Diseña la siguiente viga, proponiendo una sección adecuando, considerando:[br]- Utilizar acero, E=200GPa[br]- La deflexión máxima que se permitirá en "toda" la viga es L/360.[br]- La sección deberá considerarse para los siguientes casos:[br] base = 2*altura[br] base = 0.5*altura
¿Cuáles serían los pasos a seguir para resolver esta situación?
1. Encontrar el valor de reacciones y momentos en los apoyos (A y B).[br][list][*]Si se trata de una estructura determinada bastarán las ecuaciones de estática para encontrar lo solicitado.[/*][*]Si se trata de una estructura indeterminada será necesario utilizar el método de doble integración y/o área momento.[/*][/list][br]2. Evaluar el comportamiento de la curva elástica, identificando dónde está la deflexión máxima de la viga.[br][br]3. Tomando en cuenta el valor de la deflexión máxima, utilizando [math]EI\left(\frac{L}{360}\right)=\mathrm{Deflexión}_{\left(MAX\right)}[/math], proponer las secciones requeridas.
¿Qué tipo de estructura es?
¿Cuál método utilizarás para encontrar las reacciones y momentos en los apoyos de la viga?
Si bien, con ambos métodos encuentra el valor de reacciones y momentos en los apoyos de la viga. En este caso es recomendable utilizar el método de doble integración. Este método permite evaluar el comportamiento de la curva elástica en toda la viga, facilitando después la identificación de la deflexión máxima.
Calcule el valor de reacciones y momentos en los apoyos.
¿Cuál es el valor del Momento en A?
¿Cuál es el valor de la Reacción en A?
¿Cuál es el valor del Momento en B?
¿Cuál es el valor de la Reacción en B?
En este caso es necesario identificar la función que describa la curva elástica de la viga. Proponga una función y compárela con la propuesta en la siguiente aplicación.
¿Cuál es la curva elástica de la viga?
[math][/math][br][math]EIy=-\frac{M_A}{2}x^2+\frac{R_A}{6}x^3-\frac{5}{3}x^5+\frac{5}{3}\left\langle x-3\right\rangle^5+\frac{R_B}{6}\left\langle x-3\right\rangle^2[/math]
Esta viga muestra un comportamiento muy especial. Pueden observarse 3 puntos especiales:[br][br][list=1][*]El valle y la colina entre los apoyos A y B. Utilizando la herramienta de extremos en Geogebra (punto), encuentra los mismos en la ecuación de la curva elástica (utiliza la herramienta en la función básica válida entre 0 y 3).[br][/*][*]La deflexión máxima se encuentra en el punto C, en el voladizo. [/*][/list]
¿Cuál es el valor de la deflexión máxima?
-97.26 [math]KN\cdot m^3[/math]
En este caso la ecuación quedaría de la siguiente manera:[br][br][math]EIy=-97.26KN\cdot m^3[/math][br][br]Trabajándo esta ecuación encontramos:[br][br][math]\left(200\cdot10^9\frac{N}{m^2}\right)\cdot\left(\frac{1}{12}bh^3\right)\cdot\left(-\frac{4}{360}\right)=-97.26\cdot10^3N\cdot m^3[/math][br][br]Donde:[br]b = base de la viga[br]h = altura de la viga[br][br]Si seguimos trabajando la ecuación:[br][br][math]\text{185,185,185.185185}\cdot b\cdot h^3=97.26\cdot10^3[/math][br][br][math]b\cdot h^3=\text{0.000525204}[/math][br][br]Cambiando la "b" por "x" y la "h" por "y" nos encontramos con la siguiente ecuación:[br][br][math]x\cdot y^3=0.000525204[/math][br][br][math]y=\sqrt[3]{\frac{0.000525204}{x}}[/math][br][br]Ahora ya estamos listos para hablar de diseño. Graficando la "función de diseño" encontrada hace un momento, puede darse cuenta que la base y la altura de la viga varían en conjunto, cumpliendo que la deflexión máxima no pase de L/360. Otra situación importante es el área que representarán la combinaciones de alturas y base. Juegue con la siguiente aplicación de Geogebra y observe lo que sucede. Busque aquellos puntos que representen:[br][br][list=1][*]base = 0.5*altura[/*][*]base = altura[/*][*]base = 2*altura[/*][/list][br]Anote los valores de las secciones, áreas e inercias y analice qué sección podría ser mejor y por qué.[br][br][br]
¿Cuál es la mejor sección por deflexión propuesta para la viga? ¿Por qué?[br]base = 0.5*altura[br]base = altura[br]base = 2*altura
La mejor sección en este caso sería que la base sea igual a la mitad de la altura, ya que representará un área menor de sección, y se utilizará menos material, cumpliendo con la deflexión de diseño requerida.