


































Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Asignatura: Construcció I, Profesor: Ramon Sastre, Carrera: Arquitectura, Universidad: UPC
Tipo: Apuntes
1 / 42
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!



































La raó més habitual per tal que un edifici es tombi és l'existència de vibracions (terratrèmols, pas de trens, etc.) o de càrregues horitzontals (vent fort, xocs, etc.)
Les accions i les deformacions
Les accions
En el camp de les estructures anomenem accions o sol·licitacions al conjunt d'efectes externs que afecten a l'estructura: el pes propi de l'edifici o l'estructura, càrregues, forces, empentes, moments flectors o torçors, canvis de temperatura, etc. Les accions poden ser permanents o no.
Les accions permanents, com per exemple el pes propi de l'edifici, s'anomenen també concàrregues. Les altres accions s’anomenen sobrecàrregues. Entre les sobrecàrregues més habituals trobem:
A més a més podem citar altres accions com són els canvis tèrmics, les vibracions sísmiques, els moviments reològics, etc.
Les deformacions
Quan a un objecte se li aplica una acció (a un edifici li apliquem la sobrecàrrega de vent, per exemple) o adquireix una acceleració per la coneguda llei de Newton f = m · a, o queda quiet perquè ha aparegut una força igual i de sentit contrari, anomenada reacció, que la contraresta.
D'on surt aquesta reacció? Doncs la reacció no és res més que la suma del conjunt de forces internes que es generen dins l'objecte degudes a la deformació. És a dir l'objecte s'ha deformat. I això és sempre així, tant si la deformació és evident (pengem un pes d'una goma elàstica) com si no ho és (caminem per damunt d'un pont). Quan les deformacions son petites diem que el cos és rígid mentre que si les deformacions són grans diem que el cos és deformable. Les propietats que fan referencia a aquestes magnituds s'anomenen rigidesa i deformabiltat.
Les deformacions dels cossos poden ser:
Tracció. Tipus d'esforç que provoca una separació entre les molècules o partícules. És el típic cas d'una corda elàstica estirada pels dos extrems. La corda s'allarga (les molècules se separen) en el sentit de les forces aplicades. El tipus de deformació provocat per la
tracció s'anomena allargament. La dilatació és un tipus d'allargament provocat per altres accions: canvis de temperatura, d'humitat, etc.
Compressió. Tip us d'esforç que provoca una aproximació entre les molècules o par tícules. És el típic cas d'una columna que suporta un pes per la part sup erior. La columna s'escurça (les molècules s'acosten) en el sentit de les for ces aplicades. El tipus de deformació provocat per la compressió s'a nomena escurçament. La retracció és un tipus
d'escurçament provocat per altres accions, principalment pèrdua d'humitat.
Quan un element té una relació longitud/gruix molt gran, diem que és esvelt o que té esveltesa. En aquests casos s'ha d'anar molt en compte a l'hora de sotmetre'ls a compressió, ja que pot aparèixer el fenomen de vinclament^1. El vinclament és una flexió que apareix degut a l'esveltesa i la compressió conjuntament. L'element es doblega i pot arribar a col·lapsar fàcilment si se supera una determinada càrrega crítica.
Flexió. Quan unes determinades accions provoquen que un cos o element constructiu es corbi o doblegui, diem que existeix un esforç de flexió. En aquest tipus d'esforç s'aprecia que en la zona exterior de la curvatura les molècules s'han separat i per tant hi ha traccions, mentre que per la part interior de la curvatura les molècules s'han acostat i hi ha compressions. Fins i tot podem veure que en la part intermèdia hi ha una zona, anomenada fibra neutra, on les molècules ni s'han separat ni s'han acostat, és a dir no estan sotmeses a cap esforç. Aquest és l'esforç típic d'una biga que suporta una càrrega al mig. El tipus de deformació, ja s'ha dit, és una curvatura i es mesura amb la fletxa. La fletxa és la distància màxima entre els punts d'un element flectat abans i després de la deformació. Evidentment ens recorda la posició d'una fletxa en un arc.
Tallant. De vegades les molècules llisquen unes sobre les altres, de vegades s'anomena també esforç rasant o esforç tangencial. En aquest tipus d'esforç i deformació si ens fixem en el sentit diagonal veurem que en una direcció les molècules s'han acostat i en la direcció contrària s'han separat. Per això, d'alguna forma i tal com es veurà posteriorment, el comportament dels materials a tallant té relació amb el comportament a tracció i
compressió. El tipus de deformació consisteix en la pèrdua d'ortogonalitat dels elements i es mesura en unitats angulars: la pèrdua o guany d'un determinat angle (un angle recte, per exemple) abans o després de la deformació.
Torsió. Es tracta de l'esforç menys habitual en construcció, si bé és present en moltes situacions. Es tracta d'un esforç molt semblant al de tallant ja que les molècules o partícules llisquen unes sobre les altres, però en aquest cas no ho fan de forma lineal sinó que ho fan formant cercles. Les partícules centrals gairebé no giren (una mena de fibra neutra) mentre que com més ens allunyem cap a les vores més gran és aquest lliscament. El tipus de deformació consisteix a que el cos pren una forma helicoïdal i es mesura en unitats angulars.
Les tensions
Les tensions són les magnituds que fem servir per avaluar els esforços. Aquestes magnituds es mostren en forma de números reals amb unes unitats de pressió: força / superfície.
Són unitats típiques de tensió les següents:
Pa, Mpa, kPa, ...
kg/cm², kg/mm², t/m², ...
N/mm², kN/cm², MN/m², ...
que es poden obtenir dividint una força per una superfície, tal com hem dit abans, o bé dividint un moment flector pel moment resistent de la peça sotmesa a aquest esforç
tensió = F / S tensió = M / W
Aquests valors de les tensions poden ser utilitzats per a calcular les estructures dels edificis. A més a més podem trobar diferents valoracions o utilitats d'aquestes tensions.
Tensió de treball
És la tensió que obtenim dividint la càrrega de treball (forces, moments, ...) que apliquem a un element estructural per la secció de l'element estructural (pilars,
s'allarga cap a la dreta significa que el material tindrà grans deformacions abans de trencar-se i, d'aquesta manera, ens "avisarà".
En arquitectura preferim els materials que "avisen" abans de trencar-se, ja que això pot donar temps a fer una reparació o a evacuar els usuaris de l'edifici.
Els elements estructurals
La part de l'edifici que s'encarrega de controlar les accions que s'hi apliquen (carregues, moments, increments de temperatura, vibracions sísmiques, etc.) és l'estructura de l'edifici. Aquesta pot ser visible clarament (pilars exempts, gran bigues de coberta, etc.) o totalment dissimulada en la massa de l'edifici, tal com succeeix en un bloc de pisos d'habitatges qualsevol.
Per tal d'estudiar aquesta part de l'edifici, farem una classificació global, dividint l'estructura en:
i a més a més, subdividirem cada una d'aquestes en parts més petites encara que anomenarem elements estructurals.
Bàsicament, els elements estructurals més elementals són:
Estructura vertical:
paret, mur
Estructura horitzontal:
els pilars
Si tenim una força (el pes d'un objecte) aplicada en un cos, i aquest no es mou, és perquè te una reacció (força en sentit contrari) que li ho impedeix. Les reaccions, en els edificis es troben sempre en el suport, a terra. Per tant si l'acció i la reacció estan separats, cal un element estructural que sigui capaç de transmetre aquestes forces per tal que s'equilibrin. Aquest element és un pilar.
En la imatge, per poder mantenir quieta l'estàtua de Colom allà dalt, cal que hi hagi una columna que uneixi l'estàtua (acció) amb la base (reacció). Així doncs, una columna és, en termes estructurals, un pilar.
La gent del carrer utilitza més el terme columna, però en el món de la construcció utilitzem molt més el terme pilar i reservem el terme columna per aquells pilars que tenen alguna particularitat estètica.
Encara hi ha altres noms per als pilars. Per exemple en el món de les estructures metàl·liques se'ls anomena peu dret. De vegades els diem puntals, sobretot quan són provisionals. En algunes estructures lleugeres se'ls pot anomenar muntants. En fi, una diversitat de noms per un element bàsic d'una estructura.
Els pilars treballen principalment a compressió, per tant han d'utilitzar materials que suportin bé la compressió, i pràcticament tos els materials de construcció la suporten. Només cal vigilar sempre que no hi hagi vinclament.
Així doncs, podem trobar pilars fets de diversos materials: pedra, ceràmica, fusta, acer, formigó armat, etc.
Els murs
Si el que hem de suportar és una seguit de càrregues (accions) no posarem un pilar al costat d'un altre, tocant- se, ja que això seria molt costós. El que utilitzem és un mur, també anomenat paret.
Els murs i les parets treballem, com els pilars, a compressió i poden ser fets de qualsevol material de construcció, si bé els més usuals són la tàpia, la ceràmica, el bloc de morter, la pedra i el formigó. Igual que els pilars, els murs també poden tenir vinclament. És a dir, hem de vigilar la seva esveltesa: les parets altes han de ser gruixudes, encara que no suportin gaire càrrega.
Les bigues
Si sota cada càrrega hi haguéssim de posar un pilar o una paret, no tindríem espais coberts. Tot seria massís! Evidentment, una de les necessitats elementals d'un estructura
però amb una separació molt més gran. És típica d'estructures de gran llum (grans espais).
La llata
És la biga en la seva mínima expressió. Es tracta d'u na biga molt curta (col·locada sobre biguetes o cor retges) i que serveix sobretot per suportar teules, ma ons o altres elements petits.
L'encavallada
Biga de grans dimensions, formada per barres o perfils que formen un tramat triangular. S'utilitza sobretot per elements grans (jàsseres) de cobertes lleugeres.
Altres bigues
Trobaríem encara una gamma de noms molt variada per designar formes de bigues. La biga Veirendeel que és com una encavallada, però formant rectangles enlloc de triangles, la biga Boyd que és una jàssera d'acer amb forats en la seva ànima, la biga Fink amb cables inferiors i puntals, biga Warren, biga Pratt, etc. No obstant, el concepte de la flexió és el que fa que tots aquests elements siguin bigues.
Els arcs
Si hem comentat que l'origen de les bigues va ser amb tota probabilitat la pura utilització d'un tronc per l'home primitiu, no passa el mateix amb els arcs. Es tracta d'un element estructural que calgué inventar. Probablement s'hi va arribar a través de solucions aproximades, fins obtenir un veritable arc. Això va ser fa uns milers d'anys, per l'àrea d'Àsia Menor i la Mesopotàmia
Un arc és un element estructural que, igual que les bigues, rep unes carregues i les transporta al seus extrems. Tanmateix, té dues grans diferències amb les bigues:
Els arcs treballen a compressió. Això permet utilitzar qualsevol tipus de material: pedra, maó, etc. Naturalment és un element molt útil en aquells llocs on la fusta és poc abundant i, per tant, fer bigues és complicat i car.
En els extrems no hi ha només una reacció vertical (com en les bigues) sinó que hi ha una reacció horitzontal cap enfora, anomenada empenta. Aquesta empenta pot arribar a ser molt grossa si l'arc és molt rebaixat (poca altura).
Si els suports es mouen cap enfora per culpa de l'empenta, tot el sistema es desestabilitza i l'arc pot trencar-se i caure.
Normalment els arcs es fan amb peces petites anomenades dovelles, ja que és difícil fer un arc d'una sola peça. La unió de les dovelles s'ha de fer a través d'un pla perpendicular a la directriu de l'arc, si no fos així es produiria una força tangencial que faria moure les dovelles entre elles, amb perill de descompondre tot l'arc.
Els arcs, normalment, descansen sobre dos punts extrems. No solen descansar pilars ja que l'empenta els faria tombar. Ara bé si es tracta d'una sèrie d'arcs iguals, un al costat d'un altre, la cosa canvia. les empentes es compensen i només queda la reacció vertical, com si fos una biga contínua. No obstant això, als dos extrems l'empenta no es compensa i cal utilitzar un element estable: una paret, un pilar molt ample, un contrafort, etc. D'arcs n'hi ha de molts tipus (diferent geometria). El més simple és l'arc de mig punt format per un semicercle. Tot i la seva senzillesa no és el més utilitzat ja que és poc estable i massa alt. Els arcs que són més llargs que alts es diuen arcs rebaixats. Són molt resistents però produeixen unes empentes importants. Els arcs ogivals, típics del gòtic, els arcs de ferradura, dels àrabs, els arcs parabòlics, del modernisme català, etc. són exemples variats de la gran diversitat existent d'arcs
Hi ha una curiositat amb els arcs: si fem les dovelles més llargues per dal o per baix, podem fer un arc que sigui recte, que sembli una biga. El que delata a aquest arc és l'angle de contacte entre les dovelles. Veiem com es tracta de peces que es toquen igual que si es tractés d'un arc corbat. És més, gràcies a aquest fet les dovelles de la imatge no han caigut cap a baix, a pesar d'haver-se mogut una mica.
Se l'anomena arc a nivell o de llinda; o també llinda adovellada.
Les lloses
Si col·loquem una biga (o una bigueta) al costat d'una altra, obtenim tota una superfície que treballa a flexió (com les bigues). Si en fem un cos monolític, una superfície única amb el gruix igual al cantell de les bigues o biguetes que hem comentat, obtenim una llosa. De fet el terme llosa té una connotació de cosa pesada, per això segons el material aquest element superficial que treballa a flexió rep diferents noms:
seus suports, per això no poden descansar tranquil•lament damunt de dues parets, ja que les tombarien, cal que descansin damunt d'elements molt pesants que s'autoequilibrin o damunt de parets que disposin contraforts que evitin que les parets es tombin.
La volta catalana
A Catalunya s'ha fet servir, com a tota la mediterrània, un tipus de volta anomenada volta de maó de pla, ja que les dovelles eren rajoles o maons posats de pla. El gruix d'una volta feta d'aquesta forma seria excessivament prim i no aguantaria res, per això es feien doblades, és a dir amb una sèrie de gruixos, uns damunt els altres.
Es va arribar a un grau de qualitat tan gran que se l'anomenà per tot arreu volta catalana. Amb ella s'hi fan escales, sostres, cobertes, etc.
Les cúpules
La cúpula s'origina fent girar un arc a través d'un eix vertical. D'aquesta forma la planta del objecte que obtenim ja no és un rectangle, com passava amb les voltes, sinó que és un circumferència. Aquest fet és cabdal:
perquè la planta que es cobreix amb aquest tipus estructural es circular i, si es vol cobrir una planta quadrada, cal resoldre els sectors que queden en els vèrtexs (petxines)
perquè les empentes produïdes per la cúpula no són paral·leles sinó radials. Això voldrà dir que els contraforts seran radials també o que (i això encara és més interessant) les empentes es poden contrarestar amb una anell a la base de la cúpula que suporti
traccions. Du rant segles aquest anell era difícil de fer ja que no hi havia tec nologia per a l'acer a nivell de grans dimensions. En canvi avu i dia això és molt senzill i sempre se sol usar aquesta solució
També igual que a les voltes, de cúpules n'hi ha de tants tipus com d'arcs que les generin.
Els pòrtics
En els edificis corrents, fets amb estructures de pilars i bigues (jàsseres) és crea un element format pel conjunt de pilars i bigues interrelacionats que s'anomena pòrtic, pòrtic estructural o estructura porticada per diferenciar-lo d'altres elements arquitectònics també anomenats pòrtics.
Òbviament el pòrtic més simple és el pòrtic format per una biga i dos pilars.
A nivell estructural un pòrtic es comporta com una paret. Es un element pla, alt que suporta una estructura horitzontal, per tant té alguns problemes iguals que els d'una paret:
En les estructures industrials, molt sovint, trobem pòrtics metàl•lics (d'acer) amb bigues o jàsseres inclinades. En aquest casos, si no hi ha un pilar al mig el pòrtic tendeix a obrir-se, degut a les empentes produïdes per les bigues inclinades (anomenades cavalls).
Els pòrtics de formigó in situ són pòrtics rígids molt estables per si sols en el seu pla. Els pòrtics de fusta o acer, poden ser rígids també, però és molt complicat i car, per tant solen disposar d'una altra estructura que els rigiditzi en el seu pla.
Finalment, els pòrtics prefabricats de formigó solen tenir uns encaixos de fàcil muntatge però amb una rigidesa pràcticament nul•la que cal afegir posteriorment. És cert, però, que hi ha elements prefabricats que encaixant adequadament poden aconseguir bona rigidesa, però com sempre, és mes car i complicat.
La trava
Per tal que una estructura suporti les càrregues verticals (resistència) i les horitzontals (estabilitat) cal que disposi d’una trava adequada en qualsevol direcció, ja que pot tombar en qualsevol direcció. Bàsicament hi ha tres formes d'estabilitzar una estructura:
Ja hem comentat que les parets de càrrega i els pòrtics tenen poca resistència en el sentit perpendicular al seu pla. Això els fa molt vulnerables en aquesta direcció i al llarg de la història hi ha hagut molts casos d'accidents molt greus degut a que un edifici ha caigut igual que les peces de domino de la imatge anterior.
De vegades les càrregues dels edificis s'aguanten per la part superior. En aquests casos l'element resistent està treballant a tracció. Aquest tipus d'esforç axial té una gran avantatge: no produeix vinclament. Per tant podem tenir elements molt llargs i prims. Aquests elements s'anomenen cables, tirants o tendons.
Els tirants solen estar fets amb un barra d'acer d'alta resistència, de secció circular. No poden suportar cap carrega pel mig, només al final, ja que si no fos així es doblegarien de seguida i es farien malbé.
Els cables, però, estan formats per un conjunts de filferros enrotllats en espiral formant cordons. Un cordó pot ser un cable, però també hi ha cables formats per un conjunt de cordons enrotllats també en espiral. Com més cordons i filferros té un cable, més flexible és i viceversa. Solen ser d'acer galvanitzat o d'acer inoxidable.
Si un cable rep càrregues al llarg del seu recorregut, pot doblegar-se sense fer-se malbé. Per això quan hi ha càrregues contínues utilitzem cables i no tirants.
És el cas típic de les cobertes tesades amb membranes de lona o similars. Sovint en el perímetre d'aquests cobertes hi ha formes corbes que tenen un cable a dintre i que suporta traccions degudes a les càrregues repartides de la pròpia membrana.
Altres elements
Hi ha encara moltes situacions en què utilitzem elements estructurals que no hem comentat en aquest tema, però ben segur que es tracta de casos menys habituals. Tot i això podríem citar alguns casos curiosos
Estructures suportades per aire
En aquestes estructures l'aire que es troba atrapat a l'interior, a una pressió superior que la de l'exterior, aguanta la coberta o el conjunt del tancament. S'ha utilitzat molt en magatzems i cobertes de piscines i altres locals esportius. Fins i tot hi ha grans estadis esportius, de gran capacitat, que tenen cobertes suportades per aire. Cal tenir molta cura amb les portes i les obertures per evitar que l'aire interior s'escapi.
Estructures pneumàtiques
En aquest cas, l'aire a pressió està tancat formant elements lineals: pilars, arcs, etc. que suporten la resta de tancament.
Objectius:
Després de l'estructura, considerada coma un ens particular, aquest és el primer d'una sèrie de temes que tracten de les diferents parts de l'edificació. Seguint un sentit cronològic, es comença per la part de l'edificació que toca al terra. Es reflexiona sobre les condicions i requeriments que han de satisfer aquests elements constructius.
Requeriments
Contacte amb el terra. Estructurals > Fonaments. Contencions. Climàtics
El terreny
Des del punt de vista de la construcció el terreny és la part superior de l'escorça terrestre, amb un gruix tal que abasti tot aquell material afectat directament per les excavacions, soterranis i fonaments dels edificis, i també aquell material que es deforma a causa de les càrregues provocades per aquests elements.
Les deformacions del terreny reben el nom d'assentaments i normalment són verticals. Els edificis no suporten gaire bé els assentaments grans: acostumen a esquerdar-se per aquesta causa. Si tot un edifici tingués el mateix assentament en tota la seva planta, no li passaria res. Baixaria tot ell però no es trencaria, encara que aquest assentament fos molt gran. Però les coses no solen passar d'aquesta manera. Quan els assentaments són molt grans, fàcilment són diferents d'un lloc de l'edifici a un altre. Aquesta diferència d'assentament entre dos punts d'un edifici s'anomena assentament diferencial i és
És un bon terreny per a fonamentar, sempre i quan estiguem segurs de que no hi haurà esvorancs o esllavissaments produïts pel moviment de les partícules arrossegades per corrents d'aigua.La grava és un tipus de material granular més gran que la sorra. Si la mida dels grans augmenta molt trobem les graves grosses i els còdols.
Tots aquests terrenys granulars es caracteritzen per tenir deformacions molt petites, fins i tot mullats, i una característica geotècnica anomenada fregament intern que fa augmentar la seva resistència a tallant (per evitar esllavissaments) quan està sotmès a compressió.
L'estudi geotècnic
Per tal de poder projectar o dissenyar els fonaments d'un edifici, així com per decidir si es poden fer fàcilment soterranis, excavacions, etc. cal conèixer l a composició del terreny, és a dir, de l'anomenat subsòl. Això significa poder dir quins són els estrats (gruixos uniformes de terreny), quin gruix tenen i de quin tipus de sòl estan formats.
A més a més d'aquestes dades morfològiques cal esbrinar altres propietats tècniques (d'aquí ve el nom d'estudi geotècnic) d'aquests sòls.
Modalitats d'obtenció de dades
Per poder conèixer les dades tècniques i morfològiques dels diferents estrats d'un determinat subsòl, podem utilitzar diferents tècniques o processos:
Penetròmetres: N'hi ha de dos tipus:
s'aprofita aquest assaig per obtenir una mostra de terreny, però sempre estarà més alterada, per causa dels cops, que en el cas d'un sondeig.
Dades de laboratori
De les mostres obtingudes en els sondejos o directament de les cales o pous, se'n fan assajos que permeten obtenir les característiques més importants dels sòls:
Primer contacte amb el terra
En començar els treballs de construcció d'un edifici el primer que cal fer és preparar adequadament el solar. En general cal dur a terme les tasques següents:
Neteja del solar.
No es tracta només de treure les escombraries o abocaments que s'hi hagin fet, que evidentment cal fer. Es tracta de treure la capa de terra vegetal que hi ha en contacte amb l'aire.
Aquesta terra, molt apta per a la vegetació, és massa porosa per a poder suportar les càrregues d'un edifici. El gruix de la capa de terra vegetal és variable entre el 10 i 30 cm aproximadament. De vegades hi ha solars que no en tenen gens perquè són àrids, amb pedra o perquè han estat contaminats.
Replanteig general
És aquell replanteig previ que ens permetrà dur a terme els treballs a cel obert: Rebaixos, terraplens, excavacions, compactacions, etc.
La forma habitual de fer un replanteig és dibuixar a terra unes línies amb guix (igual que es fa als camps de futbol) que serviran per fer les tasques abans esmentades.