El arco como elemento estructural.

El arco es el elemento constructivo de directriz curva o poligonal, que salva grandes y pequeñas luces transmitiendo toda la carga que soporta a los apoyos mediante una fuerza oblicua que se denomina empuje. Un arco está compuesto por piezas (hechas de piedra tallada, ladrillo o adobe) denominadas dovelas que trabajan siempre a compresión. 

A pesar que aparece en la construcción de estructuras desde antiguo, el funcionamiento del arco no fue estudiado científicamente hasta el primer tercio del siglo XIX. El empleo de nuevos materiales constructivos a comienzos del siglo XX (hierro, acero y hormigón) permitió la construcción de arcos continuos de gran tamaño. 

Sucesión de arcos en el castillo de Zamora

El arco con dovelas transmite las cargas (propias o externas) hasta los muros o pilares que lo soportan. Se trata por tanto de un sistema en equilibrio en el cual las dovelas están comprimidas y transmiten los empujes horizontales hacia el exterior, tratando de separar los puntos de apoyo. Para contrarrestar estas acciones, se suelen adosar otros arcos o bien muros de suficiente masa en los extremos, o un sistema de arriostramiento mediante contrafuertes o arbotantes (dando lugar a los arcos apuntados y a las bóvedas de crucería). 

Puesto que tres articulaciones bastan para convertir cualquier arco en una estructura isostática (permitiendo determinar el valor de la carga de rotura o de colapso del arco), desde el punto de vista del cálculo de estructuras el arco es una estructura hiperestática de tercer grado.

Para su construcción los arcos requieren una estructura auxiliar que ofrece el soporte inicial de las dovelas antes de la colocación de la clave: la cimbra Dicho soporte o armadura tiene forma de celosía y su misión es soportar el peso de los elementos del arco hasta que se encaja la dovela central que cierra el arco (clave). Una vez encajada esta última piedra se procede al descimbrado, es decir al desmontaje de la estructura auxiliar. En ese instante el arco entra en carga, empezándose a comprimir las dóvelas unas con otras. El descimbrado debe realizarse con sumo cuidado y en orden, para no someter al arco a tensiones añadidas o descentradas. 

Las cimbras por regla general encarecen bastante la construcción de un arco, pero son necesarias. Hay ejemplos de desplome de arcos en el proceso de descimbrado al dejar de comportarse como una estructura en equilibrio convirtiendose en un mecanismo. El descenso de la clave y el asentamiento del arco en el descimbrado produce siempre tensiones, pues la fábrica tiende a "bajar" fisurando el interior de la clave y los tercios del extradós. Estas fisuras de acomodamiento de las dovelas son naturales, y dan lugar a una situación de equilibrio distinta de la calculada inicialmente. Por lo general, el desplome de la estructura se produce por un inadecuado cálculo de los estribos que deben soportar al arco que, por débil, acaba desencastrándose. 

  

En el ejemplo de la imagen de arriba, tenemos un arco de directriz circular de 5 metros y sección constante, con EI = 2 x 10⁴ KN/m². Como consecuencia de unos movimientos de tierra próximos, el apoyo A ha sufrido un corrimiento horizontal de izquierda a derecha de valor 8 cm, mientras que el apoyo izquierdo B, tiene un corrimiento de derecha a izquierda de valor 4 cm. 

A continuación se determinan las tensiones presentes en el arco tras el deslizamiento de los apoyos, acotándose las leyes de esfuerzos y calculándose el corrimiento de la clave C.