Cap5_ejemplos_adicionales
-
Upload
denniscrema -
Category
Documents
-
view
280 -
download
0
description
Transcript of Cap5_ejemplos_adicionales
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-3
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.1: En el sistema I falta una fuerza para que sea equivalente al sistema II. Determinar el módulo de dicha fuerza, su orientación y la distancia de su línea de acción al punto A.
Solución:
Sea ),( yx FFF =
la fuerza desconocida con línea de acción igualmente desconocida. El sistema I quedará como muestra la figura. • Resultante del sistema I: La fuerza distribuida puede ser reemplazada por una única fuerza como se muestra en la siguiente figura:
150062
300200=
+
=Q kgf
(representa el área del trapecio)
8,263002003002002
31
=
++⋅
=y m
(está dada por la posición del centroide del trapecio)
Ahora: xx FR += 1500
yy FR +−= 800
• Resultante del sistema II: 600−=xR kgf
800=yR kgf Como las resultantes deben ser iguales:
6001500 −=+ xF → 2100−=xF kgf
800800 =+− yF → 1600=yF kgf
3 m 2 m 2 m
2 m
2 m
2 m
800 kgf
1000 kgf-m
200 kgf/m
300 kgf/m
A
3 m 2 m 2 m
2 m
2 m
2 m
A
43
Sistema I Sistema IIFig. 5-9
1000 kgf
Ad
F
3 m 2 m 2 m
6 m
4 m
800 kgf
1000 kgf-m
200 kgf/m
300 kgf/m
Sistema I Fig. 5-10
200 kgf/m
300 kgf/m
≡6 m
Fig. 5-11
G
Q
y
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-4
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
es decir: )1600,2100(−=F
; 264022 =+= yx FFF kgf Los momentos de ambos sistemas con respecto al mismo centro de reducción (A por ejemplo) deben ser iguales: Sistema I: )(2640)8,24(1500)2(8001000 dM I
A −−⋅++−= [kgf – m]
Sistema II: 2000)4(800)2(600 −=−=IIAM [kgf – m]
Como =I
AM IIAM : 667,1=d m
Nota: Otra forma de trabajar la fuerza distribuida es considerándola como la
superposición de una carga distribuida de forma rectangular más una triangular: Aquí básicamente cambiará la ecuación de momentos del sistema I:
)(2640)2(610021)1(6200)2(8001000 dM I
A −⋅+⋅++−=
la cual, igualada a la ecuación de IIAM proporciona, obviamente, el mismo resultado ya
obtenido para d. Una tercera forma de trabajar la fuerza distribuida trapezoidal es considerándola como la superposición de dos cargas triangulares. La ecuación de momentos del sistema I será:
)(2640)0(620021)2(6300
21)2(8001000 dM I
A −⋅+⋅++−=
la cual es equivalente a las dos anteriores ecuaciones planteadas para IAM .
+
+
+
+
200 kgf/m
300 kgf/m
200 kgf/m
200 kgf/m100 kgf/m
= +6 m
Fig. 5-12
200 kgf/m
300 kgf/m
= +
300 kgf/m
200 kgf/m
6 m
Fig. 5-13
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-5
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.2: Calcular los valores de BF y Bq para que los sistemas mostrados sean equivalentes.
Solución: Reemplazaremos las fuerzas distribuidas por sus respectivas resultantes.
con: kN53
)5)(3(31 === CqLQ
m25,24
)3(34
31 ===
Ld
32
522
+
=
+
= BBC qLqqQ
→ kN][5,15,72 BqQ +=
35
)5(2312
31
2
+
+=
++
=B
B
BC
BC
qqL
qqqqd → m][
510
2B
B
qqd
++
=
• Por equivalencia de sistemas, las resultantes deben ser iguales:
Resultante del sistema I: 21 QQR I +=
→ BI qR 5,15,12 += (1)
Resultante del sistema I: BII FR += 10 (2)
Igualando (1) y (2): BB Fq +=+ 105,15,12
BB Fq =+ 5,15,2 (3) • Los momentos con respecto a cualquier centro de reducción (por ejemplo A) deben ser
iguales: )6()1()10()6( 2211 BFdQdQ +=−+
)6()1()10()5106()5,15,7()25,2(5 B
B
BB F
qqq +=
++
−++
025,15663075,695,7 2 =+−−+ BBBBB qFFqq (4)
de (3) y (4):
−=
nook
qB 0,583,10
tomamos: kN/m83,10=Bq )3(
→ kN75,18=BF
vértice de la parábola
qB
L = 3 m
A B
1 m 5 m
A B
FB10 kN
≡
Fig. 5-14Sistema I Sistema II
C
qC = 5 kN/m
L = 3 m
qC = 5 kN/m
qB
3 m 3 m
A B
Fig. 5-15
Q1 Q2
d1 d2C
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-6
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.3:
Sobre el marco ABCDE pueden actuar los dos sistemas de fuerzas indicados: el sistema 1 está formado por fuerzas distribuidas por unidad de longitud; el sistema 2 está formado por las fuerzas FA y FC. Si ambos sistemas son equivalentes, hallar la máxima intensidad de las cargas parabólicas wD y las magnitudes de FA y FC. Los puntos C y E son vértices de las parábolas respectivas. Solución: Reemplazaremos cada sistema de fuerzas distribuidas por su resultante. • Sistema I:
kgf10021002
1 =×
=F a una distancia Adem67,032
=
kgf30021003
2 =×
=F a una distancia Adem2
kgf100052003 =×=F a una distancia m5,55,23 =+
DD wwF =×=33
4 a una distancia Adem25,02)3(43
=−
DD wwF =×
×=3
25,15 a una distancia Adem6,1)5,1(
535,2 =−
Ahora: DD
IH wwR ++= 100 (←)
1000300 +=IVR (↓)
)6,1()25,0()5,5(1000)2(300)3/2(100 DDIA wwM −−−−=
→ DIA wM 85,13,6033 −−=
+
2 m
3 m 5 m
100 kgf/m
3 m
1,5
m
A
B C
D
E
200 kgf/m
wD
A
B C
D
E
45°
FA
43
FC
Sistema I Sistema II
Fig. 5-16
3 m
1,5
m
A
B C
D
E
wD
F1
0,67
m
F2
2 m5,5 m
F3
F4
F5
1,6
m0,
25 m
Fig. 5-17
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-7
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
• Sistema II:
CAIIH FFR 8,0
22
+= (←)
CAII
V FFR 6,022
−= (↓)
)8(6,0)2(8,0 CCIIA FFM +=
→ CIIA FM 4,6=
Como los dos sistemas deben ser equivalentes:
IIH
IH RR
!= → CAD FFw 8,0
222100 +=+ (1)
IIV
IV RR
!= → CA FF 6,0
221300 −= (2)
IIA
IA MM
!= → CD Fw 4,685,133,6033 −=+ (3)
resolviendo: 815,49−=Dw kgf/m
77,1050=AF kgf
3,928−=CF kgf Nota: los signos negativos indican que el sentido verdadero es contrario al mostrado en la
figura respectiva. 5.1.2 Fuerzas distribuidas por unidad de área Un sistema de fuerzas distribuidas por unidad de área se puede concebir como un sistema de fuerzas paralelas, actuando cada una de ellas (dQ) sobre un elemento diferencial de área dA.
+
2 m
A
C
0,6 FC
0,8 FC
AF22AF
22
8 m
Fig. 5-18
x y
z
dQ
xy
w (x, y)
O
x y
z
Q
xcyc
w (x, y)
G
O
Fig. 5-19
dA
Sistema I Sistema II
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-9
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.4: La sección transversal de una viga en forma de T está sometida a una fuerza distribuida de 25 N/mm2 según la dimensión a y también a una fuerza F. Si el sistema es equivalente a un par de 750 kN-m, se pide determinar la distancia a y la fuerza F.
Solución: reemplazamos el sistema I de la siguiente manera:
150000025)100(6001 ==F [N]
75000075025)100(3002 −=−= aaF [N] (a en mm)
Por equivalencia de sistemas se debe cumplir que:
• III RR!=
es decir: 021 =+−− FFF
0)7500007500(1500000 =+−−− Fa
→ aF 7500750000 += (1)
• IIQ
IQ MM
!= : 6
!
1 10750502
3402
⋅=
+−+
aFaF
de (1): 666 107502
390)750010.75,0(2
1015 ⋅=
−++⋅
aaa
ordenando: 010457103,33750 662 =⋅+⋅− aa (2) resolviendo (2): 58,7071 =a mm (físicamente descartada)
42,1722 =a mm tomaremos: 42,172=a mm en (1): 610043,2 ⋅=F N
+
600 mm
300 mm
500
mm
100
mm
60 m
mF
25 N/mm2
M = 750 kN-m
F
a≡
Fig. 5-20
Sistema I Sistema II
F
50a/2 - 50
F1
F2Q
340
60
Fig. 5-21
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-15
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.6: La figura muestra la sección transversal de un dique de concreto armado (peso específico
3ton/m4,2=coγ ) construida para represar agua ( 3ton/m1=agγ ). Hallar x para que cuando el agua alcance su nivel máximo, la resultante pase por A. Calcule las componentes horizontal y vertical de dicha resultante.
La resultante de las fuerzas distribuidas será: bhhF agH )(21 γ=
donde: 1=agγ ton/m3
1=b m (trabajaremos por ancho unitario)
→ 72=HF ton Dividiendo la presa de concreto en dos partes: ( 4,2=coγ ton/m3)
)12(4,14)12(21)4,2(11 xhxVW co −=−== γ @ )12(
32 x− del origen O
xhxVW co 8,28)4,2(22 === γ @ 2
12 xx +− del origen O El sistema equivalente será:
donde:
72=xR ton
21 WWRy +=
xx 8,28)12(4,14 +−=
→ 8,1724,14 += xRy
:∑ OM
yRxxxxx 6)4(72)2
12(8,28)12(32)12(4,14 =−+−+−−
de donde: 05215,2 2 =−− xx
resolviendo: 63,81 =x y 23,02 −=x
entonces: 63,8=x m → 1,297=yR ton
6 m12 m
h
x
12 m
A
Fig. 5-32
12 - x x
FH
O
W2
W1
y
x
h =
12 m
p = γ h
Fig. 5-33
6 m 6 m
Ryy
ORx
xA
R
Fig. 5-34
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-16
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.7: La compuerta rectangular mostrada tiene ancho
5,1=b m y está sumergida en agua ( 1=γ ton/m3). Calcular la fuerza resultante debida a las fuerzas de presión del líquido sobre la compuerta y su ubicación. Solución: 33 kgf/m1000ton/m1 ==aguaγ
• Para el elemento diferencial dA mostrado, la fuerza que actúa sobre él es:
)( dybydApFd γ==
integrando: ( )2
)25(5,110002
225
2
22
1
2
1
2
1
−==== ∫∫
=
=
y
y
my
my
y
y
ybdyybdyybF γγγ
→ kgf75015=F Para calcular la profundidad del centro de presión )( Cy tenemos que se debe cumplir, por
equivalencia de sistemas: FydFy C=∫
→ ∫∫∫ =
=
====2
1
2
1
m5
m2
32
3
)( y
y
y
yC
yFbdyy
Fb
F
dybyy
F
dFyy γγγ
3
)25(15750
)5,1(1000 33 −=Cy → 714,3=Cy m
• Otra solución: sabemos que para superficies verticales sumergidas se cumple que:
)m3m5,1()m5,3(mkgf1000 3 ⋅== AyF γ → kgf15750=F
3)25(
)35,1(5,35,1
311 33m5
m2
322
2
1
2
1
−⋅⋅
==== ∫∫=
=
y
y
y
yAC
yAy
bdybyAy
dAyAy
y
→ m714,3=Cy
h 1 =
2 m
m3
=
A
B
Fig. 5-35
h 1 =
2 m
m3
=
b = 1,5 m
O
yC
y
x
F
y
dydA
1hγ
2hγ
Fig. 5-36
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-17
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
• Otra solución: Sabemos que la representación de las fuerzas distribuidas por unidad de área constituye un “volumen” que es denominado “prisma de presiones”.
La fuerza resultante es igual al volumen de prisma:
byybyybAF t )(2
)(21
2121rapecio +=⋅+=⋅=γγγ
)5,1(3)52(2
1000⋅⋅+=
→ kgf75015=F La recta de acción de F pasa por el centroide del prisma; dado que el ancho b es constante y en consecuencia el prisma es recto, la distancia H se puede determinar fácilmente a partir de que disponemos del conocimiento de la posición del centroide del área trapezoidal:
⋅
++
=⋅
++
=21
21
21
21 2312
31
yyyy
yyyyH
γγγγ
→ 352
52231
⋅
++⋅
=H → m286,1=H
finalmente: HyC −= 5 → m714,3=Cy
b
2yγ
1yγ
GV F
b/2
Fig. 5-37
GV H
F
yC
Vista lateral del prisma de presiones
Fig. 5-38
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-18
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.8: La compuerta triangular mostrada tiene ancho
3=b m y está sumergida en agua ( 1000=γ kgf/m3). Calcular la fuerza resultante debida a las fuerzas de presión del líquido sobre la compuerta y su ubicación. Solución:
• Para el elemento diferencial mostrado:
3
5 ybb −
=′
→ )5(35,1 yb −=′
→ )5(21 yb −=′
dyyydybydApdF )5(2
−=′==γγ
integrando: ∫∫ −=−=5
2
)5(2
1000)5(2
2
1
dyyydyyyFy
y
γ
→ kgf6750=F
además: ∫ ∫∫ −=−==2
1
)5(2
)5(2
1 2y
yC dyyy
Fdyyyy
FF
dFyy γγ
∫ −=5
2
32 )5()6750(2
1000 dyyy
→ m17,3=Cy • Otra solución: utilizaremos las expresiones (5.9) y (5.12).
)5,1()3(21)3(1000== AyF γ → kgf6750=F
∫∫∫ −⋅=′==AAA
C dyyyAy
dybyAy
dAyAy
y )5(21111 222
∫ −=5
2
32 )5()5,1()3(
21)3(2
1 dyyy
→ m17,3=Cy
h 1 =
2 m
m3
=
A
B
b = 1,5 m
Fig. 5-39 h 1
= 2
mm
3=
O
yC
y
x
F
y1hγ
2hγ
b = 1,5 m
dydA
b´
Fig. 5-40
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-23
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.9: Mostrar que los sistemas mostrados son equivalentes. W1 y W2 representan el peso de la masa de agua que está justo por encima de la compuerta rectangular.
Solución: Reemplazaremos las fuerzas distribuidas de ambos sistemas por sus
respectivas fuerzas resultantes y luego probaremos que son equivalentes. Analizando los nuevos sistemas I y II: • Sistema I:
Resultante: bhhR )(21
21 γγ += → bhhR )(2 21 +=γ
Sus componentes serán: θγθ sen)(2
sen 21 bhhRRx +== (1)
θγθ cos)(2
cos 21 bhhRRy +== (2) Momento resultante del sistema con respecto al punto A:
++
=
++
==21
21
21
21 23
231
hhhhR
hhhhRdRM I
A γγγγ
++
+=21
2121
2)(23
1hhhhbhhM I
Aγ
θ
h2
h1 γ h1
γ h2
θ
h2
h1 W1
W2
γ h2
γ h1
θcos
Sistema I Sistema II
R
F
Fig. 5-47
≡d
eA A
θ
θse
n
θ
b
h2
θ
h2
h1 W1
W2
h1
γ h2
γ h1 γ h1
γ h2
Sistema I Sistema IIFig. 5-46
≡
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-24
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
→ )2(6 21
2 hhbM IA +=
γ (3)
• Sistema II: Determinaremos su resultante y el momento resultante con respecto al
punto A.
Resultante: bsenbhhbhhhhFRx )(2
)()(21
212121 +=−+==γγγ (4)
bsenbbhWWRy )(cos21cos121 θθγθγ +=+=
)( 12 hh −
−+=
22cos 12
1hhhbRy θγ
→ )(cos2 21 hhbRy += θγ (5)
Momento resultante del sistema con respecto al punto A:
θθ cos21cos
31
12 WWeFM IIA ++=
+
++
⋅+= θγγγγθγ senhhhhbsenhh 21
2121
231)(
2
+−+
2coscoscos
3)(
2cos
112θθγθθγ
bhhhb
+
++
⋅+=21
2121
23
)(2 hh
hhsensenbhh θθγ
1
22
12
22
2cos)(
6cos hbhhb θγθγ
+−+
1
22
12
22
2122
2cos)(
6cos)2(
6hbhhbhhsenb θγθγθγ
+−++=
[ ]θθθθθγ 21
21
22
22
21
2 cos3coscos26
hhhsenhsenhb +−++=
[ ])cos()cos(26
222
221
2 θθθθγ+++= senhsenhb
→ )2(6 21
2 hhbM IIA +=
γ (6)
Las expresiones (1), (2) y (3) son iguales a las expresiones (4), (5) y (6) respectivamente, con lo cual podemos afirmar que los sistemas estudiados son equivalentes.
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-25
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Ejemplo 5.10: La compuerta rectangular mostrada tiene ancho 3=b m y está sumergida en agua ( 1000=ρ kg/m3). Calcular la fuerza resultante debida a las fuerzas de presión del líquido sobre la compuerta y su ubicación.
Solución:
m21422 == h
dybhdybpdApdF γ=== y como º45senyh = → dybsenydF º45γ=
2
1
2
1
2
122
222º45
2 y
y
y
y
y
y
ybgdyybgdyybsenF ρργ === ∫∫
2
)26()220()3(22)8,9(1000
22 −=
→ 93,1735677=F N
Centro de presión: ∫=A
C dAsenyF
y θγ 21
∫∫ ==2
1
2
1
221 y
y
y
yC dyy
Fbsendybseny
Fy θγθγ
3
)26()220(93,1735677
)3(º45)8,9(10003
333 2
1
−==
senyF
bsenyy
yC
θγ
→ m16,20=Cy Nota: Es fácil ver que, por simetría del área de la compuerta, 0=Cx . • Otra alternativa de solución:
800586)8,9(100011 === hgp ρ N/mm2
00019620)8,9(100022 === hgp ρ N/mm2
°= 45θ
b = 3
m h 2 =
20
m
h 1 =
6 m
Fig. 5-48 h1
h2
θ
b
O
y
x
y1
h
y2
y
dy
Fig. 5-49
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-26
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Sabemos que la resultante de las fuerzas distribuidas en toda el área de la compuerta rectangular es igual al “volumen” del prisma de presiones:
→ bhghgF )(21
21 ρρ +=
)3()214()19600058800(21
+=
→ N93,1735677=F
o también: bhhgAhF 2
)( 21 +== ργ
)3()214(2206)8,9(1000 +
=
→ N93,1735677=F Para la ubicación del centro de presiones:
dybyby
dAyAy
yy
yAC ∫∫ ==
2
1
22 11
)(
23
1)(311 3
132
1
31
32 yy
yyy
y−
+
=−=
[ ]33 )26()220()214()2726(3
1−
+=
→ m16,20=Cy • Finalmente, otra alternativa de solución: las fuerzas debidas a la presión del líquido
pueden ser descompuestas en W1, W2 y FH:
bhgW )cos(11 θρ =
( ) ( ) 32221468,91000
=
N60046921 =W
bhhgW )cos()(21
122 θρ −=
322214)14(
21)8,9(1000
⋅=
N20088122 =W
=−+= bhhhhgFH )()(21
1212ρ )3()14()26(21)8,9(1000
N8003505=HF
Fig. 5-50
θ
h2
h1 γ h1
γ h2
Fig. 5-51
θ
h2
h1 W1
W2
γ h2
γ h1
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-27
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
La fuerza resultante será: N93,7567173)( 2221 =++= HFWWF
Para hallar Cy tomemos ∑ PM para ambos sistemas:
( )θρρθθ sen
hhhh
ggFWW H
++
⋅+
+
21
2121
231
3cos
2cos dF ⋅=!
22214
20620)6(2
315350800
3222142881200
2222142469600 ⋅⋅
++
⋅⋅+
⋅+
⋅ =
d⋅= 93,7567173!
→ md 123,8=
finalmente: 123,8220123,822 −=−= hyC → m16,20=Cy Ejemplo 5.11: Calcular la fuerza resultante que actúa sobre la compuerta de forma triangular mostrada y la posición del punto sobre la placa por el que pasa su línea de acción. El líquido almacenado es agua ( 3kgf/m1000=γ ).
º45=θ ; 61 =h m
3=b m ; 202 =h m Solución: Para la placa triangular:
m21422 12 =−= hh
del gráfico
1yybb −
=′
→ )( 1yybb −=′
)( dybhdApdF ′== γ
º45senyh =
dyyybsenydF )(º45 1−=
γ
∫∫ −=−=2
1
2
1
)(º45)(º45 12
1
y
y
y
y
dyyyysenbdyyybsenyF
γγ
220
26
23220
26
2
226
31050)26(
22)3(
214)8,9()1000(
−=−= ∫
yydyyy
N32,6924624=F
+
°= 45θ
h 1 =
6 m
h 2 =
20
m
b = 3
mFig. 5-52
h1
h2
θ
b
O
y
x
y1h
y2
y
dy
b’
Fig. 5-53
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-28
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
De otra manera: AhF γ=
donde: º45senyh = donde y es la ordenada del centroide de la placa triangular.
+=
22)214(3
22)214(
3226)8,9()1000(F
→ N32,6924624=F Centro de presión:
∫∫∫ −=−==220
26
2321
3 )26(10501)(º4511 2
1
dyyyF
dyyyysenbF
dFyF
yy
yC
γ
220
26
34
326
410501
−=
yyF
→ m69,22=Cy Ejemplo 5.12: Encontrar la fuerza resultante y su punto de aplicación para la compuerta de forma elíptica mostrada. 4/3tan =θ Solución:
• Resultante:
)2( dyxsenydApdF θγ==
∫= )2( dyxsenyF θγ (1)
pero: 19
)8(4
22
=−
+yx
de donde: 212
9)8(12
−−=
yx
en (1): ∫
−−⋅=
11
5
212
9)8(122 dyysenyF θγ
∫
−−=
11
5
212
9)8(14 dyyysenF θγ
γ48,90=F [N]
θ
G
3 m
3 m
2 m2 m
5 m
Fig. 5-54
θh
x
y
G
O
h
y
dA = 2 x dy
CyC
y
dy
3 m
3 m
2 m2 m
5 m
Fig. 5-55
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-29
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
Comprobación: AhF γ= )()8( basenF ⋅⋅= πθγ )32()8( ⋅⋅= πθγ senF γ48,90=F • Centro de presión
)2(11 3
3
dyxhyF
dFyF
yC ∫∫ ==−
γ ∫
−−=
11
5
2122
9)8(14 dyyy
Fsen θγ
dyyy21211
5
2
9)8(1)4(
53
)48,90(1
−−= ∫γ
γ
m28,8=Cy Ejemplo 5.13: Sobre ambos lados de la presa de concreto mostrada actúa presión de agua. Calcular la distancia del Punto A al punto en que la resultante del sistema de fuerzas que actúan sobre la presa (presión de líquidos más peso propio) corta al piso.
0,1=aguaγ ton/m3 4,2=concretoγ ton/m3
Solución: Dibujaremos la represa con las fuerzas actuantes debidas al peso propio y a la
presión de líquido.
ton89,41)1()8,2()235,6(4,21 ==W 4,1@ m de A
ton94,26)1()235,6()6,3()2/1(4,22 ==W 0,4@ m de A
ton58.14)1()4,5()4,50,1(21
1 =⋅=F 8,1@ m de A
ton92,5)1()7,3()2,30,1(21
2 =⋅=F
H =
5,4
m
h =
3,2
m
2,8 m 3,6 m
Fig. 5-56
60°A
6,23
5 m
1,4 m
Fig. 5-57
60°
A γ2,3γ4,5
W1
W2
5,4
m
1,8
m
4,0 m
F2
30°hF2
vF2
0,616 m
1,06
7 m
F1
Cap. 5 Fuerzas distribuidas Pág. 5-30
Pontificia Universidad Católica del Perú Sección de Ingeniería Mecánica - Área de Diseño
cuyas componentes son: 127,530cos22 =°= FF h ton
96,230sen22 =°= FF v ton
El sistema de fuerzas 2121 y,, WWFF es equivalente a:
Si ),( yx RRR =
)(ton423,9127,558,14 →=−=xR )(ton79,7196,294,2689,41 ↓=++=yR
∑ :AM
dRFFWWF yhv ⋅=−++++ )067,1()984,28,2()0,4()4,1()8,1( 22211
→ m85,2=d
Ejemplo 5.14: En el embalse mostrado, la compuerta ABC es de acero, tiene un ancho 5,1=a m y su peso por unidad de área es de 0,8 ton/m2. Calcular la resultante de las fuerzas debidas a la presión del agua ( 1=γ ton/m3) y del peso propio de la compuerta, indicar el módulo y el punto de paso por el fondo del embalse medido desde A. Solución:
m31,23
4º60
2===
senAB
ton771,2)5,1()31,2(8,0)5,1( === ABacABW γ
ton5,1)5,1()25,1(8,0)5,1( === BCacBCW γ
)5,1()31,2()5()1(21)5,1()5,35,1(
21
=+= ABABF γγ
→ 66,8=ABF ton
m577,02
º60cos1 == ABd
m779,12
º60cos2 =+=cd AB
→ ton8125,2)5,1()25,1()1(5,1)5,1(5,1 === cFBC γ
m1)3094,2(55,6
315,3
5,15,3)5,1(2
31
3 ==++
⋅= ABd γγ
γγ
A
d
R
yR
xR
Fig. 5-58
d =
2 m
60°
c = 1,25 mb
= 1,
5 m
A
B
C
Fig. 5-59
d3
60°
c = 1,25 m
B C
WAB
WBC
FBC
FAB
Ad1
d2
Fig. 5-60