8. sistemas estructurales de forma activa el arco
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SISTEMAS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA: FORMA ACTIVA: EL ARCO EL ARCO Clase No. 8 Clase No. 8
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SISTEMAS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE ESTRUCTURALES DE
FORMA ACTIVA:FORMA ACTIVA:EL ARCOEL ARCO
Clase No. 8Clase No. 8
EL ARCOEL ARCO
DESARROLLO HISTORICO: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 ARCOEL 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 ARCOEL 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 ARCOEL 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)
EL ARCOEL 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 ARCOEL 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 ARCOEL ARCO
Utilización de un esquema de arco triarticulado hecho en madera laminada estructural para la ejecución de una nave almacén
EL ARCOEL ARCO
Elementos componentes del arco: 1. clave, 2. dovelas, 3. extrados, 4. muro apoyo, 5. intrados, 6. altura, 7. luz, 8. arcbotante
EL ARCOEL 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 ARCOEL 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 ARCOEL ARCO
EL ARCOEL 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, manteniendoconstantes 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 ARCOEL ARCO
Arco de medio punto
Arco triangular
Arco rebajado Arco rampante
EL ARCOEL ARCO
Arco apuntado u ojival
Arco trilobulado
Arco dintelado Arco de herradura
EL ARCOEL ARCO
Arco de tres centros
Arco en cortina
Arco elíptico
EL ARCOEL ARCO
Arco en gola
Arco en catenaria
Arco tudor
EL ARCOEL ARCO
Diferentes formas de bóvedas formadas en base a uniones de arcos
EL ARCOEL ARCO
EL ARCO EN LA ARQUITECTURA DE GAUDI:EL ARCO EN LA ARQUITECTURA DE GAUDI:
Antonio Gaudi definió un sistema revolucionario en su concepciónestructural, estética y espacial, en el marco de los movimientosreformistas 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 ARCOEL 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 ARCOEL 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 ARCOEL 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.
EL ARCOEL ARCO
Proceso de construcción de un arco con tecnología tradicional
EL ARCOEL ARCO
El Arco como elemento estructural y formal fue muy utilizado por la cultura romana. Un ejemplo es el Coliseo.
EL ARCOEL ARCO
Puente de piedras utilizando el arco como estructura fundamental. Córcega, Francia.
EL ARCOEL ARCO
Arco romano en Cabanes, España. (Ruinas).
EL ARCOEL ARCO
Arcos ojivales de la Abadía de Bolton, Inglaterra
EL ARCOEL ARCO
Arco de Triunfo, Paris, Francia
EL ARCOEL ARCO
Arco triarticulado en madera estructural
EL ARCOEL ARCO
Puente metálico con arco y tablero inferior.
EL ARCOEL ARCO
Puente de estructura mixta, acero + hormigón armado, con tablero superior
EL ARCOEL ARCO
Estructura principal del Museo Calatrava en base a arcos rebajados
EL ARCOEL ARCO
Puente peatonal realizado según diseños de Leonardo da Vinci
EL ARCOEL ARCO
Serie de puentes de tablero inferior realizados en Dubai
EL ARCOEL ARCO
Arcos modernistas realizados por Antonio Gaudi
EL ARCOEL ARCO
Cubierta que utiliza materiales que pueden trabajar a compresión en forma de arcos
EL ARCOEL 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
