1. 466 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
Ejemplo 11.8
En el problema anterior, encuentre la deflexión y rotación del punto C.
Solución
En este caso es necesario trabajar con la viga original y considerar dos elementos: AB y
BC. Como no piden averiguar las reacciones, se pueden eliminar los términos correspon-
dientes a desplazamientos nulos; queda entonces:
Para el tramo AB:
[ ] [ ][ ]
MBA B
= 6480 θ
Para el tramo BC:
EI / L = 7290 / 1.5 = 4860 kN⋅m
EI / L2
= 7290 / (1.5)2
= 3240 kN
EI / L3
= 7290 / (1.5)3
= 2160 kN/m
y por lo tanto:
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
θ
θ
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
c
c
B
CB
C
BC
v
19440
19440
9720
19440
25920
19440
9720
19440
19440
M
Y
M
Superponiendo ahora y teniendo en cuenta que en B no se ha aplicado ningún momento
externo y por consiguiente MBA + MBC = 0:
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
θ
θ
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
c
c
B
v
19440
19440
9720
19440
25920
19440
9720
19440
25920
0
20
0
y despejando los desplazamientos desconocidos:
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
↓
−
−
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
θ
θ
−
rad
00772
.
0
m
01003
.
0
rad
00463
.
0
0
20
0
601
.
3
858
.
3
543
.
1
858
.
3
015
.
5
315
.
2
543
.
1
315
.
2
543
.
1
10
v 4
c
c
B
El primer valor coincide con el obtenido anteriormente. Los otros dos se pueden verificar
empleando la viga conjugada y las reacciones encontradas antes:
3. 468 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
θ
=
=
θ
=
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
¬
ª −
0
0
v
0
0
v
v
L
/
8
L
/
24
0
0
L
/
24
L
/
24
L
/
96
0
0
L
/
96
0
0
L
/
8
L
/
24
L
/
24
0
0
L
/
24
L
/
96
L
/
96
L
/
24
L
/
96
L
/
24
L
/
96
L
/
192
EI
M
Y
M
Y
P
3
3
1
1
2
2
2
2
3
3
2
2
2
3
3
2
3
2
3
3
32
32
12
12
en donde se han eliminado la fila y la columna correspondiente a θ2 por resultar
inoficiosa.
Expandiendo la primera fila:
[ ] [ ][ ]
2
3
v
L
/
192
EI
P =
−
→ ↓
−
=
EI
192
PL
v
3
2
y reemplazando este valor en la segunda parte:
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
−
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
8
/
PL
2
/
P
8
/
PL
2
/
P
EI
192
PL
L
/
24
L
/
96
L
/
24
L
/
96
M
Y
M
Y
3
2
3
2
3
32
32
12
12
obviamente estos valores no son otros que las reacciones y momentos de empotramiento.
Ejemplo 11.10
Resuelva completamente la viga mostrada (tomado de la referencia 11.9).
Solución
Eliminando las columnas correspondientes a desplazamientos nulos, el planteamiento
matricial para los dos elementos separados queda así:
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
θ
θ
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
2
2
1
1
2
2
3
2
2
2
3
2
21
21
12
12
v
0
v
L
/
12
L
/
54
L
/
6
L
/
54
L
/
324
L
/
54
L
/
6
L
/
54
L
/
12
L
/
54
L
/
324
L
/
54
EI
M
Y
M
Y
4. ANÁLISIS MATRICIAL 469
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
=
θ
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
3
3
2
2
2
2
2
3
2
2
2
3
32
32
23
23
0
v
v
L
/
6
L
/
3
L
2
/
27
L
2
/
27
L
2
/
27
L
2
/
81
L
/
3
L
/
6
L
2
/
27
L
2
/
27
L
2
/
27
L
2
/
81
EI
M
Y
M
Y
Superponiendo ahora los dos elementos en el orden apropiado, resulta:
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
=
θ
θ
θ
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª−
0
v
0
v
v
L
2
/
27
0
L
2
/
27
L
2
/
81
0
L
/
54
L
/
54
L
/
324
L
/
6
0
L
/
3
L
2
/
27
0
L
/
12
L
/
6
L
/
54
L
/
3
L
/
6
L
/
18
L
2
/
81
L
2
/
27
L
/
54
L
2
/
81
L
2
/
729
EI
Y
Y
0
0
M
P
2
1
3
1
2
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
2
2
2
3
3
1
Tomando ahora la parte superior:
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
θ
θ
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª−
3
1
2
2
2
2
2
2
2
2
3 v
L
/
6
0
L
/
3
L
2
/
27
0
L
/
12
L
/
6
L
/
54
L
/
3
L
/
6
L
/
18
L
2
/
81
L
2
/
27
L
/
54
L
2
/
81
L
2
/
729
EI
0
0
M
P
y por partición:
»
¼
º
«
¬
ª
θ
θ
»
¼
º
«
¬
ª
+
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª−
=
»
¼
º
«
¬
ª
3
1
2
2
2
2
L
/
6
0
0
L
/
12
EI
v
L
/
3
L
2
/
27
L
/
6
L
/
54
EI
0
0
→ »
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
θ
θ
−
2
2
2
2
1
3
1
v
L
/
3
L
2
/
27
L
/
6
L
/
54
EI
6
/
L
0
0
L
/
12
EI
1
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
−
=
−
2
2
2
2
1
v
L
/
3
L
2
/
27
L
/
6
L
/
54
EI
L
/
6
0
0
12
/
L
EI
1
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
−
=
2
2
v
2
/
1
L
4
/
9
2
/
1
L
2
/
9
y de la primera parte:
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
−
»
¼
º
«
¬
ª−
+
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª−
2
2
2
2
2
2
2
2
3
v
2
/
1
L
4
/
9
2
/
1
L
2
/
9
L
/
3
L
/
6
L
2
/
27
L
/
54
EI
v
L
/
18
L
2
/
81
L
2
/
81
L
2
/
729
EI
M
P
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
»
¼
º
«
«
¬
ª
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
+
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª−
2
2
2
2
3
2
2
3
v
L
2
/
9
L
4
/
81
L
4
/
81
L
8
/
2187
EI
L
/
18
L
2
/
81
L
2
/
81
L
2
/
729
EI
M
P
5. 470 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
»
¼
º
«
¬
ª
θ
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
2
2
2
2
3 v
L
2
/
27
L
4
/
81
L
4
/
81
L
8
/
729
EI
→ »
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
θ
−
M
P
L
2
/
27
L
4
/
81
L
4
/
81
L
8
/
729
EI
1
v
1
2
2
3
2
2
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
=
M
P
9
/
L
81
/
L
2
81
/
L
2
293
/
L
4
EI
1
2
2
3
que equivale a:
v
L
EI
P
L
EI
M
2
3 2
4
243
2
81
= − +
θ2
2
2
81 9
= − +
L
EI
P
L
EI
M
se tenía:
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
θ
θ
M
P
EI
9
/
L
EI
81
/
L
2
EI
81
/
L
2
EI
243
/
L
4
2
/
1
L
4
/
9
2
/
1
L
2
/
9
2
2
3
3
1
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
M
P
EI
9
/
L
EI
81
/
L
4
EI
18
/
L
EI
81
/
L
5
2
2
por consiguiente:
θ1
2
5
81 18
= − +
L
EI
P
L
EI
M
θ3
2
4
81 9
= −
L
EI
P
L
EI
M
En cuanto a las reacciones:
»
¼
º
«
¬
ª−
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
M
P
9
/
L
81
/
L
4
18
/
L
81
/
L
5
9
/
L
81
/
L
2
81
/
L
2
243
/
L
4
EI
1
L
2
/
27
0
L
2
/
27
L
2
/
81
0
L
/
54
L
/
54
L
/
324
EI
Y
Y
2
2
2
2
3
2
2
3
2
2
3
3
1
»
¼
º
«
¬
ª−
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
−
=
M
P
L
/
1
3
/
1
L
/
1
3
/
2
o sea que:
Y P
M
L
1
2
3
= +
6. ANÁLISIS MATRICIAL 471
Y P
M
L
3
1
3
= −
que fácilmente se pueden verificar por estática. Naturalmente, el proceso de inversión
podía haberse efectuado directamente, en cuyo caso:
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª−
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
θ
θ
−
0
0
M
P
L
/
6
0
L
/
3
L
2
/
27
0
L
/
12
L
/
6
L
/
54
L
/
3
L
/
6
L
/
18
L
2
/
81
L
2
/
27
L
/
54
L
2
/
81
L
2
/
729
EI
1
v
1
2
2
2
2
2
2
3
3
1
2
2
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª−
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
=
0
0
M
P
3
/
L
6
/
L
9
/
L
81
/
L
4
6
/
L
3
/
L
18
/
L
81
/
L
5
9
/
L
18
/
L
9
/
L
81
/
L
2
81
/
L
4
81
/
L
5
81
/
L
2
243
/
L
4
EI
1
2
2
2
2
2
2
3
que equivale a lo obtenido anteriormente. Obsérvese que para el caso particular de las
cargas dadas habría bastado con calcular las dos primeras columnas de la matriz inversa.
Ejemplo 11.11
Resuelva la estructura de la figura. Para la viga, EI = 6400 kN⋅m2
y la constante del
resorte es k = 10000 kN/m. (Tomado de la referencia 11.9).
Solución
Las condiciones de apoyo son:
v1 = v3 = v4 = θ4 = 0
Escribiendo las matrices de rigidez individuales se tiene:
Para el elemento 1 – 2, θ = 90º
→ »
¼
º
«
¬
ª
»
¼
º
«
¬
ª
−
−
=
»
¼
º
«
¬
ª
2
1
21
12
v
v
10000
1000
10000
1000
Y
Y
7. 472 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
Para las vigas:
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
θ
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
3
3
2
2
32
32
23
23
v
v
6400
2400
3200
2400
2400
1200
2400
1200
3200
2400
6400
2400
2400
1200
2400
1200
M
Y
M
Y
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
θ
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
4
4
3
3
43
43
34
34
v
v
6400
2400
3200
2400
2400
1200
2400
1200
3200
2400
6400
2400
2400
1200
2400
1200
M
Y
M
Y
y ensamblando por superposición, despreciando las columnas correspondientes a los
desplazamientos nulos y teniendo en cuenta que Y21 + Y23 = Y2 = −50 kN,
M23 = M2 = 80 kN⋅m, Y32 + Y34 = Y3 y M32 + M34 = M3 = 0:
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
θ
=
=
=
θ
θ
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
=
−
=
0
0
v
0
v
0
v
v
3200
0
0
2400
0
0
0
2400
1200
0
0
10000
12800
3200
2400
3200
6400
2400
2400
2400
11200
M
Y
Y
Y
0
M
80
M
50
Y
4
4
3
1
3
2
2
43
43
3
12
3
2
2
obsérvese que el orden se escogió de tal manera que no es necesario reordenar. Por
consiguiente:
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª−
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
θ
θ
−
0
80
50
12800
3200
2400
3200
6400
2400
2400
2400
11200
v 1
3
2
2
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª−
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
= −
0
80
50
10
041
.
9
126
.
4
053
.
1
126
.
4
887
.
1
160
.
3
053
.
1
160
.
3
831
.
9
5
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
−
=
rad
00277
.
0
rad
01668
.
0
m
00744
.
0
8. ANÁLISIS MATRICIAL 473
y reemplazando estos valores para encontrar las reacciones:
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
⋅
−
−
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
−
−
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
m
kN
88
.
8
kN
66
.
6
kN
10
.
31
kN
44
.
74
00277
.
0
01668
.
0
00744
.
0
3200
2400
0
0
0
0
2400
0
0
0
1200
10000
M
Y
Y
Y
4
4
3
1
·
y haciendo el diagrama de cuerpo libre:
Σ Fy = 0 kN
Σ M4 = 0 kN⋅m
que demuestra equilibrio perfecto.
Ejemplo 11.12
Resuelva completamente la viga mostrada.
Dimensiones (b × h): 300 × 400 mm
Módulo de elasticidad: 19 kN/mm2
Solución
Se empieza por numerar los nudos y orientar los miembros:
( ) 30400
12
4
.
0
3
.
0
10
19
EI
3
6
=
×
×
×
= kN·m2
Luego se evalúan las matrices de rigidez individuales; como v1 = θ1 = v3 = 0, no es
necesario escribir las columnas correspondientes a dichos desplazamientos. La ecuación
[ ] [ ] [ ]
F K
= δ queda entonces, para cada elemento, así:
v1 θ1 v2 θ2
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
=
θ
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
2
2
1
1
21
21
12
12
v
0
0
v
40530
20270
20270
13510
20270
20270
20270
13510
M
Y
M
Y
9. 474 ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
v2 θ2 v3 θ3
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
θ
=
θ
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
=
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
¬
ª
3
3
2
2
32
32
23
23
0
v
v
40530
20270
20270
20270
20270
13510
20270
40530
20270
20270
20270
13510
M
Y
M
Y
Obsérvese de nuevo que no se han calculado algunas columnas por cuanto dicho cálculo
resulta inoficioso, ya que corresponden a desplazamientos nulos.
Ensamblando ahora con un ordenamiento apropiado:
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
=
θ
=
θ
θ
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
=
=
=
+
=
+
=
0
v
0
0
v
v
20270
20270
13510
20270
20270
20270
13510
40530
20270
20270
40530
20270
20270
40530
20270
20270
13510
20270
20270
13510
Y
Y
M
M
Y
Y
M
M
M
M
M
Y
Y
Y
3
1
1
3
2
2
32
3
12
1
12
1
32
2
23
21
2
23
21
2
que al efectuar las sumas y reemplazar por los valores conocidos se convierte en:
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
=
=
θ
=
θ
θ
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª
−
−
−
−
−
=
»
»
»
»
»
»
»
»
¼
º
«
«
«
«
«
«
«
«
¬
ª−
0
v
0
0
v
v
20270
20270
13510
0
20270
20270
0
20270
13510
40530
20270
20270
20270
81060
0
20270
0
20270
Y
M
Y
0
0
50
3
1
1
3
2
2
3
1
1
y de ahí se pueden despejar los desplazamientos, bien sea por inversión o por elimi-
nación:
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
×
×
−
↓
×
−
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª−
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
=
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
θ
θ
−
−
−
−
rad
10
8519
.
1
rad
10
631
.
4
m
10
240
.
3
0
0
50
40530
20270
20270
20270
81060
0
20270
0
27020
v
3
4
3
1
3
2
2
Reemplazando ahora estos valores en las matrices individuales, se obtiene: