Estructura monobuc

En el camp de l'enginyeria i resistència de materials una estructura monobuc o monocasc és un element resistent semblant a la closca d'un ou o a un exoesquelet. Les forces exteriors són suportades per una “superfície” perifèrica que engloba una cavitat interna útil per diversos conceptes. En aquest sentit es parla sovint d'una “pell resistent”. L'ús dels termes “superfície” o “pell” es pot admetre considerant que el gruix de l'element resistent és molt petit comparat amb les dimensions generals del conjunt considerat.

La llagosta és un exemple típic d'exoesquelet.^[2]^[3]^[4]

Amb independència de la forma, una estructura monobuc ha de semblar un recipient, amb un espai buit útil a l'interior i una “superfície” exterior relativament prima. Aquesta “superfície” és la que sustenta el conjunt i ha de resistir tots els esforços exteriors i interiors. En la majoria de casos no hi ha dubtes per a qualificar una estructura com a monobuc. En altres ocasions la identificació es més difícil. Les carrosseries autoportants de la majoria d'automòbils tenen molts reforços i formes estranyes. Malgrat això poden considerar-se monobucs. En avions metàl·lics, si hi ha reforços ja no es consideren monobucs. En canvi, els avions amb fuselatge de fusta –encara que tinguin reforços interns- sí que es consideren monobucs.

Tot i que el terme «monocasc» està admès, cal admetre que «monobuc» és més curt, més antic i tradicional (considerant el terme «buc» utilitzat des del segle xiv^[5]), i més fàcil de pronunciar (especialment en plural). L'adjectiu monobuc és un neologisme creat per composició en data indeterminada. El seu ús està documentat fent referència a l'automòbil Citroën Traction comercialitzat des de 1934.

Les estructures monobuc poden ser tractades de forma limitada, exposant els casos particulars de la nàutica, l'aviació i l'automoció. També alguns diccionaris i enciclopèdies ofereixen definicions limitades als casos particulars exposats.

Una altra manera de presentar el tema (seguint el mètode d'obres reconegudes) és considerar-lo des d'un punt de vista general i recordar algunes de les estructures monobuc presents en la natura i en alguns objectes tradicionals i quotidians.^[6] ^[7]^[8]

Hi ha molts exemples d'estructures monobuc en la natura. En el regne vegetal: pinyols de moltes fruites (albercoc, préssec...), fruites seques amb núcula (nous, avellanes, ametlles, cocos...). En el regne animal: ous, closques de cargols, petxines, exoesquelets...^[9] Un dels camps de recerca de la biònica és, precisament, la resistència estructural de les espècies biològiques.

Recipients e vidre, terrissa i caldereria

Càntirs, olles, cossis, cassoles, ... Els estris de terrissa són autoportants. El mateix cos del vaixell fa d'estructura.

Cistelleria

Barrets

Construcció de fusta

Els caiucs són embarcacions fabricades a partir d'un tronc d'arbre, buidant el seu interior. Es tracta d'un dels tipus d'embarcacions més antics que es desenvoluparen. I encara es construeixen i s'usen. La seva estructura és de monobuc.

Més modernament hi ha bucs de contraplacat que poden considerar-se monobucs per la pràctica absència de reforços interns. Alguns són petits, com els Vaurien originals, i altres més grans – com el Pen Duik II.

Una altra manera de construir vaixells de fusta monobucs és emprar la tècnica de la fusta laminada, emmotllada i encolada en fred. La construcció típica és disposar una sèrie de formes (semblants a quadernes senceres) en posició invertida. Sobre aquest model es van disposant llates primes i flexibles de fusta. La primera capa s'orienta a 45 graus. La segona capa es disposa perpendicular a la primera, encolant-la amb una cola sintètica resistent a l'aigua. La tercera (i generalment última) capa es disposa horitzontalment, en sentit longitudinal. Quan les tres capes estàn encolades formen un conjunt monobuc capaç de resistir forces de tracció, de compressió, de torsió i altres. Eventualment poden afegir-se reforços interiors o aprofitar les mampares o els elements divisors de l'habitacle per a reforçar el conjunt.

L'any 1822 William Annesley va proposar un sistema de construcció monobuc: A New System of Naval Architecture.^[10]

Construcció metàl·lica

Hi ha embarcacions petites d'alumini amb estructura monobuc pràcticament sense reforços. Amb gruixos del buc molt petits un sistema de fer-los més rígids es basa en dissenys amb ondulacions, nervis conformats i similars. També és possible emprar gruixos relativament grans amb una gran rigidesa intrínseca.

Construcció de ferrociment

En la primera època dels vehicles de motor els automòbils acostumaven a tenir la carrosseria separada de l'estructura. Un dels primers models amb carrosseria autoportant (monobuc) fou el Citroën Traction. La carrosseria resistent i monobuc va passar a la competició amb el Lotus 25.

Les motocicletes tradicionals, de carrer i de competició, acostumaven a tenir una estructura tubular simple (de simple bressol) o doble (de doble bressol). Eduard Giró va construir una estructura monobuc per a l'Ossa que competia en la categoria de 250cc.

Els iglús dels inuit tenen una estructura monobuc d'aigua glaçada d'un gruix d'uns vint centímetres. La construcció tradicional es bastia disposant blocs de gel, manualment i sense cap cintra, en forma de cúpula.

Hi ha sistemes moderns que permeten construir un iglú amb neu, emprant una perxa guia i una caixa (com una mena d'encofrat mòbil). Un cop acabat l'iglú, quan la neu es congela, forma una sola peça que suporta el pes d'una persona plantada sobre la cúpula.^[20]

La majoria de forns de fang són d'una sola peça i adopten la forma de cúpula

Cúpules monolítiques

Les cúpules d'una sola peça poden ser de materials diversos i ser considerades estructures monobuc.

De volta catalana

Rafael Guastavino i Moreno fou el responsable de la construcció de moltes cúpules de grans dimensions. Entre altres, cal destacar la cúpula de la Catedral Saint John the Divine^[21]^[22]

De formigó

Hi ha diversos mètodes constructius. L'estructura resistent és de formigó armat. Un mètode comercial proposat es basa en una estructura inflable que serveix d'encofrat (per una sola cara). Un cop muntada l'armadura d'acer es projecta el formigó.^[23]

Bidons

[1]
Forbes Aird. The Race Car Chassis HP1540: Design, Structures and Materials for Road, Drag and Circle Track Open- andClosed -Wheel Chassis. Penguin Publishing Group, 2 setembre 2008, p. 135–. ISBN 978-1-4406-3793-3.
[2]
Exploring Life Science. Marshall Cavendish, 2000, p. 514–. ISBN 978-0-7614-7142-4.
[3]
Julie Lundgren. Skeletons and Exoskeletons. Rourke Educational Media, 1 agost 2012, p. 12–. ISBN 978-1-61810-351-2.
[4]
Knut Schmidt-Nielsen; Schmidt-Nielsen Knut Scaling: Why is Animal Size So Important?. Cambridge University Press, 27 juliol 1984, p. 53–. ISBN 978-0-521-31987-4.
[5]
Bruguera i Talleda, Jordi; Fluvià i Figueras, Assumpta. «buc». A: Diccionari etimològic. Barcelona: Enciclopèdia Catalana, 1996 (2004, 4ª edició), p. 144-145. ISBN 9788441225169.
[6]
Stephen A. Wainwright; W. D. Biggs; J. M. Gosline Mechanical Design in Organisms. Princeton University Press, 21 juliol 1982. ISBN 0-691-08308-8.
[7]
J E Gordon. The New Science of Strong Materials: Or Why You Don't Fall Through the Floor. Penguin Books Limited, 28 març 1991. ISBN 978-0-14-192770-1.
[8]
J. E. Gordon. Structures. Da Capo Press, 21 agost 1981. ISBN 978-0-306-80151-8.
[9]
Erik K. Antonsson; Jonathan Cagan Formal Engineering Design Synthesis. Cambridge University Press, 29 setembre 2005, p. 93–. ISBN 978-0-521-01775-6.
[10]
William Annesley. A New System of Naval Architecture. W. Nicol, and sold by G. and W. Nicol, 1822.
[11]
Lance Cole. Secret Wings of World War II. Pen and Sword, 30 juny 2015, p. 32–. ISBN 978-1-4738-6271-5.
[12]
Peter J. Hugill. Transition in Power: Technological “Warfare” and the Shift from British to American Hegemony since 1919. Rowman & Littlefield, 15 agost 2018, p. 82–. ISBN 978-1-4985-4423-8.
[13]
Alan Sutton; Alan C. Wood Military Aviation of the First World War. Fonthill Media, 21 abril 2017, p. 381–. GGKEY:DRPQEUPUSX3.
[14]
"Flying Plywood With A Sting": Popular Science article, December 1943
[15]
Symposium on Structural Sandwich Constructions. ASTM International, 1957, p. 87–. GGKEY:WBYJ3FJF9Z6.
[16]
Stéphane Tison. L'imaginaire de l'aviation pionnière: Contribution à l'histoire des représentations de la conquête aérienne, 1903-1927. Presses universitaires de Rennes, 26 juny 2018, p. 163–. ISBN 978-2-7535-5574-7.
[17]
Karel Mulder; Didac Ferrer; Harro van Lente What is Sustainable Technology?: Perceptions, Paradoxes and Possibilities. Taylor & Francis, 8 setembre 2017, p. 188–. ISBN 978-1-351-27846-1.
[18]
Fabio Raffaelli. Enciclopedia dell'Automobile - Volumi singoli. Script edizioni, juny 2012, p. 719–. ISBN 978-88-6614-709-1.
[19]
Marc Lefrançois. Histoires insolites des voitures de légende. City Edition, 25 octubre 2017, p. 184–. ISBN 978-2-8246-4777-7.
[20]
Dispositiu per a bastir iglús: ICEBOX® Igloo Tool.
[21]
Humanities. National Endowment for the Humanities, 1995, p. 30–.
[22]
Sigrid Adriaenssens; Philippe Block; Diederik Veenendaal Shell Structures for Architecture: Form Finding and Optimization. Routledge, 21 març 2014, p. 9–. ISBN 978-1-317-90938-5.
[23]
The Monolithic Dome. What are Monolithic Domes? They are super structures!
[24]
Weight-handling Equipment. Department of the Navy, Naval Facilities Engineering Command, 1982, p. 38–.
[25]
United States Army in World War II.: The technical services. Historical Division. Department of the Army., 1965, p. 667–.

[Aird2008-1] [1]
Forbes Aird. The Race Car Chassis HP1540: Design, Structures and Materials for Road, Drag and Circle Track Open- andClosed -Wheel Chassis. Penguin Publishing Group, 2 setembre 2008, p. 135–. ISBN 978-1-4406-3793-3.

[2] [2]
Exploring Life Science. Marshall Cavendish, 2000, p. 514–. ISBN 978-0-7614-7142-4.

[Lundgren2012-3] [3]
Julie Lundgren. Skeletons and Exoskeletons. Rourke Educational Media, 1 agost 2012, p. 12–. ISBN 978-1-61810-351-2.

[Schmidt-NielsenKnut1984-4] [4]
Knut Schmidt-Nielsen; Schmidt-Nielsen Knut Scaling: Why is Animal Size So Important?. Cambridge University Press, 27 juliol 1984, p. 53–. ISBN 978-0-521-31987-4.

[5] [5]
Bruguera i Talleda, Jordi; Fluvià i Figueras, Assumpta. «buc». A: Diccionari etimològic. Barcelona: Enciclopèdia Catalana, 1996 (2004, 4ª edició), p. 144-145. ISBN 9788441225169.

[WainwrightBiggs1982-6] [6]
Stephen A. Wainwright; W. D. Biggs; J. M. Gosline Mechanical Design in Organisms. Princeton University Press, 21 juliol 1982. ISBN 0-691-08308-8.

[Gordon1991-7] [7]
J E Gordon. The New Science of Strong Materials: Or Why You Don't Fall Through the Floor. Penguin Books Limited, 28 març 1991. ISBN 978-0-14-192770-1.

[Gordon1981-8] [8]
J. E. Gordon. Structures. Da Capo Press, 21 agost 1981. ISBN 978-0-306-80151-8.

[AntonssonCagan2005-9] [9]
Erik K. Antonsson; Jonathan Cagan Formal Engineering Design Synthesis. Cambridge University Press, 29 setembre 2005, p. 93–. ISBN 978-0-521-01775-6.

[Annesley1822-10] [10]
William Annesley. A New System of Naval Architecture. W. Nicol, and sold by G. and W. Nicol, 1822.

[Cole2015-11] [11]
Lance Cole. Secret Wings of World War II. Pen and Sword, 30 juny 2015, p. 32–. ISBN 978-1-4738-6271-5.

[Hugill2018-12] [12]
Peter J. Hugill. Transition in Power: Technological “Warfare” and the Shift from British to American Hegemony since 1919. Rowman & Littlefield, 15 agost 2018, p. 82–. ISBN 978-1-4985-4423-8.

[SuttonWood2017-13] [13]
Alan Sutton; Alan C. Wood Military Aviation of the First World War. Fonthill Media, 21 abril 2017, p. 381–. GGKEY:DRPQEUPUSX3.

[14] [14]
"Flying Plywood With A Sting": Popular Science article, December 1943

[15] [15]
Symposium on Structural Sandwich Constructions. ASTM International, 1957, p. 87–. GGKEY:WBYJ3FJF9Z6.

[Tison2018-16] [16]
Stéphane Tison. L'imaginaire de l'aviation pionnière: Contribution à l'histoire des représentations de la conquête aérienne, 1903-1927. Presses universitaires de Rennes, 26 juny 2018, p. 163–. ISBN 978-2-7535-5574-7.

[MulderFerrer2017-17] [17]
Karel Mulder; Didac Ferrer; Harro van Lente What is Sustainable Technology?: Perceptions, Paradoxes and Possibilities. Taylor & Francis, 8 setembre 2017, p. 188–. ISBN 978-1-351-27846-1.

[Raffaelli2012-18] [18]
Fabio Raffaelli. Enciclopedia dell'Automobile - Volumi singoli. Script edizioni, juny 2012, p. 719–. ISBN 978-88-6614-709-1.

[Lefrançois2017-19] [19]
Marc Lefrançois. Histoires insolites des voitures de légende. City Edition, 25 octubre 2017, p. 184–. ISBN 978-2-8246-4777-7.

[20] [20]
Dispositiu per a bastir iglús: ICEBOX® Igloo Tool.

[21] [21]
Humanities. National Endowment for the Humanities, 1995, p. 30–.

[AdriaenssensBlock2014-22] [22]
Sigrid Adriaenssens; Philippe Block; Diederik Veenendaal Shell Structures for Architecture: Form Finding and Optimization. Routledge, 21 març 2014, p. 9–. ISBN 978-1-317-90938-5.

[23] [23]
The Monolithic Dome. What are Monolithic Domes? They are super structures!

[24] [24]
Weight-handling Equipment. Department of the Navy, Naval Facilities Engineering Command, 1982, p. 38–.

[25] [25]
United States Army in World War II.: The technical services. Historical Division. Department of the Army., 1965, p. 667–.

[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]