Método de las Deformaciones - Universidad Nacional de La Plata
Método de las Deformaciones - Universidad Nacional de La Plata
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Facultad <strong>de</strong> Ingeniería<br />
<strong>Universidad</strong> <strong>Nacional</strong> <strong>de</strong> <strong>La</strong> <strong>Plata</strong><br />
ESTRUCTURAS III<br />
RESOLUCION DE ESTRUCTURAS POR EL<br />
METODO DE LAS DEFORMACIONES<br />
Autor:<br />
Ing. Juan P. Durruty
<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
RESOLUCION DE ESTRUCTURAS POR EL METODO DE LAS<br />
DEFORMACIONES<br />
El presente método se basa en la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los esfuerzos en una estructura en<br />
función <strong>de</strong> sus <strong>de</strong>formaciones. Este método permite la resolución tanto <strong>de</strong> estructuras<br />
isostáticas como hiperestáticas con la ventaja frente al <strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> Fuerzas <strong>de</strong> que<br />
en los resultados, aparte <strong>de</strong> obtener los esfuerzos característicos, también se obtienen<br />
<strong>de</strong>formaciones en <strong>de</strong>terminados puntos <strong>de</strong> la estructura.<br />
Como hipótesis simplificativa se asume que los elementos <strong>de</strong> viga son axialmente<br />
rígidos, o sea se <strong>de</strong>sprecia <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones axiales frente a <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones por<br />
flexión. Por lo tanto se consi<strong>de</strong>ran los giros y <strong>de</strong>splazamientos generados solo a través<br />
<strong>de</strong> la flexión.<br />
Analizamos un tramo genérico <strong>de</strong> una estructura antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong><br />
cargas:<br />
A<br />
B<br />
A´<br />
φ A<br />
Δ<br />
Figura 1<br />
φ B<br />
B´<br />
Sabemos que los momentos actuantes en A y B serán función <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> cargas y<br />
<strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones φ A, φ B y Δ, lo cual no po<strong>de</strong>mos analizarlo en conjunto.<br />
Sí po<strong>de</strong>mos realizar una superposición <strong>de</strong> efectos simples que se pue<strong>de</strong>n evaluar y<br />
cuya suma darán por resultado el estado final A´ - B´. Para esto realizamos <strong>las</strong><br />
siguientes hipótesis y condiciones:<br />
1) Se evalúan los momentos en A y B producidos por el estado <strong>de</strong> cargas<br />
suponiendo los puntos A y B empotrados e impedidos <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazarse (solo para<br />
puntos intermedios <strong>de</strong> la estructura, <strong>de</strong> otra manera se respeta la vinculación<br />
existente). A estos esfuerzos se los <strong>de</strong>nominará Momentos <strong>de</strong> Empotramiento<br />
y son obtenidos <strong>de</strong> la Tabla 1.<br />
2) Sin el estado <strong>de</strong> cargas, generamos un giro en el punto A, manteniendo<br />
empotrado B.<br />
3) Sin el estado <strong>de</strong> cargas, generamos un giro en el punto B, manteniendo<br />
empotrado A.<br />
4) Sin el estado <strong>de</strong> cargas y manteniendo A y B impedidos <strong>de</strong> girar, <strong>de</strong>splazamos<br />
en forma transversal uno <strong>de</strong> otro.<br />
Se utilizarán <strong>las</strong> reacciones sobre los elementos con la siguiente convención <strong>de</strong> signos:<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
M +<br />
φ +<br />
M +<br />
φ +<br />
N +<br />
N +<br />
Q + Q +<br />
Nota: Los signos <strong>de</strong> los momentos se toman en función <strong>de</strong> su sentido <strong>de</strong> giro,<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> la convención adoptada en los diagramas (tracción o<br />
compresión <strong>de</strong> la fibra inferior).<br />
<strong>La</strong> nomenclatura <strong>de</strong> los momentos será:<br />
M i jk don<strong>de</strong><br />
i: indica el tramo (1, 2, 3, ….)<br />
j: el punto analizado (A, B, C, ….)<br />
k: la carga o <strong>de</strong>formación que causa el momento (0 = estado <strong>de</strong><br />
cargas, A = giro <strong>de</strong> A, B = giro <strong>de</strong> B, δ = <strong>de</strong>splazamiento relativo)<br />
Analizamos cada hipótesis y condición:<br />
1) Para el caso <strong>de</strong> la primera condición y consi<strong>de</strong>rando un segmento interno AB <strong>de</strong> la<br />
estructura:<br />
A<br />
i<br />
k<br />
B<br />
Obtendremos <strong>de</strong> la Tabla 1<br />
-qL 2 /12 -qL 2 /12<br />
j<br />
D<br />
A<br />
B<br />
C<br />
qL 2 /24<br />
En don<strong>de</strong> los momentos <strong>de</strong> empotramiento serán M i A0 = -qL 2 /12 y M i B0 = qL 2 /12<br />
Obsérvese que los signos se tomaron según la convención adoptada<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> los signos <strong>de</strong>l diagrama <strong>de</strong> momento.<br />
Para el tramo CA<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
-3PL/8<br />
PL/8<br />
C<br />
A<br />
En don<strong>de</strong> los momentos <strong>de</strong> empotramiento serán M j C0 = PL/8 y M j A0 = 3PL/8<br />
2) Generamos un giro en el punto A (horario), manteniendo empotrado B.<br />
A<br />
B<br />
-M/2<br />
φ A<br />
M<br />
En este caso el giro <strong>de</strong> A será: φ A = ML i /4EJ i por lo tanto po<strong>de</strong>mos expresar el<br />
momento en A en función <strong>de</strong>l giro:<br />
M i A = 4EJ i /L i φ A don<strong>de</strong> 4EJ i /L i será el momento en A para un giro unitario en A (M i AA)<br />
M i A = 4EJ i /L i φ A = M i AA φ A<br />
En el punto B observamos que el momento es la mitad <strong>de</strong>l aplicado el A y por la<br />
convención adoptada es positivo, por lo tanto<br />
M i B = 2EJ i /L i φ A don<strong>de</strong> 2EJ i /L i será el momento en B para un giro unitario en A (M i BA)<br />
M i B = 2EJ i /L i φ A = M i BA φ A<br />
3) Generamos un giro en el punto B (horario), manteniendo empotrado A.<br />
A<br />
φ B<br />
B<br />
-M<br />
M/2<br />
En este caso el giro <strong>de</strong> B será: φ B = ML i /4EJ i por lo tanto po<strong>de</strong>mos expresar el<br />
momento en B en función <strong>de</strong>l giro:<br />
M i B = 4EJ i /L i φ B don<strong>de</strong> 4EJ i /L i será el momento en B para un giro unitario en B (M i BB)<br />
M i B = 4EJ i /L i φ B = M i BB φ B<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
En el punto A observamos que el momento es la mitad <strong>de</strong>l aplicado en B y por la<br />
convención adoptada es positivo, por lo tanto<br />
M i A = 2EJ i /L i φ B don<strong>de</strong> 2EJ i /L i será el momento en A para un giro unitario en B (M i AB)<br />
M i A = 2EJ i /L i φ B = M i AB φ B<br />
4) Desplazamos en forma relativa B <strong>de</strong> A manteniéndolos impedidos <strong>de</strong> girar<br />
A<br />
B -M<br />
Δ<br />
M<br />
Los momentos en A y B son iguales en valor y signo (<strong>de</strong> acuerdo a nuestra<br />
convención):<br />
M i A = M i B = -6EJ i /L i 2 Δ don<strong>de</strong> 6EJ i /L i 2 será el momento para un <strong>de</strong>splazamiento unitario<br />
(M i Aδ = M i Bδ)<br />
Por lo tanto sumando los efectos en cada punto po<strong>de</strong>mos expresar los momentos <strong>de</strong><br />
los mismos en función <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> cargas y <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones <strong>de</strong> la estructura:<br />
Reemplazando los términos:<br />
M i A = M i A0 + M i AA . A + M i AB . B + M i A .<br />
M i B = M i B0 + M i BA . A + M i BB . B + M i B .<br />
M i A = M i A0 + 4EJ i . A + 2EJ i . B - 6EJ i . Δ<br />
L i L i L i<br />
2<br />
M i B = M i B0 + 2EJ i . A + 4EJ i . B - 6EJ i . Δ<br />
L i L i L i<br />
2<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Casos Particulares<br />
Los planteos anteriores correspon<strong>de</strong>n para cualquier tramo intermedio <strong>de</strong> la estructura<br />
analizada. Se <strong>de</strong>be analizar por separado cuando algún extremo <strong>de</strong>l tramo analizado<br />
posee una vinculación real.<br />
A) Un extremo empotrado<br />
A<br />
B<br />
En este caso, respecto a lo analizado, dado que A es un empotramiento, no po<strong>de</strong>mos<br />
cumplir con la hipótesis <strong>de</strong>l giro <strong>de</strong> A (hipótesis 2), por lo tanto valen <strong>las</strong> ecuaciones<br />
anteriores eliminando <strong>de</strong> <strong>las</strong> mismas los términos relacionados con el giro <strong>de</strong> A<br />
M i A = M i A0 + M i AB . B + M i A .<br />
M i B = M i B0 + M i BB . B + M i B .<br />
= M i A0 + 2EJ i . B - 6EJ i . Δ<br />
L i L i<br />
2<br />
= M i B0 + 4EJ i . B - 6EJ i . Δ<br />
L i L i<br />
2<br />
B) Un extremo con apoyo articulado<br />
A<br />
B<br />
Vemos que al ser A articulado, su momento es cero, por lo tanto M i A = 0; pero al aplicar<br />
<strong>las</strong> otras hipótesis y condiciones no po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>jar fijo A ni provocar su giro,<br />
cambiando la rigi<strong>de</strong>z <strong>de</strong>l sistema y por lo tanto los M i jk. Vemos el análisis <strong>de</strong> <strong>las</strong> otras<br />
hipótesis<br />
1) Para los momentos <strong>de</strong> empotramiento, buscamos en la Tabla 1 los casos con un<br />
extremo articulado y otro empotrado.<br />
3) Generamos un giro en el punto B (horario), respetando la condición <strong>de</strong> A.<br />
A<br />
φ B<br />
B<br />
-M<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
En este caso el giro <strong>de</strong> B será: φ B = ML i /3EJ i por lo tanto po<strong>de</strong>mos expresar el<br />
momento en B en función <strong>de</strong>l giro:<br />
M i B = 3EJ i /L i φ B don<strong>de</strong> 3EJ i /L i será el momento en B para un giro unitario en B (M i BB)<br />
M i B = 3EJ i /L i φ B = M i BB φ B<br />
4) Desplazamos en forma relativa B <strong>de</strong> A manteniéndolo impedido <strong>de</strong> girar, respetando<br />
la condición <strong>de</strong> A.<br />
A<br />
B<br />
Δ<br />
M<br />
El momento en B:<br />
M i B = -3EJ i /L i 2 Δ don<strong>de</strong> 3EJ i /L i 2 será el momento para un <strong>de</strong>splazamiento unitario (M i Bδ)<br />
Por lo tanto sumando los efectos en cada punto po<strong>de</strong>mos expresar los momentos <strong>de</strong><br />
los mismos en función <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> cargas y <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones <strong>de</strong> la estructura:<br />
M i A = 0<br />
M i B = M i B0 + M i BB . B + M i B .<br />
= M i B0 + 3EJ i . B - 3EJ i . Δ<br />
L i L i<br />
2<br />
C) Un extremo con empotramiento guiado<br />
A<br />
B<br />
En este caso, respecto a lo analizado, dado que A es un empotramiento, no po<strong>de</strong>mos<br />
cumplir con la hipótesis <strong>de</strong>l giro <strong>de</strong> A (hipótesis 2), así mismo si <strong>de</strong>splazamos B, A lo<br />
acompaña no produciéndose momentos (hipótesis 4).<br />
Vemos el análisis <strong>de</strong> <strong>las</strong> otras hipótesis:<br />
1) Para los momentos <strong>de</strong> empotramiento, buscamos en la Tabla 1 los casos con un<br />
extremo empotrado guiado y otro empotrado.<br />
3) Generamos un giro en el punto B (horario), respetando la condición <strong>de</strong> A.<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
A<br />
φ B -M<br />
B<br />
En este caso el giro <strong>de</strong> B será: φ B = ML i /EJ i por lo tanto po<strong>de</strong>mos expresar el<br />
momento en B en función <strong>de</strong>l giro:<br />
M i B = EJ i /L i φ B don<strong>de</strong> EJ i /L i será el momento en B para un giro unitario en B (M i BB)<br />
M i B = EJ i /L i φ B = M i BB φ B<br />
En el punto A observamos que el momento es el mismo valor <strong>de</strong>l aplicado en B y por la<br />
convención adoptada es negativo, por lo tanto<br />
M i A = -EJ i /L i φ B don<strong>de</strong> EJ i /L i será el momento en A para un giro unitario en B (M i AB)<br />
M i A = -EJ i /L i φ B = M i AB φ B<br />
Por lo tanto sumando los efectos en cada punto po<strong>de</strong>mos expresar los momentos <strong>de</strong><br />
los mismos en función <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> cargas y <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones <strong>de</strong> la estructura:<br />
M i A = M i A0 + M i AB . B = M i A0 - EJ i . B<br />
L i<br />
M i B = M i B0 + M i BB . B = M i B0 + EJ i . B<br />
L i<br />
1. Aplicación <strong>de</strong>l método:<br />
Dado que este método no distingue entre estructuras hiperestáticas e isostáticas,<br />
<strong>de</strong>bemos <strong>de</strong>finir el Grado <strong>de</strong> In<strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> la estructura, el cual estará dado por<br />
<strong>de</strong>terminados puntos en los cuales tendremos cambios <strong>de</strong>l diagrama <strong>de</strong> momentos.<br />
Estos serán puntos don<strong>de</strong> tenemos cambio <strong>de</strong> dirección <strong>de</strong> los elementos,<br />
vinculaciones internas, vinculación con otros elementos <strong>de</strong> la estructura, etc.<br />
Gráficamente:<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
No se toman en cuenta <strong>las</strong> cargas aplicadas, dado que conocemos su efecto a través<br />
<strong>de</strong> los casos <strong>de</strong> la tabla 1.<br />
Ejemplos<br />
B<br />
A<br />
C<br />
D<br />
E<br />
a) En este caso tenemos dos puntos que cumplen con<br />
<strong>las</strong> condiciones planteadas (B y D). Consi<strong>de</strong>rando que<br />
estos puntos no pue<strong>de</strong>n tener <strong>de</strong>splazamientos, por la<br />
vinculación <strong>de</strong> la estructura y dado que consi<strong>de</strong>ramos<br />
que los elementos son axialmente rígidos, solo<br />
tendremos como incógnitas los giros:<br />
φ B , φ D y por lo tanto el problema es in<strong>de</strong>terminado <strong>de</strong><br />
grado 2 (I = 2)<br />
(Obsérvese que la estructura es hiperestática <strong>de</strong> grado 6<br />
para resolverlo por el <strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> Fuerzas)<br />
B<br />
A<br />
C<br />
D<br />
E<br />
b) En este caso tenemos los mismos dos puntos (B y D),<br />
con la diferencia <strong>de</strong> que ambos pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>splazarse<br />
horizontalmente a través <strong>de</strong> la flexión <strong>de</strong> los tramos ABC<br />
y DE. Por lo tanto tendremos como incógnitas los giros<br />
<strong>de</strong> B, C y el <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong> ambos (como asumimos<br />
los tramos axialmente rígidos, ambos <strong>de</strong>splazamientos<br />
son iguales):<br />
φ B, φ D , Δ H y por lo tanto el problema es in<strong>de</strong>terminado<br />
<strong>de</strong> grado 3 (I = 3) (Siendo hiperestático <strong>de</strong> grado 5)<br />
Ejemplo <strong>de</strong> Aplicación<br />
q<br />
L 1 = L 2 = L<br />
L<br />
A 1 , J 1 L<br />
B 2 , J 2<br />
C<br />
J 1 = J<br />
J 2 = 3J<br />
Se observa que tenemos un punto <strong>de</strong> in<strong>de</strong>terminación (B) el cual solo pue<strong>de</strong> girar (φ B )<br />
dado que su vinculación impi<strong>de</strong> los <strong>de</strong>splazamientos. Por lo tanto el problema es<br />
In<strong>de</strong>terminado <strong>de</strong> grado 1 (I = 1)<br />
En este caso tanto A como C son apoyos articulados, por lo tanto sus momentos son<br />
cero, y ambos tramos (1 y 2) se toman como el Caso Particular B.<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Por lo tanto:<br />
Para el tramo 1<br />
M 1 A = 0<br />
M 1 B = M 1 B0 + M 1 BB . B + M 1 B .<br />
= M 1 B0 + 3EJ 1 . B - 3EJ 1 . Δ<br />
L 1 L 1<br />
2<br />
Vemos que no hay <strong>de</strong>splazamiento vertical <strong>de</strong>l punto B, por lo tanto Δ = 0<br />
El momento <strong>de</strong> empotramiento M 1 B0 <strong>de</strong> Tabla 1: M 1 B0 = qL 1 2 /8<br />
Reemplazando<br />
M 1 B = M 1 B0 + M 1 BB . B + M 1 B .<br />
= qL 1 2 /8 + 3EJ/L . B<br />
Para el tramo 2<br />
M 2 B = M 2 B0 + M 2 BB . B + M 2 B .<br />
M 2 C = 0<br />
= M 2 B0 + 3EJ 2 . B - 3EJ 2 . Δ<br />
L 2 L 2<br />
2<br />
Como no hay carga aplicada en el tramo 2 el momento <strong>de</strong> empotramiento M 2 B0 es igual<br />
a cero.<br />
Reemplazando<br />
M 2 B = M 2 B0 + M 2 BB . B + M 2 B .<br />
= 3E3J/L . B = 9EJ/L . B<br />
Dado que tenemos <strong>las</strong> expresiones <strong>de</strong> los momentos a ambos lados <strong>de</strong>l nudo B,<br />
<strong>de</strong>bemos plantear el equilibrio <strong>de</strong>l mismo<br />
M<br />
B<br />
0<br />
M 1 B<br />
M 2 B<br />
Se toman los momentos positivos<br />
según la convención <strong>de</strong> signos<br />
adoptada, mirando hacia el interior<br />
<strong>de</strong>l tramo.<br />
Sobre el nudo -M 1 B - M 2 B = 0 ó M 1 B + M 2 B = 0<br />
Con esta sumatoria se obtiene una ecuación con una incógnita ( B ), con la cual<br />
po<strong>de</strong>mos obtener los valores <strong>de</strong> los momentos<br />
M 1 B + M 2 B = qL 1 2 /8 + 3EJ/L . B 9EJ/L . B = qL 1 2 /8 + 12EJ/L . B<br />
B<br />
3<br />
qL<br />
96EJ<br />
El signo <strong>de</strong>l giro significa que es en sentido antihorario<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Reemplazando en <strong>las</strong> expresiones <strong>de</strong> M 1 B y M 2 B<br />
3 2<br />
1 qL<br />
M B<br />
y<br />
32<br />
3 2<br />
2 qL<br />
M B<br />
observando que cumple con la ecuación <strong>de</strong> equilibrio<br />
32<br />
Teniendo estos valores a ambos lados <strong>de</strong>l nudo B, po<strong>de</strong>mos reemplazar este por una<br />
articulación y colocar los momentos hallados como cargas externas<br />
q<br />
M 1 B<br />
M 2 B<br />
A B C<br />
Siendo ahora una estructura isostática, se pue<strong>de</strong>n obtener <strong>las</strong> reacciones por equilibrio<br />
<strong>de</strong> reacciones y realizar los diagramas <strong>de</strong> momentos, corte y axil.<br />
En este caso se adoptarán los signos <strong>de</strong> los momentos <strong>de</strong> acuerdo a si traccionan o<br />
comprimen la fibra inferior <strong>de</strong>finida.<br />
Para el caso <strong>de</strong> la figura anterior ambos momentos M 1 B y M 2 B serán negativos,<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong>l signo obtenido en la resolución <strong>de</strong>l problema.<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL METODO DE LAS DEFORMACIONES<br />
<strong>La</strong> siguiente estructura es un hiperestático <strong>de</strong> grado 4, pero in<strong>de</strong>terminado <strong>de</strong> grado 3<br />
para el método <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones (giro <strong>de</strong> B, giro <strong>de</strong> C y <strong>de</strong>splazamiento horizontal<br />
<strong>de</strong> B y C), y está cargada con una fuerza horizontal y un gradiente <strong>de</strong> temperatura.<br />
Carga externa: Material: Secciones:<br />
P = 1000Kg Acero 1025 Vigas 1 y 4:<br />
E T = 50ºC E = 2,1x10 6 Kg/cm 2<br />
4 σ F = 3773 Kg/cm 2 6cm A = 30 cm 2<br />
1m α = 12 x10 -6 /ºC J = 90 cm 4<br />
P T 5cm<br />
B<br />
C<br />
2 Vigas 2 y 3:<br />
1 3<br />
1m 6cm A = 18 cm 2<br />
β J = 54 cm 4<br />
A D 3cm<br />
2m<br />
1m<br />
Comenzamos a plantear ahora <strong>las</strong> ecuaciones correspondientes para cada nudo:<br />
M 1 A = M 1 A0 + M 1 AA . A + M 1 AB . B + M 1 A . 1<br />
(el superíndice indica la barra)<br />
No existiendo giro en A el término M 1 AA A = 0<br />
Por lo tanto:<br />
M 1 A = M 1 A0 + M 1 AB . B + M 1 A . 1<br />
Para el nudo B se tienen 3 ecuaciones, una proveniente <strong>de</strong> cada barra que concurre al<br />
nudo:<br />
M 1 B = M 1 B0 + M 1 BA . A + M 1 BB . B + M 1 B . 1 ( A = 0)<br />
M 1 B = M 1 B0 + M 1 BB . B + M 1 B . 1<br />
M 2 B = M 2 B0 + M 2 BB . B + M 2 BC . C + M 2 B . 2<br />
M 4 B = M 4 B0 + M 4 BB . B + M 4 BE . E + M 4 B . 4<br />
Para este caso el giro en E es cero y cuando se <strong>de</strong>splaza el nudo B el empotramiento<br />
guiado E lo acompaña, por lo tanto M 4 B . 4 = 0<br />
M 4 B = M 4 B0 + M 4 BB . B<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Sobre el nudo E:<br />
M 4 E = M 4 E0 + M 4 EB. B + M 4 BE . E + M 4 E . 4<br />
De la misma forma, el giro en E es cero y cuando se <strong>de</strong>splaza el nudo B el<br />
empotramiento guiado E lo acompaña, por lo tanto M 4 E . 4 = 0<br />
M 4 E = M 4 E0 + M 4 EB. B<br />
Sobre el nudo C se tienen 2 ecuaciones, una proveniente <strong>de</strong> cada barra que concurre<br />
al nudo:<br />
M 2 C = M 2 C0 + M 2 CB . B + M 2 CC . C + M 2 C . 2<br />
M 3 C = M 3 C0 + M 3 CC . C + M 3 CD . D + M 3 C . 3<br />
En este caso, si bien hay un giro en D, no hay un momento que se transmita a C (D<br />
está articulado), por lo tanto M 3 CD . D = 0<br />
M 3 C = M 3 C0 + M 3 CC . C + M 3 C . 3<br />
M 3 D = 0<br />
(por estar D articulado)<br />
Esfuerzos ocasionados por el giro <strong>de</strong>l nudo B:<br />
M 4 EB M 1 AB = 2EJ 1<br />
L 1<br />
M 4 BB M 2 CB M 1 BB = 4EJ 1<br />
M 1 BB L 1<br />
M 2 BB M 2 BB = 4EJ 2<br />
L 2<br />
M 4 BB = EJ 4<br />
M 1 AB L 4<br />
M 2 CB = 2EJ 2<br />
L 2<br />
M 4 EB = - EJ 4<br />
L 4<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Esfuerzos ocasionados por el giro <strong>de</strong>l nudo C:<br />
M 2 BC = 2EJ 2<br />
L 2<br />
M 2 BC M 2 CC M 2 CC = 4EJ 2<br />
L 2<br />
M 3 CC = 3EJ 3<br />
M 3 CC L 3<br />
Desplazamos el nudo C:<br />
M 1 A EJ 1<br />
L 1<br />
2<br />
Δ 1 M 2 C M 1 B EJ 1<br />
M 2 2<br />
B . Δ 3 L 1<br />
Δ1 M 3 C M 2 B = EJ 2<br />
2<br />
L 2<br />
M 1 B<br />
β<br />
M 2 C EJ 2<br />
2<br />
L 2<br />
M 1 A M 3 C EJ 3<br />
2<br />
L 3<br />
Δ 2<br />
Δ3<br />
β<br />
Δ2<br />
2<br />
1<br />
tg<br />
Δ1<br />
3<br />
1<br />
sen<br />
Hallamos los momentos <strong>de</strong> empotramiento <strong>de</strong>bido al estado <strong>de</strong> carga <strong>de</strong> la estructura<br />
(P y T).<br />
P solo genera momentos en los nudos B y E <strong>de</strong> la barra 4:<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
M 4 E0 M 4 E0 = - PL 4<br />
P 8<br />
M 4 B0 M 4 B0 = - 3PL 4<br />
8<br />
Esfuerzos generados por el gradiente <strong>de</strong> temperatura (se <strong>de</strong>splaza el nudo B<br />
<strong>de</strong>jándose fijo el nudo C):<br />
Δ T = α.T.L 2<br />
Δ T<br />
T<br />
M 1 B0 =<br />
EJ 1 . Δ T<br />
L 1<br />
2<br />
M 1 B0<br />
M 1 A0 =<br />
EJ 1 . Δ T<br />
L 1<br />
2<br />
M 1 A0<br />
Reemplazando los esfuerzos hallados en <strong>las</strong> ecuaciones correspondientes para cada<br />
nudo:<br />
M 1 A = M 1 A0 + M 1 AB . B + M 1 A . 1<br />
M 1 A = EJ 1 . (α.T.L 2 )+ 2EJ 1 . B EJ 1 . Δ 1<br />
2<br />
2<br />
L 1 L 1 L 1<br />
M 1 B = M 1 B0 + M 1 BB . B + M 1 B . 1<br />
M 1 B = EJ 1 . (α.T.L 2 ) + 4EJ 1 . B EJ 1 . Δ 1<br />
2<br />
2<br />
L 1 L 1 L 1<br />
M 2 B = M 2 B0 + M 2 BB . B + M 2 BC . C + M 2 B . 2<br />
M 2 B = 4EJ 2 . B + 2EJ 2 . C + EJ 2 . Δ 2<br />
L 2 L 2 L 2<br />
2<br />
M 4 B = M 4 B0 + M 4 BB . B<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
M 4 B = - 3PL 4 + EJ 4 . B<br />
8 L 4<br />
M 4 E = M 4 E0 + M 4 EB. B<br />
M 4 E = - PL 4 - EJ 4 . B<br />
8 L 4<br />
M 2 C = M 2 C0 + M 2 CB . B + M 2 CC . C + M 2 C . 2<br />
M 2 C = 2EJ 2 . B + 4EJ 2 . C + EJ 2 . Δ 2<br />
L 2 L 2 L 2<br />
2<br />
M 3 C = M 3 C0 + M 3 CC . C + M 3 C . 3<br />
M 3 C = 3EJ 3 . C EJ 3 . Δ 3<br />
L 3<br />
2<br />
L 3<br />
Planteamos el equilibrio en los nudos B y C:<br />
Nudo B:<br />
M 4 B<br />
M 2 B<br />
M 1 B + M 2 B + M 4 B = 0<br />
M 1 B<br />
Reemplazando M 1 B, M 2 B y M 4 B, y teniendo en cuenta <strong>las</strong> relaciones entre Δ 1 , Δ 2 y Δ 3 :<br />
EJ 1 .(α.T.L 2 ) + 4EJ 1 . B EJ 1 .Δ 1 + 4EJ 2 . B + 2EJ 2 . C + EJ 2 . Δ 1 3PL 4 + EJ 4 . B =<br />
2<br />
L 1 L 1<br />
2<br />
L 1 L 2 L 2<br />
2<br />
L 2 tg β 8 L 4<br />
B 4EJ 1 + 4EJ 2 + EJ 4 + C 2EJ 2 . + Δ 1 EJ 1 + EJ 2 + EJ 1 .(α.T.L 2 ) 3PL 4 = 0<br />
L 1 L 2 L 4 L 2<br />
2<br />
L 1 L 2 2 . tg β<br />
2<br />
L 1 8<br />
Ecuación 1<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
Nudo C:<br />
M 2 C<br />
M 3 C<br />
M 2 C + M 3 C = 0<br />
Reemplazando M 2 C y M 3 C, y teniendo en cuenta <strong>las</strong> relaciones entre Δ 1 , Δ 2 y Δ 3 :<br />
2EJ 2 . B + 4EJ 2 . C + EJ 2 . Δ 1 + 3EJ 3 . C EJ 3 . Δ 1 _______ = 0<br />
2<br />
2<br />
L 2 L 2 L 2 tg β L 3 L 3 sen β<br />
B 2EJ 2 + C 4EJ 2 + 3EJ 3 + Δ 1 EJ 2 EJ 3 = 0<br />
L 2 L 2 L 3 L 2 2 . tg β L 3 2 . sen β<br />
Ecuación 2<br />
Con esto obtenemos dos ecuaciones con tres incógnitas, <strong>de</strong>bemos plantear la tercera<br />
ecuación con trabajos virtuales. Colocamos para esto tantas articulaciones como sea<br />
necesario para que la estructura se <strong>de</strong>forme libremente en la dirección <strong>de</strong> la incógnita<br />
Δ 1 . Se colocan sobre la estructura todos los momentos y cargas externas que<br />
realizarán trabajo.<br />
Δ* : <strong>de</strong>formación virtual<br />
P M 2 C Δ* 2 = Δ* 1<br />
tg β<br />
Δ* 1 M 2 B Δ* 3 Δ* 2<br />
M 1 A<br />
M 1 B<br />
Δ*<br />
1 M 3 C Δ* 3 = Δ* 1<br />
sen β<br />
β<br />
M 1 A . Δ* 1 + M 1 B . Δ* 1 M 2 B. * 2 M 2 C . Δ* 2 + M 3 C . Δ* 3 + P . Δ* 1 = 0<br />
L 1 L 1 L 2 L 2 L 3<br />
Reemplazando M 1 A, M 1 B, M 2 B, M 2 C y M 3 C, y teniendo en cuenta <strong>las</strong> relaciones entre Δ 1 ,<br />
Δ 2 y Δ 3 , y entre Δ* 1 , Δ* 2 y Δ* 3 :<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
EJ 1 (α.T.L 2 )+ 2EJ 1 . B EJ 1 Δ 1 Δ* 1 + EJ 1 .(α.T.L 2 ) + 4EJ 1 . B EJ 1 .Δ 1 Δ* 1<br />
2<br />
2<br />
L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 L 1<br />
4EJ 2 . B + 2EJ 2 . C+ EJ 2 . Δ 1 * 1 2EJ 2 . B + 4EJ 2 . C + EJ 2 . Δ 1 * 1<br />
L 2 L 2 L 2 2 tg β tg β. L 2 L 2 L 2 L 2 2 tg β tg β. L 2<br />
+ 3EJ 3 . C EJ 3 . Δ 1 * 1 + P. Δ* 1 = 0<br />
L 3 L 3<br />
2<br />
sen β sen β. L 3<br />
Simplificando los términos Δ* 1 y agrupando términos, se llega a la siguiente ecuación:<br />
P + EJ 1 (α.T.L 2 ) + B 6EJ 1 6EJ 2 + C 6EJ 2 + 3 E J 3<br />
3<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
L 1 L 1 tg β. L 2 tg β. L 2 sen β. L 3<br />
+ Δ 1 EJ 1 12EJ 2 EJ 3 = 0<br />
3<br />
L 1 tg 2 3<br />
β. L 2 sen 2 3<br />
β. L 3<br />
Ecuación 3<br />
Reemplazando en <strong>las</strong> ecuaciones 1, 2 y 3 los valores <strong>de</strong> P, T, E, α, L, J y β resulta el<br />
siguiente sistema <strong>de</strong> ecuaciones:<br />
11718000 . B + 1134000. C – 96390 . Δ 1 = 23778,6<br />
cm<br />
1134000 . B + 4673577,27 . C –7045,77 . Δ 1 = 0<br />
cm<br />
96390 . B + 7045,77 . C – 2678,66 . Δ 1 = –1274,43<br />
cm<br />
Resolviendo el sistema :<br />
B = 0,008537<br />
C = –0,000895<br />
Δ 1 = 0,780618 cm<br />
Para obtener los momentos en los nudos se reemplazan estos valores en <strong>las</strong><br />
ecuaciones <strong>de</strong> momentos antes planteadas.<br />
M 1 A = – 42530,82 Kg . cm<br />
M 1 B = – 10260,96 Kg . cm<br />
M 2 B = 31625,3 Kg . cm<br />
M 4 B = – 21365,07 Kg . cm<br />
M 4 E = – 28634,93 Kg . cm<br />
M 2 C = 20929,41 Kg . cm<br />
M 3 C = – 20931,36 Kg . cm<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
28634,93<br />
P<br />
T<br />
21365,07 31625,3 20929,41<br />
10260,96 20931,36<br />
42530,82<br />
Definiendo en la estructura la fibra inferior con la convención <strong>de</strong> que el momento que<br />
tracciona la fibra inferior es positivo, se arma el diagrama <strong>de</strong> momentos.<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
TABLA 1:<br />
Momentos <strong>de</strong> empotramiento<br />
Estructuras III<br />
A<br />
P<br />
B<br />
q<br />
M<br />
T 1<br />
L<br />
T 2 = -T 1<br />
1) A y B empotrados<br />
-PL/8 -PL/8 -qL 2 /12 -qL 2 /12<br />
PL/8<br />
qL 2 /24<br />
-M/2<br />
-M/4<br />
M/4<br />
M/2<br />
2EJT 1 /h<br />
2) A empotrado y B apoyo simple<br />
-3PL/16<br />
-qL 2 /8<br />
5PL/32<br />
qL 2 /16<br />
-7M/16<br />
M/8<br />
9M/16<br />
3EJT 1 /h<br />
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<strong>Método</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>de</strong>formaciones<br />
Estructuras III<br />
3) A empotrado y B empotrado guiado.<br />
-3PL/8<br />
-qL 2 /3<br />
PL/8<br />
qL 2 /6<br />
-M/2<br />
M/2<br />
2EJT 1 /h<br />
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