disciplina de l'enginyeria civil que s'ocupa del disseny i càlcul de la part estructural en les edificacions i altres obres From Wikipedia, the free encyclopedia
L'enginyeria estructural és una disciplina de l'enginyeria civil que s'ocupa del disseny i càlcul de la part estructural en les edificacions i altres obres. La seva finalitat és la d'aconseguir estructures funcionals que resultin adequades des del punt de vista de la resistència dels materials. En un sentit pràctic, l'enginyeria estructural és l'aplicació de la mecànica de mitjans continus per al disseny d'elements i sistemes estructurals tals com edificis, ponts, murs (incloent-hi murs de contenció), preses, túnels, etc.
Els enginyers estructurals s'asseguren que els seus dissenys satisfacin un estàndard per assolir objectius establerts de seguretat (per exemple, que l'estructura no s'esfondri sense donar cap avís previ) o de nivell de servei (per exemple, que la vibració en un edifici no molesti als seus ocupants). Addicionalment, són responsables per fer ús eficient dels diners i materials necessaris per obtenir aquests objectius.
L'enginyeria estructural es remunta a l'any 2700 aC quan la piràmide escalonada per al faraó Djoser va ser construïda per Imhotep, el primer enginyer en la història conegut pel seu nom. Les piràmides van ser les estructures principals més comunes construïdes per les civilitzacions antigues perquè la forma estructural d'una piràmide és intrínsecament estable i es pot escalar gairebé infinitament (a diferència de la majoria de les altres formes estructurals, que no es poden augmentar linealment en grandària proporció a l'augment de càrregues).[1]
L'estabilitat estructural de la piràmide, encara que s'obté principalment de la seva forma, depèn també de la força de la pedra amb què està construïda i de la seva capacitat per suportar el pes de la pedra que s'hi troba.[2] Els blocs de pedra calcària sovint s'extreien d'una pedrera propera al lloc de construcció i tenen una resistència a la compressió de 30 a 250 MPa (MPa = Pa × 106).[3] Per tant, la força estructural de la piràmide prové de les propietats materials de les pedres amb què es va construir més que de la geometria de la piràmide.
Al llarg de la història antiga i medieval, la majoria dels dissenys i construccions van ser realitzats per artesans, com paletes i fusters, que van ascendir al paper de mestre d'obres. No existia cap teoria de les estructures, i la comprensió de com se sostenien les estructures era extremadament limitada i es basava gairebé del tot en l'evidència empírica del que havia funcionat abans i la intuïció. El coneixement va ser retingut pels gremis i poques vegades suplantat per avenços. Les estructures eren repetitives i els augments d‟escala eren incrementals.[1]
No hi ha registre dels primers càlculs de la resistència dels membres estructurals o del comportament del material estructural, però la professió d'enginyer estructural només va prendre forma realment amb la Revolució Industrial i la reinvenció del formigó (vegeu Història del formigó). Les ciències físiques subjacents a l'enginyeria estructural van començar a entendre's en el Renaixement i des de llavors han esdevingut aplicacions informàtiques que van ser pioneres a la dècada de 1970.[4]
La història de l'enginyeria estructural conté molts col·lapses i falles. De vegades, això és degut a una negligència evident, com en el cas del col·lapse de l'escola de Pétion-Ville, en què el reverend Fortin Augustin va construir l'edifici sol, dient que no necessitava un enginyer perquè tenia bons coneixements de construcció després de l'esfondrament parcial de l'escola de tres pisos que va provocar la fugida dels veïns. El col·lapse final va matar 94 persones, la majoria nens.
En altres casos, les fallades estructurals requereixen un estudi acurat, i els resultats d'aquestes investigacions han resultat en pràctiques millorades i una major comprensió de la ciència de l'enginyeria estructural. Alguns d'aquests estudis són el resultat d'investigacions d'enginyeria forense en què l'enginyer original sembla haver fet tot d'acord amb l'estat de la professió i la pràctica acceptable, però, així i tot, es va produir una falla. Un cas famós de coneixement i pràctica estructural que avança d'aquesta manera es pot trobar en una sèrie de fallades que involucren Biga calaix bigues calaix que es van esfondrar a Austràlia durant la dècada de 1970.
Alguns exemples simples d'enginyeria estructural el constitueixen l'estudi de casos d'elements estructurals lineals simples com ara les bigues rectes simples, les jàsseres o les columnes. D'altres elements simples són superficials en lloc de lineals, com ara les parets de càrrega, els pisos-terra d'edificis o les teulades. L'estudi d'elements estructurals inclou el càlcul de càrregues (o forces) a les quals pot estar sotmès cada membre i la capacitat de resistència als esforços de diversos materials de construcció tals com a acer, fusta o formigó.
Un altre objectiu de l'estudi d'elements estructurals és el dimensionat. És a dir, la determinació de les dimensions de l'element estudiat: La llargària, amplària, diàmetre, gruix, que permetin el posterior ús segur i durador de l'estructura construïda.
Exemples més elaborats d'enginyeria estructural el constitueixen estructures més complexes, tals com ponts o edificis de diversos pisos incloent gratacels.
S'ha d'entendre com una càrrega estructural aquella que ha de ser inclosa en el càlcul dels elements mecànics (forces, moments, deformacions, desplaçaments) de l'estructura com a sistema i/o dels elements que la componen. Les càrregues estructurals són generalment classificades com a: càrregues mortes que actuen de forma contínua i sense canvis significatius, pertanyen a aquest grup el pes propi de l'estructura, empenys de líquids (com en un dic) o sòlids (com el terra en un mur de contenció), tensors (com en ponts), assentaments permanents; càrregues vives que són aquelles que varien la seva intensitat amb el temps per ús o exposició de l'estructura, tals com el trànsit en ponts, canvis de temperatura, maquinària (com una premsa), acumulació de neu o calamarsa, etcètera; càrregues accidentals que tenen el seu origen en accions externes a l'ús de l'estructura i la manifestació de les quals és de curta durada com ho són els esdeveniments sísmics o ràfegues de vent. Les càrregues estructurals són generalment classificades com:
Alguns principis bàsics del càlcul estructural són:
Normalment el càlcul i disseny d'una estructura es divideix en elements diferenciats encara que vinculats pels esforços interns que es realitzen uns sobre d'altres. Usualment a efectes de càlculs les estructures reals solen ser divisibles en un conjunt d'unitats separades cada unes de les quals constitueix un element estructural i es calcula d'acord amb hipòtesis cinemàtiques, equacions de comportament i materials diferenciats.
Els elements estructurals lineals i bidimensionals més comuns són:
Unidimensionals | Bidimensionals | |||
---|---|---|---|---|
rectes | corbs | rectes | corbs | |
Flexió dominant | biga recta, llinda, arquitrau | biga balcó, arc | placa, llosa, forjat | làmina, cúpula |
Tracció dominant | cable estirat | catenària | membrana elàstica | |
Compressió dominant | pilar | mur de càrrega, mur de contenció |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.