TiD_Estructures_Capítol 3_CAT

Estructures

Tecnologia i Digitalizació

Capítol 3

Propietats dels materials

Què aprendràs?

En aquest tercer capítol, aprendràs l’essencial sobre les propietats dels materials que s’utilitzen en la construcció:

• Què és una càrrega? Descobreix com actuen les forces externes sobre els materials i les estructures.
• Com responen els materials? Coneix la resistència, la rigidesa, la duresa, l’estabilitat i l’esveltesa, claus perquè una estructura es mantingui ferma.

Comencem!

Propietatss dels Materials

Els materials de construcció tenen propietats físiques i mecàniques que determinen com reaccionen davant d’una càrrega. Conèixer aquestes propietats és essencial per dissenyar estructures estables i segures.

Què és una càrrega?

La càrrega és la força externa que s’aplica sobre un material o una estructura. Es pot classificar en:

Estàtica: constant, com el pes propi del vaixell de càrrega i de la mercaderia que transporta.

Dinàmica: variable, com l’onatge, el vent o el moviment dels contenidors durant la navegació.

Com responen els materials a una càrrega?

Cada material respon de manera diferent davant d’una càrrega. Per entendre-ho, n’estudiarem les principals propietats.

Elasticitat

L’elasticitat és la capacitat d’un material per recuperar la seva forma original després d’haver estat deformat per una càrrega. Materials com la goma o l’acer tenen una alta elasticitat, cosa que els permet tornar a la seva forma sense fer-se malbé.

Plasticitat

La plasticitat és la capacitat d’un material per deformar-se permanentment sense trencar-se. Materials com el plàstic, la plastilina o l’alumini tenen una alta plasticitat, fet que els fa útils en aplicacions on es requereix moldabilitat.

Resistència

La resistència és la capacitat d’un material per suportar les càrregues sense trencar-se. El formigó és molt resistent a la compressió, mentre que l’acer té una alta resistència a la tracció.

Rigidesa

La rigidesa és la capacitat d’un material per resistir una força sense deformar-se. Els materials amb una alta rigidesa, com l’acer o el marbre, resisteixen millor la flexió i la deformació quan se’ls aplica una càrrega.

Duresa

La duresa és la capacitat d’un material per resistir l’abrasió, la perforació o el ratllat. El diamant és un material extremadament dur, mentre que d’altres, com la fusta, tenen una duresa menor.

Estabilitat

L’estabilitat és la capacitat d’una estructura o d’un material per mantenir la seva forma i resistència sota condicions de càrrega o canvis ambientals.

Esveltesa

L'esveltesa és la relació entre l'altura i la base d'una estructura. Una estructura és esvelta quan té una gran altura en comparació amb la seva base, com les columnes d'una església o les torres de telecomunicacions.

Experiment Time

Provant materials

T’atreveixes a posar a prova diferents materials per descobrir quin és el més resistent, elàstic o dur? Aquest desafiament t’ajudarà a pensar com un enginyer i a observar com es comporten els materials a la vida real!

Segueix aquests passos i posa a prova diferents materials:

Pensa en elss elements de les estructures

Prepara del material

Construeix!

Reflexiona

Després de l'Experiment Time, accedeix al Posa't a prova! d'aquest capítol.

Prepara el material

Forma un equip amb els teus companys. Cada grup tindrá:

• Goma elàstica
• Plastilina
• Paper d’alumini
• Cartó
• Palet de gelat
• Clip metàl·lic
• Pedra petita

A més d’una fitxa d’observació.

Sabies que...? L’argila humida és altament plàstica, cosa que permet modelar-la en un torn per crear gerres i altres peces de ceràmica.

Construeix pas a pas

Realitza proves amb cada material i omple la fitxa d’observació:

• Elasticitat: estén o prem el material i observa si recupera la seva forma.
• Plasticitat: deforma el material i comprova si manté la forma o torna a l’original.
• Resistència: col·loca un pes damunt del material i observa si suporta la càrrega sense trencar-se.
• Rigidesa: intenta doblegar el material i fixa’t si es deforma fàcilment o manté la seva forma.
• Duresa: intenta ratllar-ne la superfície amb un objecte punxant i observa si es marca amb facilitat.

Sabies que...? El diamant és el material natural més dur conegut: pot ratllar qualsevol altre material. Per això s’utilitza en broques i discos de tall per perforar formigó, pedra o fins i tot altres diamants.

Sabies que...? Els arcs tradicionals acumulen energia elàstica en tensar-se i la alliberen en disparar, mostrant com un material pot deformar-se i recuperar la seva forma.

Sabies que...? El David de Miquel Àngel, tallat en marbre l’any 1504, ha mantingut la seva forma durant més de 500 anys gràcies a la gran rigidesa d’aquest material.

Tot i ser molt rígid, el marbre també és fràgil, fet que obliga a protegir l’escultura de vibracions i cops.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Pensa en las propietats dels materials

• Elasticitat: capacitat de tornar a la seva forma original.
• Plasticitat: capacitat de mantenir la deformació.
• Resistència: capacitat de suportar pes sense trencar-se.
• Rigidesa: capacitat de no deformar-se fàcilment.
• Duresa: capacitat de no ratllar-se ni desgastar-se.

Reflexiona!

• Quin material ha resultat més adequat per construir una estructura?
• Quines propietats han estat més importants: la resistència, la rigidesa o l’elasticitat?
• Què has après sobre per què no existeix un únic material perfecte per a tot?
• Com utilitzaries aquesta informació per dissenyar un pont o un edifici?

Sabies que...? Els zigurats, com el d’Ur, a Mesopotàmia, es construïen amb bases molt amples i terrasses esglaonades. Aquesta forma piramidal els donava una gran estabilitat, evitant que s’ensorressin amb el pas del temps i amb els freqüents terratrèmols de la regió.

Sabies que...? Les muntanyes russes, com el Shambhala, aprofiten la resistència i l’elasticitat de l’acer per suportar enormes càrregues sense deformar-se.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Dato curioso La Torre CN a Toronto mesura 553 metres d'altura amb una base molt reduïda. La seva gran esveltesa va obligar a dissenyar-la amb fonaments de 15 metres de profunditat per a resistir els forts vents i garantir la seva estabilitat.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Lorem ipsum dolor

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod.

Lorem ipsum dolor sit

• Lorem ipsum dolor sit amet.
• Consectetur adipiscing elit.
• Sed do eiusmod tempor incididunt ut.
• Labore et dolore magna aliqua.

Sabies que...? Les cases i muralles d’Aït Ben Haddou, al Marroc, estan fetes de tàpia (fang premsat, palla i fusta), un material que necessita reparacions freqüents després de les pluges, però que manté l’interior fresc fins i tot en ple desert.

Sabies que...? Les columnes de la Sagrada Família, a Barcelona, estan fetes amb diferents tipus de pedra segons la càrrega que suporten: basalt per a les més exigents i pedra arenosa o granit per a les secundàries, cosa que els permet resistir enormes esforços de compressió.