Arco triarticulado

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Puente arco triarticulado - Saginatobel, Maillart
Puente arco triarticulado - Saginatobel, Maillart

El Arco Triarticulado es una tipología estructural que consiste en una viga curva con dos apoyos fijos articulados en los extremos y que, generalmente aunque no siempre, tiene la tercera articulación en la clave del arco.

El arco triarticulado es una estructura isostática por lo que se puede resolver con las ecuaciones de equilibrio, sin teoría especial. Esta tipología estructural deja verse en muchos puentes arco de hormigón , como es el caso del puente de Saginatobel (en la foto), de Robert Maillart (absolutamente maravilloso).

Los arcos triarticulados se construyen normalmente en acero o en madera estructural laminada y son estructuras insensibles al asentamiento de los apoyos que pueden analizarse con los métodos de la Estática.

Las articulaciones de los dos apoyos fijos del arco (articulaciones en los arranques) absorben fuerzas verticales y horizontales, sin flexión alguna. Su línea de unión es la línea de arranque. La articulación añadida hace que el sistema, inicialmente hiperestático, sea isostático.

Algunas estructuras construidas con arcos triarticulados

Un ejemplo del empleo del arco triarticulado en puentes de hormigón lo encontramos en el puente Salginaltobel, de Robert Maillart, que se construyó entre 1929 y 1930 y está localizado en el este de Suiza, sobre la garganta Salgina. El arco de hormigón tiene una envergadura de 292 pies (89 m) y la longitud total de la estructura es de 432 pies (132 m).

(Imagen: commons.wikimedia.org)

 

Sin embargo, el considerado como primera obra maestra de Robert Maillart es el puente de  Tavanasa sobre el río Rin (Graubünden, Suiza, 1905), también un arco triarticulado. Un corrimiento de tierras destruyó el puente el 25 de septiembre de 1927, además de acabar con la vida de siete personas.

(Imagen: commons.wikimedia.org)
(Imagen: www.ce.jhu.edu)

 

Una de las construcciones más notables en la historia de la ingeniería francesa es la Galerie des Machines, del arquitecto Victor Contamin, que se construyó, igual que la torre Effiel, con motivo de la Exposición Universal de París de 1889. Esta estructura se basó en los métodos de la estática y fue una de las primeras en usar el arco triarticulado para salvar grandes luces. La estructura triarticulada de la Galerie des Machines tenía una luz de 107 metros.

(Imagen: commons.wikimedia.org)

 

Un caso de rehabilitación de edificios históricos en el que fueron empleados arcos triarticulados de madera lo encontramos en la Basílica de San Francisco el Grande,  en el centro de Madrid. La Basílica de San Francisco el Grande es uno de los templos más emblemáticos de la capital de España. Se comenzó a construir en 1760 y posee una de las cúpulas más grandes de Europa (33 metros de diámetro). Durante años, la basílica permaneció cerrada debido a los trabajos de rehabilitación realizados en su interior. La estructura se resolvió con una serie de arcos triarticulados de madera laminada sobre los que se dispuso un tablero estructural de madera microlaminada (LVL), adaptado al radio de curvatura de los arcos.

Otra aplicación del arco triarticulado la encontramos en el interior del Aeropuerto Francisco Sá Carneiro (Oporto, Portugal), con arcos triarticulados construidos con perfiles metálicos y tensores.

(Imagen: commons.wikimedia.org)

Análisis Estructural de Arcos Triarticulados

Si quieres profundizar en el cálculo de arcos articulados, puedes consultar el primer capítulo de este curso de análisis estructural donde se analizan los arcos triarticulados, con y sin tirante, ante cargas estáticas y cargas móviles, graficando las líneas de influencia de las reacciones y fuerzas internas.

También puedes echar un vistazo al primer capítulo de este documento: Teoría de arcos y método de Cross aplicados al cálculo de Estructuras. del profesor Don Javier Pajón. En su primer capítulo (Teoría de Arcos) se analizan, entre otros, los arcos triarticulados simétricos y asimétricos para cargas concentradas y repartidas.

Equipo de ensayos para arcos triarticulados

El equipo SE 110.17 es un artilugio que sirve para realizar ensayos sobre un arco triarticulado isostático, simétrico o asimétrico, y sometido a distintos tipos de carga.

El equipo de ensayo contiene dos tramos de arco largos y uno corto, dos de los cuales se unen a través de una articulación, formando un arco triarticulado simétrico o uno asimétrico.

El arco a estudiar se puede someter a cargas puntuales, uniformes o móviles y las reacciones en los arranques se compensan con juegos de pesas, pudiéndose comparar los valores teóricos con los experimentales.

Resolución de un arco triarticulado empleando el software de cálculo de estructuras SAP2000

Solución gráfica del arco triarticulado

El arco triarticulado de la figura está articulado en A, B y C y sometido a una acción exterior P.

Como el momento flector es nulo en C, y tomando la parte CB, obligamos a que la reacción en B tenga la dirección BC.

Además, como  Ra y Rb se han de cortar en la linea de acción de P, podemos definir una solución gráfica al problema y hallar el valor buscado de las reaccciones en los apoyos.

Más info:

Análisis y diseño Estructural con SAP2000 | CivilGeeks – Curso de Análisis y diseño Estructural con SAP 2000 v.14 del Dr. Genner Villarreal Castro, para el Centro de Capacitación Profesional en Ingenierías (CAPI) en las ciudades de Piura, Chiclayo, Trujillo y Chimbote, en el que se analizan, entre otras tipologías estructurales, los arcos triarticulados.

TEORÍA DE ARCOS Y MÉTODO DE CROSS APLICADOS AL CÁLCULO DE ESTRUCTURAS

ARCOS Y BOVEDAS
MORENO GARCIA, FRANCISCO

Las Monografías cíe la construcción constituyen una completa colección sobre temas constructivos, pensada para los profesionales, para los estudiantes de formación profesional o para todos aquellos interesados en ampliar sus conocimientos sobre temas específicos dentro de este sector. Cada libro contiene desde los planteamientos teóricos hasta las orientaciones prácticas de la materia que trata.
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ANALISIS DE VIGAS, ARCOS, PLACAS Y LAMINAS: UNA PRESENTACION UNIFICADA
MONLEON CREMADAS, SALVADOR
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA. SERVICIO DE PUBLICACION

Ecuaciones de comportamiento de elementos estructurales simples (vigas y arcos 1D, placas y láminas 2D) y resolución de algunos problemas seleccionados. Primero, se establece la descripción geométrica de las piezas alargadas y las láminas así como la hipótesis fundamental sobre la que se asienta el modelo teórico. Posteriormente, se desarrolla una formulación de las ecuaciones de campo en problemas de equilibrio elástico-lineales, adecuada para construir la metodología unificada de resolución expuesta en la tercera parte del trabajo. El resto del texto propone una amplia selección de aplicaciones así como las lógicas extensiones hacia otros tópicos del análisis de estructuras de mayor complejidad (dinámica, comportamiento no lineal…), con el fin de mostrar la viabilidad, y potencia de la formulación desarrollada.
ANALISIS DE VIGAS, ARCOS, PLACAS Y LAMINAS: UNA PRESENTACION UNIF ICADA | MONLEON CREMADAS, SALVADOR – UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA. SERVICIO DE PUBLICACION

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