Reazioni vincolari delle travi: esercizi con soluzioni passo passo

Detto anche: reazioni vincolari · travi isostatiche

Esercizi gratuiti su Reazioni vincolari delle travi con schemi, suggerimenti e soluzioni svolte complete. Valori nuovi ogni volta, su tre livelli: 1 carico concentrato, 2 carichi concentrati, carico concentrato + distribuito.

Esercizio gratuitoFacile
P = 20 kNABRA​ = ?RB​3 m5 m

La trave semplicemente appoggiata ha una cerniera in A e un carrello in B. Trova la reazione vincolare verticale RA.

L = 8 mP = 20 kN in 3 m
kN
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Su cosa ti eserciti

  1. Facile1 carico concentrato
  2. Media2 carichi concentrati
  3. Difficilecarico concentrato + distribuito

Come risolvere gli esercizi di Reazioni vincolari delle travi

  1. Disegna un diagramma di corpo libero e sostituisci ogni vincolo con le sue reazioni.
  2. Sostituisci ogni carico distribuito con un’unica forza applicata nel suo baricentro.
  3. Calcola i momenti rispetto a un vincolo per trovare la reazione nell’altro.
  4. Usa ΣFy = 0 per trovare la reazione rimanente e verifica con una seconda equazione dei momenti.

Errori comuni

  • Prendere il braccio del momento dal punto sbagliato.
  • Dimenticare di convertire un carico distribuito nella sua risultante.
  • Confondere quale vincolo fornisce quale reazione.

Formule chiave

Equilibrio
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Carico uniforme
risultante w·L al centro del carico
Momento
M = F·d

Impara Reazioni vincolari delle travi da zero

1Che cosa sono le reazioni vincolari

Una trave è un elemento lungo e rettilineo che porta i carichi attraverso uno spazio vuoto, come una mensola, un travetto di solaio o un piccolo ponte.

La trave poggia su appoggi (vincoli). Quando i carichi spingono la trave verso il basso, gli appoggi spingono verso l’alto. Queste forze verso l’alto sono le reazioni vincolari.

10 kNABRA​RB​2 m2 m

Qui un carico di 10 kN è esattamente al centro. Per simmetria ogni appoggio ne porta la metà: RA = RB = 5 kN.

Quando il carico non è al centro, l’appoggio più vicino porta di più. Trovare esattamente quanto è l’argomento di questa lezione.

Ti servono prima le reazioni per quasi ogni altra domanda sulle travi: taglio, momento flettente, tensione e deformazione.

Autoverifica Una trave su due appoggi porta 10 kN esattamente a metà campata. Qual è la reazione in ciascun appoggio?
  1. 10 kN
  2. 2,5 kN
  3. 20 kN
  4. 5 kN

Risposta: 5 kN. Le due reazioni insieme devono portare tutti i 10 kN, e per simmetria sono uguali: 10/2 = 5 kN. 10 kN per ogni appoggio porterebbe il carico due volte.

2Appoggi, momenti ed equilibrio

Ogni tipo di appoggio può reagire a modo suo.

  • Un carrello (B in figura) può spingere solo ad angolo retto rispetto alla superficie su cui rotola. Dà una reazione verticale.
  • Una cerniera (A) impedisce alla trave di muoversi in qualsiasi direzione. Dà una reazione verticale e una orizzontale. Con soli carichi verticali, quella orizzontale è zero.
  • Un vincolo di incastro, come un muro, impedisce alla trave anche di ruotare. Dà una forza verticale e un momento reattivo.

Un momento è l’effetto rotatorio di una forza attorno a un punto. È la forza per la sua distanza perpendicolare da quel punto:

M = F · d

Una trave a riposo non si muove e non ruota. Quindi valgono tre equazioni di equilibrio:

ΣFx = 0 ΣFy = 0 ΣM = 0

L’equazione dei momenti vale rispetto a qualsiasi punto. Scegli un appoggio come quel punto: la sua reazione ha distanza nulla, quindi esce dall’equazione.

Autoverifica Una forza di 6 kN agisce a 2 m dal punto A. Qual è il suo momento rispetto ad A?
  1. 12 kN·m
  2. 3 kN·m
  3. 6 kN·m
  4. 8 kN·m

Risposta: 12 kN·m. M = F·d = 6·2 = 12 kN·m. Dividere (3) o sommare (8) la forza e la distanza sono le distrazioni più comuni.

3Carichi distribuiti

Alcuni carichi sono distribuiti lungo la trave, come il peso di un solaio o della neve. Un carico uniformemente distribuito (UDL) ha lo stesso valore w a ogni metro, in kN/m.

w = 4 kN/mAB1 m3 m2 m

Per le reazioni puoi sostituire un UDL con un’unica forza. Il suo valore è il carico per metro per la lunghezza caricata, e agisce a metà della parte caricata:

W = w · ℓ

In figura, ℓ = 3 m, quindi W = 4 · 3 = 12 kN. Agisce a metà del carico, a x = 1 + 1,5 = 2,5 m da A.

Una mensola è incastrata a un solo estremo, come un balcone. Il muro dà una forza verso l’alto e un momento. Per un carico all’estremità P a distanza L: RA = P e MA = P·L.

P = 5 kNAB3 m

In questa mensola, RA = 5 kN e MA = 5 · 3 = 15 kN·m.

Autoverifica Un UDL di 4 kN/m agisce da x = 1 m a x = 4 m. Quale forza unica lo sostituisce, e dove?
  1. 12 kN a x = 1,5 m
  2. 12 kN a x = 2 m
  3. 12 kN a x = 2,5 m
  4. 4 kN a x = 2,5 m

Risposta: 12 kN a x = 2,5 m. W = 4·3 = 12 kN a metà del carico, 1 + 1,5 = 2,5 m da A. 1,5 m è misurato dall’inizio del carico, non da A. 2 m è la metà dell’intera campata, non della parte caricata.

4Il metodo passo dopo passo

  1. Disegna la trave e sostituisci ogni appoggio con le sue reazioni: RA sulla cerniera e RB sul carrello.
  2. Sostituisci ogni UDL con una forza unica w·ℓ a metà della parte caricata.
  3. Prendi i momenti rispetto ad A. RA esce dall’equazione, quindi ottieni direttamente RB: RB·L = Σ(ogni carico × la sua distanza da A).
  4. Usa ΣFy = 0: RA = (carico totale) − RB.
  5. Verifica: prendi i momenti rispetto a B. Dovresti ottenere lo stesso RA.

Regola dei segni per il passaggio 3: la reazione RB fa ruotare la trave in un verso attorno ad A, i carichi verso il basso la fanno ruotare nell’altro. I loro momenti devono bilanciarsi.

5Un esempio svolto

Segui ogni passaggio. Prova a prevedere il successivo prima di aprirlo.

Esempio svolto

Una trave appoggiata di campata 6 m porta P1 = 12 kN a 2 m da A e P2 = 6 kN a 4 m da A. Trova RA e RB.

1

Disegna il diagramma di corpo libero

P1​ = 12 kNP2​ = 6 kNABRA​RB​2 m2 m2 m

La cerniera in A e il carrello in B danno ciascuno una reazione verso l’alto. Ci sono due incognite, quindi bastano due equazioni.

2

Momenti rispetto ad A

RA passa per A, quindi non ha momento rispetto ad A. I carichi fanno ruotare la trave in senso orario, RB la fa ruotare in senso antiorario:

RB · 6 = 12 · 2 + 6 · 4 = 48
RB = 48 / 6 = 8 kN
3

Equilibrio delle forze verticali

Le due reazioni insieme portano il carico totale di 12 + 6 = 18 kN.

RA = 18 − 8 = 10 kN
4

Controlla il risultato

Prendi invece i momenti rispetto a B. Le distanze da B sono 4 m per P1 e 2 m per P2.

RA · 6 = 12 · 4 + 6 · 2 = 60 ⇒ RA = 10 kN

Entrambi i percorsi concordano. RA è la maggiore, e ha senso: il carico più pesante è più vicino ad A.

P1​ = 12 kNP2​ = 6 kNABRA​ = 10 kNRB​ = 8 kN2 m2 m2 m
Risposta

RA = 10 kN e RB = 8 kN.

6Errori comuni

  • Misurare una distanza dal punto sbagliato. In un’equazione dei momenti rispetto ad A, ogni distanza è misurata da A.
  • Scambiare le reazioni. Prendere i momenti rispetto ad A dà RB, non RA.
  • Dimenticare di trasformare un UDL in una forza unica w·ℓ, oppure collocare quella forza a metà campata invece che a metà del carico.
  • Confondere i versi di rotazione, così che un carico e una reazione ricevano lo stesso segno nell’equazione dei momenti.
  • Non verificare. Una seconda equazione dei momenti rispetto a B individua la maggior parte delle sviste in pochi secondi.
Autoverifica Una trave di 4 m su due appoggi porta 8 kN a 1 m da A. Quanto vale RA?
  1. 2 kN
  2. 4 kN
  3. 6 kN
  4. 8 kN

Risposta: 6 kN. Momenti rispetto ad A: RB·4 = 8·1, quindi RB = 2 kN e RA = 8 − 2 = 6 kN. 2 kN è RB: l’appoggio più vicino al carico porta di più.

7Come sono fatte le domande d’esame

  • Facile: una trave appoggiata con un solo carico concentrato. Trovi RA o RB.
  • Medio: due carichi concentrati, come nell’esempio svolto.
  • Difficile: un carico concentrato insieme a un UDL su una parte della campata o su tutta. Sostituisci prima l’UDL con w·ℓ nel suo punto medio.

Altre versioni usano le stesse tre equazioni: una mensola (trova il momento all’incastro MA), un carico inclinato (usa solo la sua componente verticale, P·sin θ), una coppia applicata, una trave a sbalzo oltre un appoggio, o un carico triangolare (risultante ½·w·ℓ a un terzo della sua lunghezza dall’estremo più alto).

Leggi con attenzione le quote sotto la trave e scrivi ogni distanza da A prima di iniziare.

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Esempi svolti

Esempio 1Facile
P = 55 kNABRA​RB​ = ?2 m2 m

La trave semplicemente appoggiata ha una cerniera in A e un carrello in B. Trova la reazione vincolare verticale RB.

L = 4 mP = 55 kN in 2 m

Calcola RB (kN)

Mostra i suggerimenti
  1. Usa l’equilibrio statico: ΣFy = 0 e ΣM = 0. Due incognite, due equazioni.
  2. Prendi i momenti rispetto ad A. RA passa per A, quindi scompare e ottieni direttamente RB.
  3. Il carico totale verso il basso è 55 kN, quindi RA + RB = 55 kN.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Equilibrio statico: un corpo in quiete ha ΣFx = 0, ΣFy = 0 e ΣM = 0 rispetto a qualsiasi punto. Prendere i momenti rispetto a un appoggio elimina la reazione di quell’appoggio dall’equazione.

P = 55 kNABRA​RB​2 m2 m

Diagramma di corpo libero

Sostituisci i vincoli con le forze di reazione. Un carrello dà una reazione verticale; con soli carichi verticali anche la cerniera dà una sola reazione verticale.

Equilibrio

Momenti rispetto ad A, positivi in senso antiorario. Poi equilibrio delle forze verticali.

ΣMA = 0: RB·4 = 55·2
RB = 110/4 = 27,5 kN
ΣFy = 0: RA = 55 − 27,5 = 27,5 kN

Risposta

RB = 27,5 kN
Esempio 2Media
P1​ = 15 kNP2​ = 30 kNABRA​RB​ = ?2 m1 m3 m

La trave semplicemente appoggiata ha una cerniera in A e un carrello in B. Trova la reazione vincolare verticale RB.

L = 6 mP1 = 15 kN in 2 mP2 = 30 kN in 3 m

Calcola RB (kN)

Mostra i suggerimenti
  1. Usa l’equilibrio statico: ΣFy = 0 e ΣM = 0. Due incognite, due equazioni.
  2. Prendi i momenti rispetto ad A. RA passa per A, quindi scompare e ottieni direttamente RB.
  3. Il carico totale verso il basso è 45 kN, quindi RA + RB = 45 kN.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Equilibrio statico: un corpo in quiete ha ΣFx = 0, ΣFy = 0 e ΣM = 0 rispetto a qualsiasi punto. Prendere i momenti rispetto a un appoggio elimina la reazione di quell’appoggio dall’equazione.

P1​ = 15 kNP2​ = 30 kNABRA​RB​2 m1 m3 m

Diagramma di corpo libero

Sostituisci i vincoli con le forze di reazione. Un carrello dà una reazione verticale; con soli carichi verticali anche la cerniera dà una sola reazione verticale.

Equilibrio

Momenti rispetto ad A, positivi in senso antiorario. Poi equilibrio delle forze verticali.

ΣMA = 0: RB·6 = 15·2 + 30·3
RB = 120/6 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 20 = 25 kN

Risposta

RB = 20 kN
Esempio 3Difficile
P = 25 kN, 30°Q = 25 kNABRA​ = ?2 m1 m1 m

La trave semplicemente appoggiata ha una cerniera in A e un carrello in B. Un carico P agisce a 3 m da A, inclinato di 30° rispetto all’orizzontale, e un carico verticale Q agisce a 2 m da A. Trova il modulo della reazione totale RA nella cerniera A.

L = 4 mP = 25 kN in 3 m, θ = 30°Q = 25 kN in 2 m

Calcola RA (kN)

Mostra i suggerimenti
  1. Scomponi P in P·cos θ (orizzontale) e P·sin θ (verticale). Il carrello non assorbe forze orizzontali.
  2. Trova RB dai momenti rispetto ad A, poi Ay da ΣFy = 0 e Ax da ΣFx = 0.
  3. Ax = 21,65 kN, Ay = 15,63 kN.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Equilibrio statico: un corpo in quiete ha ΣFx = 0, ΣFy = 0 e ΣM = 0 rispetto a qualsiasi punto. Sostituisci ogni carico distribuito con la sua risultante (la sua area) applicata nel baricentro del diagramma di carico, e fai l’equilibrio dei momenti rispetto a un appoggio per eliminare dall’equazione la reazione di quell’appoggio.

Componenti di P

Pv = 25·sin 30° = 12,5 kN
Ph = 25·cos 30° = 21,65 kN

Reazioni

ΣMA = 0: RB·4 = 12,5·3 + 25·2 → RB = 21,88 kN
Ay = 12,5 + 25 − 21,88 = 15,63 kN
Ax = Ph = 21,65 kN

Risultante in A

RA = √(21,65² + 15,63²) = 26,7 kN

Risposta

RA = 26,7 kN

Domande e risposte

Reazioni vincolari delle travi: di cosa si tratta?

Una trave è un elemento lungo e rettilineo che porta i carichi attraverso uno spazio vuoto, come una mensola, un travetto di solaio o un piccolo ponte.

La trave poggia su appoggi (vincoli). Quando i carichi spingono la trave verso il basso, gli appoggi spingono verso l’alto. Queste forze verso l’alto sono le reazioni vincolari.

Reazioni vincolari delle travi: come si risolvono gli esercizi passo per passo?
  1. Disegna un diagramma di corpo libero e sostituisci ogni vincolo con le sue reazioni.
  2. Sostituisci ogni carico distribuito con un’unica forza applicata nel suo baricentro.
  3. Calcola i momenti rispetto a un vincolo per trovare la reazione nell’altro.
  4. Usa ΣFy = 0 per trovare la reazione rimanente e verifica con una seconda equazione dei momenti.
Reazioni vincolari delle travi: quali sono gli errori più comuni?
  • Prendere il braccio del momento dal punto sbagliato.
  • Dimenticare di convertire un carico distribuito nella sua risultante.
  • Confondere quale vincolo fornisce quale reazione.
Reazioni vincolari delle travi: che cosa si esercita?
  • Facile: 1 carico concentrato
  • Media: 2 carichi concentrati
  • Difficile: carico concentrato + distribuito

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