Pandeo lateral de estructuras metálicas en arco

Abstract

A lo largo de la historia de la humanidad, el arco ha sido quizás el elemento estructural singular más utilizado por el hombre en todo tipo de construcciones, desde las puramente arquitectónicas de gran importancia social (circos, catedrales, palacios), hasta las necesarias para salvar los problemas de adaptación a la naturaleza resueltos por la ingeniería (puentes, acueductos, etc.). El arco desapareció de las tipologías estructurales a partir del siglo XIX con la aparición de nuevos materiales que provocaron su sustitución progresiva por elementos rectos como vigas y estructuras porticadas.

El arco siempre aparece para salvar una distancia entre dos puntos, bien como cubierta, bien para sostener un forjado o formando parte de un puente. Funciona fundamentalmente sometido a cargas en su plano que, frecuentemente, se distribuyen sobre él de manera uniforme. Los esfuerzos predominantes que van a marcar las reglas del juego en el dimensionamiento de su sección son, por lo tanto, el esfuerzo axil y el esfuerzo flector, en adelante axil y flector toda vez que su directriz suele eludir hábilmente los esfuerzos cortantes, en adelante cortantes.

Si el proyectista pudiera elegir cuál de estos dos esfuerzos debería dominar en su estructura, sin ningún género de dudas optaría por el esfuerzo axil. Es evidentemente más económico, ya que da lugar a una distribución de tensiones constante sobre la sección, en la que todas las fibras trabajan por igual. El flector, por el contrario, sobrecarga las fibras extremas de la sección, dejando prácticamente inactivas las centrales. Además resulta menos confortable para los elementos secundarios porque sus deformaciones son mucho mayores que las provocadas por el axil.

Las tensiones provocadas por el axil son inversamente proporcionales al área de la sección mientras que las provocadas por el momento flector lo son al momento resistente, es decir, a una potencia del canto. Si el primitivo constructor pretendía minimizar las tensiones provocadas por el esfuerzo axil, debía maximizar el área de la sección fuera cual fuera su forma geométrica. Sin embargo, las tensiones derivadas de la flexión debían acotarse mediante la inercia, es decir, a través del canto. Por ello, las piezas sometidas a flexión exigen siempre mayores dimensiones que las sometidas sólo a axil. Es lógico que los primeros constructores optasen por diseñar estructuras que soportasen predominantemente axiles y que, en la actualidad, la optimización del material para salvar grandes luces conduzca a igual criterio. Así que, una vez adoptado como predilecto el esfuerzo axil, hay que elegir entre tracción y compresión. Aunque la compresión presenta el aspecto negativo de la inestabilidad, la tracción es una tensión difícilmente soportable por los materiales pétreos, los más abundantes en la construcción, y que sólo se comportan bien cuando están comprimidos. No es de extrañar, por tanto, que la construcción tradicional buscara formas que introdujeran básicamente esfuerzos axiles de compresión supliendo con la robustez su debilidad a las tracciones.