τ max = 260 MPa G = 80 GPa.
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- Juan Manuel Córdoba Moya
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1 E.T.S. ngniro d Caino, Canal Purto Univridad d Granada SEGUNDA PRACTCA TEORÍA DE ESTRUCTURAS ENERO 9 APELLDOS: FRMA: NOMBRE: DN: prcindil ntrgar l anucrito original grapado a t nunciado (no olvid rllnar lo dato pronal n la cacra). La práctica rcográn l próxio 7 d nro (art) n l xan dl gundo parcial. Dar lo rultado con cuatro dígito ignificativo La figura adjunta utra una viga n voladio d longitud L, con una carga puntual P aplicada n l xtro lir. La cción d dica viga tá contituida por un prfil d pard dlgada () por contant. Lo valor xplícito on lo iguint: L P 5 kn 5 c () c () τ ax MPa G 8 GPa. S pid:. Hallar la poición dl cntro d gravdad (G), lo Monto Principal d nrcia (, ) l ódulo d torión (J) d la cción. La poición d G d rfrir oligatoriant a la lína dia dl xtro infrior iuirdo d la cción (tal coo aparc acotado).. Calcular la poición dl cntro d furo cortant (C.E.C.) d la cción rpcto al cntro d gravdad (G).. Dcoponindo para una cción cualuira l tado ral d cortant por l principio d uprpoición n do tado, un tado corrpondint a un cortant aplicado n l cntro d furo cortant otro tado corrpondint a un onto toror, pid:.. Calcular l flujo d tnion tangncial ( ) corrpondint al prir tado (cortant n C.E.C.). Diujar l diagraa n la part xtrior dl prfil acotando valor ignificativo... Calcular la ditriución d tnion tangncial (τ x ) corrpondint al gundo tado (onto toror). Diujar l diagraa or l prfil acotando igualnt lo valor ignificativo... Calcular la tnión áxia dl tado ral d cortant (ua d ao tado), localiar dond produc coproar i adiil.. Calcular l giro rpcto al j x u produc n la cción ituada n l xtro dl voladio (B). Todo lo cálculo goétrico d tnion dido al cortant al toror raliarán gún la toría iplifica d lo prfil d pard dlgada. El valor d tá rfrido a la lina dia d lo flj uprior infrior. El valor d tá rfrido a lina dia dl flj vrtical al xtro lir.
2 Rolución ª Practica d Caa Curo 8-9 La olución u prnta ncuntra apliant contada xtndida con fin didáctico ant la nuroa duda urgida para u rolución. Cálculo d gotría d aa Cálculo dl cntro d gravdad (G) utiliando la toría iplificada para prfil d pard dlgada. Oprao toando coo rfrncia uno j orintado gún la acotacion d la figura dl nunciado: G A (A), indo A d ct d ( ) ( ) d d ( -( ) ) d ct (A) d d () ( ) (-( )) (A) podría taién ar calculado fácilnt diant ua d ára con cntro d i gravdad conocido, i.. (A) Ai G i (A) G A ( ) G
3 u no dpnd dl por coo caría prar, puto u para prfil d pard dlgada con por contant la forulación coincid con la d lína d por contant. Para lo dato particular dl prola, rulta:, G 5,7,, Por otro lado ao u la cción iétrica rpcto al j por tanto jrcicio ralia la coproación G A (A), indo ct (A) d d d d d () ( ) ( ] ( ) calculado diant ua d ára con cntro d gravdad conocido, rulta: (A) Ai Gi i G, coo ( ) ( ) ( ) (A) G c..d. A ( ) ( ) ( ) G En particular para lo dato uinitrado, tin: G,5
4 Cálculo d onto d nrcia Principal (, ) utiliando la toría iplificada para prfil d pard dlgada. Dado u l j, u paa por G, un j d itría, cualuir coinación con otro j prpndicular al io contitu un ita d j principal d inrcia. Adoptao aul ita u tin por orign G, tal coo indica n l ua dl nunciado. Cálculo dl Monto d nrcia Principal rpcto al j, : d d d d d () ct d d d ( ] ( ]
5 Utiliando una varial para l rcorrido dl prfil con orign apropiado la xprion iplifican, aí: d d d d () ct d ( ] ( ] Sutitundo lo dato particular dl prola, uda: 5 5,5,,,,5 Cálculo dl Monto d nrcia Principal rpcto al j, :
6 ct d d () [ ( G) ] d G d [( G ) ] d ( G) G ( ] [ ( ( G) ) ] d G d [ G( ( ) )] d ( G ) [ G ( G ) ] G ( G ) [ G ] [ G ( G ) ] G Utiliando una varial para l rcorrido dl prfil con orign apropiado lo cálculo iplifican, aí: ct d d () ( G ) d G d ( G ) d ( G ) d G d ( G ) G ( ] [ G ( G ) ] G Si uiiérao djar la xprión d xplícitant n lo térino d la dinion goétrica dl prfil, darrollaríao la xprión utitundo l valor xplícito d G. Aí: [ G ( G ) ] G G ( G G G ) G
7 ( G G ) G G G G G ( ) G ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Particulariando para lo valor concrto dl prola, otin: [ ] ( ) G G G ( ),5, (,,) (,,),58 5 Otra fora d calcular d odo ipl rían utiliando l tora d Stinr lo onto d inrcia d ára conocido. Utiliando l ita d rfrncia dl iguint ua, u antin la orintación d lo j ituando l orign n l punto dio d la lina dia dl flj vrtical, junto a una varial para l rcorrido dl prfil con orign apropiado aplicando l tora d Stinr, otin: ' d A ' G A ' G A ' ( ) d d ( ) d d ct d d ()
8 Qu podría ar raliado in ncidad d cálculo por corrpondr a onto d inrcia d ára conocido. ' G A G ( ) Sutitundo la xprión xplicita d G, n función d la dinion d la cción dl prfil: ' G A G ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) D igual odo i utiliao l ita d rfrncia u xpon n la figura, u antin la orintación d lo j ituando l orign n l punto dio d la lina vrtical u un lo flj xtro, junto a una varial para l rcorrido dl prfil con orign apropiado aplicando l tora d Stinr, otin: ' d A ' ( G) A ' ( G) A ' ct d d d d d d () d ( ]
9 Qu podría ar raliado igualnt in ncidad d cálculo por corrpondr a onto d inrcia d ára conocido. ' ( G) A ( G) ( ) Sutitundo la xprión xplicita d G, n función d la dinion d la cción dl prfil: ' ( G) A ( G) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Cálculo dl Módulo d Torión (J) utiliando la toría iplificada para prfil d pard dlgada. J i i J i ct i i Concrtiando para l prola, rulta:,5 J i i i i 8 (,,,),97
10 Cálculo dl C.E.C. rpcto al cntro d gravdad d la cción La poición dl C.E.C. ólo dpnd d la caractrítica goétrica d la cción por tanto, no ncario calcular l flujo d tnion para allar u coordnada. nicialnt toan coo rfrncia lo j coordnado u indican n l nunciado. Aí, por la propidad tudiada dl C.E.C. ao u al xitir itría rpcto al j, ét ituará or él u al tnr la cción dl prfil curvatura n un io ntido ét ituará dl lado convxo. Plantando la cuación dl C.E.C. coo M(,) M ( ) O, (, ) O toando coo ntido poitivo d lo onto l ntido antiorario udaría: C C r d, (, ) indo r la ditancia dd l punto d rfrncia O, dida prpndicular a la tangnt a la lína dia d la cción dl prfil (nót u l flujo,, a uputo n ntido orario, tal coo vió n toría, d aí l igno no dlant d la intgral). Sutitundo la xprión dl flujo,, otin: C C r d r d, (, ) por lo u rultan la cuacion a conocida: C C r r d d
11 Para valuar corrctant la intgral r d a u tnr n cunta u l ntido dl flujo coincid inicialnt con l ntido d rcorrido adoptado para l arco (). Por tanto, i ét an uputo con ntido orario rpcto al punto d rfrncia adoptado la xprión dl onto tático rá la otnida analíticant i tin ntido antiorario ará u invrtir u igno para u a congrunt con la dfinición. Cálculo d C: C Adoptao inicialnt l ntido d rcorrido xprado n la figura antrior coo punto d rfrncia l cntro d gravdad d la cción. r d ao a otnr la xprion dl onto tático rpcto al j, flj u coponn l prfil., para lo ditinto Para l ala infrior tin: ct d d ; ct - Para l ala infrior l ala:, ct ( ) d ct, ala infrior d d ( ] (), ala
12 Para l ala infrior ala ala uprior tin: d d d d ala uprior ala; () ala infrior ct ct; ( ] Dado u l ntido adoptado para la dfinición d tin n todo lo flj ntido orario rpcto al punto d rfrncia adoptado (cntro d gravdad), valúa C intgrando dirctant dica xprion. Aí: d r d r d r d r C ala G, ct r ala, ct r d d G d d d G d d d 8 G d ( ] ( ] ( ] 8 G G G 8 G 8 8 G 8, ) (,
13 G G ( ) G ( ) ( ) ( ) G C C> lo u ignifica u itúa n la part iuirda d la cción, tal coo aíao por la propidad goétrica dl C.E.C. Si toao, aora, coo ntido d rcorrido dl arco lo xprado n la iguint figura, incluo con varial por trao para iplificar la xprion d, coo orign d rfrncia l punto dio d la lína dia dl ala o flj vrtical, tin: Para lo onto tático rpcto al j,, utiliando xprion conocida d onto tático d figura ipl, rulta para cada trao o flj: Para l ala infrior tin: ( ) A( ) ct ct ;, Para l ala infrior l ala: ct ( ala infrior) ( ) A( ) ct, ala infrior (), ala ; ;,
14 Para l ala uprior tin: ct A ct, Sgún lo ntido d rcorrido adoptado para la varial n cada trao dado u l ntido adoptado para la dfinición dl tin l ntido orario, al valuar la xprión d C a u invrtir l igno dl onto tático n l trao corrpondint al ala uprior. Aí: r ct, ala C r d r d r d r r ct,ala d d d d ( ) d dado u C> l C.E.C. itúa n la part iuirda d la cción, gún lo prvito, pro coo no pid rpcto al cntro d gravdad G, ata añadir la ditancia G, udando: G C G
15 Si toao, nuvant, coo ntido d rcorrido dl arco lo xprado con antrioridad, aí coo la varial por trao, coo orign d rfrncia, aora, l punto infrior iuirdo d la cción, unión d la lína dia dl ala con l ala infrior, tin para C la ia conidracion d igno u n l apartado antrior, pro lo cálculo iplifican aún á: r ct, ala uprior C r d r d r d r r ct,ala, ala infrior d d ( ) d igualnt aría u añadir la ditancia G, para otnr l dato pdido: G C G En run tnindo n cunta la propidad dl C.E.C. u l flujo d cortant tin coo dircción, indpndintnt dl ntido, la dircción d lo flj, la coordnada dl C.E.C. podrían ar calculado d un odo u ipl valuando un olo onto tático, ala uprior o ala infrior, rpcto al punto infrior iuirdo d la cción unión d la lína dia dl ala con l ala infrior o al punto uprior iuirdo unión d la lína dia dl ala con l ala uprior, rpctivant. No otant i uira u otnr la xprión dl flujo (l d flujo) n cada flj, coo no pid n l apartado iguint, aría u calcular l onto tático n cada uno d llo. En concrto, para lo dato particular dl prola rulta: G C,,,7,,,,
16 Dcopoición dl tado d cortant E ncario dtrinar la l d cortant para vr u furo jrc n cada cción. Coo l cortant contant n toda la ccion on toda d idéntica caractrítica goétrica, toda tinn l io tado tnional. Conidrando la cción tal coo aparc rprntada n l nunciado l cortant tá jrcido n ntido invro al dl j Y (orvar lado drco d la rprntación d la l d cortant). La dcopoición rpond al iguint ua: Etado d Cortant Ral Etado : n CEC Etado : Mx d Etado : Cálculo d flujo d tnion tangncial. Cortant n C.E.C. La xprión dl flujo d cortant,, : Sutitundo la xprion dtrinada antriornt dl onto tático rpcto al j Z,, dl onto d inrcia rpcto al io j,, otno la xprion dl flujo,, por trao.
17 En l ala infrior:, d la fora, indo ct. Por tanto, rpond a una l linal u uda prfctant dfinida por do punto. Toando lo valor xtro dl trao para l u tá dfinida, i.., para para, uda:, En l ala: ) ( ) ( ) ( ) (, ) ( d la fora, c a indo ct,,c a. Por tanto, rpond a una l paraólica u uda prfctant dfinida por tr punto. Hallao l áxio d, d d ; ) ( d d ; (punto dio dl ala) Toando, igualnt, lo valor xtro dl trao para l u tá dfinida l punto dond produc l áxio, i.., para, para, uda: ) ( ) ( ) ( ) (
18 ( ) ( ) ( ) En l ala uprior: ( ( ) ) ( ) [ ( )] ( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( ( ) ) d la fora a, ( ) ( ) indo a, ct. Por tanto, rpond a una l linal u uda prfctant dfinida por do punto. Toando, igualnt, lo valor xtro dl trao para l u tá dfinida, i.., para para, uda: ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) Tal coo orva n la xprion d todo lo trao l ntido dl flujo toado coo ipóti l rultant para un cortant >, puto u > i >. Sutitundo valor concrto dl prola: Ala infrior:, ( ), ( 5 kn) (,,) 9,5 kn kn, L d flujo kn,, alor ignificativo,
19 ( ) (,),, (,,),5 ( 5kN) kn Ala: ( ), ( ) ( ), (,,),,,,,,5,75, (,5),85(,5),5 [ 95 (,5) ] 5 L d flujo [ ],,5, 5 95 (,5) alor ignificativo ( ),, (,,),,5 5 (,) ( 5 kn) ( ) ( ) ( ) (,5),,, (,,),5,5 5 5 (,5) ( 5 kn) kn kn 55 kn En l ala uprior: ( ) ( ), ( ) ( ) ( ) ( ), (,, ) 9 kn kn ( 5kN) (,7 ) (,7) (,,),5
20 L d flujo kn (,7),,5,7 alor ignificativo ( ) ( ) kn ( ) En l gráfico rprntarán por un lado l flujo por otro la tnion tangncial, rcuérd u τ. El igno no otnido n la xprion antrior indica u la dircción ral dl flujo contraria a la inicialnt uputa (ntido aignado al rcorrido, ). Etado : L d flujo d cortant Etado :L d tnion tangncial La tnión áxia produc para una fira oriontal ituada n la itad dl ala o flj vrtical (). Nót u la rultant d lo flujo lógicant l furo cortant aplicado (lo flujo oriontal on igual d ntido contrario la rultant dl flujo vrtical l cortant) Etado : Cálculo d flujo d tnion tangncial dido al Toror. M (x) (x) d(x) x Para l cao n tudio, d ct n cualuir cción x, por tanto M x ct d G C,7
21 M x d5kn,7,57 kn El igno no indica u l vctor toror tin coo dircción l j X ntido apuntando acia l orign, por tanto l onto tá jrcido n ntido orario gún rprnta la cción n l nunciado. Sgún la iplificación vita para prfil airto d pard dlgada la tnión n cada flj producida por l onto toror rpond a la xprión: τ i M x i i J i M J x, u contant n todo l flj. i La áxia tnión producirá, por tanto, n l flj d aor por. Dado u la cción tin por contant, n todo lo flj xitirá la ia l d tnion u rá, por tanto, la áxia tnión n la cción. τ ax, i M x i i J i M J x i Sutitundo valor xplícito dl prola, uda: M x M x,57 kn 5 kn τax, i i,5,5 5, MPa 8 J J,97 Etado :L d tnion tangncial
22 Tnion total: Etado Etado La tnion n l Etado d Cortant Ral rán la ua d la tnion xitnt n lo tado. La áxia tnión alcanará, tnindo n cunta u n l Etado d torión lo valor d tnión áxia on contant n todo lo flj, n l punto dl Etado dond alcanc la tnión áxia. Aí, gún a vito n l apartado antrior: Etado : τ,5 kn kn ( 55) MPa ax, Etado : τ ax 5, MPa Tnion áxia dl Etado d Cortant Ral Etado Etado Por tanto, la tnión áxia para l punto ituado n l intrior dl prfil a la altura d la itad dl ala o flj vrtical u valor : τ ax τax, τax, MPa 5, MPa, MPa >>> τad MPa La tnión áxia upra con aplio argn a la tnión adiil, por lo u l prfil no pud oportar la carga. Nót la iportancia d la tnion otnida dl Etado d Torión frnt a la tnion otnida dl Etado d Cortant n C.E.C. Etado :L d tnion tangncial Etado :L d tnion tangncial
23 Etado :L d tnion tangncial (Bord xtrior) Etado :L d tnion tangncial (Bord intrior)
24 Cálculo dl giro rpcto al j x n la cción xtro dl voladio No tndría uco ntido aindo u la carga aplicada producn tnion no adiil or la cción raliar t cálculo, no otant a fcto didáctico procd al io. El giro n torión lir vin dado por la xprión: θ B θ A B A M x dx G J Para l cao particular n l u θ A, u M x,g,j ct tin: B M x M x θb θa θ A θb dx M x,g,j ct dx G J G J A Sutitundo valor concrto dl prola, rulta: B A M x L G J M x L,57 N 9 8 G J 8 Pa,97 θb,8 rad Giro u produciría n ntido orario gún tá rprntada la cción n l nunciado, congrunt con l ntido dl toror. Eua dl giro producido n la cción final (B)
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