Treball T-1 Tecnologia

1. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
TEMA 1. FORCES I ESTRUCTURES EXERCICIS
Exercici 1: Posa cinc exemples d'actuació de forces, representa-les gràficament i explica'n els
efectes.
Un informàtic que prem una tecla, això provoca que la força és major i la tecla
s’enfonsa.
La gravetat, atrau els objectes a la terra. La gravetat fa que un objecte caigui al
terra.
Un home que està tallant un paper. Això produeix una força
de cisalla i talla el paper.
Un tenista que fa un sac. Això provoca un canvi de moviment en la pilota que surt
disparada.
Un jugador de basquet llença una pilota a cistella. Això provoca un canvi de
moviment en la pilota, i com que la força és major que la de la gravetat, surt
disparada cap a amunt.
Exercici 2: Busca fotografies de dinamòmetres, explica'n les seves parts i com s'utilitzen.
1

2. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
1 3
2
1Ganxo:És la part que serveix per agafar l’objecte.
2 Escala: És la part per on es poden saber la força que fa l’objecte.
3Tirador: Aquesta part no és a tots els dinamòmetres, i serveix per mesurar la força que fa
l’objecte.
Exercici 3: Dibuixa les forces que apareixen en les següents situacions.
Exercici 4: Posa tres exemples de materials elàstics i tres més de materials plàstics.
Elàstics: Goma, cautxú, fusta.
Plàstics: Fang, plàstic, ferro.
Exercici 5: Posa tres exemples de materials fràgils. Pot un material ser alhora fràgil i dur? I
pot ser alhora fràgil i tenaç? En cas afirmatiu posa un exemple.
Materials fràgils:Vidre, diamant, i guix.
Si, com el diamant. Si, perquè són qualitats diferents.
Exercici 6: Quines de les propietats mecàniques que hem treballat creus que són més
importants alhora de triar els materials per construir els següents objectes?
2

3. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
µ Un cable d'alta tensió resistència, tenacitat.
µ Un cable de telèfon resistència, tenacitat.
µ Una columna resistència, duresa, tenacitat.
µ Una pilota de bàsquet resistència, duresa, tenacitat.
µ Una pilota de golf duresa, tenacitat.
µ El quadre d'una bicicleta resistència, tenacitat.
µ Una llauna de Coca cola duresa, tenacitat, plasticitat.
µ Una farola resistència, duresa, tenacitat.
µ Un trampolí duresa, plasticitat, tenacitat.
Exercici 7: En la taula següent marca quines són les propietats mecàniques dels següents
materials:
Elasticitat Plasticitat Duresa Fragilitat Tenacitat
Paper x
Goma x x
Plàstic x x
Vidre x x
Alumini x x
Fusta de pi x x x
Acer x x x
Cartró x x
Fusta de roure x x
Exercici 8: Quin tipus d'esforços han de suportar els següents objectes?
µ Un tornavís de torsió.
µ Les potes d’una taula de compressió.
µ El passador d’unes tisores de cisalla.
µ Les cordes d’una guitarra de flexió.
µ El pal d’una escombra de flexió.
3

4. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
µ L’eix d’un aerogenerador eòlic de torsió.
Exercici 9: Observa les diferents parts de les següents estructures i digues si estan treballant
a tracció compressió o flexió:
C
A B
pes
A B
C
pes
pes
C E C
A B
A B D
D
pes
1)AB: Flexió 2)AB: Tracció 3)AB;BD: Tracció
BC:Flexió AC;CB: Compressió AC;ED: Compressió
CB;BE: Flexió
4)AC;CB: Tracció
AB: Flexió
AD;BD: Tracció
4

5. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Exercici 10: Observa la següent estructura i digues a quin tipus d’esforços està sotmesa
cadascuna de les seves parts.
La part verda està sotmesa a un esforç de flexió, la groga, al igual que la blava està sotmesa a
un esforç de compressió.
F´
F
Exercici 11: Dóna-li un cop d’ull a la següent adreça d’Internet i anota quins són els exemples
que és donen per cada tipus de força:
http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/lab/forces.html
Compressió:les bigues de ferro d’una casa.
Torsió: les cordes que subjecten els pons penjants com el de Sant Francisco.
Flexió:un home doblegant una barra de ferro.
Cisalla: una falla produïda en una carretera.
Torsió: el gir del pont Tacoma Narrows produït per les fortes ventades.
Exercici 12: Dóna-li un cop d’ull a la següent adreça d’Internet:
http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/lab/loads.html
Quina classe de càrregues o forces han de ser considerades quan construïm una estructura?
Amb anglès les anomenades loads, com ara la força d’un terratrèmol.
Exercici 13: Cerca imatges on es vegi amb claredat estructures d’armadura i estructures
carcassa (mínim 3 de cadascuna).
5

6. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Estructures amb carcassa:
Estructures amb armadura:
Exercici 14: Sovint trobem al nostre voltant objectes que per la seva forma, dimensions,
estructura en general els hi costa mantenir l’estabilitat. Pensa en possibles modificacions de la
seva estructura per tal de corregir aquesta falta d’estabilitat dels següents objectes:
Escombra la pala amb un aguantador, bicicleta posar un caballet, antena de TV una
barra per aguantar- ho, tamboret centrar bé el seu centre de gravetat.
Exercici 15: Cerca imatges d’estructures que estiguin basades amb triangles (mínim de 5).
Exercici 16: Quines de les següents estructures construïdes amb un Mecano són rígides i
quines no?
Exercici 17: Relaciona els noms dels següents perfils amb els dibuixos corresponents.
Secció en U
Secció en T
Secció en L
Secció en I
Secció circular
Secció quadrada
6

7. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Exercici 18: Indica en cada cas quin tipus de perfil s’utilitza en les següents estructures. Si
vols pots acompanyar-ho d’una fotografia.
 Quadre d’una bicicleta perfil angular
 Estructura d’una cadira secció quadrada
 Estructura d’un para-sol perfil angular
 Cistella de bàsquet secció circular
 Porteria de futbol amb forma d’U
7

8. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
 Torre d’alta tensió perfil angular
 Farola forma d’I
 Senyal de trànsit secció circular
Exercici 19: Busca imatges de dels següents tipus de ponts:
 Pont d'arc de pedra
8

9. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
 Ponts en suspensió
 Pont Cantilever
 Pont suportat per cables
 Pont basculant
 Pont giratori
Exercici 20: Fes una recerca sobre un dels tres ponts més llargs del món. Fes una descripció
d’on està, de quins materials està fet, quan es va construir, i tota aquella informació que
consideris interessant o curiosa. Acompanya la descripció d’una fotografia extreta del Google
9

10. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Earth (o programa similar) que situï on és troba el pont i d’un parell de fotografies on es vegi
aquest pont.
El Pont de Tacoma Narrows és un pont penjant d'una milla de longitud (el tercer més llarg del
món quan es va construir, 1950) que creua el gorg de Tacoma, a l'estat de Washington, EUA.
La primera versió del pont, dissenyada per Leon Moisseiff, va ser famosa per una dramàtica
fallada estructural (que va ser filmada) el 1940.
Colapse del primer pont de Tacoma l'any 1940
El pont estava sòlidament construït, amb tirants d'acer al carbó ancorats en grans blocs de
formigó. Els dissenys previs normalment tenien gelosies obertes (de barres) sota la llosa de la
calçada. Aquest va ser el primer pont a emprar parells de grans bigues en forma de I ) per a
aguantar la calçada. Amb els dissenys anteriors
el vent passava senzillament a través de la
gelosia, però amb el nou disseny el vent es
desviava per sobre i per sota l'estructura. Poc
després de la seva construcció el juliol de 1940
(obert al trànsit l'1 de juliol), es va descobrir que
el pont oscil·lava perillosament sota el vent.
Aquesta ressonància era longitudinal, el que vol
dir que el pont oscil·lava en tota la seva longitud
— per exemple, una meitat del vano central
pujava mentre que l'altra meitat baixava-. Els
conductors veien els cotxes que s'apropaven en
direcció contrària apareixent i desapareixent a
"valls" de la calçada.
El pont va fallar quan va tenir lloc un mode torsional que mai no s'havia observat abans. De
fet, es tractava del segon mode torsional (no longitudinal), en el qual el centre del pont es
mantenia quiet mentre que les dues meitats del pont es retorçaven en direccions oposades.
Finalment, l'amplitud del moviment va augmentar més enllà de la tolerància de l'estructura i
van fallar alguns cables de la suspensió. Una vegada van fallat diversos cables, el pes de la
llosa es transferia als cables adjacents, trencant-los, de manera que gairebé tot el cos central
del pont va caure a l'aigua.
L'espectacular destrucció del pont es posa molt sovint com a exemple de la necessitat de
considerar l'aerodinàmica i els efectes de ressonància a les escoles d'enginyeria. De tota
manera, no és el millor exemple de ressonància, car la ressonància normalment implica
ressonància forçada (tal com el moviment periòdic induït per un grup de soldats desfilant i
marcant el pas). Així, en el cas del pont de Tacoma, no hi existia una força periòdica. El vent
era constant a 67 km/h. La freqüència del mode destructiu , 0,2 Hz, no era ni un mode natural
de l'estructura (isolada) ni la freqüència dels vòrtex turbulents creats per les vores del pont a
aquella velocitat del vent. El desastre només es
pot entendre si es consideren els sistemes
estructurals i aerodinàmics acoblats.
Afortunadament, no van haver-hi víctimes
humanes (només va morir un gos que es va
quedar terroritzat dins un cotxe)
10

11. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Pont de Tacoma Narrows l'any 1950, ja reconstruït
El pont es va redissenyar i reconstruir (usant les torres originals) amb gelosies, barres
rigiditzadores i obertures per a deixar passar el vent. El nou pont es va obrir al trànsit el 14
d'octubre de 1950, i té una longitud de 1822 m (12 m més llarg que el seu predecessor i és el
5è pont penjant més llarg dels Estats Units).
Després de la lliçó de Tacoma, els ponts penjants més moderns que no són de gelosia tenen la
llosa acabada en formes aerodinàmiques (amb els costats en forma de punta), per a evitar
l'acoblament amb el vent.
El pont es va dissenyar per a suportar 60,000 vehicles diaris. Actualment n'hi circulen 90.000,
i es projecta que n'hi circulin 120.000 el 2020. Actualment s'està construint un altre pont, que
serà paral·lel a l'actual (la construcció va començar el 4 d'octubre de 2002, i es preveu acabar-
lo el 2007).
Exercici 21: Fes una recerca sobre un dels tres ponts més alts del món. Fes una descripció
d’on està, de quins materials està fet, quan es va construir, i tota aquella informació que
consideris interessant o curiosa. Acompanya la descripció d’una fotografia extreta del Google
Earth (o programa similar) que situï on és troba el pont i d’un parell de fotografies on es vegi
aquest pont.
11

12. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
El Viaducte de Millau és un pont atirantat multicable a l'autopista francesa A-75 (Clermont-
Ferrand - Montpeller) que salva la vall del riu Tarn a prop de la localitat de Millau. El viaducte
cobreix una distància total de 2460 m mitjançant 6 llums de 342 m i dues més de 204 m (les
extremes). Fou inaugurat pel president de la República Francesa, Jacques Chirac, el 14 de
desembre de 2004 i obert al trànsit dos dies després. Amb la construcció d'aquesta estructura
es van batre dos rècords del món:
1. La segona pila (comptant des de Clermont-Ferrant) és la pila més alta del món: 334 m.
2. La rasant de la carretera just a sobre del riu Tarn (entre les piles 2 i 3) és la rasant de
carretera situada a més altura respecte el terra: 270 m, lleugerament més alta que la
del New River Gorge Bridge als Estats Units. De tota manera, cal tenir en compte que
no és el rècord absolut en ponts ja que hi ha una passarel·la de vianants també als
Estats Units, Royal Gorge Bridge, amb una altura superior: 321 m.
El projecte fou fruit de la col·laboració de diversos enginyers de
camins, canals i ports del grup SETRA, dirigits per Michel
Virlogeux, que van estudiar, durant anys diverses solucions.
Les 5 solucions finalistes foren posteriorment depurades
paisatgísticament per diverses enginyeries i estudis
d'arquitectura, i finalment va ser escollida l'opció depurada per
l'enginyeria anglesa Ove-Arup i l'estudi d'arquitectura de
Norman Foster. El projecte constructiu va ser desenvolupat per
l'estudi GREISCH, encapçalat per l'enginyer Jean Marie Crémer.
Les 7 piles són de formigó i presenten una secció en caixó
variable, que es desdobla en dos caixons, passada ja mitja
altura, que acaben convergint al seu cap. D'aquesta manera es
minimitzen els moviments de la pila al cap, requeriment
fonamental per l'efectivitat de l'atirantament. Al peu, la secció
mesura aproximadament 17 metres en el sentit longitudinal del
pont i 27 en el seu sentit transversal. Així, la inèrcia de la pila
en front accions longitudinals al tauler arriba a la mitjana dels
910 m4. Les piles, s'eleven gairebé 89 m per sobre de la rasant,
d'on surten 11 tirants per costat.
El tauler és d'acer estructural S355J2G3 i té
una amplada de 32 m i un cantell constant de
4.20 m. La secció és tricel·lular amb una àrea
de 1.152 m2 i la seva flexió transversal és
reduïda mitjançant unes gelosies transversals
d'acer que es van succeint periòdicament. La
plataforma alberga dos carrils per sentit, de
3.5 m d'amplada, dues vorades de 3 m
d'amplada i una mitjana de 4.5 m
atravessada pels tirants.
El traçat en planta presenta una lleugera
curvatura per permetre als ocupants dels vehicles una bona panoràmica del pont. En alçat, la
calçada presenta un pendent constant del 3.025 % (baixada en direcció Clermont-Ferrant).
12

13. Forces i estructures Tecnologia 3r ESO
Andrea Larrosa Peleato
David Sanz 3B
13