Arco

ARCO
Definición
Cuando no es necesaria una cubierta plana para satisfacer las exigencias funcionales de la estructura, generalmente resulta que una cubierta de elementos con simples o doble curvaturas tales como los arcos o las cáscaras delgadas resultan más económicas en consumo de materiales, debido a la capacidad de absorber las cargas con intervención mínima de flexión y corte. Este sistemaes el método estructural más antiguo utilizado para puentes cuando las luces son demasiado grandes para poder utilizar vigas rectas. Los esfuerzos en los arcos son proporcionales a las cargas y a la luz, e inversamente proporcionales a la altura del arco. Para minimizar los esfuerzos a una luz entre apoyos dada, el arco debe ser lo más liviano posible y tener una altura tan alta como seaeconómicamente posible. (Salvadori y Heller, 1963; Winter y Nilson, 1977)

Comportamiento
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 carga desarrolla sólo compresión, los momentos flectores y las fuerzas cortantes se reducen al mínimo e incluso, enalgunas estructuras, se eliminan completamente.

Figura 1. Arco funicular de carga

La forma de un arco debe ser funicular para las cargas más pesadas a fin de minimizar el momento. Los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala de tensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan el extremo opuesto, trabajando sólo a la flexión. La carga permanente es la usada para dar forma al arco, asíno produce momento por ser funicular a esta carga, el momento introducido es debido a la carga variable.

Ventajas
El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. Un arco lleva una combinación de compresión y flexión debido a no puede cambiar su forma para los tipos de carga, por lo que el material a usar debe soportar algo de flexión además de lacompresión que se genera por la forma curva. (Salvadori y Heller, 1963, 1998; Winter y Nilson ,1977).

Materiales
Pueden ser de concreto armado, acero, mampostería (piedra o ladrillos).

Elementos
En los apoyos los arcos generan un empuje hacia fuera que debe ser absorbido por los cimientos o mediante contrafuertes, cuando esto no es posible, se coloca un tensor para resistir el empuje que en algunoscasos puede estar enterrado. Los arcos pueden ser doblemente empotrados (empotrados Fig. 2.a) o doblemente articulados (articulados Fig. 2b.). Los últimos permiten la rotación de los contrafuertes ante la acción de las cargas y de

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Sistemas Estructurales 30 Prof. Jorge O. Medina

las variaciones de temperatura; sonrelativamente flexibles, y ante variaciones de temperatura o asentamientos del suelo, no desarrollan tensiones elevadas de flexión. Si los cambios de temperaturas causan muchos problemas se puede introducir una tercera articulación en el tramo (véase Fig. 2.c), el cual permite deformaciones y no introduce esfuerzos adicionales. Por otra parte, los arcos empotrados son más rígidos y en consecuencia, mássensibles a las tensiones provocadas por variaciones de temperatura y por asentamiento de los apoyos pero las cargas debido a las acciones verticales son menores. (Salvadori y Heller, 1963, 1998) (a)

(b)

(c)

Figura 2. Tipos de arcos

Usos
Los arcos son usados en una variedad de combinaciones para techos curvos, uno de las más simples es la de los techos con arcos paralelos conelementos transversales y placas como techo. Pueden ser colocados de forma diagonal, y radial. En estos tipos de techos los elementos de conexión de los arcos trasmiten la carga del techo a los arcos por acciones de flexión o de arcos, y los arcos llevan la carga al suelo. (Salvadori y Heller 1963)

Predimensionado
Geometría ideal
Generalmente, se hace que coincida el eje del arco con el...