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SISTEMAS
ESTRUCTURALES DE
  FORMA ACTIVA:
     EL ARCO


    Clase No. 8
EL ARCO

DESARROLLO HISTORICO:
Entre las «formas activas» a compresión, el ARCO ha 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 producían 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 construcción 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 estructural llegó a un nuevo clímax con las obras en
concreto reforzado diseñadas y construidas por Maillart 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 tradicionales 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.
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.
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.
EL ARCO


  Los arcos se clasifican
  según las restricciones
  de los apoyos en:

• Biempotrados (fig a)

• Biarticulados (fig b)

• Triarticulados (fig c)
EL ARCO

• Los arcos biempotrados se construyen generalmente
  en concreto reforzado y en cañones profundos, donde
  los apoyos pueden soportarse en roca resistente.

• Los biarticulados son los más comunes. En estos, la
  reacción horizontal algunas veces se da por el terreno y
  en otras mediante un elemento interno a tensión, son 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 apoyos y
  pueden analizarse mediante los métodos de la Estática,
  estudiados hasta el presente.
EL ARCO




Puente utilizando un arco triarticulado, realizado en hormigón armado por el
Ing. suizo Maillart.
Puente de tablero superior. Se aprecia la estructura fundamental en base a un
arco de hormigón armado y montantes también de hormigón armado
EL ARCO




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




Elementos componentes del arco: 1. clave, 2. dovelas, 3. extrados, 4. muro
apoyo, 5. intrados, 6. altura, 7. luz, 8. arcbotante
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 compresión (3)
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 denominados «tirantes o
tensores».

Los arcos con tablero intermedio son 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.
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 entre 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.
EL ARCO




                                Arco triangular
Arco de medio punto




  Arco rebajado                          Arco rampante
EL ARCO




                                   Arco trilobulado


Arco apuntado u ojival




       Arco dintelado              Arco de herradura
EL ARCO




                                         Arco elíptico


Arco de tres centros




                       Arco en cortina
EL ARCO




                            Arco en catenaria




Arco en gola




               Arco tudor
EL ARCO




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



EL    ARCO    EN    LA
ARQUITECTURA DE ELADIO
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.
EL ARCO




Proceso de construcción de un arco con tecnología tradicional
EL ARCO




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




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




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




Arcos ojivales de la Abadía de Bolton, Inglaterra
EL ARCO




Arco de Triunfo, Paris, Francia
EL ARCO




Arco triarticulado en madera estructural
EL ARCO




Puente metálico con arco y tablero inferior.
EL ARCO




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




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




Puente peatonal realizado según diseños de Leonardo da Vinci
EL ARCO




Serie de puentes de tablero inferior realizados en Dubai
EL ARCO




Arcos modernistas realizados por Antonio Gaudi
EL ARCO




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




Utilización de madera estructural en arcos biarticulados
Solución a base de arcos de
madera laminada formando
bóvedas para unas bodegas de
vino, Valladolid, España.
Estructura a base de un arco de hormigón armado para el Puente del Tercer
Milenio en Zaragoza, España
Universidad     en     Tokio.
Edificios   con   estructuras
principales a base de arcos
de hormigón armado

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8. sistemas estructurales de forma activa el arco

  • 1. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA: EL ARCO Clase No. 8
  • 2. EL ARCO DESARROLLO HISTORICO: Entre las «formas activas» a compresión, el ARCO ha 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 producían 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 construcción 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 estructural llegó a un nuevo clímax con las obras en concreto reforzado diseñadas y construidas por Maillart 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 tradicionales 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 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 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 Los arcos se clasifican según las restricciones de los apoyos en: • Biempotrados (fig a) • Biarticulados (fig b) • Triarticulados (fig c)
  • 6. EL ARCO • Los arcos biempotrados se construyen generalmente en concreto reforzado y en cañones profundos, donde los apoyos pueden soportarse en roca resistente. • Los biarticulados son los más comunes. En estos, la reacción horizontal algunas veces se da por el terreno y en otras mediante un elemento interno a tensión, son 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 apoyos y pueden analizarse mediante los métodos de la Estática, estudiados hasta el presente.
  • 7. EL ARCO Puente utilizando un arco triarticulado, realizado en hormigón armado por el Ing. suizo Maillart.
  • 8. Puente de tablero superior. Se aprecia la estructura fundamental en base a un arco de hormigón armado y montantes también de hormigón armado
  • 9. EL ARCO Utilización de un esquema de arco triarticulado hecho en madera laminada estructural para la ejecución de una nave almacén
  • 10. EL ARCO Elementos componentes del arco: 1. clave, 2. dovelas, 3. extrados, 4. muro apoyo, 5. intrados, 6. altura, 7. luz, 8. arcbotante
  • 11. 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 compresión (3)
  • 12. 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 denominados «tirantes o tensores». Los arcos con tablero intermedio son 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.
  • 14. 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 entre 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 Arco triangular Arco de medio punto Arco rebajado Arco rampante
  • 16. EL ARCO Arco trilobulado Arco apuntado u ojival Arco dintelado Arco de herradura
  • 17. EL ARCO Arco elíptico Arco de tres centros Arco en cortina
  • 18. EL ARCO Arco en catenaria Arco en gola Arco tudor
  • 19. EL ARCO Diferentes formas de bóvedas formadas en base a uniones de arcos
  • 20. EL ARCO 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 disponiendo 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 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 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 EN LA ARQUITECTURA DE ELADIO 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 Proceso de construcción de un arco con tecnología tradicional
  • 25.
  • 26.
  • 27.
  • 28.
  • 29.
  • 30.
  • 31. EL ARCO El Arco como elemento estructural y formal fue muy utilizado por la cultura romana. Un ejemplo es el Coliseo.
  • 32. EL ARCO Puente de piedras utilizando el arco como estructura fundamental. Córcega, Francia.
  • 33. EL ARCO Arco romano en Cabanes, España. (Ruinas).
  • 34. EL ARCO Arcos ojivales de la Abadía de Bolton, Inglaterra
  • 35. EL ARCO Arco de Triunfo, Paris, Francia
  • 36. EL ARCO Arco triarticulado en madera estructural
  • 37. EL ARCO Puente metálico con arco y tablero inferior.
  • 38. EL ARCO Puente de estructura mixta, acero + hormigón armado, con tablero superior
  • 39. EL ARCO Estructura principal del Museo Calatrava en base a arcos rebajados
  • 40. EL ARCO Puente peatonal realizado según diseños de Leonardo da Vinci
  • 41. EL ARCO Serie de puentes de tablero inferior realizados en Dubai
  • 42. EL ARCO Arcos modernistas realizados por Antonio Gaudi
  • 43. EL ARCO Cubierta que utiliza materiales que pueden trabajar a compresión en forma de arcos
  • 44. EL ARCO Utilización de madera estructural en arcos biarticulados
  • 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