8. sistemas estructurales de forma activa el arco

1. SISTEMAS SISTEMAS
ESTRUCTURALES DE ESTRUCTURALES DE
FORMA ACTIVA: FORMA ACTIVA:
EL ARCO EL ARCO Clase No. 8 Clase No. 8

2. EL ARCO EL ARCO
DESARROLLO HISTORICO: DESARROLLO HISTORICO: Entre las «formas activas» a compresión, el ARCOha sido la forma estructural que más ha
perdurado en la construcción de puentes y una de las más hermosas conquistas del espíritu
humano. Los romanos difundieron esta forma en todos los territorios conquistados hace más de
dos mil años. Aún perduran muchos arcos de piedra construidos para acueductos y puentes
en Europa y Asia menor.
Como las fuerzas internas principales son de compresión, en la antigüedad fue ampliamente
usado con materiales como la piedra y la mampostería de ladrillo de arcilla, de buena resistencia
a la compresión, y en formas circulares que producí an básicamente compresión.
Después de la caída del Imperio Romano el arco cayó en desuso. Se revitalizó como forma
estructural en el siglo XVIII con el desarrollo del hierro. Gustavo Eiffel debería tener su mayor
mérito como ingeniero estructural por la construcci ón de sus puentes en arco para ferrocarril,
hechos en hierro en el siglo XIX, sin embargo, pasó a la historia de la ingeniería estructural por su
torre en París: «la torre Eiffel».
A principios del siglo XX el arco como forma estruc tural llegó a un nuevo clímax con las obras en
concreto reforzado diseñadas y construidas por Mail lart en Suiza (figura 3.21).
Contemporáneamente, Santiago Calatrava ha impulsado al arco hacia condiciones inesperadas,
aprovechando las características del acero estructural, creando proyectos en que se exige al
máximo el material y alejándose de los principios t radicionales del diseño de puentes en arco: la
simetría y los arcos paralelos. En muchos de sus proyectos solo usa un arco, situado
asimétricamente y aún inclinándolo, para compensar la asimetría.

3. EL ARCO EL ARCO
Si se invierte la forma parabólica que
toma un cable, sobre el cual actúan
cargas uniformemente distribuidas según
una horizontal, se obtiene la forma ideal
de un arco que sometido a ese tipo de
cargas desarrolla solo fuerzas de
compresión. El ARCO es en esencia una
estructura a compresión utilizada
para cubrir grandes luces. Los arcos pueden usarse para cubrir
superficies, ya sea colocándolos
paralelos, resultando en una superficie
en forma de cilindro, o radialmente,
dando una superficie de domo.
El acero ha permitido la construcción de
arcos de grandes luces y muy livianos,
usando secciones tubulares, para
aligerar el consumo de material y
aumentar su eficiencia a compresión,
con el control de la tendencia al pandeo.

4. EL ARCO EL ARCO
El arco no posee la liviandad, ni la
flexibilidad geométrica del cable, porque la
sección transversal de un miembro
sometido a compresión debe tener mucho
más masa que la de un cable, con el fin
de evitar el pandeo bajo los esfuerzos de
compresión.
Además de la reacción vertical es
necesario la existencia de una fuerza
horizontal en los apoyos, hacia
adentro, que contrarreste la fuerza
horizontal hacia afuera que hace el
arco. La presencia de esta reacción
horizontal se facilita cuando los apoyos
se hacen en macizos rocosos; también
puede darse en el caso de arcos de
luces múltiples, en los que las fuerzas
horizontales se anulan en los apoyos
interiores o con el uso de tirantes, que
unan los extremos del arco o mediante
pilotajes en suelos blandos.

5. EL ARCO EL ARCO
Los arcos se clasifican
según las restricciones
de los apoyos en:
••
Biempotrados (fig a) Biempotrados (fig a)
••
Biarticulados (fig b) Biarticulados (fig b)
••
Triarticulados (fig c) Triarticulados (fig c)

6. EL ARCO EL ARCO
• Los arcos biempotradosse construyen generalmente
en concreto reforzado y en cañones profundos, donde
los apoyos pueden soportarse en roca resistente.
• Los biarticuladosson los más comunes. En estos, la
reacción horizontal algunas veces se da por el terr eno y
en otras mediante un elemento interno a tensión, so n los
denominados arcos «atirantados».
• Los arcos triarticulados se construyen generalmente en
madera estructural laminada o en acero y son
estructuras insensibles al asentamiento de los apoy os y
pueden analizarse mediante los métodos de la Estática,
estudiados hasta el presente.

7. EL ARCO EL ARCO
Puente utilizando un arco triarticulado, realizado en hormigón armado por el
Ing. suizo Maillart.

8. Puente de tablero superior. Se aprecia la estructur a fundamental en base a un
arco de hormigón armado y montantes también de hormigón armado

9. EL ARCO EL ARCO
Utilización de un esquema de arco triarticulado hecho en madera laminada
estructural para la ejecución de una nave almacén

10. EL ARCO EL ARCO
Elementos componentes del arco: 1. clave, 2. dovelas, 3. extrados, 4. muro
apoyo, 5. intrados, 6. altura, 7. luz, 8. arcbotant e

11. EL ARCO EL ARCO
Esquema que muestra la construcción de una estructura en base a arcos (2),
los cuales son contenidos en su empuje horizontal por los contrafuertes (1) y
la cubierta es realizada por bloques trabajando a c ompresión (3)

12. EL ARCO EL ARCO
Como los arcos son usados ampliamente en la construcción de
puentes, según la colocación del tablero
del mismo también se
clasifican en:
Arcos con tablero superior(fig a), en los cuales las cargas se transmiten
al arco mediante elementos a compresión, denominados «montantes o
parales».
Arcos con tablero inferior (fig b), en los cuales las cargas son
transmitidas al arco mediante elementos a tensión d enominados «tirantes o
tensores».
Los arcos con tablero intermedioson menos comunes y se presentan en
varios arcos en serie en los cuales el tablero se sostiene mediante
elementos a compresión cerca de los apoyos y con tensores en la luz
central.

13. EL ARCO EL ARCO

14. EL ARCO EL ARCO
Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los
apoyos mediante contrafuertes o tensores.
Analicemos la variación de los esfuerzos en el arco, manteniendo
constantes el valor de la fuerza F y la distancia e ntre los puntos de apoyo
(l), variando la altura del arco (h)
El valor del empuje horizontal es inversamente proporcional a la altura del arco. Para
reducir este empuje el arco debería ser lo mas alto posible, pero el valor del esfuerzo a que
esta sometido el arco aumenta, pues a mayor altura mayor compresión.

15. EL ARCO EL ARCO
Arco de medio punto
Arco triangular
Arco rebajado
Arco rampante

16. EL ARCO EL ARCO
Arco apuntado u ojival
Arco trilobulado
Arco dintelado Arco de herradura

17. EL ARCO EL ARCO
Arco de tres centros
Arco en cortina
Arco elíptico

18. EL ARCO EL ARCO
Arco en gola
Arco en catenaria
Arco tudor

19. EL ARCO EL ARCO
Diferentes formas de bóvedas formadas en base a uniones de arcos

20. EL ARCO EL ARCO
EL ARCO EN LA ARQUITECTURA DE GAUDI: EL ARCO EN LA ARQUITECTURA DE GAUDI:
Antonio Gaudi definió un sistema revolucionario en su concepción
estructural, estética y espacial, en el marco de los movimientos
reformistas europeos que en España se le conoce como el
Modernismo Catalán
.
Gaudi emplea generalmente materiales pétreos sin resistencia a la
tracción. Según se vaya modificando la relación entre la luz y la
flecha, irán incrementándose los empujes que tienden a separar los
apoyos. Este empuje debe ser resistido y transmitido por otro
elemento estructural, por ejemplo, una columna que recibe una
carga horizontal en su capitel perpendicular al eje .
Por eso decide modificar la forma de los apoyos dis poniendo su eje
coincidente con la recta de acción de la resultante . De esta manera
surgen las columnas con inclinación respecto a la horizontal,
poniendo de manifiesto su apego por las estructuras sin empujes.

21. EL ARCO EL ARCO
En las galerías del Parque Guell se puede inferir a partir del eje del arco, cual debe ser la
inclinación del eje de la columna que coincide con la recta de acción de la resultante. De
este modo surgen las columnas con inclinación respecto a la horizontal las cuales no
ocasionan empujes.

22. EL ARCO EL ARCO
En algunas ocasiones, Gaudi debe resolver proyectos en los que
necesita que las columnas sean verticales como apoyos de arcos.
Es el caso de un sector del Palacio Guell,

23. EL ARCO EL ARCO
EL ARCO EN LA EL ARCO EN LA ARQUITECTURA DE ELADIO ARQUITECTURA DE ELADIO DIESTE: DIESTE: La arquitectura de Dieste se
basa fundamentalmente en
la utilización de estructuras
racionales en cuanto a
materiales y
comportamiento.
El arco lo ha utilizado
profusamente y lo ha
llevado a los limites de sus
posibilidades expresivas y
tecnológicas.

24. EL ARCO EL ARCO
Proceso de construcción de un arco con tecnología t radicional

31. EL ARCO EL ARCO
El Arco como elemento estructural y formal fue muy utilizado por la cultura
romana. Un ejemplo es el Coliseo.

32. EL ARCO EL ARCO
Puente de piedras utilizando el arco como estructura fundamental. Córcega,
Francia.

33. EL ARCO EL ARCO
Arco romano en Cabanes, España. (Ruinas).

34. EL ARCO EL ARCO
Arcos ojivales de la Abadía de Bolton, Inglaterra

35. EL ARCO EL ARCO
Arco de Triunfo, Paris, Francia

36. EL ARCO EL ARCO
Arco triarticulado en madera estructural

37. EL ARCO EL ARCO
Puente metálico con arco y tablero inferior.

38. EL ARCO EL ARCO
Puente de estructura mixta, acero + hormigón armado, con tablero superior

39. EL ARCO EL ARCO
Estructura principal del Museo Calatrava en base a arcos rebajados

40. EL ARCO EL ARCO
Puente peatonal realizado según diseños de Leonardo da Vinci

41. EL ARCO EL ARCO
Serie de puentes de tablero inferior realizados en Dubai

42. EL ARCO EL ARCO
Arcos modernistas realizados por Antonio Gaudi

43. EL ARCO EL ARCO
Cubierta que utiliza materiales que pueden trabajar a compresión en forma de arcos

44. EL ARCO EL ARCO
Utilización de madera estructural en arcos biarticu lados

45. Solución a base de arcos de
madera laminada formando
bóvedas para unas bodegas de
vino, Valladolid, España.

46. Estructura a base de un arco de hormigón armado para el Puente del Tercer
Milenio en Zaragoza, España

47. Universidad en Tokio.
Edificios con estructuras
principales a base de arcos
de hormigón armado