Temari · Bombers Generalitat de CatalunyaAmb esquemes
15Construcció
Introducció
Quan els bombers intervenen en entorns urbans i edificats, sovint els cal entendre mínimament els principis bàsics de la construcció i, sobretot, què fa que una estructura es mantingui estable. Aquest tema, pensat per al personal operatiu, dona aquesta base: entendre com es comporta un edifici i saber reconèixer, enmig d'una emergència, les situacions que poden acabar en risc.
Accions, reaccions i esforços
2.1. Principi de l’estabilitat
Podem imaginar qualsevol edifici com un sistema estàtic: un conjunt que està quiet perquè s'ha dissenyat per aguantar un seguit de càrregues i d'accions. Hi entren, per exemple, el pes propi, les persones que l'ocupen, els mobles, el vent i, fins i tot, un impacte sobtat. Tot plegat funciona segons el principi d'acció-reacció: cada força que actua sobre l'estructura rep una resposta resistent dels seus elements estructurals (pilars, bigues, murs de càrrega…).
Principis de l'estabilitat. 1. Accions i reacció: Un pont (llosa horitzontal recolzada als dos extrems sobre un barranc) rep el pes d'un camió: l'acció, fletxa negra cap avall. Els recolzaments responen amb dues reaccions cap amunt (en blau) que equilibren la càrrega.. 2. Esforços: Dins la llosa i dels recolzaments apareixen forces internes, els esforços (requadres vermells). Als extrems, fletxes enfrontades als punts de recolzament; al centre de la llosa, una parella de fletxes que s'empenyen (enfrontades) i una altra que s'estiren (en sentit contrari).. 3. Deformacions: Els esforços deformen els materials: la llosa es corba cap avall (arc vermell) i els recolzaments s'enfonsen (fletxes vermelles petites). Dins dels límits de seguretat són deformacions previstes i acceptables.. 4. Col·lapse: Amb tres camions la càrrega supera el límit de resistència: la llosa es trenca pel mig, els trossos cauen inclinats dins el barranc i la fletxa negra assenyala la caiguda.. Seqüència d'un pont sobre un barranc que explica el principi de l'estabilitat. Una càrrega (el camió) és una acció, i els recolzaments hi responen amb reaccions iguals i contràries. Aquesta acció genera esforços interns a la llosa i als recolzaments, i els esforços produeixen deformacions: la llosa es corba cap avall i els suports s'enfonsen. Si la càrrega augmenta (tres camions) i la deformació arriba al límit de resistència, la llosa es trenca pel mig i l'estructura col·lapsa dins el barranc.
Dins de les peces apareixen forces internes, que reben el nom d'esforços, i aquests esforços poden deformar els materials. En condicions normals, que un element es deformi no és cap anomalia: la deformació està prevista i, mentre no surti dels límits de seguretat, és acceptable. La cosa canvia quan supera certs límits: llavors surten lesions, que poden ser el senyal d'un problema greu. És el que es coneix com a patologia estructural.
I si la deformació arriba al límit de resistència de l'element, l'estructura pot col·lapsar. Per això és essencial que els bombers tinguin unes nocions bàsiques de com responen les estructures: així poden decidir amb seguretat durant el servei i reduir al mínim els riscos, tant per als equips com per a les persones afectades.
De l'acció al col·lapse. Què passa dins l'estructura: Acció; Reacció; Esforços; Deformació (Dins dels límits de seguretat → Deformació prevista i acceptable; Supera certs límits → Lesions: patologia estructural; Arriba al límit de resistència → Pot haver-hi col·lapse)
2.2. Accions
Quan en construcció parlem d'accions ens referim a qualsevol força o influència que ve de fora i que actua sobre l'edifici al llarg del temps, amb capacitat d'alterar-ne l'estabilitat. Són les accions les que provoquen els esforços interns dels elements estructurals; per tant, condicionen de manera decisiva com es comporta l'estructura i quin grau de seguretat té. Se'n distingeixen tres tipus:
- Permanents: per exemple, el pes propi de l'edifici.
- Variables: per exemple, les persones que l'ocupen, el mobiliari, la neu o el vent.
- Accidentals: per exemple, una explosió, un impacte o un sisme.
Depenent de la naturalesa, la direcció i la intensitat que tinguin, aquestes accions poden posar en perill l'equilibri del sistema estructural quan no s'havien previst o quan les condicions de l'edifici han canviat.
Accions en l'edificació. 1. Pes propi de l'estructura horitzontal: Fletxes taronges cap avall a cada forjat i a la coberta: el pes dels mateixos sostres.. 2. Pes propi de l'estructura vertical: Fletxes taronges llargues al costat dels murs: el pes dels elements verticals, que baixa fins als fonaments.. 3. Sobrecàrrega d'envans: Barres violeta: el pes de les parets divisòries que carreguen sobre els forjats.. 4. Acció del terreny: Fletxa violeta horitzontal: l'empenta de les terres contra el mur de la planta soterrada.. 5. Sobrecàrrega d'ús: Persones i mobles (en vermell) amb fletxes cap avall a cada planta: la càrrega de l'ocupació i el mobiliari.. 6. Sobrecàrrega de neu: Capa blava sobre el vessant de la coberta amb una fletxa cap avall.. 7. Acció del vent: Remolins i fletxes blaves horitzontals que empenyen la façana.. 8. Accions de les baranes: Fletxa grisa horitzontal cap enfora sobre la barana del balcó.. 9. Acció del sisme: Línia verda en ziga-zaga amb fletxa doble sota els fonaments: el moviment del terreny. El text del tema classifica els sismes com a acció accidental.. 10. Càrrega de l'edifici sobre el terreny: Fletxes negres grans sota els fonaments: tot el pes de l'edifici es transmet al terreny.. 11. Reacció del terreny: Fletxes vermelles cap amunt: el terreny respon amb una força igual i contrària que equilibra l'edifici.. 12. Bulb de pressions: Línies vermelles discontínues en forma de bulb sota cada fonament: la zona del terreny on es reparteixen les pressions.. Tres seccions del mateix edifici (tres plantes, una de soterrada, i coberta a dues aigües). Càrregues permanents: pes propi de l'estructura horitzontal i de la vertical (taronja), sobrecàrrega d'envans i empenta del terreny sobre el soterrani (violeta). Càrregues variables: sobrecàrrega d'ús de persones i mobles (vermell), neu sobre la coberta i vent contra la façana (blau), accions sobre les baranes (gris) i, al mateix panell, el sisme sota els fonaments (verd), que el text classifica com a acció accidental. Reacció del terreny: l'edifici transmet la seva càrrega al terreny pels fonaments, el terreny hi respon amb reaccions cap amunt i les pressions es reparteixen en un bulb sota cada fonament.
2.3. Reaccions
Si les accions són el que rep l'estructura, les reaccions són la seva resposta. Són les forces que neixen als punts on un element es recolza o s'uneix a un altre quan li arriben accions o càrregues. És el principi físic d'acció i reacció: a cada força que s'aplica a una estructura li'n correspon una altra d'equivalent i de sentit contrari, que tendeix a mantenir el sistema en equilibri.
Gràcies a les reaccions, les càrregues poden baixar dels sostres als fonaments i, d'allà, al terreny. On més es noten és als extrems de les bigues, dels pilars o dels murs de càrrega, que és on l'estructura passa l'esforç a l'element que l'ha de rebre o dissipar.
Com seran aquestes reaccions (de quina mena i en quina direcció) depèn de dues coses: el tipus d'unió (recolzada, articulada, encastada…) i les càrregues que hi actuen. Saber llegir-les serveix per a:
- Localitzar els punts crítics de càrrega o les zones sobrecarregades.
- Entendre com treballa l'estructura en conjunt.
- Preveure què pot passar si hi ha alteracions o col·lapses.
A l'hora de sanejar, d'obrir un pas o d'apuntalar, que un bomber identifiqui on i de quina manera es produeixen les reaccions pot ser decisiu per no prendre cap decisió que posi en perill l'estabilitat del conjunt.
2.4. Esforços
Anomenem esforços les reaccions internes que es generen dins dels materials i de les peces estructurals d'un edifici com a resposta directa a les accions rebudes. Si una càrrega prem, estira, retorça o doblega una peça, aquesta genera un esforç per resistir-la i conservar l'estabilitat de l'estructura.
Hi ha sis tipus principals d'esforç:
- Tracció
- Compressió
- Flexió
- Torsió
- Tallant o cisallament
- Vinclament
Esforços. 1. Tracció: Dues forces en sentit contrari estiren la peça cap enfora i l'allarguen.. 2. Compressió: Dues forces enfrontades empenyen la peça cap endins i l'aixafen.. 3. Flexió: Una peça recolzada als extrems es corba cap avall per una càrrega central. És la suma de tracció i compressió actuant alhora sobre la mateixa peça.. 4. Torsió: Dos girs en sentit contrari als extrems retorcen la barra sobre el seu eix.. 5. Tallant: Una força cap avall i una cap amunt, desplaçades l'una de l'altra, tendeixen a fer lliscar dues parts de la peça i obren una esquerda vertical entre elles (cisallament).. 6. Vinclament: Una càrrega vertical sobre una barra alta i prima: no és el mateix que la flexió, tot i que la peça acaba corbant-se de costat (línia discontínua).. Els sis esforços bàsics que pot patir una peça estructural. Tracció: forces que l'estiren. Compressió: forces que l'empenyen i l'aixafen. La flexió combina tracció i compressió: la peça recolzada als extrems es corba sota una càrrega central. El vinclament, que no s'ha de confondre amb la flexió, apareix quan es carrega verticalment una barra alta i prima. Torsió: girs en sentit contrari als extrems que retorcen la barra. Tallant o cisallament: una força cap avall i una cap amunt desplaçades que obren una esquerda entre les dues parts.