Estructures Antigues - El col·lapse

Les estructures modernes estan basades en el coneixement que s'ha anat desenvolupant des del SXVIII fins a dia d'avui. La teoria de l'elasticitat ha permès el càlcul d'estructures de formigó, acer, etc. Les estructures antigues estan fetes de pedra o maons,

blocs que es superposen i que s'enganxen amb morters de molt poca capacitat adhesiva. Per aquest tipus d'estructures la teoria de l'elasticitat i tota la bateria de mètodes de càlcul de què disposem no acaben de funcionar bé. Per què? El motiu és senzill, però té implicacions profundes. Els materials nous i les estructures modernes estan basades en el concepte de resistència del material. A partir d'un determinat valor de les forces a que es veu sotmès el material, aquest trenca i l'estructura que permetia l’equilibri de forces deixa de ser vàlida. El trencament el podem pensar en diferents situacions: una fissura com a separació física del material; una deformació excessiva (fenomen de plasticitat), etc. El cert és que la "fallada" de l’acer o el formigó ens condueix a una “fallada” de l'estructura.

Les estructures antigues no fallen quasi bé mai pel material. La pedra o el maó difícilment trenca. Només en el cas de que apareguin concentradors de tensió o punts singulars és possible arribar a fissurar el material. No és que els materials d'abans fossin millors que els d'ara, simplement que els nivells de tensió als que es veuen sotmesos són baixos respecte la seva capacitat resistent. Aleshores, com fallen les estructures antigues? Analitzem un arc perquè és on apareixen de forma clara les raons de la fallada. El col·lapse de l'estructura antiga es degut a dos possibles mecanismes:

- Fallada local per lliscament de blocs. En aquest cas la tensió entre blocs és tant baixa que no es genera suficient fregament entre blocs i aquests llisquen un respecte l'altre fins a generar el col·lapse del sistema.

Fallada d'una estructura de blocs per lliscament (sliding).
Mireu com la dovella  (voussoir)  s'ha mogut respecte la resta dels arcs. Experiment fet al LITEM amb l'Ernest Bernat. 

- Fallada per col·lapse global, es genera un mecanisme de rotació relativa entre blocs que no pot ser estabilitzat pel sistema de forces de l'estructura i aleshores tots els blocs col·lapsen.

Arc de dovelles (voussoirs) amb juntes seques i sense morter. Està sotmès a una càrrega  puntual excèntrica.

Instant de col·lapse de l'arc. Les dovelles giren unes respecte de les altres en 4 punts singulars de l'estructura. És la formació de 4 ròtules la que trenca la geometria original de l'arc i el fan col·lapsar.

L'arc ja s'ha desplomat. Experiment realitzat al LITEM amb l'Ernest Bernat.

Els dos mecanismes com veieu són mecanismes de tipus geomètric, que tenen molt poc a veure amb la capacitat resistent dels materials. L’equilibri de l’estructura es degut a la geometria que es capaç de traslladar les càrregues externes (pesos) fins els suports. En el moment que la geometria ja no és capaç de traslladar les càrregues per formació de les ròtules o per llisacment de la dovella ... l'arc col·lapsa. En el cas d'altres tipus de geometria com murs o pilars també la fallada sol ser per geometria i no per trencament del material.