¡Descarga Apunts Estructures 1 y más Apuntes en PDF de Tecnología solo en Docsity!
E S T R U C T U R E S
1. Introducció:
L’ estructura la podem definir com el conjunt d’elements simples disposats de manera que donen rigidesa i permeten suportar sense trecar-se les càrregues o esforços a què es veu sotmés.
Una primera classificació de les estructures ens permet distingir entre naturals i artificials, segons si és la naturalesa o l’ésser humà qui les crea.
L’exemple més conegut d’estructures naturals el trobem als ossos. Estos donen consistència, rigidesa i suporten els diferents òrgans i teixits musculars en la seua activitat quotidiana. Sense la nostra estructura òssia ni tan sols seríem capaços de posar-nos drets.
Pel contrari, les estructures artificials les dissenya i construeix l’ésser humà amb l’objecte de resoldre els problemes que se li presenten mentre tracta d’adaptar el mitjà a les seues necessitats.
2. Els esforços:
Els elements estructurals es veuen sotmesos a diversos esforços i deformacions com són la resistència de tracció, de compressió, de tall, de flexió, a les tensions transversals i de vinclament.
Analitzem a continuació cadascun d’estos casos.
( Tracció:
Un cos està sotmés a tracció quan actuen sobre ell dues forces iguals cap a fora i de sentit contrari, tendint a augmentar la seua longitud.
Les cares del cos perpendiculars a les forces tendeixen a separar-se i les paral.leles a juntar-se, amb el que es produeix el seu allargament si les forces tenen un valor suficient. Este és el cas típic d’una goma elàstica. Un altre exemple és el cas d’un cable d’acer d’una grua que suporta un determinat pes. Aquest cable queda sotmés a un esforç de tracció, tendint a augmentar la seua longitud.
( Compressió:
Un cos està sotmés a compressió quan actuen sobre ell dues forces iguals cap a l’interior i de sentit contrari. Les cares del cos perpendiculars a les forces tendeixen a unir-se, mentre que les paral.leles tendeixen a separar-se, el que produeix un acurtament en la seua longitud si les forces tenen un valor suficient.
( Tall:
Es produïx quan s’apliquen forces perpendiculars a una peça, fent que les partícules del material tendixquen a deslliçar les unes sobre les altres.
Al tallar amb unes tisores una planxa de cartró estem provocant este tipus d’esforços.
( Flexió:
Un cos està sotmés a flexió quan actua sobre ell una força en sentit perpendicular al seu eix, que tendeix a curvar-la.
Quan se sotmet a flexió una barra, en una secció central de la peça podem observar que la part de dalt tendix a comprimir-se, mentre que la part inferior tendix a allargar-se. Traduint a esforços, podem dir que la part superior treballa a compressió i la inferior a tracció , de manera que entre una i l’altra hi ha un punt que no està sotmés a cap d’aquests esforços, i a aquest punt l’anomenem punt neutre. Si comprovem aquest fenomen al llarg de tota la viga, tindrem una successió d’aquests punts que definixen la línia neutra i delimita les zones que treballen a tracció i compressió.
( Vinclament:
Diguem que un cos està sotmés a vinclament , qual se’l sotmet a compressió sent la seua longitud molt gran i la seua secció transversal menuda. Este és el cas dels pilars.
Un exemple que podem observar fàcilment és que quan comprimim un pal prim , este es flexiona i es deforma, per la qual cosa si continuem aplicant esta força es trenca.
ACTIVITATS:
1. Definix què és un esforç de tracció, de compressió, de torsió, de flexió i de cisalla i posa un exemple de cadascun d’ells. 2. En els següents dibuixos s’han representat molts objectes quotidians, senyalant mitjançant nombres els elements en els quals es desitja conéixer el tipus d’esforç que previsiblement es produïx en ells. Segons vages identificant-los, ves completant la taula.
Element Esforç 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
3. Digues quin tipus d’esforç suporten els següents elements :
9 les bieles d’una bicicleta 9 els radis de la roda d’una bicicleta 9 un metall quan es talla amb unes estenalles 9 la passarle.la d’un pont quan és carregada 9 un tornavís
4. Quina importància té el coneixement del concepte de linia neutra i on creus que s’utilitza per resoldre problemas constructius?. 5. Saps què és el formigó armat ?. Quina funció tenen les barres d’acer?. 6. Posa 5 materials que treballen bé quan suporten esforços de tracció, de compressió, de flexió, de cisalla i de torsió i raona la resposta. 7. Fes un treball sobre un material que trobes interessant. Cal indicar la forma de producció, quines utilitats té, i les seues possibles aplicacions tecnològiques.
3. Estructures rígides:
Ací podeu observar alguns dibuixos d’estructures familiars.
Quina semblança observeu en elles?.
En la il.lustració, Anna ha notat una semblança important.
Andreu té raó. Una estructura entrecreuada fa rígida a una estructura.
Quan s’apliquen forces a una estructura senzilla de quatre costats com la del dibuix, es pot deformar. Es diu que una estructura que es comporta així és no rígida o deformable.
Però si afegim una barra (o element) extra, s’evita que els angles A i B canvien el seu valor. Per tant, l’estructura ja no pot ser deformada, i es diu que és rígida.
Observeu que l’element adicional ha format triangles dins l’estructura. Açò s’anomena triangulació. Així afirmem que el triangle és l’estructura més rígida. Per una altra part, una estructura armada pot tornar-se rígida per l’ús de cartabons d’unió. Un cartabó és simplement un element utilitzat per reforçar i engalzar les estructures. En les figures anteriors s’han usat cartabons d’unió triangulars.
3.1. Estabilitat:
Es diu que una estructura és estable quan, al sotmetre-la a determinats esforços, no bolca.
Anna ha aplicat una força a la maqueta de la seua torre tirant d’ella amb un troç de fil. Quan s’elimine la força, la torre retrocedix a la seua posició original. Aquest és el comportament d’una estructura estable.
Però, quan s’aplica una força similar a l’estructura d’aquesta altra il.lustració, s’inclina i bolca. Aquest és el comportament d’una estructura inestable.
Per entendre millor l’estabilitat, explicarem el que és el centre de gravetat.
3.3. Estructures estables i inestables:
La posició del centre de gravetat d’una estructura té molt a veure amb la seua estabilitat.
Quan una estructura estable s’inclina, el seu centre de gravetat es desplaça. Açò és important perquè quan s’elimina la força basculant, la gravetat tira l’estructura cap arrere a la seua posició original.
Si la projecció (línia recta vertical que passa pel centre de gravetat) del centre de gravetat se n’ix de la zona de la base, la gravetat farà que l’estructura bolque.
En la figura següent podeu veure un cotxe 4x4 que va inclinant-se i com la projecció del seu c.d.g. va desplaçant-se fins caure fora de la seua base i bolca.
3.4. Algunes regles generals sobre estabilitat estructural:
¬ Quan més baix estiga el centre de gravetat d’una estructura, més difícil és fer que bolque. Per tant, quan més baix estiga el centre de gravetat, més estable és l’estructura.
¬ Es més difícil fer que una estructura amb una base ampla bolque. Així, quan més ampla siga la base, més estable és l’estructura.
4. Anàlisis estructural:
Quan esteu dissenyant una estructura pot ser no esteu segurs dels tipus de forces que actuen en cada barra.
Una estructura pot canviar de forma quan li s’aplica una força. En aquest cas, les barres poden estar estirades, comprimides, flectides, etc...
En una estructura senzilla és fàcil trobar quines classes de forces estan actuant.
En aquesta estructura, per exemple, la barra AB està sent estirada per la càrrega, i per tant experimenta una força de tracció. Açò ho podem comprovar, considerant que si AB es trencara, els punts xx es separarien. Açò sols podria ocorrer si la barra estigués baix tracció. Una barra baix tracció s’anomena enllaç. Però, per exemple la barra CB està sent comprimida. Per tant, sofrix una força de compressió. Si es trencara pels punts xx es creuarien l’un amb l’altre. Açò només podria succeir si la barra estigués baix compressió. Una barra d’aquestes característiques s’anomena puntal.
Per tant, quan esteu dissenyant una estructura armada, podeu comprovar la tracció o compressió simplement fent-vos la següent pregunta: Què ocorreria a la barra si es trencara?, es separarien els dos extrems?. o es creuarien l’un amb l’altre?.
Si les barres estan sotmeses a tracció, les podem substituir per un cable (tensor), però si estan sotmeses a compressió, serà necessari emprar diferents tipus de perfils metàl.lics. N’hi ha de molts tipus: en forma de L, de T, rodons, …..
