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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 />

Página 1 <strong>de</strong> 20


<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 />

Página 2 <strong>de</strong> 20


<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 />

Página 3 <strong>de</strong> 20


<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 />

Página 9 <strong>de</strong> 20


<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 />

Página 12 <strong>de</strong> 20


<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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