CARLOS RUBIANO

SANTIAGO BUITRAGO

CARLOS BALLESTEROS

ANALISIS ESTRUCTURA.

Introduccin

El anlisis de estructuras es una parte importante de la esttica, puesto que es

muy utilizado en la ingeniera mecnica como en la ingeniera civil ,porque nos

deja observar y analizar el funcionamiento de ciertas estructuras y al analizar las

vigas utilizada como los nodos nos deja determinar un rango de eficacia o un

rango de falla, y segn el rango de falla se seleccionan materiales resistentes a los

esfuerzos requeridos para que la estructura sea lo suficientemente resistente a la

carga aplicada, esto lo vemos en un simple ejemplo como lo es un puente.

En este pre-informe se hablara sobre una estructura de puente que va ser

diseada con spaghetti para determinar con un peso especfico la mxima eficacia

del diseo.

Palabras clave: Diseo, equilibrio de partcula, anlisis estructural.

II.Marco terico

Factores que aplican en la construccin y diseo de una estructura (puente)

Pueden hallarse diferentes diseos de puentes en todo el mundo. Puedes hallar

puentes de armadura, arco, cable, viga, suspensin y voladizo en diferentes reas.

El tipo de puente utilizado depende en gran medida de la distancia que debe cubrir

y la cantidad de peso que debe soportar. El diseo geomtrico es importante. Si

son adecuadamente utilizadas, las figuras geomtricas pueden crear puentes

extremadamente fuertes. Aunque algunos puentes pueden utilizar ms conceptos

geomtricos que otros, todos los diseos de puentes distribuyen de manera pareja

el peso para un soporte adecuado.

Tringulos Los puentes de armazn dependen en gran medida de los tringulos. Utilizados adecuadamente, los tringulos distribuyen el peso de manera pareja a lo largo del puente. Los tringulos son utilizados a los lados y a veces an encima del puente. La parte superior del puente de armazn puede tener un diseo x, dnde cuatro tringulos crean suficiente soporte para sostener mucho peso. Los estudiantes pueden utilizar simples varillas de madera para crear un puente de armazn lo suficientemente fuerte como para que el profesor se pare sobre l. Un puente bien diseado tiene que ver menos en los materiales y ms en el diseo.

Simetra La simetra es un concepto geomtrico que se emplea en el diseo de los puentes. La simetra se da cuando una mitad de una figura es la copia a espejo de la otra mitad. La simetra es importante en los diseos de puentes debido a que la total longitud del puente debe poder soportar peso. Un puente asimtrico puede ocasionar que el puente colapse. Cada arco en un puente de arco debe ser

simtrico. Los tringulos en un puente de armazn deben ser simtricos. An el espaciamiento en el cable en los puentes suspendidos debe ser regular y simtrico. Deflexin de una viga Una buena cantidad de estructuras se construyen a base de vigas, vigas que se flexionan o distorsionan por su propio peso o la influencia de alguna fuerza externa. Segn veremos a continuacin, esta flexin y(x) est determinada por una ecuacin diferencial lineal de cuarto orden, relativamente sencilla. Para empezar, supongamos que una viga de longitud L es homognea y tiene seccin Transversal uniforme en toda su longitud. Cuando no recibe carga alguna, incluyendo su Propio peso, la curva que une los centroides de sus secciones transversales es una recta que se llama eje de simetra

Imagen [1]

Si a la viga se le aplica una carga en un plano vertical que contenga al eje de simetra como se ve en la figura

Imagen [2]

Puente gra y porque se usa esta estructura?

Un overead puente gra, tambin conocido como una gra de puente, es un tipo de gra que se

elabora mediante el mecanismo de un gancho y una lnea que recorre a lo largo de una viga

horizontal que en s corre a lo largo de dos carriles ampliamente separados. Se tom como base

un puente gra Goliath Gantry, el cual ofrece una solucin econmica cuando el edificio es

insuficiente para soportar el puente gra o el sistema tiende ser utilizado afueras. Adems, este

diseo permite que el elevador (hoist) se encuentre arriba y dentro de la armadura, como en

FIG. ofreciendo mejor altura del gancho. Adems, este tipo de puente gra ofrece una ventaja que

es capaz de perodos largos con lapsos casi ilimitadas, de acuerdo con su capacidad. Estas

armaduras son generalmente utilizadas en distancias largas por la antieconmica de utilizar vigas

slidas.

Imagen[3]

Tomado de : http://www.tjskl.org.cn/products/qm70t_30m_22m_truss_girder_stockyards_gantry_crane-

mpz535a697-z5093734.html

III.Procedimiento

Puente Grua de spaghetti

Para iniciar con el proyecto se verifico que fuese una armadura simple para poder

analizarla estticamente asi :

2n=m+3

N=30

M=57

Reacciones= 3

En igualdad se cumple puesto que la parte derecha como izquierda son iguales

60=60

Entonces si se puede analizar y determinar el estado de cada elemento si esta

compresin o si est a tensin .

Montaje y armado

De primeras, se juntaron 6 pastas alrededor de una pasta con silicona liquida para construir una

pasta gruesa con un dimetro mayor que aumentara la resistencia del material (Este grosor se

us para toda la estructura). Para reforzarlas, se apretaron con cauchos de dimetro pequeo.

Imagen[4]

Segundo, se unieron dos elementos de pastas con un refuerzo en la mitad para las bases de la

parte superior de la estructura. Para los cortes de cada elemento, se calent un bistur y se pas a

travs de la pasta gruesa formando un corte recto.

Imagen[5] Imagen[6]

Siguiendo, se pegaron elementos pequeos entre los elementos largos tipo escalera para

comenzar los tringulos de armadura. Se limo con una lima redonda los extremos de cada

elemento pequeo para poder casar los perfectamente a los elementos ms largos.

Imagen[7] Imagen[8]

Despus, de corto la parte superior a la medida deseada para poder pegar los elementos

diagonales de acuerdo al plano. Al mismo tiempo se pagaron los elementos diagonales de toda la

estructura superior (Se sujet toda la estructura con cauchos para refuerzo mayor del pegante).

Imagen[9] Imagen[10]

De ltimas, se armaron las bases (soportes) de toda la estructura con medidas de acuerdo al

plano.

Imagen[11] Imagen[12]

Despus de un buen tiempo de que se haya secado toda la silicona lquida y la pasta haya

adquirido buena resistencia se pega todo se ensambla y la estructura final quedara as , lista para

su ensay

Imagen[13]

Armado y anlisis

Datos importantes

El mdulo de Young del spaghetti

27,500 ksi =27500 psi

El esfuerzo de fluencia del spaghetti

1,334 ksi= 1334 psi

Para analizar el pandeo utilizamos la siguiente formula

Tenemos todas las medidas para hallar el pandeo y despus reemplazarlo para hallar el dimetro mnimo antes de un pandeo

Y para hallar el dimetro mnimo antes del pandeo

Este es nuestro dimetro mnimo para evitar tan rpido el pandeo , el cual se logr al unir 7 spaghettis

ANALISIS ESTRUCTURA PUENTE GRUA

Imagen[14]

ECUACIONES DE EQUILIBRIO

(1)

(2)

(3)

ANALISIS POR NODOS

NODO D

Imagen[15]

(4)

(5)

NODO C

Imagen[16]

(6)

(7)

NODO B

Imagen[17]

(8)

(9)

NODO Z

Imagen[18]

(10)

(11)

C )

NODO A

Imagen[19]

NODO Y

Imagen[20]

FYX= -3,80 COS 81+FYX+3,80 SEN 9

NODO X

Imagen[21]

NODO W

Imagen[22]

FWV=6,28 COS 36,86+3,81 SEN 9

NODO U

Imagen[23]

NODO V

Imagen[24]

NODO S

Imagen[25]

NODO T

Imagen[27]

NODO Q

Imagen[28]

NODO R

Imagen[29]

NODO P

Imagen[30]

Anlisis de resultados

En el anlisis de la estructura por nodos se pudo evidenciar que las

que soportan la carga son las bases y a medida que me voy

acercando hacia donde est la carga los elementos estarn a tensin

por la fuerza que se ejerce.

Imagen[31]

Otra forma de observar estos resultados es utilizando la iteracin por

Excel y determinar cules son los elementos crticos a tensin como a

compresin

Imagen[32]

Nota: esta tabla se anexara para visualizacin de criterios de compresin y criterios de tensin

Los elementos crticos resultaron ser los elementos que tienen mayores fuerzas a

compresin y a tensin, el elemento RP con 20,34 en tensin y el elemento QR con 7,23

en tensin, para una fuerza total de 15 N, aproximadamente 1,52 kg con el mnimo de

peso en la estructura.

Conclusiones

La triangulacin en una armadura es muy importante puesto que no deja que se

desestabilice con facilidad y por el contrario le de rigidez y firmeza

Una ventaja es que son de poco peso son fciles de transportar

Es importante determinar los elementos crticos de una estructura porque as

mismo se reforzara para que el lmite de fractura sea ms lejano

La eficacia de la estructura ser determinada por el peso que pueda soportar y el

peso de la misma estructura

Hallando la deflexin y la parte del pandeo nos deja determinar que tanto se debe

reforzar el punto critico y asi mismo usar materiales diferentes para su eficacia

Referencias

Imagenes

[1-2] http://www.ucasal.net/recursos/deflexion_de_una_viga.pdf

[3-30] Imgenes propias diseo y modelado del Puente grua.

[31]http://naukas.com/2012/06/15/la-resonancia-bien-entendida-ii-el-puente-arcos-de-

alconetar/

[32] Imagen tomada desde Excel para determinar criterios de compresin y tensin

Referencias de informacin

[1] http://www.wikihow.com/Build-a-Spaghetti-Bridge

[2] http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge/basics.html

[3] Hibbeler, R. (2004) Mecnica vectorial para ingenieros. Esttica (10 Ed.). Mxico: Prentice

Hall.

[4] BEER, Fernand & RUSSEL, Johnston. Mecnica de materiales. 5ta Barcelona,

Espaa: McGraw Hill, 1990. 160 p. ISBN 968-600-127-X.