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Arco

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Arco de entrada

Un arco es una estructura vertical curva que abarca un espacio abierto debajo de ella. [ 1 ] Los arcos pueden soportar la carga que se encuentra encima de ellos, o pueden cumplir una función puramente decorativa. Como elemento decorativo, el arco se remonta al IV milenio a. C. , pero los arcos estructurales portantes se popularizaron solo después de su adopción por los antiguos romanos en el siglo IV a . C. [ 2 ]

Las estructuras en forma de arco pueden ser horizontales, como una presa de arco que soporta una carga de presión hidrostática horizontal . [ 3 ] Los arcos se utilizan habitualmente como soportes para muchos tipos de bóvedas , siendo la bóveda de cañón, en particular, un arco continuo. [ 4 ] El uso extensivo de arcos y bóvedas caracteriza una construcción arqueada , a diferencia del sistema de traviesas , donde, como en las arquitecturas de la antigua Grecia, China y Japón (así como en la técnica moderna de entramado de acero ), predominan los postes y las vigas . [ 5 ]

El arco tenía varias ventajas sobre el dintel , especialmente en la construcción de mampostería : con la misma cantidad de material, un arco puede tener mayor luz, soportar más peso y puede hacerse con piezas más pequeñas y, por lo tanto, más manejables. [ 6 ] Su papel en la construcción disminuyó a mediados del siglo XIX con la introducción del hierro forjado (y posteriormente del acero ): la alta resistencia a la tracción de estos nuevos materiales hizo posible la construcción de dinteles largos.

Conceptos básicos

Terminología

Un arco verdadero es un arco portante cuyos elementos se mantienen unidos por compresión. [ 7 ] En gran parte del mundo, la introducción del arco verdadero fue resultado de la influencia europea. [ 2 ] El término arco falso tiene varios significados. Generalmente se usa para designar un arco que no tiene propósito estructural, como un arco de proscenio en los teatros que enmarca la representación para los espectadores, pero también se aplica a arcos de ménsula y triangulares que no se basan en la compresión. [ 8 ] [ 9 ]

Elementos de arco de mampostería

Un arco de mampostería típico consta de los siguientes elementos: [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

  1. La clave de bóveda es el bloque superior de un arco. La porción del arco que rodea la clave de bóveda (incluida la propia clave), sin un límite definido con precisión, se denomina cornisa.
  2. Dovela (un bloque de construcción en forma de cuña). Un arco compuesto se forma mediante múltiples capas concéntricas de dovelas. El arco de remos es un caso particular del arco compuesto, [ 13 ] donde las caras de la dovela están formadas por los cabezas de ladrillo . [ 14 ]
  3. Extradós (una superficie externa del arco)
  4. El imposta es el bloque en la base del arco (la dovela inmediatamente encima del imposta es un arranque ). La parte superior de los impostas define el nivel de arranque . Una porción del arco entre el nivel de arranque y la clave (centrada alrededor del ángulo de 45° [ 15 ] ) se llama cantonera . Si el arco se asienta sobre una columna , el imposta está formado por un ábaco o su versión más gruesa, el dosseret . [ 16 ]
  5. Intradós (parte inferior del arco, también conocida como plafón [ 7 ] )
  6. Elevación (altura del arco, distancia desde el nivel de arranque hasta la corona)
  7. tramo libre
  8. Estribo [ 17 ] La porción de la pared de forma aproximadamente triangular entre el extradós y la división horizontal superior se llama enjuta . [ 18 ]

Un semisegmento (izquierdo o derecho) de un arco se llama arco , la línea general de un arco es la arcada [ 19 ] (este término también se usa para una arcada ). [ 20 ] El arquivolta es la parte expuesta (frontal) del arco, a veces decorada (ocasionalmente también se usa para designar el intradós). [ 21 ] Si los lados de los bloques de dovelas no son rectos, sino que incluyen ángulos y curvas para encajar, el arco se llama " escalonado ". [ 22 ]

Acción de arco

Diagrama de acción de un arco (A) en comparación con una viga (B).

Un arco verdadero, debido a su elevación, descompone las cargas verticales en reacciones horizontales y verticales en los extremos, lo que se conoce como acción de arco . La carga vertical produce un momento flector positivo en el arco, mientras que la reacción horizontal dirigida hacia adentro desde el tímpano/estribo proporciona un momento negativo de contrapeso. Como resultado, el momento flector en cualquier segmento del arco es mucho menor que en una viga con la misma carga y luz. [ 23 ] El diagrama de la derecha muestra la diferencia entre un arco cargado y una viga. Los elementos del arco están sometidos principalmente a compresión (A), mientras que en la viga existe un momento flector, con compresión en la parte superior y tracción en la inferior (B).

En el pasado, cuando los arcos se construían con piezas de mampostería, las fuerzas horizontales en los extremos de un arco (el llamado empuje [ 24 ] ) requerían contrafuertes pesados ​​(cf. arco triunfal romano ). Otra forma de contrarrestar estas fuerzas, y así permitir soportes más delgados, era utilizar contraarcos , como en una arcada , donde el empuje horizontal de cada arco se contrarresta con el de sus vecinos, y solo los arcos de los extremos necesitan contrafuertes . Con los nuevos materiales de construcción (acero, hormigón, madera de ingeniería ), no solo los arcos se volvieron más ligeros, sino que el empuje horizontal se puede aliviar aún más mediante una unión que conecta los extremos de un arco ( arco de cuerda arqueada ). [ 6 ]

Formas funiculares

Cuando se evalúa desde la perspectiva de la cantidad de material necesario para soportar una carga determinada, las mejores estructuras sólidas son las que solo soportan compresión; con los materiales flexibles, lo mismo ocurre con los diseños que solo soportan tensión. Existe una simetría fundamental en la naturaleza entre las disposiciones sólidas que solo soportan compresión y las flexibles que solo soportan tensión, observada por Robert Hooke en 1676: «Como cuelga la línea flexible, así, invertido, se mantendrá el arco rígido». Por lo tanto, el estudio (y la terminología) de las formas de arco está inextricablemente ligado al estudio de las cadenas colgantes; las curvas o polígonos correspondientes se denominan funiculares . Así como la forma de una cadena colgante varía según los pesos que soporta, la forma de un arco ideal (que solo soporta compresión) dependerá de la distribución de la carga. [ 25 ]

Diagrama del arco con polígonos de presión dibujados. Un defecto en la porción RS del intradós hace que el arco sea susceptible a una fuerza adicional a lo largo de la línea MN, donde la curva del polígono puede salirse de la envolvente del arco provocando un colapso.

Al construir arcos de mampostería en los edificios no muy altos del pasado, se asumía que las piedras podían soportar una cantidad de presión prácticamente ilimitada (hasta 100 N por mm² ) , mientras que la resistencia a la tracción era muy baja, incluso con el mortero añadido entre las piedras, y podía considerarse prácticamente nula. Bajo estas suposiciones, los cálculos para el diseño del arco se simplificaban enormemente: se podía construir y probar un modelo a escala reducida, o bien calcular o modelar una curva funicular ( polígono de presión ), y siempre que esta curva se mantuviera dentro de los límites de las dovelas, la construcción sería estable [ 26 ] (un llamado " teorema de seguridad ").

Clasificaciones

Hay varias formas de clasificar los arcos: [ 27 ]

  1. por la forma geométrica de su intradós (por ejemplo, semicircular , triangular , etc.); [ 27 ] [ 28 ]
  2. para los arcos con intradós redondeado, por el número de segmentos de círculo que forman el arco (por ejemplo, el arco de medio punto es monocéntrico, el arco apuntado es bicéntrico); [ 27 ]
  3. por el material utilizado (piedra, ladrillo, hormigón, acero) y el método de construcción. [ 27 ] Por ejemplo, las dovelas en forma de cuña de un arco de ladrillo se pueden hacer cortando los ladrillos regulares (arco de "ladrillo hachado") o fabricándolos en forma de cuña (arco de "ladrillo calibrado"); [ 29 ]
  4. Estructuralmente , por el número de bisagras (articulaciones móviles) entre componentes sólidos. Por ejemplo, las dovelas de un arco de piedra no deben moverse, por lo que estos arcos generalmente no tienen bisagras (son "fijos"). Permitir cierto movimiento en una estructura grande permite aliviar tensiones (causadas, por ejemplo, por la dilatación térmica ), por lo que muchos tramos de puentes se construyen con tres bisagras (una en cada apoyo y una en la clave) desde mediados del siglo XIX. [ 30 ]

Preparativos

Una secuencia de arcos puede agruparse formando una arcada . Los romanos perfeccionaron esta forma, como se muestra, por ejemplo, en las estructuras arqueadas del Pont du Gard . [ 31 ] En el interior de las iglesias de salón , las arcadas de arcos separadores se utilizaban para separar la nave de una iglesia de la nave lateral, [ 32 ] o de dos naves laterales adyacentes. [ 33 ]

Los arcos de dos niveles , con dos arcos superpuestos, se usaban a veces en la arquitectura islámica , principalmente con fines decorativos. [ 34 ]

Una abertura del arco puede rellenarse, creando un arco ciego . Los arcos ciegos suelen ser decorativos y se utilizaron ampliamente en la arquitectura paleocristiana , románica e islámica. [ 35 ] Alternativamente, la abertura puede rellenarse con arcos más pequeños, produciendo un arco de contención , común en la arquitectura gótica y románica. [ 36 ] Se pueden superponer varios arcos con un desplazamiento, creando una serie entrelazada de arcos generalmente (con algunas excepciones) ciegos y decorativos. Probablemente de origen islámico, las arcadas entrelazadas fueron populares en la arquitectura románica y gótica. [ 37 ] El arco trasero (también arco posterior ) es el que enmarca el lado interno de una abertura en el muro exterior. [ 38 ]

Estructural

Estructuralmente, los arcos de descarga (a menudo ciegos o de contención) pueden usarse para aliviar la carga de algunas partes del edificio (por ejemplo, para permitir el uso de muros exteriores más delgados con aberturas de ventanas más grandes, o, como en el Panteón romano , para redirigir el peso de las estructuras superiores a puntos particularmente fuertes). [ 36 ] Los arcos transversales , introducidos en la arquitectura carolingia , se colocan a través de la nave para compartimentar (junto con los arcos longitudinales separadores) el espacio interno en tramos y soportar bóvedas . [ 39 ] Un arco diafragma va de manera similar en dirección transversal, pero soporta una sección de muro en la parte superior. Se usa para soportar o dividir secciones del techo alto. [ 40 ] Los arcos de tensión se construyeron como una idea posterior para evitar que dos soportes adyacentes implosionaran debido a un error de cálculo. Con frecuencia se hicieron muy decorativos, siendo uno de los mejores ejemplos proporcionado por la Catedral de Wells . Los arcos de tensión pueden " invertirse " (colocarse boca abajo) sin perder su función estructural. [ 41 ] [ 42 ] Cuando se utilizan en terraplenes ferroviarios para evitar el colapso de los muros, los arcos de tensión pueden denominarse arcos volados . [ 43 ] [ 44 ] Un contraarco se construye junto a otro arco para oponerse a su acción horizontal o ayudar a estabilizarlo, por ejemplo, al construir un arbotante . [ 45 ]

Formas

Tipos de arcos

La gran variedad de formas de arco (izquierda) se puede clasificar principalmente en tres categorías amplias: redondeadas , puntiagudas y parabólicas . [ 46 ]

Redondeado

Los arcos semicirculares "redondos" se usaban comúnmente en arcos antiguos construidos con mampostería pesada, [ 47 ] y fueron muy utilizados por los constructores romanos desde el siglo IV a. C. Se considera la forma de arco más común, [ 48 ] característica de la arquitectura romana, románica y renacentista . [ 28 ]

Un arco segmentado , de forma redondeada y menor que un semicírculo, es muy antiguo (las versiones se tallaron en la roca en el Antiguo Egipto alrededor del 2100 a . C. en Beni Hasan ). Desde entonces, se utilizó ocasionalmente en templos griegos , [ 49 ] en la construcción residencial romana, [ 50 ] en la arquitectura islámica y se popularizó como frontón de ventana durante el Renacimiento. [ 49 ]

Un arco de asa de cesta (también conocido como arco rebajado , arco tricéntrico o arco de cesta ) consta de segmentos de tres círculos con orígenes en tres centros diferentes (a veces utiliza cinco o siete segmentos, por lo que también puede ser pentagonal , etc.). Se utilizó en la arquitectura gótica tardía y barroca . [ 51 ] [ 52 ]

Un arco de herradura (también conocido como arco de ojo de cerradura ) tiene una forma redondeada que incluye más de un semicírculo, se asocia con la arquitectura islámica y era conocido en zonas de Europa con influencia islámica ( España , sur de Francia , Italia ). Ocasionalmente utilizado en el estilo gótico, gozó brevemente de popularidad como elemento decorativo de las puertas de entrada en la Inglaterra de entreguerras . [ 53 ]

En un arco florentino (también conocido como "veneciano" o "italiano" en la ilustración), la distancia entre el intradós y el extradós aumenta hacia el vértice. Puede combinar un intradós redondeado con un extradós puntiagudo. [ 54 ] [ 55 ]

Puntiagudo

Arcos apuntados, 1 - equilátero con tratamiento trilobulado, 2 - obtuso, 3 - ojival, 4 - congee, 5 - de cuatro centros, 6 - cortina (inflexionado), 7 - herradura apuntada

Un arco apuntado consta de dos (" arco de dos centros " [ 56 ] ) o más segmentos circulares que culminan en un punto en la parte superior. Se originó en la arquitectura islámica (hay otras opiniones, cf. Warren 1991 [ 57 ] ), llegó a Europa en la segunda mitad del siglo XI ( Abadía de Cluny ) [ 58 ] y posteriormente se hizo prominente en la arquitectura gótica . [ 59 ] Las ventajas de un arco apuntado sobre uno semicircular son una relación flexible entre luz y altura [ 60 ] y una menor reacción horizontal en la base. Esta innovación permitió aberturas más altas y más próximas entre sí, que son típicas de la arquitectura gótica. [ 61 ] [ 62 ] El arco equilátero es la forma más común del arco apuntado, con los centros de dos círculos que forman el intradós coincidiendo con los puntos de arranque del segmento opuesto. Junto con el punto del vértice , forman un triángulo equilátero , de ahí su nombre. [ 63 ] Si los centros de los círculos están más separados, el arco se convierte en un arco ojival más estrecho y agudo que apareció en Francia en la arquitectura gótica temprana ( Abadía de Saint-Denis ) y se hizo prominente en Inglaterra a finales del siglo XII y principios del XIII ( Catedral de Salisbury ). [ 64 ] Si los centros están más cerca uno del otro, el resultado es un arco obtuso más ancho .

El intradós del arco lobulado (también conocido como arco polilobulado , arco polilobulado o arco festoneado ) incluye varios segmentos circulares independientes dispuestos en forma de festón . Estos arcos, principalmente decorativos , son comunes en la arquitectura islámica y el gótico tardío del norte de Europa, y también se pueden encontrar en la arquitectura románica . [ 65 ] Un arco trilobulado similar incluye solo tres segmentos y a veces tiene un remate redondeado, no puntiagudo. Común en la arquitectura islámica y en los edificios románicos influenciados por ella, posteriormente se popularizó en los motivos decorativos de los diseños góticos tardíos del norte de Europa. [ 66 ]

Cada arco de un arco ojival consta de al menos dos segmentos circulares (para un total de al menos cuatro), con el centro de un círculo superior fuera del extradós. Tras su aparición en Europa en el siglo XIII en la fachada de la Basílica de San Marcos , el arco se convirtió en un elemento característico del estilo gótico inglés , el gótico flamígero francés , el gótico veneciano y otros estilos góticos tardíos. [ 67 ] El arco ojival también se conoce como arco de curva invertida , y ocasionalmente también como arco invertido . [ 41 ] La parte superior de un arco ojival a veces sobresale del muro, formando el llamado ojival inclinado, popular en la Inglaterra del siglo XIV ( púlpito en Southwell Minster ). [ 68 ]

Cada arco de un arco de cuatro centros está formado por dos segmentos circulares con centros distintos; por lo general, el radio utilizado más cerca del punto de arranque es menor con una curvatura más pronunciada. Es común en la arquitectura islámica ( arco persa ) y, con la parte superior aplanada casi hasta formar líneas rectas ( arco Tudor [ 69 ] ), en el gótico perpendicular inglés . [ 70 ] Un arco de quilla es una variante del arco de cuatro centros con cantos casi rectos, que se asemeja a una vista en sección de un barco volcado . Popular en la arquitectura islámica, también se puede encontrar en Europa, ocasionalmente con un pequeño elemento ojival en la parte superior, [ 71 ] por lo que a veces se considera una variación de un arco ojival. [ 72 ]

El arco cortina (también conocido como arco inflexionado y, como el arco de quilla, generalmente decorativo [ 28 ] ) utiliza dos (o más) curvas caídas que se unen en el vértice. Se utiliza como adorno para ventanas y puertas principalmente en Sajonia en los edificios del gótico tardío y del primer Renacimiento (finales del siglo XV a principios del siglo XVI), asociado con Arnold von Westfalen . [ 73 ] Cuando el intradós tiene múltiples segmentos cóncavos, el arco también se llama arco drapeado o arco de tienda . [ 74 ] Un arco similar que utiliza una mezcla de segmentos curvos y rectos [ 75 ] o que presenta giros bruscos entre segmentos [ 76 ] es un arco de línea mixta (o arco mixtilinal ). En la arquitectura morisca, el arco de línea mixta evolucionó a un arco lambrequín ornamentado , [ 77 ] también conocido como arco de mocárabes .

Parabólico

La popularidad de los arcos que utilizan segmentos de círculo se debe a la simplicidad de su trazado y construcción, [ 78 ] no a sus propiedades estructurales. En consecuencia, los arquitectos históricamente utilizaron una variedad de otras curvas en sus diseños: curvas elípticas , curvas de coseno hiperbólico (incluida la catenaria ) y curvas parabólicas . Hay dos razones detrás de la selección de estas curvas: [ 79 ]

  1. Todavía son relativamente fáciles de rastrear con herramientas comunes antes de la construcción;
  2. Dependiendo de la situación, pueden tener propiedades estructurales y/o apariencia superiores.

La curva hiperbólica no es fácil de trazar, pero se conocen casos de su uso. [ 79 ] Las curvas no circunferenciales se parecen y coinciden en perfiles poco profundos, por lo que una catenaria a menudo se clasifica erróneamente como una parábola [ 80 ] (según Galileo , "la cadena [colgante] se ajusta a su parábola casi perfectamente" [ 81 ] ). González et al. proporcionan un ejemplo del Palau Güell , donde los investigadores no se ponen de acuerdo sobre la clasificación de los arcos ni afirman la prominencia de los arcos parabólicos, mientras que las mediciones muestran que solo dos de los 23 arcos diseñados por Gaudí son realmente parabólicos. [ 82 ]

Tres curvas de aspecto parabólico, en particular, revisten gran importancia en el diseño de arcos: la parábola , la catenaria y la catenaria ponderada . Los arcos utilizan, naturalmente, las versiones invertidas (al revés) de estas curvas.

Una parábola representa una forma ideal (de compresión total) cuando la carga se distribuye uniformemente a lo largo del tramo, mientras que el peso del arco en sí es despreciable. Una catenaria es la mejor solución para el caso en que un arco de espesor uniforme soporta solo su propio peso sin carga externa. Los diseños prácticos para puentes se sitúan en un punto intermedio, por lo que utilizan curvas que representan un compromiso que combina la catenaria y la curva funicular para una distribución de carga no uniforme particular. [ 87 ] Los arcos prácticos autoportantes son más resistentes y, por lo tanto, más pesados ​​en la base, por lo que se utiliza una curva catenaria ponderada para ellos. La misma curva también se adapta bien a una aplicación donde un puente consta de un arco con una calzada de tierra compactada sobre él, ya que la carga muerta aumenta con la distancia desde el centro. [ 88 ]

Otro

A diferencia de los arcos regulares, el arco plano (también conocido como arco de silla , arco de dintel , arco recto , placa-banda [ 89 ] ) no es curvo. En cambio, el arco tiene un perfil plano y puede utilizarse en las mismas circunstancias que un dintel . Sin embargo, los dinteles están sujetos a esfuerzos de flexión, mientras que los arcos planos son arcos verdaderos, compuestos por dovelas irregulares (la clave es la única con forma de cuña simétrica) [ 90 ] , y que utilizan eficientemente la resistencia a la compresión de la mampostería de la misma manera que un arco curvo, por lo que requieren una masa de mampostería a ambos lados para absorber el considerable empuje lateral. Se utilizó en la arquitectura romana para imitar los dinteles griegos, en la arquitectura islámica y en la arquitectura medieval y renacentista europea. El arco plano todavía se utiliza como elemento decorativo, principalmente en la parte superior de las aberturas de las ventanas [ 90 ] .

Arcos falsos

El arco de ménsulas (también llamado arco de ménsulas ), formado por dos ménsulas que se unen en el centro del vano, es un arco verdadero en el sentido de que puede soportar una carga, pero es falso en el sentido estructural, ya que sus componentes están sometidos a esfuerzos de flexión. El perfil típico no es curvo, sino que tiene forma triangular. Inventado antes que el arco semicircular, el arco de ménsulas ya se utilizaba en la arquitectura egipcia y micénica en el tercer y segundo milenio a . C. [ 91 ]

Al igual que un arco de ménsula, el arco triangular no es un arco verdadero en sentido estructural. Su intradós está formado por dos losas apoyadas una contra la otra. [ 9 ] Los constructores de ladrillo llamaban triangular a cualquier arco con lados rectos inclinados. [ 92 ] El diseño era común en la Inglaterra anglosajona hasta finales del siglo XI ( Santa María Coslany ). [ 9 ] Los arcos de ménsula mayas a veces se denominan triangulares debido a su forma. [ 93 ]

Variaciones

Se pueden aplicar pocas transformaciones a las formas de arco.

Si un imposta es mucho más alto que otro, el arco (frecuentemente apuntado ) se conoce como arco rampante , arco inclinado , [ 94 ] o arco rampante (del francés : arc rampant ). [ 95 ] Originalmente utilizados para sostener estructuras inclinadas, como escaleras, en los siglos XIII-XIV aparecieron como parte de arbotantes utilizados para contrarrestar el empuje de las bóvedas de crucería góticas . [ 96 ]

La parte central de un arco puede elevarse sobre soportes verticales cortos, creando un arco con hombros similar a un trifolio . La parte central elevada puede variar desde un arco plano hasta un arco convexo. Los arcos con hombros se utilizaron para decorar aberturas en Europa desde la época medieval hasta la arquitectura gótica tardía , se hicieron comunes en la arquitectura iraní a partir del siglo XIV y posteriormente fueron adoptados en la Turquía otomana . [ 97 ]

En un arco sobre pilotes (también rematado [ 98 ] ), la línea de arranque se ubica sobre las impostas (sobre "pilotes"). Conocida por los arquitectos islámicos en el siglo VIII, la técnica se utilizó para alinear verticalmente los vértices de arcos de diferentes dimensiones en la arquitectura románica y gótica. [ 99 ] El uso de pilotes fue útil para arcos semicirculares, donde la relación de la altura se fijaba en 1/2 de la luz, pero también se aplicó a los arcos apuntados.

El arco oblicuo (también conocido como arco de escota ) se utiliza cuando el arco necesita formar un ángulo oblicuo en el plano horizontal con respecto a los arranques (paralelos), [ 100 ] [ 101 ] por ejemplo, cuando un puente cruza el río en un ángulo distinto de 90°. Un arco abocinado se utiliza en el caso de vanos desiguales en los lados del arco (cuando, por ejemplo, una abertura interior en el muro es mayor que la exterior), el intradós de un arco abocinado redondo no es cilíndrico, sino que tiene forma cónica . [ 102 ] [ 101 ]

Un arco ancho con una altura menor a 1/2 de la luz (y por lo tanto, el círculo geométrico de al menos un segmento está por debajo de la línea de arranque) se llama arco sobrebasado [ 103 ] (a veces también arco deprimido [ 104 ] ). Un arco caído es un arco de asa de cesta [ 105 ] o un arco obtuso. [ 106 ]

Arcos articulados

El puente de Rossgraben ( Rüeggisberg ), cerca de Berna, Suiza, donde se aprecia la bisagra en el punto medio de este arco de tres articulaciones.

Los puentes de arco prácticos se construyen como arcos fijos, arcos de dos articulaciones o arcos de tres articulaciones. [ 107 ] El arco fijo se utiliza con mayor frecuencia en puentes y túneles de hormigón armado, que tienen tramos cortos. Debido a que está sujeto a esfuerzos internos adicionales por expansión y contracción térmica, este tipo de arco es estáticamente indeterminado (es imposible determinar su estado interno basándose únicamente en las fuerzas externas). [ 46 ]

El arco de dos articulaciones se utiliza con mayor frecuencia para salvar grandes vanos. [ 46 ] Este tipo de arco tiene conexiones articuladas en su base. A diferencia del arco fijo, la base articulada puede girar, [ 108 ] lo que permite que la estructura se mueva libremente y compense la dilatación y contracción térmica causadas por los cambios de temperatura exterior. Sin embargo, esto puede generar tensiones adicionales, por lo que el arco de dos articulaciones también es estáticamente indeterminado, aunque no tanto como el arco fijo. [ 46 ]

El arco de tres articulaciones no solo está articulado en su base, como el arco de dos articulaciones, sino también en su vértice. La conexión apical adicional permite que el arco de tres articulaciones se mueva en dos direcciones opuestas y compense cualquier expansión y contracción. Por lo tanto, este tipo de arco no está sujeto a tensiones adicionales por cambios térmicos. A diferencia de los otros dos tipos de arco, el arco de tres articulaciones es estáticamente determinado. [ 107 ] Se utiliza con mayor frecuencia para vanos de longitud media, como los de los techos de grandes edificios. Otra ventaja del arco de tres articulaciones es que la reacción de las bases articuladas es más predecible que la del arco fijo, lo que permite cimentaciones superficiales de tipo apoyo en vanos de longitud media. En el arco de tres articulaciones, "la expansión y contracción térmica del arco provocará movimientos verticales en la articulación del vértice, pero no tendrá un efecto apreciable en las bases", lo que simplifica aún más el diseño de la cimentación. [ 46 ]

Historia

El arco se popularizó en la época romana y se extendió principalmente con la influencia europea, aunque ya se conocía y se utilizaba ocasionalmente mucho antes. Muchas arquitecturas antiguas, incluidas las vikingas e hindúes , evitaban el uso de arcos . [ 2 ]

Edad del Bronce: Antiguo Cercano Oriente

Los arcos verdaderos, a diferencia de los arcos de ménsula , eran conocidos por varias civilizaciones en el antiguo Cercano Oriente , incluido el Levante , pero su uso era infrecuente y se limitaba principalmente a estructuras subterráneas, como desagües donde el problema del empuje lateral se reduce considerablemente. [ 109 ] Un ejemplo de esto último sería el arco de Nippur , construido antes del 3800 a. C., [ 110 ] y datado por HV Hilprecht  (1859–1925) incluso antes del 4000 a. C. [ 111 ] Raras excepciones son una puerta de casa de adobe arqueada datada en c. 2000  a. C. de Tell Taya en Irak [ 112 ] y dos puertas de ciudad cananeas arqueadas de la Edad del Bronce , una en Ashkelon (datada en c. 1850 a. C. ), [ 113 ] y una en Tel Dan (datada en c. 1750 a. C. ), ambas en el actual Israel . [ 114 ] [ 115 ] Una tumba elamita datada en 1500 a. C. de Haft Teppe contiene una bóveda parabólica que se considera una de las primeras evidencias de arcos en Irán.

El uso de arcos verdaderos en Egipto también se originó en el IV milenio a. C. (bóvedas de cañón subterráneas en el cementerio de Dendera ). Se conocen arcos verticales desde al menos la Tercera Dinastía , pero sobrevivieron muy pocos ejemplos, ya que los arcos se usaban principalmente en edificios seculares no duraderos y estaban hechos de dovelas de adobe que no tenían forma de cuña, sino que simplemente se mantenían en su lugar con mortero , y por lo tanto eran susceptibles de colapsar (el arco más antiguo que aún se conserva está en el Ramesseum ). Los edificios sagrados exhibían un diseño de dintel o arcos de ménsula. Los arcos estaban prácticamente ausentes en los templos egipcios incluso después de la conquista romana , a pesar de que los egipcios consideraban el arco como una forma espiritual y lo usaban en las tumbas excavadas en la roca y los santuarios portátiles. [ 116 ] Auguste Mariette sugirió que esta elección se basaba en la relativa fragilidad de una bóveda: "¿Qué quedaría hoy de las tumbas y templos de los egipcios si hubieran preferido la bóveda?" [ 28 ]

La arquitectura micénica utilizaba únicamente arcos de ménsula en sus tumbas de colmena con aberturas triangulares. [ 116 ] Los micénicos también construyeron probablemente el puente de arco de piedra más antiguo del mundo que aún se conserva, [ 117 ] el puente Arkadiko , en Grecia.

Como lo demuestran sus imitaciones de los arcos parabólicos, es muy probable que los hititas estuvieran expuestos a los diseños egipcios, pero utilizaron la técnica de ménsulas para construirlos. [ 116 ]

Persia y Grecia clásicas

Los asirios , también aparentemente bajo la influencia egipcia, adoptaron el arco verdadero (con un perfil ligeramente puntiagudo) a principios del siglo VIII. [ 116 ] En la antigua Persia , el Imperio aqueménida (550 a. C.–330 a. C.) construyó pequeñas bóvedas de cañón (esencialmente una serie de arcos construidos juntos para formar una sala) conocidas como iwan , que se convirtieron en estructuras masivas y monumentales durante el posterior Imperio parto (247 a. C.–224 d. C.). [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ] Esta tradición arquitectónica fue continuada por el Imperio sasánida (224–651), que construyó el Taq Kasra en Ctesifonte en el siglo VI d. C., la bóveda exenta más grande hasta la época moderna. [ 121 ]

Un ejemplo europeo temprano de arco de dovela aparece en el puente peatonal griego de Rodas del siglo IV a . C. [ 122 ] [ 123 ] También se pueden encontrar arcos proto-verdaderos bajo las escaleras del templo de Apolo en Didyma y el estadio de Olimpia . [ 31 ] .

Antigua Roma

Los antiguos romanos aprendieron el arco semicircular de los etruscos (ambas culturas aparentemente adoptaron el diseño en el siglo IV a. C. [ 31 ] ), lo perfeccionaron y fueron los primeros constructores en Europa en aprovechar todo su potencial para edificios sobre el nivel del suelo:

Los romanos fueron los primeros constructores en Europa, quizás los primeros en el mundo, en apreciar plenamente las ventajas del arco, la bóveda y la cúpula. [ 124 ]

En todo el Imperio Romano , desde Siria hasta Escocia , los ingenieros erigieron estructuras de arcos. El primer uso de los arcos fue para estructuras civiles, como desagües y puertas de la ciudad. Posteriormente, los arcos se utilizaron para grandes edificios civiles, puentes y acueductos , con ejemplos destacados del siglo I d. C. como el Coliseo , el Pont du Gard y el acueducto de Segovia . [ 31 ] La introducción del arco triunfal ceremonial se remonta a la República Romana , aunque los mejores ejemplos son de la época imperial ( Arco de Augusto en Susa, Arco de Tito ). [ 31 ]

Los romanos inicialmente evitaron el uso del arco en los edificios religiosos y, en Roma, los templos arqueados fueron bastante raros hasta el reconocimiento del cristianismo en el año 313 d. C. (con las excepciones del Panteón y el "templo de Minerva Medica" ). Fuera de la capital, los templos arqueados eran más comunes ( templo de Adriano en Éfeso , templo de Júpiter en Sbeitla , templo severiano en Djemila ). [ 31 ] La llegada del cristianismo impulsó la creación de un nuevo tipo de templo, la basílica cristiana , que rompió completamente con la tradición pagana, con los arcos como uno de los elementos principales del diseño, junto con los muros de ladrillo visto ( Santa Sabina en Roma, Sant'Apollinare en Classe ). Durante un largo período, desde finales del siglo V hasta el siglo XX, las arcadas fueron un elemento básico de la arquitectura cristiana occidental . [ 31 ]

Las bóvedas comenzaron a utilizarse para cubrir grandes espacios interiores, como salones y templos, una función que también asumieron las estructuras abovedadas a partir del siglo I a. C.

El arco segmentado fue construido por primera vez por los romanos, quienes se dieron cuenta de que un arco en un puente no tenía por qué ser un semicírculo, [ 125 ] [ 126 ] como en el Puente de Alconétar o el Ponte San Lorenzo . Los edificios utilitarios y residenciales masivos ( insulae ), como los que se encuentran en Ostia Antica y Pompeya , utilizaban principalmente arcos segmentados bajos hechos de ladrillos y arquitrabes de madera, mientras que los arcos de dintel de hormigón se pueden encontrar en villas y palacios. [ 50 ]

Antigua China

La arquitectura antigua de China (y Japón) utilizaba principalmente construcciones con entramado de madera y sistemas de traviesas . [ 5 ] Los arcos se usaban poco, aunque se conocen algunos puentes de arco en la literatura y una representación artística en relieve tallado en piedra . [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] Dado que los únicos artefactos arquitectónicos que sobreviven de la dinastía Han (202  a. C. - 220  d. C.) son muros y torres defensivas de tierra apisonada , tejas de cerámica de edificios de madera ya desaparecidos, [ 130 ] [ 131 ] [ 132 ] torres de puertas de piedra , [ 133 ] [ 134 ] y tumbas subterráneas de ladrillo, las bóvedas, cúpulas y arcos conocidos se construyeron con el soporte de la tierra y no eran autoportantes. [ 135 ] [ 136 ]

El puente de arco de piedra más antiguo que se conserva en China es el puente de Anji . Todavía en uso, fue construido entre los años 595 y 605 d. C. durante la dinastía Sui . [ 137 ] [ 138 ]

islámico

Los arquitectos islámicos adoptaron los arcos romanos, pero pronto demostraron su ingenio: en el siglo VIII, el sencillo arco semicircular fue reemplazado casi por completo por formas más elaboradas, a pesar de que existen algunos buenos ejemplos del primero en la arquitectura omeya (véase la Gran Mezquita de Damasco , 706-715 d. C.). Los primeros arcos apuntados aparecen ya a finales del siglo VII d. C. ( Mezquita de Al-Aqsa , Palacio de Ukhaidhir , cisternas de la Mezquita Blanca de Ramle [ 139 ] [ 140 ] ). Sus variantes se extendieron rápida y ampliamente: Mezquita de Ibn Tulun en El Cairo (876-879 d. C.), Madrasa Nizamiyya en Khar Gerd (actual Irán , siglo XI), Mezquita Kongo en Diani Beach ( Kenia , siglo XVI). [ 76 ] [ 140 ]

La arquitectura islámica dio vida a una gran cantidad de formas de arco: el arco de herradura redondo que se convirtió en un rasgo característico de los edificios islámicos, el arco de quilla , el arco lobulado y el arco de líneas mixtas (donde la curva en forma de ojiva se intercala con curvas abruptas). [ 140 ] La Gran Mezquita de Córdoba , que puede considerarse un catálogo de arcos islámicos, contiene también arcos con lados casi rectos, trilobulados , entrelazados y escalonados . La Mezquita de Ibn Tulun añade una versión de cuatro centros y sobre pilotes del arco apuntado. [ 76 ]

Es muy probable que la aparición del arco apuntado, un elemento esencial del estilo gótico , en Europa ( Monte Cassino , 1066-1071 d. C., y la abadía de Cluny cinco años después) y el arco ojival en Venecia ( c. 1250) sea resultado de la influencia islámica, [ 76 ] posiblemente a través de Sicilia . [ 141 ] Sin embargo, John Ruskin rastrea el desarrollo del arco ojival gótico como una evolución autóctona de las diferentes formas ("órdenes") del arco florentino . [ 142 ]

Saoud [ 143 ] también atribuye a los arquitectos islámicos la difusión del arco transversal . El arco de líneas mixtas se popularizó en el estilo mudéjar y posteriormente se extendió por todo el mundo hispanohablante. [ 75 ]

Europa Occidental

El colapso del Imperio Romano de Occidente dejó a la Iglesia como el único cliente de grandes construcciones; todos los estilos arquitectónicos prerrománicos tomaron prestados elementos de la construcción romana con su arco semicircular. Debido al declive en la calidad de la construcción, los muros eran más gruesos, y por lo tanto los arcos más pesados, que sus prototipos romanos. Con el tiempo, los arquitectos comenzaron a utilizar la profundidad de los arcos para la decoración, convirtiendo la abertura profunda en órdenes empotradas (o arcos rebajados , una secuencia de arcos concéntricos progresivamente más pequeños, cada uno con un rebaje ). [ 144 ]

El estilo románico comenzó a experimentar con el arco apuntado a finales del siglo XI ( Abadía de Cluny ). En pocas décadas, esta práctica se extendió ( Catedral de Durham , Basílica de Saint-Denis ). El gótico temprano aprovechó la flexibilidad del arco apuntado agrupando arcos de diferentes luces pero con la misma altura. [ 144 ]

Si bien los arcos utilizados en la Europa medieval se tomaron prestados de la arquitectura romana e islámica, el uso del arco apuntado para formar la bóveda de crucería fue novedoso y se convirtió en la característica definitoria de la construcción gótica. Hacia el año 1400 d. C., las ciudades-estado de Italia, donde el arco apuntado nunca había tenido mucha acogida, iniciaron el renacimiento del estilo romano con sus arcos de medio punto . En el siglo XVI, el nuevo estilo se extendió por toda Europa y, a través de la influencia de los imperios, al resto del mundo. El arco se convirtió en una forma arquitectónica dominante hasta la introducción de nuevos materiales de construcción, como el acero y el hormigón. [ 144 ]

India

La historia de los arcos en la India es muy larga (aparentemente se encontraron algunos arcos en las excavaciones de Kosambi , segundo milenio a . C. Sin embargo, la historia continua comienza con arcos tallados en la roca en la cueva de Lomas Rishi (siglo III a. C.). [ 76 ] Se ha observado un techo abovedado de una cámara funeraria temprana de Harappa en Rakhigarhi . [ 145 ] SR Rao informa sobre un techo abovedado de una pequeña cámara en una casa de Lothal . [ 146 ] También se utilizaron bóvedas de cañón en el cementerio de Harappa tardío de la cultura H, datado entre 1900 a. C. y 1300 a. C., que formaban el techo del horno de metalurgia; el descubrimiento fue realizado por Vats en 1940 durante una excavación en Harappa. [ 147 ] [ 148 ] [ 149 ]

El uso de arcos hasta la conquista islámica de la India en el siglo XII d. C. fue esporádico, con arcos ojivales y bóvedas de cañón en templos excavados en la roca ( Cuevas de Karla , del siglo I a. C.) y arcos apuntados decorativos gavaksha . En el siglo V d. C., las bóvedas de dovelas se utilizaban estructuralmente en la construcción de ladrillo. Ejemplos que se conservan incluyen el templo de Bhitargaon (siglo V d. C.) y el Templo Mahabodhi (siglo VII d. C.), este último con arcos apuntados y semicirculares . [ 76 ] [ 150 ] Este sistema de bóvedas de arco de la era Gupta se utilizó posteriormente de forma extensa en los templos budistas birmanos de Pyu y Bagan en los siglos XI y XII. [ 151 ]

Con la llegada de la influencia islámica y de otras culturas de Asia occidental , los arcos adquirieron gran protagonismo en la arquitectura india, aunque la construcción con dintel y postes seguía siendo la preferida. Una variedad de arcos apuntados y lobulados caracterizaba la arquitectura indo-islámica , con el monumental ejemplo de Buland Darwaza , que presenta un arco apuntado decorado con pequeños arcos lobulados . [ 76 ]

América precolombina

La arquitectura maya utilizaba arcos de ménsula. Las demás culturas mesoamericanas solo empleaban techos planos sin arcos, [ 152 ] aunque algunos investigadores han sugerido que tanto los arquitectos mayas como los aztecas comprendían el concepto de un arco verdadero. [ 153 ] [ 154 ]

Resurgimiento del sistema traviesa

La introducción del hierro forjado (y posteriormente del acero ) en la construcción durante el siglo XIX cambió el papel del arco. Gracias a la alta resistencia a la tracción de los nuevos materiales, se hicieron posibles dinteles relativamente largos, como lo demostró el puente tubular Britannia ( Robert Stephenson , 1846-1850). Alexander "Greek" Thomson , un ferviente defensor del sistema de traviesas , cuya preferencia por los dinteles se basaba originalmente en criterios estéticos, observó que los tramos de este puente son más largos que los de cualquier arco jamás construido, por lo que "el sencillo y sin sofisticación dintel de piedra contiene en su estructura todos los dispositivos científicos [...] utilizados en el gran puente tubular. [...] Stonehenge está construido de forma más científica que la Catedral de York ". [ 155 ] El uso de arcos en la construcción de puentes continuó (el puente Britannia fue reconstruido en 1972 como un puente de arco de celosía ), pero las estructuras de acero y hormigón armado reemplazaron en gran medida a los arcos como elementos portantes en los edificios.

Construcción

Serie de arcos parabólicos en el puente de Móra d'Ebre , Cataluña , España (2005)

Como forma de compresión pura, la utilidad del arco se debe a que muchos materiales de construcción, incluyendo la piedra y el hormigón sin armar , son resistentes a la compresión , pero frágiles cuando se les aplica tensión . [ 156 ]

Albañilería

Las dovelas pueden ser en forma de cuña o rectangulares; en este último caso, la acción de cuña la proporciona el mortero . [ 96 ] Durante la construcción, el anillo se apoya sobre madera temporal o una estructura llamada cimbra (una forma de andamiaje ), que sigue el perfil del intradós del arco. [ 157 ] Para arcos más altos que la altura de la cabeza, la cimbra puede combinarse con andamios o plataformas para proporcionar acceso de trabajo. [ 158 ] Para partes clave de un arco, véase terminología de arcos .

Una vez colocada la clave y asentado el anillo, se golpea el encofrado (se baja y se retira). En la construcción con mortero, la retirada se pospone hasta que el mortero haya alcanzado la resistencia adecuada; las directrices modernas suelen recomendar un mínimo de siete días, con periodos más largos en clima frío o cuando el análisis lo requiera. [ 159 ] [ 160 ] Para evitar impactos y una transferencia de carga desigual, las obras de mayor tamaño se bajan uniformemente utilizando cuñas dobles, cuñas compuestas largas o cajas de arena (gatos de arena). [ 161 ] La rigidez insuficiente del encofrado, el golpeo prematuro o los defectos de construcción pueden producir asentamientos o fallos locales a medida que las reacciones se desplazan hacia los estribos y las cuadernas. [ 162 ]

Hormigón armado

En la construcción de hormigón armado, se utiliza el principio del arco para aprovechar la resistencia del hormigón a la compresión. Cuando se presenta cualquier otro tipo de tensión, como la tracción o la torsión, esta debe ser resistida mediante barras o fibras de refuerzo colocadas cuidadosamente. [ 163 ]

Estilos arquitectónicos

El tipo de arcos (o su ausencia) es una de las características más destacadas de un estilo arquitectónico . Por ejemplo, cuando Heinrich Hübsch , en el siglo XIX, intentó clasificar el estilo arquitectónico, sus "elementos primarios" eran el techo y los soportes, con los tipos básicos de nivel superior: arquitrabado (sin arcos) y arqueado (con arcos). Su siguiente división para los estilos arqueados se basó en el uso de arcos de medio punto y apuntados. [ 164 ]

Referencias culturales

El empuje horizontal constante de un arco contra los estribos dio origen al dicho «el arco nunca duerme», atribuido a numerosas fuentes, desde hindúes [ 165 ] hasta árabes . [ 28 ] Este adagio subraya que el arco lleva «una semilla de muerte» para sí mismo y para la estructura que lo contiene, una afirmación que puede hacerse al observar las ruinas romanas. [ 28 ] La trama de The Nebuly Coat de J. Meade Falkner , inspirada en el derrumbe de una torre en la catedral de Chichester, juega con esta idea al tratar la lenta desintegración de un edificio religioso. [ 165 ] Saoud [ 166 ] explica el proverbio por el autoequilibrio en cadena de las fuerzas horizontales y verticales en el arco y su «adaptabilidad universal». [ 167 ]

El término metafórico «arco calvo» se ha utilizado al menos desde el siglo XIX para designar un arco en ruinas [ 168 ] o un arco sencillo, sin adornos. [ 169 ] El primer significado todavía se usa en el siglo XXI. [ 170 ]

Véase también

Referencias

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