Estabilitat d'un edifici. Centre de Gravetat.

Imatge a la wikipèdia de Manuel González Olaechea

.

.

.

Avui introduirem el concepte d'estabilitat.

Quan és estable, una estructura? Una estructura és estable quan, malgrat totes les forces que actuen damunt d'ella, aquesta estructura no cau.

I quines forces actuen damunt l'estructura? Si parlem d'edificis, la principal força que hem de tenir en compte és la força de la gravetat, el pes; el pes dels elements de l'estructura (bigues, pilars...), dels elements que fomaran part de l'edifici (parets, sostre...), i també dels elements que contindrà l'edifici (màquines, mobiliari, persones, la possible neu damunt de la teulada...)

Per a ser capaços d'estudiar si un edifici és estable o no, convé introduir un concepte nou que s'anomena "Centre de Gravetat"

El "Centre de Gravetat" d'un cos és aquell punt de l'espai a on podríem considerar que està aplicat tot el pes del cos. És evident que cada part material de les que formen el cos té un pes per si mateixa, però com que el cos és una estructura compacte, existeix un punt (que pot està dins del mateix cos o fora d'ell) en el qual es podria considerar que està aplicat tot el pes. Segons a on estigui situat aquest punt, el cos serà més estable o menys estable.

Si la massa d'un cos està repartida de manera uniforme per tot el cos, el centre de gravetat és fàcil de calcular, es troba al centre del cos:

Ara imagineu que dins la caixa, a la part de sota, hi posem plom. El plom pesa molt. Pesarà molt més el plom que hi ha a la part de sota, que la resta de la caixa:

El centre de gravetat de la massa que forma la totalitat del cos (caixa + plom) estarà situat molt més avall, ja que el centre de gravetat ve a ser com aquell punt "mig" a tota la massa del cos, aquell punt que està a una distància el màxim d'equidistant (d'igual) a tots els punts del cos. Per tant, és lògic pensar que el centre de gravetat ara estarà aproximadament en el punt verd:

Un cop tenim clara la idea de centre de gravetat anem a parlar de com influeix en l'estabilitat d'un edifici.

Un edifici serà més estable com més baix tingui el seu centre de gravetat, i serà menys estable, com més alt tingui el centre de gravetat. El fet de ser menys estable vol dir que té més risc de caure si algun element fa que es mogui lleugerament el centre de gravetat (el vent, un canvi de posició dels pesos interiors, un terratrèmol...).

Un edifici és més estable com més ampla sigui la seva base.
La base d'un edifici és la part de l'edifici que, aguantant el seu pes, està en contacte amb el terra, i tota la superfície que hi ha a l'interior d'aquesta part. És a dir, si l'edifici s'aguanta amb columnes, seria l'espai que hi ha just sota les columnes i també l'espai que hi ha entre aquestes columnes que suporten el pes de l'edifici.

Quan serà inestable un edifici? que és el mateix que dir: Quan caurà un edifici?

Dibuixem una línia vertical que baixi des del centre de gravetat fins al terra; i si cal, fem que continuï més avall del terra. 
Si aquesta vertical cau damunt de la base del edifici, l'edifici serà estable i per tant no caurà. 
Si aquesta vertical cau fora de la base de l'edifici, l'edifici caurà. 
La base de l'edifici és la part més baixa de l'edifici, per allà on l'edifici pren contacte amb el planeta Terra, i per tant allà on ha de reposar tot el pes de l'edifici.

Imaginem que tenim el següent edifici damunt del terra:

Suposem que tota la massa de l'edifici està repartida de manera uniforme per tot l'edifici. Aleshores trobem el seu punt de gravetat que serà el punt mig, gràcies a que la massa està repartida igual per tot l'edifici:

Veiem, a la imatge superior, que la vertical de color verd que baixa des del centre de gravetat cau damunt del punt P, que està fora de la base. Per tant aquest edifici serà inestable: CAURÀ!!!!

Perquè no caigui anem a afegir-li més massa per la part de baix; ni que quedi enterrada sota terra:

Ara calculem el nou centre de gravetat; que no estarà al mig perquè la massa del edifici ja no està repartida de manera uniforme per tot l'edifici, sinó que n'hi ha més a baix:

El centre de gravetat caurà aproximadament al punt G de la imatge superior, si fem la vertical fins a la base trobem el punt P, que ara sí que cau sobre la base, per tant l'edifici serà estable i NO CAURÀ!!!

Aquesta massa que hem posat sota terra per a fer baixar el centre de gravetat i evitar que l'edifici es tombi, s'anomenen FONAMENTS, (en castellà : cimientos), i sempre s'ha d'afegir a tots els edificis per a fer-los estables, és a dir perquè no es tombin.

ACTIVITATS

1.- De les tres següents estructures, digues de cadascuna si són estables o inestables, i explica per què. Dibuixa-les a la teva llibreta.

2.- Tenim un moble amb llibres a dins. Digues en quina de les dues següents posicions dels llibres el moble serà més estable, i explica per què. Dibuixa les dues posicions del moble a la teva llibreta.