14. Firmitas. I – Rezistența clădirilor

Scenariu activitate

Introducere în subiect → 15 min.

Se poate desfășura în clasa lor sau într-alt spațiu al școlii unde se pot observa cât mai multe elemente diferite ale structurii clădirii ( de ex. în sala de festivități, holuri, sala de sport).

Explorarea se va face în 2 echipe, fiecare echipă va avea de identificat și fotografiat un tip de element al clădirii astfel:

Echipa 1: elemente ale construcției care dacă ar fi eliminate clădirea s-ar prăbuși sau deteriora;

Echipa 2: elemente ale construcției care dacă ar fi eliminate clădirea nu s-ar prăbuși sau deteriora.

Discuție liberă → 15 min.

Prezentați și explicați colegilor cum ați identificat respectivele elemente ale clădirii, după ce v-ați ghidat, cum argumentați alegerea lor.

Prezentare imagini și explicații → 15 min.

vezi Resurse

Arhitectura unei clădiri nu poate fi înțeleasă pe deplin dacă nu înțelegi logica structurii sale și a materialelor din care e făcută. Pentru aceasta imaginează-ți clădirea ca un mecanism, adică o mulțime de componente individuale interconectate, a căror rol este de a transfera încărcările tuturor forțelor care acționează asupra clădirii în fundațiile acesteia.

Principala forță care acționează asupra unei clădiri este gravitația. De aceea arhitectura este spectaculoasă când încearcă să “păcălească” gravitația. La aceasta se adaugă, după caz: vântul, mișcările seismice, vibrațiile determinate de activitățile oamenilor și diverselor echipamente, încărcările cu oameni și obiecte din clădire, defecte ale structurii de rezistență ce pot apărea din greșeli de construcție/ proiectare/ utilizare improprie etc.

Pentru a analiza rezistența structurii unei clădiri, și implicit a distribuției încărcărilor forțelor, se aplică principile echilibrului static, al treilea principiu al mecanicii, enunțat de Newton- Principiul acțiunii și reacțiunii:

“Când un corp acționează asupra altui corp cu o forță (numită forță de acțiune), cel de-al doilea corp acționează și el asupra primului cu o forță (numită forță de reacțiune) de aceeași mărime și de aceeași direcție, dar de sens contrar.”

Cu alte cuvinte, ca o clădire să fie stabilă, orice forță care acționează asupra ei trebuie să fie contracarată cu o forță egală și opusă.

Rolul fiecărui component în ansamblul rezistenței clădirii este diferit, unele formează sistemul structural al clădirii – scheletul ei, care dacă ar fi eliminate clădirea s-ar deteriora/prăbuși, se numesc portante, iar altele, care dacă ar fi eliminate clădirea nu s-ar deteriora/prăbuși, se numesc neportante. Acestea îndeplinesc diverse funcțiuni necesare bunei utilizării a clădirii: de închidere spre exterior, compartimentare interioară, decorație și finisaje, etc. Atenție, și elementele portante pot avea aceste funcțiuni. De reținut că rezistența întregii clădirii se analizează și se calculează pe ansamblul clădirii.  Structurile pe care le alcătuiesc aceste componente pot fi de la igloo-uri la zgârie nori, de la coji de beton la mari poduri metalice, dar toate trebuie să fie stabile și sigure pentru ocupanții lor.

Componentele unei clădiri trebuie să fie proiectate atât pentru a rezista încărcărilor la care sunt supuse fără a se prăbuși, cât și să își poată îndeplini scopul dorit fără să se clatine, să se miște sau să vibreze într-o asemenea măsură încât să îi perturbe pe ocupanții clădirii sau să provoace deteriorări altor elemente ale clădirii, instalațiilor sau finisajelor sau chiar a vecinătăților.

Pentru a determina dacă un element structural este capabil să reziste încărcărilor forțelor la care este supus, doi factori majori se iau în considerare: dimensiunea sa și proprietățile materialului din care este făcut.

Arhitectul stabilește tipul de sistem structural care se va utiliza în construcția sa, iar inginerul de structuri se ocupă de proiectarea acestuia și răspunde de rezistența sa. Pe parcursul proiectării, structura propusă inițial de arhitect este ajustată după calculele de rezistență. Pentru structuri noi, sau cu elemente inovative, echipa de ingineri de structuri și arhitecți face testări pe machete și pe prototipuri de elemente constructive 1:1.

Cele mai reușite exemple de arhitectură au forma arhitectonică derivată din logica lor structurală, iar ornamentele sunt adecvate materialului de construcție folosit.