2. Método de Cross para vigas continúas

El prof. Hardy Cross desarrollo en el año de 1932 un método numérico para la resolución de estructuras hiperestáticas que alcanzó gran popularidad y que se sigue usando ampliamente hasta la fecha. El método tiene dos características que lo hacen interesante.

Es un método numérico de aproximaciones sucesivas, que evita tener que resolver sistemas de ecuaciones simultáneas de un número elevado, como sucede en los métodos de las fuerzas y de las deformaciones. Cuando el prof. Cross público su método, no existían comercialmente como ahora, computadoras que permitiesen resolver sistemas de ecuaciones en segundos, o fracciones de segundo. Por lo tanto, cualquier estructura con un grado de indeterminación importante requería una gran labor aritmética para resolver el sistema de ecuaciones resultante. Por otra parte, la verificación de las condiciones finales de equilibrio se tenía que hacer después de toda esta labor numérica. El método de Cross no solo evita la necesidad de resolver el sistema de ecuaciones, sino que permite verificar condiciones de equilibrio de cualquier etapa del proceso de solución.

La otra característica significativa del método es que permite entender claramente el funcionamiento de la estructura, la forma en que las cargas aplicadas producen momentos flexionantes y fuerzas cortantes en las direcciones miembros de la estructura, y el concepto de equilibrio en cada nudo de la estructura y en la estructura en su conjunto. Como el método está basado en conceptos físicos fundamentales, es fácil recordar o reconstruir el procedimiento cuando no se tienen textos de consulta. Por esta razón es muy usado en la práctica cuando se presentan situaciones en las que hay necesidad de resolver estructuras sencillas.

Rigidez angular, factor de transporte, momento transportado y rigidez lineal.

La rigidez angular se definió como el momento que hay que aplicar en el extremo de un miembro estructural para producir una rotación unitaria en dicho extremo. Se obtuvo que el valor del momento necesario para producir una rotación unitaria es:

A B

M AB MBA

l

ƟA=1

Rigidez angular y factor de transporte en un miembro articulad en un extremo y empotrado en el otro.

Rigidez angular:

Factor de transporte:

Esta es por lo tanto la rigidez angular para un miembro con un extremo articulado y el otro empotrado. El valor de la rigidez angular para este tipo de miembros, es el siguiente:

Rigidez angular y factor de transporte en un miembro articulado en sus dos extremos

Rigidez angular:

M AB=3 Ell

Factor de transporte:

M AB=4 Ell

MBA

MAB

=12

M AB=3 Ell

M AB

MBA=0

l

ƟA=1A B

MBA

MAB

=0

Es común que las estructuras se usen el mismo material para los distintos miembros. Cuando esto sucede, el valor de E es el mismo para todos los miembros. Como además o que interesa en la mayoría de los casos es la rigidez relativa de los diferentes miembros estructurales, suele considerarse que la rigidez de un miembro con un extremo articulado y el otro empotrado es:

Rigidez angular y factor de transporte en un miembro articulado en un extremo y empotrado en el otro.

Rigidez lineal

Esta rigidez se denomina rigidez angular simplificada. Si se usa esta expresión para la rigidez de miembros con los dos extremos articulados, es:

La rigidez K’ se denomina rigidez angular simplificada modificada.

El factor de transporte se define como la relación entre el momento que se desarolla en el extremo de un miembro cuando se aplica un momento M AB en el extremo A del, miembro de la

primera imagen, y en el extremo B se desarrolla como consecuencia un momento MBA , el factor

de transporte del miembro AB es la relación entre los momentos MBA y M AB. El factor de transporte para un miembro con un extremo articulado y el otro empotrado, es:

K=1l

M AB=MBA6 Ell ²

K= 34K

FT=12

M AB

MBA

BA

l

1

Si un miembro tiene sus dos extremos articulados, como en la segunda imagen, al aplicar un momento en el extremo A no se desarrolla ningún momento en el extremo B, precisamente porque esta articulado. En este caso el factor de transporte vale 0.

El momento que se desarrolla en un extremo como consecuencia de la aplicación de un momento en el otro extremo en el otro en el otro extremo se denomina momento transportado.

La rigidez lineal se ha definido como el valor de los momentos que se desarrollan en los extremos en un miembro cuando se impone un desplazamiento lineal unitario entre dichos extremos. Si los dos están empotrados, los momentos en ambos extremos valen

Si un extremo esta empotrado y el otro esta articulado, el momento en el extremos es nuloy en el extremo empotrado vale

M AB=MBA6 Ell ²

M AB=3 Ell ²

l

1

M AB

AB

Rigidez lineal en un miembro empotrado en un extremo y articulado en el otro.

Siguiendo un razonamiento semejante al caso de la rigidez angular, se pueden definir la rigidez lineal simplificada

Y la rigidez lineal simplificada modificada

Esta última es para el caso de miembros con un extremo empotrado y el otro articulado.

RL= 1l ²

RL'=12RL