formada per formigó i acer farcit de formigó.



Imatges: Apuntes tecnología IES Alarcos
www.tecnologia-alarcos.wikispaces.com



divendres, 25 de novembre del 2016

TRIANGULACIÓ, UNIONS, PERFILS I CIMBRAS

Com hem vist anteriorment la resistència d'una estructura està associada a la forma en què es disposen els elements de la mateixa. Un tipus d'estructures resistents són les TRIANGULARS.
Aquestes estructures triangulars, a mes de ser molt resistents són també molt lleugeres.
Exemples d'aquest tipus d'estructures són les torretes d'alta tensió, els ponts metàl·lics, les cintres de les naus… 



Aquesta  tècnica per a conformar estructures anomenada TRIANGULACIÓ, que com el seu propi nom indica estan compostes per formes triangulars, té la seua raó de ser en que el TRIANGLE és una forma geomètrica indeformable.

T'has fixat alguna vegada en la forma en què es disposen les barres d'una grua, una torre d'alta tensió....? Una estructura amb forma de polígon diferent del triangle (per exemple un quadrat, figura A) es deformarà a l'aplicar-li una força (figura B) sobre els seus vèrtexs. passarà el mateix en la figura C?

El triangle és l'únic polígon que no es deforma quan se li aplica una força en els seus vèrtexs. Per consegüent, es pot obtindre estructures rígides fent que els elements estructurals formen triangles indeformables (figura C), constituint estructures planes o reticulars. Aquesta tècnica, denominada triangulació, està associada a aquelles estructures de barres o perfils com ara cintres o armadures.


UNIONS
Els diversos elements de cada estructura poden estar units de tres formes diferents:
a) UNIONS RECOLZADES: quan el cos està simplement recolzat sobre el sòl o una altra part de l'estructura. En aquest cas només es transmeten els esforços que són perpendiculars al suport. La resta dels esforços tendixen a desplaçar el cos. Exemples: dòlmens.

b) UNIONS RÍGIDES: no permeten cap tipus de desplaçament ni gir dels seus elements. En aquest cas, es transmeten tots els esforços. Exemples: estructures de formigó d'edificis, ponts…

c) UNIONS ARTICULADES: permeten el gir d'un dels seus elements. Només es transmeten els esforços que passen per l'eix de l'articulació. La resta dels esforços tendixen a provocar el gir. L'avantatge és que en aquestes unions no apareixen excessius esforços de flexió, però no es pot abusar d'elles perquè l'estructura no seria estable. Exemples: tisores, trencanous, alicates…

En el cas de les estructures triangulars si les unions entre les distintes peces d'una estructura estan articulades, apareixen dos avantatges:
-Les articulacions no tindran esforços de flexió, que són els més perillosos en els punts d'unió. 
-Els únics esforços que apareixen són de tracció i compressió en els perfils o barres de l'estructura. Els esforços de tracció i compressió són menys perillosos i més fàcils de controlar posant perfils més grossos si fa falta.

TIPUS DE PERFILS
En la següent il·lustració podem veure els tipus de perfils mes comuns.



Un perfil no té per què ser més resistent a doblegar-se (és a dir quan ho sotmetem a un esforç de flexió) com mes gros siga. La resistència a flexió depèn molt de la forma del perfil i no tant de la quantitat de material que porte.
Per exemple, considerant que tenen la mateixa quantitat de material, el perfil “biga d'ala ampla”  resistirà millor a flexió que un perfil massís redó o quadrat, encara que aquests donen sensació de més solidesa, és a dir, es podria dir que, com a regla general, el perfil que suporta millor els esforços de flexió serà aquell que tinga més quantitat de material cap a la seua part superior i inferior, lluny del centre.


CINTRES
Les cintres són estructures triangulars que servixen per a suportar la coberta de grans espais. Podria dir-se que fan la funció de grans bigues. Aquestes son les mes utilitzades.

S'utilitzen en construccions com per exemple: 
-Naus industrials. 
-Palaus d'esports. 
-Estadis coberts. 
-Hangars per a avions. 






TIPUS D'ESTRUCTURES

-Estructures massives o allindades: Són estructures molt pesades i massisses, construïdes amb elements molt grossos, amples i resistents. Les primeres construccions realitzades per l'home es van obtindre excavant en la roca o acumulant materials sense deixar a penes buits. En elles es van emprar llindes de pedra o fusta per a les finestres o passos lliures. És el cas de les piràmides maies i egípcies, dòlmens, temples, esglésies excavades en la roca, preses ...





-Estructures voltades: Són estructures que tenen arcs i voltes. Els arcs permeten augmentar els buits en l'estructura. Les voltes són arcs un a continuació de l'altre. Molt comuns en esglésies i catedrals, aqüeductes, túnels, amfiteatres romans, panteons, mesquites...


-Estructures entramades: constituïdes per barres unides de manera rígida formant un engraellat, on cada element de l'estructura té una comesa diferent. En elles s'empren pilars, bigues, biguetes... com principals elements de sosteniment.

El seu emplenament va permetre una gran disminució de pes respecte a les estructures massives o voltades, la qual cosa es va traduir en la possibilitat d'augmentar l'altura de les construccions. Són les estructures empleades en els edificis de blocs de pisos de hui en dia.


-Estructures triangulars: Estan formades per barres unides entre si en forma de triangle. Són estructures planes o reticulars formades per perfils, per mitjà de la repetició de formes triangulars. Es caracteritzen per la seua gran rigidesa i lleugeresa. Habitualment estan fetes d'acer, per la seua gran resistència a la compressió i a la tracció, i gran varietat de barres i perfils. Són exemples d'estructures triangulars: les cintres, bigues triangulars, grues, bastides, sénies, certs ponts, torretes d'alta tensió i de telefonia...



-Estructures penjades: En aquest cas les estructures empren cables, anomenats tibant (quan es poden regular estirant-los o acurtant-los es diuen tensors) dels que pengen gran part de l'estructura. Alguns exemples d'aquest tipus d'estructures inclouen carpes, ponts penjats o estirats, cobertes de pavellons, torres...



-Estructures laminars: Estan constituïdes per làmines fines de metall, plàstic o materials compostos que s'empren com a carcasses en tot tipus d'objectes i en cobertes ondulades que envolten i protegixen. A pesar del seu poca grossària oferixen una gran resistència degut a la seua curvatura (actuen com a voltes). La carrosseria del cotxe, les carcasses d'equips electrònics, les cobertes de certs edificis, els cascos d'embarcacions, joguets de platja com les pales i poals són exemples d'estructures laminades. 

ESTRUCTURES

En la naturalesa podem trobar estructures de tipus molts diversos com per exemple els esquelets, la closca d'una tortuga o la petxina d'una ostra, aquestes son les estructures naturals,  que poden ser tant d'origen animal (nius d'aus, preses dels castors, colònies de corals, ruscos, túnels dels animals excavadors, closques....); vegetal (troncs, branques d'arbres i arbustos...); i geològic (coves, muntanyes...)




El ser humà també ha sabut construir les pròpies, com son ponts, edificis, torres, carcasses..... aquestes són estructures artificials.




Però… Què tenen totes en comú amb tantes coses distintes per a ser totes estructures? Que ...
... tota estructura és un conjunt d'elements units entre si capaç de suportar els esforços que actuen sobre ell.


I, qual es la FUNCIÓ d'una estructura? 
N’hi ha diverses funcions segons el tipus d’estructura que es tracte, com per exemple:
-Suportar pesos (les bigues del sòl de una planta suporten el mobiliari de l'aula i a les persones que hi ha en ella). 
-Mantindre la forma (les bigues i pilars fan que les estructures no es deformen, mai ens pujaríem a un pont si sobre el mateix notem que el sòl es flexiona).
-Resistir forces externes (la paret d'una presa suporta la força de l'aigua continguda en l'embassament així com la teulada suporta la neu caiguda sobre ella).
-Protegir objectes (la carcassa d'una televisió protegeix els elements que trobem dins, així com els edificis ens protegixen a nosaltres). 
-Salvar obstacles: ponts, vials, túnels...
-Tancar espais buits: cúpules, voltes...


Quines CONDICIONS ha de complir una estructura perquè funcione bé?
1. Ha de ser resistent, és a dir ha de suportar les càrregues a què està sotmesa sense trencar-se.
2. Ha de ser estable, és a dir, no s'ha de bolcar amb facilitat.
3. Ha de ser rígida: No es pot deformar o ha de deformar-se poc: És a dir, que la seua forma bàsica no canvia o canvia poc dins d'uns límits.


Definirem amb més deteniment aquestes condicions:

- Resistència: l'estructura ha d'aconseguir suportar els esforços sense trencar-se.
La definició de resistència d'una estructura és la seua capacitat de suportar les càrregues a què es veu sotmesa sense trencar-se. 
La dita resistència de l'estructura depén de :
- Tipus de material: acer, formigó, fusta, paper..., cada material tindrà característiques diferents, així com propietats elàstiques diferents, açò és,  capacitat per a recuperar la seua forma després de veure's sotmés a esforços.
- Quantitat de material, quant més quantitat, major rigidesa: si augmentem les seccions de bigues i de pilars, s'aconseguirà una estructura més resistent.


La resistència d'una estructura també pot millorar-se si es tria adequadament la seua forma, tenint en compte en el seu disseny els esforços que previsiblement actuen sobre ella. Per exemple, bigues de major secció, com una biga de cant, perfils adequats, arcs, triangulacions...

-Estabilitat: han de fer que l'objecte a què pertanyen siga estable, és a dir que no bolque fàcilment. Estabilitat és la capacitat d'una estructura de, al veure's sotmesa a càrregues, mantindre's en la seua posició original sense afonar-se o caure; és a dir, de no variar la seua posició.

Si l'estructura no és estable per si mateixa hi ha diverses maneres d'assegurar-li l’estabilitat, la primera seria ancorar l'estructura a un element fix com per exemple, un fanal ancorat a la vorera en un carrer i una altra forma seria col·locant-li tirants, com pot ser el cas d’un pont.

L'estabilitat està associada a la posició del CENTRE DE GRAVETAT que ja l´hem comentat. El centre de gravetat és el punt on és concentra tot el pes d'un objecte. Si el centre de gravetat ix de la base de l'objecte esta deixa de ser estable. Un cos és mes estable com mes baix troba el seu CDG i mes ampla la seua base. 
En el vídeo següent és pot veure com una estructura bolca si el centre de gravetat és mou i l’estructura es desestabilitza.



Un del petits  exemples que és podem fer a casa per determinar el centre de gravetat d’un objecte és intentar mantindre en equilibri el bolígraf sobre un dit, per tal d'aconseguir-ho hauràs de trobar el seu centre de gravetat perquè el bolígraf no s'incline, d’igual forma pots fer-ho amb una carpeta, un full, etc.



-Rigidesa és la capacitat d'una estructura de suportar les càrregues a què es veu sotmesa sense deformar-se, sense canviar de forma. Està íntimament relacionada amb la forma de l'estructura. Així, per exemple, com més cant tinga una biga major serà la seua rigidesa.

Imatges:https://pixabay.com
www.tecnologia-alarcos.wikispaces.com

dijous, 24 de novembre del 2016

CÀRREGUES Y ESFORÇOS

A l’entrada anterior haviem introduit el concepte d'esforços i càrregues, recordem els dos tipus de forces que existeixen segons si són  internes i les experimenten els cossos quan estan sotmesos a una força externa, que s’anomenen ESFORÇOS, i l’altre tipus que són forces externes o CÀRREGUES, són els que actuen sobre el cos, objecte, estructura, etc, per exemple el vent, pes, terratrémols, onades,…
Dins de  cada tipus  també podem fer la següent subdivisió:

TIPUS DE CÀRREGUES

Les càrregues són les que causarien la caiguda de l'estructura si no fóra prou resistent. Els tipus de càrrega més habituals són: 

-Els pesos situats sobre les estructures. Per exemple els vehicles que passen per un pont o les persones i mobles que descansen sobre els distints pisos d'un edifici. També pot ser una càrrega important la neu si s'acumula en excés en una coberta. 
-El pes de la pròpia estructura. En grans estructures (per exemple edificis), el propi pes dels materials que ho componen és una de les càrregues més importants. 
-La pressió de l'aigua com en el cas d'un embassament. 
-La força del vent sobre superfícies grans.






Estes càrregues poden ser de dos tipus: 

-CÀRREGUES ESTÀTIQUES: Són aquelles que actuen de forma permanent sobre una estructura. Per exemple el pes de la pròpia estructura (bigues, fonaments , rajoles,…) i el pes del mobiliari que es troben dins d'elles.


-CÀRREGUES DINÀMIQUES: Són aquelles que no actuen de forma constant sobre les estructures. Per exemple: el vent, la neu, la pluja, l'aigua, les onades,… 

Per exemple en una aula podem trobar com a càrregues estàtiques, el pes dels elements de l'edifici i el mobiliari que existix (ordinadors, taules i cadires, elements del taller,…) i com a càrregues dinàmiques, les persones que entrem al mateix, el vent, la pluja o la neu quan existisquen. 




TIPUS D'ESFORÇOS

Les càrregues fan que en l'estructura apareguen una sèrie d'ESFORÇOS que han de ser suportats sense deformació ni ruptura. 

Existixen 5 tipus d'ESFORÇOS en funció de la càrrega:

1. ESFORÇ DE TRACCIÓ: Un element d'una estructura està sotmés a l'esforç de tracció quan sobre ell actuen forces que tendixen a estirar-ho. Les forces actuen cap a l'exterior de l'objecte, dit d'una altra manera és l'esforç que apareix quan les càrregues actuen en la mateixa direcció i sentits oposats cap a l'exterior de l'objecte tendint a allargar l'objecte. Exemple: El cable d'una grua patix tracció.






2. ESFORÇ DE COMPRESSIÓ: Un element d'una estructura està sotmés a l'esforç de compressió quan sobre ell actuen forces que tendix a esclafar-ho o contraure-ho. Les forces actuen cap a l'interior de l'objecte. Exemple: Les potes d'una cadira patixen compressió.




3. ESFORÇ DE FLEXIÓ: Un element d'una estructura està sotmés a l'esforç de tracció quan sobre ell actuen forces que tendixen a doblegar-ho. Exemple: Un estant amb molts llibres patix flexió.




4. ESFORÇ DE TORSIÓ: Un element d'una estructura està sotmés a l'esforç de torsió quan sobre ell actuen forces que tendixen a retòrcer-ho. Exemple: Una clau girant en un pany patix torsió.



5. ESFORÇ DE TALL O CIZALLADURA: Un element d'una estructura està sotmés a l'esforç de tall quan sobre ell actuen forces que endixen a tallar-la o esgarrar-la. Exemple: La zona d'un trampolí de piscina

www.pelandinctecno.blogspot.com.es

LES FORCES



Amb l'objectiu d'entendre les estructures i les forces que les modifiquen començarem per posar exemples de comportament de certs objectes que veiem diàriament.

Què passa si esclafem la goma d'esborrar amb els dits? Quan ho fem estem aplicant una força que la deformarà. I, si  espentem el llapis amb un dit, què passarà? Eixa força que estem aplicant provocarà que el llapis es moga, és a dir, un desplaçament. Ambdós exemples anteriors representen l’efecte de les forces que s'apliquen sobre els cossos.
En el món hi ha innumerables exemples del que anomenem força, però: què és realment una força?

La definició de força és: tot allò capaç de deformar un cos (efecte estàtic) o de modificar el seu estat de moviment o repòs (efecte dinàmic).

Un exemple d'efecte estàtic és la deformació que patix la goma d'esborrar i un exemple d'efecte dinàmic és el moviment del llapis, és a dir,  com a conseqüència dels esforços els cossos es deformen o canvien el seu estat original, depenent de diversos factors com ho són la seua resistència o material de composició, entre altres.
A més les forces es dividixen en dos tipus atenent a si són internes o externes.
Les forces internes s’anomenen ESFORÇOS, i les experimenten els cossos quan estan sotmesos a alguna força externa.
Les forces externes es denominen  CÀRREGUES i són les que actuen sobre el cos, objecte, estructura, etc, per exemple el vent, pes, terratrémols, onades,…

LA FORÇA DE LA GRAVETAT
Un altre exemple d'una força és la de la gravetat, la força de la gravetat és la que exercix La Terra sobre tots els cossos, esta força és proporcional a la quantitat de matèria (massa) del nostre cos. 
La força de gravetat afecta el moviment i  fa que els cossos siguen atrets cap a la superfície de la Terra.

Per exemple si llancem una pilota cap amunt, la força que s'exercix és cap amunt, i adquirix una velocitat. Però si deixem caure la pilota, la força de gravetat comença a frenar-la. És a dir, cap amunt, la pilota s’alça perdent velocitat fins que es deté en el punt més alt. i després d'això la gravetat fa que comence a moure-se cap avall augmentant  la seua velocitat  fins que arriba al sòl


Un dels descobridors de la força de la gravetat va ser Galileo, que va ser un científic italià diuen que esta idea se li va ocórrer quan estava baix d’una pomera i li va caure una poma.



Imatge:http://ow.ly/AZcg306uXND

Galileo,  en 1589 va fer una altra comprovació sobre la força de la gravetat, des de la torre de  Pisa va deixar caure dos boles de la mateixa forma però diferent pes per a veure si una queia abans que l'altra i va poder comprovar que ambdós queien al mateix temps, de tal forma que va concloure que tots els cossos cauen al mateix temps sense importar el seu pes, atrets per la força de la gravetat.

Vos deixe un vídeo molt interessant sobre la força de la gravetat.



EXEMPLES DE FORÇA DE LA GRAVETAT
“El senzill acte de romandre de peu en qualsevol lloc es deu a la gravetat.

  • La caiguda dels fruits dels arbres.
  • Les grans caigudes d'aigua en les cascades.
  • El moviment de translació que realitza la lluna al voltant de la Terra.
  • La força que s'ha de realitzar al conduir una bicicleta per a no caure.
  • La caiguda de les gotes de la pluja.
  • Totes les construccions que van realitzar els sers humans.
  • El progressiu fre que presenta un cos al ser llançat cap amunt.
  • El moviment que realitza un pèndol, i qualsevol classe de moviment pendular.
  • La dificultat de botar com més pes té u.
  • Les atraccions dels parcs de diversions.
  • El vol dels pardals.
  • El viatge dels núvols en el cel.
  • Pràcticament tots els esports, en particular el llançament a un cércol de bàsquet.”
Font: http://www.ejemplos.co/20-ejemplos-de-fuerza-de-gravedad/
Imatges:www.areatecnologia.comwww.muyhistoria.es

divendres, 11 de novembre del 2016

OBJECTIUS, CONCEPTES I PROCEDIMENTS

Els OBJECTIUS d’aquesta unitat didàctica seran:
- Conèixer què és una estructura, definir forces, càrregues i esforços,  així com els seus tipus.
- Conèixer el tipus de estructures més freqüents.
- Identificar els elements bàsics de les estructures de avui dia: biga, pilar, esquadra i tirant.
- Estudiar les característiques  de les estructures per tal d´aconseguir que siguen  resistents, estables i rígides.
- Entendre el concepte de centre de gravetat.
- Dissenyar i construir estructures utilitzant: suports, bigues, tirants i esquadres, i analitzar la seua resistència a diferents tipus d'esforços.
- Conèixer els elements arquitectònics: arc, volta i cúpula.
- Identificar tipus de ponts.

Els CONCEPTES que han de quedar clars són:

- Forces. Tensió interna i esforç. Càrregues.
- Estructures: naturals i artificials.
- Tipus principals d'esforços: tracció, compressió, flexió, torsió i cort o cizalladura.
- Estructures de barres. Deformació. Triangulació.
- Principals elements resistents en estructures artificials: biga, pilar. Fonamentació.
- Elements auxiliars i que donen rigidesa a l'estructura: tirants, cartelas i elements de triangulació.
-  Elements resistents històrics: voltes, arcs, columnes.

Els PROCEDIMENTS  a emprar són:

 - Anàlisis d'estructures senzilles identificant els elements estructurals que la componen.
- Identificació dels esforços als quals estan sotmeses les peces d'una estructura simple.
- Construcció d'una estructura simple que resolga un problema concret.