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Estática
Problema
2025 · Extraordinaria · Titular
3.1
Examen
BLOQUE 3. SISTEMAS MECÁNICOS

Cuestión 3.1. De la viga que se muestra en la figura:

Imagen del ejercicio
a) Calcule las reacciones en los apoyos.b) Represente los diagramas de esfuerzo cortante y momento flector.
VigasEsfuerzo cortanteMomento flector
BLOQUE 3. SISTEMAS MECÁNICOS
a) Calcule las reacciones en los apoyos.

La viga es una viga simplemente apoyada con un voladizo. El apoyo A es fijo (articulación), con reacciones vertical (RAyR_{Ay}) y horizontal (RAxR_{Ax}). El apoyo B es un rodillo, con reacción vertical (RByR_{By}). La carga distribuida qq se transforma en una fuerza resultante FqF_q para el cálculo de las reacciones.Datos

q=2000 N/mq = 2000 \text{ N/m}
Ltotal=3 mL_{\text{total}} = 3 \text{ m}
LAB=2 mL_{AB} = 2 \text{ m}

Fórmulas

Fx=0\sum F_x = 0
Fy=0RAy+RByFq=0\sum F_y = 0 \Rightarrow R_{Ay} + R_{By} - F_q = 0
\sum M_A = 0 \Rightarrow R_{By} \cdot L_{AB} - F_q \cdot x_{\text{aplicación F_q}} = 0

Sustitución 1. Cálculo de la fuerza resultante de la carga distribuida:

Fq=qLtotal=2000 N/m3 m=6000 NF_q = q \cdot L_{\text{total}} = 2000 \text{ N/m} \cdot 3 \text{ m} = 6000 \text{ N}

Esta fuerza actúa en el centro de la viga, a 1.5 m1.5 \text{ m} del apoyo A.2. Ecuación de equilibrio de fuerzas horizontales:

Fx=0RAx=0\sum F_x = 0 \Rightarrow R_{Ax} = 0

3. Ecuación de equilibrio de momentos respecto al apoyo A:

MA=0\sum M_A = 0
RBy2 m6000 N1.5 m=0R_{By} \cdot 2 \text{ m} - 6000 \text{ N} \cdot 1.5 \text{ m} = 0
RBy2 m9000 Nm=0R_{By} \cdot 2 \text{ m} - 9000 \text{ Nm} = 0
RBy=9000 Nm2 m=4500 NR_{By} = \frac{9000 \text{ Nm}}{2 \text{ m}} = 4500 \text{ N}

4. Ecuación de equilibrio de fuerzas verticales:

Fy=0\sum F_y = 0
RAy+RByFq=0R_{Ay} + R_{By} - F_q = 0
RAy+4500 N6000 N=0R_{Ay} + 4500 \text{ N} - 6000 \text{ N} = 0
RAy=6000 N4500 N=1500 NR_{Ay} = 6000 \text{ N} - 4500 \text{ N} = 1500 \text{ N}

Resultado

RAx=0 NR_{Ax} = 0 \text{ N}
RAy=1500 NR_{Ay} = 1500 \text{ N}
RBy=4500 NR_{By} = 4500 \text{ N}
b) Represente los diagramas de esfuerzo cortante y momento flector.

Se dividirá la viga en dos tramos para el análisis de esfuerzos.Tramo 1: 0x<2 m0 \le x < 2 \text{ m} (desde A hasta B)Datos

RAy=1500 NR_{Ay} = 1500 \text{ N}
q=2000 N/mq = 2000 \text{ N/m}

Fórmulas

V1(x)=RAyqxV_1(x) = R_{Ay} - q \cdot x
M1(x)=RAyxqx22M_1(x) = R_{Ay} \cdot x - \frac{q \cdot x^2}{2}

Sustitución

V1(x)=15002000xV_1(x) = 1500 - 2000x
M1(x)=1500x1000x2M_1(x) = 1500x - 1000x^2

Resultado (valores en puntos clave del tramo 1)

V1(0)=1500 NV_1(0) = 1500 \text{ N}
V1(2)=15002000(2)=2500 NV_1(2^-) = 1500 - 2000(2) = -2500 \text{ N}

El cortante es cero en x=15002000=0.75 mx = \frac{1500}{2000} = 0.75 \text{ m}.

M1(0)=0 NmM_1(0) = 0 \text{ Nm}
M1(0.75)=1500(0.75)1000(0.75)2=1125562.5=562.5 NmM_1(0.75) = 1500(0.75) - 1000(0.75)^2 = 1125 - 562.5 = 562.5 \text{ Nm}
M1(2)=1500(2)1000(2)2=30004000=1000 NmM_1(2) = 1500(2) - 1000(2)^2 = 3000 - 4000 = -1000 \text{ Nm}

Tramo 2: 2x3 m2 \le x \le 3 \text{ m} (desde B hasta el extremo derecho)Datos

RAy=1500 NR_{Ay} = 1500 \text{ N}
RBy=4500 NR_{By} = 4500 \text{ N}
q=2000 N/mq = 2000 \text{ N/m}

Fórmulas

V2(x)=RAy+RByqxV_2(x) = R_{Ay} + R_{By} - q \cdot x
M2(x)=RAyx+RBy(x2)qx22M_2(x) = R_{Ay} \cdot x + R_{By} \cdot (x-2) - \frac{q \cdot x^2}{2}

Sustitución

V2(x)=1500+45002000x=60002000xV_2(x) = 1500 + 4500 - 2000x = 6000 - 2000x
M2(x)=1500x+4500(x2)1000x2M_2(x) = 1500x + 4500(x-2) - 1000x^2

Resultado (valores en puntos clave del tramo 2)

V2(2+)=60002000(2)=2000 NV_2(2^+) = 6000 - 2000(2) = 2000 \text{ N}
V2(3)=60002000(3)=0 NV_2(3) = 6000 - 2000(3) = 0 \text{ N}
M2(2)=1500(2)+4500(22)1000(22)=3000+04000=1000 NmM_2(2) = 1500(2) + 4500(2-2) - 1000(2^2) = 3000 + 0 - 4000 = -1000 \text{ Nm}
M2(3)=1500(3)+4500(32)1000(32)=4500+45009000=0 NmM_2(3) = 1500(3) + 4500(3-2) - 1000(3^2) = 4500 + 4500 - 9000 = 0 \text{ Nm}

Diagramas Diagrama de Esfuerzo Cortante V(x)V(x):Comienza en x=0x=0 con un valor positivo de 1500 N1500 \text{ N} (RAyR_{Ay}). Decrece linealmente debido a la carga distribuida. Cruza el eje cero en x=0.75 mx = 0.75 \text{ m}. Continúa decreciendo hasta un valor de 2500 N-2500 \text{ N} justo antes de x=2 mx=2 \text{ m}. En x=2 mx=2 \text{ m} hay un salto positivo debido a la reacción RByR_{By} de 4500 N4500 \text{ N}, lo que eleva el valor a 2500+4500=2000 N-2500 + 4500 = 2000 \text{ N}. Desde x=2 mx=2 \text{ m} hasta x=3 mx=3 \text{ m}, el cortante decrece linealmente hasta un valor de 0 N0 \text{ N} en el extremo final de la viga (x=3 mx=3 \text{ m}). Diagrama de Momento Flector M(x)M(x):Comienza en x=0x=0 con un valor de 0 Nm0 \text{ Nm} (apoyo articulado). Aumenta parabólicamente hasta un máximo positivo de 562.5 Nm562.5 \text{ Nm} en x=0.75 mx = 0.75 \text{ m} (donde el cortante es cero). A partir de ahí, disminuye parabólicamente, pasando por M=0M=0 y alcanzando un mínimo negativo de 1000 Nm-1000 \text{ Nm} en x=2 mx=2 \text{ m} (sobre el apoyo B). Desde x=2 mx=2 \text{ m} hasta x=3 mx=3 \text{ m}, el momento aumenta parabólicamente (volviéndose menos negativo) hasta un valor de 0 Nm0 \text{ Nm} en el extremo final de la viga (x=3 mx=3 \text{ m}), como corresponde a un extremo libre sin momento concentrado.