Problema 1
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INGENIERÍA CIVIL
EJERCICIO N°1
Hallar los desplazamientos y fuerzas internas finales en los extremos de los
elementos mediante un análisis P-Delta. En el nudo B existe una rotula.
Considerar elementos son perfiles W18x40, E = 2.1 x 106 kg/cm2.
SOLUCIÓN
1. ANALISIS DE PRIMER ORDEN
1.1. MATRIZ DE RIGIDEZ DE LOS ELEMENTOS
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
M1
E A1 CX2
L1
3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CX
2L1
3 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
3 E I2 CY
L12
0
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 E I2 CX2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 E I2 CX2
L13
3 E I2 CX
L12
0
1E A1 CX
2L1
3 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CX2
L1
3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
3 E I2 CY
L12
0
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 E I2 CX2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 E I2 CX2
L13
3 E I2 CX
L12
0
3 E I2 CY
L12
3 E I2 CX
L12
3 E I2 CY
L12
3 E I2 CX
L12
3 E I2L1
0
0
0
0
0
0
0
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
KE1
11592.855389
15285.961958
11592.855389
15285.961958
513.53568
15285.961958
20509.666531
15285.961958
20509.666531
385.15176
11592.855389
15285.961958
11592.855389
15285.961958
513.53568
15285.961958
20509.666531
15285.961958
20509.666531
385.15176
513.53568
385.15176
513.53568
385.15176
3209.598
M1
E A1 CX2
L1
3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CX
2L1
3 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
3 E I2 CY
L12
0
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 E I2 CX2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 E I2 CX2
L13
3 E I2 CX
L12
0
1E A1 CX
2L1
3 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CX2
L1
3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
3 E I2 CY
L12
0
1E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 E I2 CX2
L13
E A1L1
3 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 E I2 CX2
L13
3 E I2 CX
L12
0
3 E I2 CY
L12
3 E I2 CX
L12
3 E I2 CY
L12
3 E I2 CX
L12
3 E I2L1
0
0
0
0
0
0
0
INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 3
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
KE2
31974.138
0
31974.138
0
0
0
128.38392
0
128.38392
641.9196
31974.138
0
31974.138
0
0
0
128.38392
0
128.38392
641.9196
0
641.9196
0
641.9196
3209.598
INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
1.2. MATRIZ DEL SISTEMA
1.3. FUERZA EN LOS NUDOS
1.4. FUERZA DE EMPOTRAMIENTO PERFECTO
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
4
5
6
KE3
1002.999375
0
2005.99875
1002.999375
0
2005.99875
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2005.99875
0
5349.33
2005.99875
0
2674.665
1002.999375
0
2005.99875
1002.999375
0
2005.99875
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2005.99875
0
2674.665
2005.99875
0
5349.33
KE
43566.993389
15285.961958
31974.138
0
0
15285.961958
20638.050451
0
128.38392
641.9196
31974.138
0
32977.137375
0
2005.99875
0
128.38392
0
40096.05642
641.9196
0
641.9196
2005.99875
641.9196
8558.928
Fn
0
0
10
0
0
M1
E A1 CX2
L1
12 E I2 CY2
L13
E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
6 E I2 CY
L12
1E A1 CX
2L1
12 E I2 CY2
L13
1E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
6 E I2 CY
L12
E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
12 E I2 CX2
L13
6 E I2 CX
L12
1E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
12 E I2 CX2
L13
6 E I2 CX
L12
6 E I2 CY
L12
6 E I2 CX
L12
4 E I2L1
6 E I2 CY
L12
6 E I2 CX
L12
2 E I2L1
1E A1 CX
2L1
12 E I2 CY2
L13
1E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
6 E I2 CY
L12
E A1 CX2
L1
12 E I2 CY2
L13
E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
6 E I2 CY
L12
1E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
12 E I2 CX2
L13
6 E I2 CX
L12
E A1L1
12 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
12 E I2 CX2
L13
6 E I2 CX
L12
6 E I2 CY
L12
6 E I2 CX
L12
2 E I2L1
6 E I2 CY
L12
6 E I2 CX
L12
4 E I2L1
INGENIERÍA CIVIL
1.5. MATRIZ DE FUERZA EN EL SISTEMA
1.6. DESPLAZAMIENTOS DEL SISTEMA
1.7. VECTOR DE FUERZAS EN LOS ELEMENTOS
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
1
23
4
5
1
2
3
54
En eje global En eje local
f1 KE1 u1 fo1 T1 f1
Fo
0
9.375
0
15.625
15.625
FE Fn Fo
FE
0
9.375
10
15.625
15.625
u KE( )1FE
u
0.005642
0.003632
0.005952
0.000331
0.002923
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
f1
9.894
11.76
9.894
11.76
4.296
fo1
15.344915
0.859297
15.344915
0.859297
4.296484
N1 fo10 0 15.34491539272632207007
En eje local En eje global
f2 KE2 u2 Fo fo2 T2 f2
N2 fo20 0 9.8943867009968007842018
fo2
9.894387
11.760354
9.894387
13.239646
3.698229
f2
9.894
11.76
9.894
13.24
3.698
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 3
2. ANALISIS DE SEGUNDO ORDEN (i=1)
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
En eje local En eje global
f3 KE3 u3 fo3 T3 f3
fo3
13.239646
0.105613
4.120682
13.239646
0.105613
3.698229
f3
0.106
13.24
4.121
0.106
13.24
3.698
N3 fo30 0 13.2396457848396980006443
M1
E A1 CX2
L1
1 3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CX
2L1
3 1 E I2 CY2
L13
1E A1L1
31 E I2
L13
CX CY
3 2 E I2 CY
L12
0
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 1 E I2 CX2
L13
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 1 E I2 CX2
L13
3 2 E I2 CX
L12
0
1E A1 CX
2L1
3 1 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CX2
L1
3 1 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
3 2 E I2 CY
L12
0
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 1 E I2 CX2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 1 E I2 CX2
L13
3 2 E I2 CX
L12
0
3 2 E I2 CY
L12
3 2 E I2 CX
L12
3 2 E I2 CY
L12
3 2 E I2 CX
L12
3 2 E I2L1
0
0
0
0
0
0
0
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
00
1
2
0
0
0
KE1
11590.497602
15287.730298
11590.497602
15287.730298
511.075447
15287.730298
20508.340276
15287.730298
20508.340276
383.306585
11590.497602
15287.730298
11590.497602
15287.730298
511.075447
15287.730298
20508.340276
15287.730298
20508.340276
383.306585
511.075447
383.306585
511.075447
383.306585
3194.221543
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 3
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
KE2
31974.138
0
31974.138
0
0
0
126.0087432247552047399777
0
126.0087432247552047399777
639.9381028247728244840897
31974.138
0
31974.138
0
0
0
126.0087432247552047399777
0
126.0087432247552047399777
639.9381028247728244840897
0
639.9381028247728244840897
0
639.9381028247728244840897
3199.690514123864122420449
45
1
2
3
4
5
M1
E A1 CX2
L1
1 3 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CX
2L1
3 1 E I2 CY2
L13
1E A1L1
31 E I2
L13
CX CY
3 2 E I2 CY
L12
0
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 1 E I2 CX2
L13
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 1 E I2 CX2
L13
3 2 E I2 CX
L12
0
1E A1 CX
2L1
3 1 E I2 CY2
L13
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CX2
L1
3 1 E I2 CY2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
3 2 E I2 CY
L12
0
1E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
3 1 E I2 CX2
L13
E A1L1
3 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
3 1 E I2 CX2
L13
3 2 E I2 CX
L12
0
3 2 E I2 CY
L12
3 2 E I2 CX
L12
3 2 E I2 CY
L12
3 2 E I2 CX
L12
3 2 E I2L1
0
0
0
0
0
0
0
M1
E A1 CX2
L1
12 1 E I2 CY2
L13
E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
6 2 E I2 CY
L12
1E A1 CX
2L1
12 1 E I2 CY2
L13
1E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
6 2 E I2 CY
L12
E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
12 1 E I2 CX2
L13
6 2 E I2 CX
L12
1E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
12 1 E I2 CX2
L13
6 2 E I2 CX
L12
6 2 E I2 CY
L12
6 2 E I2 CX
L12
4 3 E I2L1
6 2 E I2 CY
L12
6 2 E I2 CX
L12
2 4 E I2L1
1E A1 CX
2L1
121 E I2 CY2
L13
1E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
6 2 E I2 CY
L12
E A1 CX2
L1
12 1 E I2 CY2
L13
E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
6 2 E I2 CY
L12
1E A1L1
12 1 E I2
L13
CX CY
1E A1 CY
2L1
12 1 E I2 CX2
L13
6 2 E I2 CX
L12
E A1L1
121 E I2
L13
CX CY
E A1 CY2
L1
121 E I2 CX2
L13
6 2 E I2 CX
L12
6 2 E I2 CY
L12
6 2 E I2 CX
L12
24 E I2L1
6 2 E I2 CY
L12
6 2 E I2 CX
L12
4 3 E I2L1
INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
2.1. MATRIZ DEL SISTEMA
2.2. FUERZA EN LOS NUDOS
2.3. FUERZA DE EMPOTRAMIENTO PERFECTO
2.4. MATRIZ DE FUERZA EN EL SISTEMA
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
1
23
4
5
KE3
999.02729393432097302
0
2004.6744107610618713
999.02729393432097302
0
2004.6744107610618713
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2004.6744107610618713
0
5342.2651907767272888
2004.6744107610618713
0
2676.4324522675209185
999.02729393432097302
0
2004.6744107610618713
999.02729393432097302
0
2004.6744107610618713
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2004.6744107610618713
0
2676.4324522675209185
2004.6744107610618713
0
5342.2651907767272888
KE
43564.635602
15287.730298
31974.138
0
0
15287.730298
20634.34902
0
126.008743
639.938103
31974.138
0
32973.165294
0
2004.674411
0
126.008743
0
40093.681243
639.938103
0
639.938103
2004.674411
639.938103
8541.955705
Fn
0
0
10
0
0
Fo
0
9.375
0
15.625
15.625
FE Fn Fo
FE
0
9.375
10
15.625
15.625
INGENIERÍA CIVIL
2.5. DEZPLAZAMIENTO DEL SISTEMA
2.6. FUERZAS INTERNAS EN LOS ELEMENTOS
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
1
2
3
4
5
En eje local En eje global
f1 KE1 u1 fo1 T1 f1
f1
9.88
11.764
9.88
11.764
4.333
fo1
15.339058
0.845819
15.339058
0.845819
4.333176
N11 fo10 0 15.33905845138967619015881673
1N1
N11 0.000382 OK
u KE( )1FE
u
0.005714
0.003686
0.006023
0.000331
0.002942
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
En eje local En eje global
f2 KE2 u2 Fo fo2 T2 f2
f2
9.88
11.764
9.88
13.236
3.641
fo2
9.88009
11.763755
9.88009
13.236245
3.641476
N22 fo20 0 N2 9.8943867009968007842018
1N2
N22 0.00145
NO CUMPLE
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 3
3. SEGUNDA ITERACION
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
f3 KE3 u3 fo3 T3 f3
f3
0.12
13.236
4.201
0.12
13.236
3.641
fo3
13.236245
0.11991
4.200859
13.236245
0.11991
3.641476
N33 fo30 0 13.236244525530037460859387175
1N3
N33 0.00026 OK
En eje local En eje global
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ELEMENTO 3
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
11
3
( )3cos ( )
sin ( ) ( ) cos ( )
1 0.97131545179998249836204205174
21
3
( )2sin ( )
sin ( ) ( ) cos ( )
2 0.99521105874420055338039453191
KE1
11590.498503
15287.729623
11590.498503
15287.729623
511.076388
15287.729623
20508.340783
15287.729623
20508.340783
383.307291
11590.498503
15287.729623
11590.498503
15287.729623
511.076388
15287.729623
20508.340783
15287.729623
20508.340783
383.307291
511.076388
383.307291
511.076388
383.307291
3194.227424
11
3
( )3cos ( )
sin ( ) ( ) cos ( )
1 0.98152615934230165479999593701
21
3
( )2sin ( )
sin ( ) ( ) cos ( )
2 0.99691763534597798788599600945
KE2
31974.138
0
31974.138
0
0
0
126.012175918909308265710294377
0
126.012175918909308265710294377
639.940969714236051592583403988
31974.138
0
31974.138
0
0
0
126.012175918909308265710294377
0
126.012175918909308265710294377
639.940969714236051592583403988
0
639.940969714236051592583403988
0
639.940969714236051592583403988
3199.70484857118025796291701994
INGENIERÍA CIVIL
3.1. MATRIZ DE LA ESTRUCTURA
3.2. FUERZA EN LOS NUDOS
3.3. FUERZA DE EMPOTRAMIENTO PERFECTO
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
11
6sx1 1 cx1( )
N33 1 L12
2 E I2
0.996041 31
4sx1 0.99868
21
6sx1 1 cx1( )[ ] 0.99934 4
1
2sx1 cx1 1.000661
KE3
999.0283144093194061
0
2004.6747510814039457
999.0283144093194061
0
2004.6747510814039457
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2004.6747510814039457
0
5342.2670066702373982
2004.6747510814039457
0
2676.4319976553781974
999.0283144093194061
0
2004.6747510814039457
999.0283144093194061
0
2004.6747510814039457
0
39967.6725
0
0
39967.6725
0
2004.6747510814039457
0
2676.4319976553781974
2004.6747510814039457
0
5342.2670066702373982
KE
43564.636503
15287.729623
31974.138
0
0
15287.729623
20634.352959
0
126.012176
639.94097
31974.138
0
32973.166314
0
2004.674751
0
126.012176
0
40093.684676
639.94097
0
639.94097
2004.674751
639.94097
8541.971855
Fn
0
0
10
0
0
Fo
0
9.375
0
15.625
15.625
INGENIERÍA CIVIL
3.4. MATRIZ DE FUERZA EN EL SISTEMA
3.5. DEZPLAZAMIENTO DEL SISTEMA
3.6. VECTOR DE FUERZAS INTERNAS EN CADA ELEMENTO
ELEMENTO 1
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
1
23
4
5
1
2
3
4
5
En eje local
f1 KE1 u1
FE Fn Fo
FE
0
9.375
10
15.625
15.625
u KE( )1FE
u
0.005714
0.003686
0.006023
0.000331
0.002942
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
En eje global
fo1 T1 f1
f1
9.88
11.764
9.88
11.764
4.333
fo1
15.339071
0.845821
15.339071
0.845821
4.333149
N111 fo10 0 15.3390712958647681622446995342508
1N11
N111 0.000001
OK
En eje local
En eje global
f2 KE2 u2 Fofo2 T2 f2
f2
9.88
11.764
9.88
13.236
3.641
fo2
9.8801
11.763764
9.8801
13.236236
3.64149
N222 fo20 0 N2 9.8943867009968007842018
OK
INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTO 3
4. COMPARACION CON EL PROGRAMA SAP 2000
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
1N22
N222 0
En eje local En eje global
f3 KE3 u3 fo3 T3 f3
fo3
13.236236
0.1199
4.200813
13.236236
0.1199
3.64149
f3
0.12
13.236
4.201
0.12
13.236
3.641
N333 fo30 0
1N33
N333 0
INGENIERÍA CIVIL
5. SIN P-DELTA
A. DEFORMACION
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
B. FUERZA AXIAL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
C. FUERZA CORTANTE
D. MOMENTO FLECTOR
5.1. CON P-DELTA
A. DEFORMACION
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
B. FUERZA AXIAL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
C. DIAGRAMA DE FUERZA CORTNATE
D. DIAGRAMA DE MOMENTOS
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II