Resistencia de materiales trabajo doble integracion
1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y
ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
RESISTENCIA DE MATERIALES I
METODO DE DOBLE INTEGRACION Y EJERICIOS DE APLICACIÓN
DOCENTE: ING. Jannyna Beatriz Bernilla Gonzales
GRUPO N°: 9
INTEGRANTES:
1. DEL ÁGUILA TAPIA LUIGUI JHERZON
2. CHUMACERO VARGAS AARON ADONAI
2. INTRODUCCIÓN
Las piezas flexadas sufren desplazamientos o
deflexiones, cuyo control es tan importante
para garantizar el buen comportamiento
estructural como la verificación de la
resistencia. Cuando la estructura presenta
deformaciones excesivas, la percepción de
las mismas por parte de los usuarios genera
en éstos una sensación de alto riesgo debido
a grandes deflexiones pueden presentar
desgastes prematuros u originar efectos
vibratorios inadecuados.
Grietas y fisuras en edificio
sometido a vibraciones producto
de maquina industria, el daño es
las juntas de mortero.
3. El conocimiento de las deformaciones resulta también
sumamente importante desde el punto de vista
constructivo. En efecto, si se conoce por ejemplo, la
flecha máxima que tendrá una viga de hormigón
armado sometida a las cargas permanentes, cuando se
la construye puede contraflecharse el encofrado de
manera tal de compensar esa deformación, de modo
que la pieza quede para ese estado de cargas sin
deformación aparente. El análisis de las deflexiones
resulta imprescindible para la resolución estática de
piezas flexadas hiperestáticas. Todo esto ha motivado
la existencia de numerosos métodos de cálculo de
deformaciones, algunos aplicables a cualquier tipo de
estructuras y otros solamente a estructuras lineales. A
continuación analizaremos algunos de estos métodos.
Agrietamiento en puro debido a
deflexión en viga
4. OBJETIVOS
Reconocer, interpretar y explicar el método de integración
doble para evaluar la deflexión de las vigas ante las cargas
que se le aplican.
OBJETIVO GENERAL:
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
:
Reconocer la importancia del cálculo de deflexiones para
el análisis estructural.
Establecer correctamente las ecuaciones diferenciales
para el desarrollo de problemas.
5. Deformación en vigas
La viga ante la acción de cargas externas, ubicadas en uno de los planos
principales de inercia y actuantes por la normal con su eje, hace que el eje de
la viga se deforme en forma de curva en el plano de cargas. El eje deformado
de la viga recibe el nombre de línea elástica o curva elástica.
a. Deflexión o flecha (𝑦𝐴):
Es el desplazamiento vertical de un punto de
la viga, desde su posición inicial hasta su
nueva ubicación en la línea elástica.
b. Pendiente o ángulo de giro (𝜃𝐴):
Es el ángulo que gira cada sección transversal
alrededor del eje neutro en relación a su
posición inicial y se determina por la tangente
trazada al punto indicado en la curva elástica
respecto a la línea horizontal de su posición
inicial.
6. Método de Doble Integración
Es el más general para determinar deflexiones. Se puede usar
para resolver casi cualquier combinación de cargas y condiciones
de apoyo en vigas estáticamente determinadas e indeterminadas.
Su uso requiere la capacidad de escribir las ecuaciones de los
diagramas de fuerza cortante y momento flector y obtener
posteriormente las ecuaciones de la pendiente y deflexión de una
viga por medio del cálculo integral.
El método de doble integración produce ecuaciones para la
pendiente la deflexión en toda la viga y permite la determinación
directa del punto de máxima deflexión.
7. ECUACIÓN DIFERENCIAL DE LA ELÁSTICA
Para comenzar este tema se debe recordar la ecuación en la cual
se relaciona la curvatura de la superficie neutra con el momento
flector en una viga sometida a flexión pura:
1
𝜌
=
𝑀(𝑋)
𝐸. 𝐼
Donde “𝜌" es el radio de curvatura, “E” el módulo de elasticidad del
material del que se compone la viga, ‘I’ el momento de inercia de
la sección transversal de la viga y ‘M(x)’ el momento flector al que
está sometida la misma. Observemos que este último término se ha
designado como dependiente de la longitud medida desde un
extremo de la viga (“x”).
8. Para deducir la ecuación de la elástica es necesario recordar del
cálculo elemental, que el radio de curvatura de una curva plana
en un punto ‘P(x,y)’ puede determinarse mediante la expresión
1
𝜌
=
𝑑2
𝑦
𝑑𝑥2
(1 + (
𝑑𝑦
𝑑𝑥
)2)
3
2
Donde, dada la relación ‘y = f(x)’:
Corresponde a la primera
derivada de la función
𝑑𝑦
𝑑𝑥
Corresponde a la segunda
derivada de la función
𝑑2
𝑦
𝑑𝑥2
10. Esta es una ecuación diferencial ordinaria, lineal, de segundo orden,
y gobierna el comportamiento de la curva elástica, la cual describe
las deflexiones que experimenta una viga cuando es sometida a
cargas transversales.
1
𝜌
=
𝑑2
𝑦
𝑑𝑥2
=
𝑀(𝑋)
𝐸. 𝐼
Como las deflexiones son muy pequeñas, podemos
despreciar el término relativo a la primera derivada(dy/dx)
; obtenemos entonces que:
11. Recordando la ecuación diferencial de la elástica:
𝑑2
𝑦
𝑑𝑥2
=
𝑀(𝑋)
𝐸. 𝐼
El producto ‘E·I’ se conoce como la rigidez a flexión y en caso de que
varíe a lo largo de la viga, como es el caso de una viga de sección
transversal variable, debe expresarse en función de ‘x’ antes de integrar
la ecuación diferencial. Sin embargo, para una viga prismática, que es el
caso considerado, la rigidez a la flexión es constante.
Podemos entonces multiplicar ambos miembros de la ecuación
por el módulo de rigidez e integrar respecto a ‘x’. Planteamos:
𝐸. 𝐼.
𝑑𝑦
𝑑𝑥
=
0
𝑥
𝑀(𝑥). 𝑑𝑥 + 𝑐1
12. 𝐸. 𝐼.
𝑑𝑦
𝑑𝑥
=
0
𝑥
𝑀(𝑥). 𝑑𝑥 + 𝑐1
Donde ‘ 𝑐1 ’ es una constante de integración que depende de las
condiciones de frontera, como se explicará más adelante.
De modo que con la expresión
anterior se puede determinar la
inclinación de la recta tangente
a la curva de la elástica para
cualquier longitud ‘x’ de la viga.
𝑑𝑦
𝑑𝑥
= tan 𝜃 = 𝜃
Como la variación de las deflexiones es muy pequeña, es satisfactoria la
aproximación:
Ecuación diferencial de
la pendiente de la viga
13. Integrando nuevamente en ambos lados de la expresión anterior,
tenemos:
𝐸. 𝐼. 𝑦(𝑥) =
0
𝑥
0
𝑥
𝑀 𝑥 . 𝑑𝑥 + 𝑐1 . 𝑑𝑥 + 𝑐2
Mediante esta expresión podemos conseguir la deflexión para
cualquier distancia ‘x’ medida desde un extremo de la viga.
El término ‘𝑐2 ’ es una constante de integración que, al igual que
‘ 𝑐1 ’, depende de las condiciones de frontera. Para poder
establecer sus valores, deben conocerse la deflexión y/o el
ángulo de deflexión en algún(os) punto(s) de la viga.
Generalmente, es en los apoyos donde podemos recoger esta
información.
Ecuación diferencial de la deflexión de la viga
14. Condiciones de frontera
Al llevar a cabo estas integraciones aparecen las constantes de integración (C1 y
C2) que deben determinarse a partir de las llamadas condiciones de frontera,
que vienen siendo valores de las deformaciones que dependen de las condiciones
de apoyo de la viga, y de condiciones de continuidad de la viga
22. Calcular la rotación en A y la
deflexión en B. Considerar:
𝐸 = 2𝑥106𝑘𝑔/𝑐𝑚2 𝐼 = 44537 𝑐𝑚4
SOLUCIÓN
Realizamos el DCL en la viga ABC
y calculamos las reacciones A y B
+
𝐴
0
= 0 → 𝐶𝑦 6 = 15(2)
𝐶𝑦 = 5 𝑡𝑛
𝐹𝑦 = 0 → 𝐴𝑦 = 15 − 𝐶𝑦
𝐴𝑦 = 10 𝑡𝑛
39. El único valor que cumple seria
para x=3.55 m
(𝒚𝒎𝒂𝒙)𝒙=𝟑.𝟓𝟓 =
𝟏
𝟏𝟗 ∗ 𝟏𝟎𝟔 [
𝟏
𝟏𝟐
𝟎. 𝟑 𝟎. 𝟒 𝟑
(𝟏𝟔. 𝟐𝟓(𝒙)𝟑
−𝟓𝟓(𝒙)𝟐
−
𝟓
𝟒
(𝒙)𝟒
)
𝒚𝒎𝒂𝒙 =
𝟏
𝟏𝟗 ∗ 𝟏𝟎𝟔 [
𝟏
𝟏𝟐
𝟎. 𝟑 𝟎. 𝟒 𝟑
(𝟏𝟔. 𝟐𝟓(𝟑. 𝟓𝟓)𝟑−𝟓𝟓(𝟑. 𝟓𝟓)𝟐−
𝟓
𝟒
(𝟑. 𝟓𝟓)𝟒)
𝒚𝒎𝒂𝒙 = −𝟓. 𝟒𝟐 ∗ 𝟏𝟎−𝟑
𝒎 = −𝟓. 𝟒𝟐𝒎𝒎
40. CONCLUSIÓN
El desplazamiento o pendiente de un punto
especifico sobre una viga o maro puede
determinarse usando el método de doble
integración sin embargo este método se formula a
partir de la ecuaciones ya mencionadas.
Este método se limita por tanto a problemas que
implican deflexiones pequeñas causadas solo por
flexión.