9 JOH 120307 Nudos de pórticos metálicos

120307 M4 JOH Nudos de pórticos metálicos.
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NOTA: Esta presentación NO es un documento autocontenido, sino material docente auxiliar de la explicación del profesor,
de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Soluciones obsoletas de viga continua a través de pilar empresillado.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
Nudo rígido de pilar con viga pasante.
Uniones de vigas Vierendeel.
Empalmes de pilares.
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
Esta lección es sólo una invitación a iniciar y proseguir el estudio
de un campo muy extenso y difícil, no tanto por su complejidad intrínseca (que también),
como por la ausencia de textos apropiados y actualizados
sobre proyecto y construcción de estructura metálica,
debido a que el mercado editorial correspondiente se ha extinguido (2011),
salvo muy raras excepciones fuertemente subvencionadas por la industria,
como puede ser el caso de esta obra clásica, pero bastante ignorada:
Omer W. Blodgett: "Design of Welded Structures"
The James F. Lincoln Foundation,
http://www.jflfoundation.com
Normativa de conocimiento indispensable para proyectar uniones en acero:
CTE-DB-SE-A, 2009. EAE, 2011. EN 1993-1-8, 2005
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Soluciones obsoletas de viga continua a través de pilar empresillado.
-----------------------------------------------------------------------------------------------El pilar metálico normalmente es más caro que el de hormigón armado:
su principal interés consiste en la reducción del espacio ocupado en planta, que no es el caso de este tipo de soportes.
Otra desventaja es su repercusión de costes de mano de obra de preparación y soldeo de presillas frente a otras soluciones más "limpias".
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Unión de viga a pilar pasante.
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Unión con N, V, M
de viga a pilar
pasante.
SIN problemas
de desgarro
laminar.
SIN soldeo in
situ
V (excentr.)
u, θ
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Unión en extremo de
viga continua a alma
de pilar pasante:
NO "empotrada"
V (excentr.)
u, θ
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
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NUDO
soldado en
TALLER
"Muñón"
(*)
Unión
atornillada
in situ
lateral
pretensada
(*) El "muñón" permite alejarse de la sección de maxº |M|
pero sin requerir transporte especial (ancho ≈ 3 m en este caso)
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
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NO ES SEGURO TRANSMITIR TRACCIONES POR SOLDADURA CONTRA
ALMA O ALAS O CONTRA CHAPAS EN GENERAL
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-----------------------------------------------------------------------------------------------DESGARRO LAMINAR superlativo ... DEFECTO DE HOJA
Como dijo Keynes refiriéndose a la deflación: ES LO PEOR.
Con los controles de calidad actuales no debería existir las "HOJAS"
Pero haberlas, HAYLAS.
Con ESTRUCTURAS METÁLICAS ANTIGUAS (e incluso, en cierta medida, también con las actuales),
debe tener siempre muy presente la posibilidad de encontrarse con el TEMIBLE "DEFECTO DE HOJA",
que era relativamente frecuente en los aceros cuyo procedimiento de afino se realizaba con procedimientos afortunadamente hoy en desuso.
Las impurezas del material no se distribuyen homogéneamente, sino que tendían a localizarse en determinados planos.
La consecuencia práctica es que EN REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
JAMÁS DEBE APLICARSE A UN ACERO DE DUDOSA CALIDAD UNA TRACCIÓN PERPENDICULAR
AL PLANO DE LA CHAPA O DEL ALMA O ALAS DEL PERFIL.
También en los proyectos de obras nuevas, como
"REGLA DE BUENA PRÁCTICA", se recomienda
EVITAR LOS ESFUERZOS DE TRACCIÓN
PERPENDICULARES AL PLANO DE LA
LAMINACIÓN,
O DE FLEXIONES QUE PRODUZCAN DICHO
TIPO DE TRACCIONES,
ESPECIALMENTE LAS QUE POSEAN
CARÁCTER "ISOSTÁTICO"
y que por lo tanto no puedan redistribuirse en otras
solicitaciones alternativas en caso de un fallo local.
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Hasta 2006 (entrada en vigor del CTE) el defecto de hoja y similares
permanecían olvidados en España salvo por los viejos del lugar y
por freakies como los lectores de "libros", de eurocódigos, etc.
DESGARRO LAMINAR: CTE-SE-A: 8.6.1
a) se tratarán de evitar uniones en las que la
dirección principal de las tensiones de tracción
sea transversal a la dirección de laminación de
las chapas que se unen (fuerzas en la dirección
del espesor)
b) cuando no sea posible evitar este tipo de
uniones, se tomarán medidas para minimizar la
posibilidad de que se produzca desgarro
laminar en las chapas (por ejemplo, en uniones
con chapa frontal, los tornillos reducen el
riesgo de dicho tipo de rotura).
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-----------------------------------------------------------------------------------------------¿ Acero = material "isótropo" ?
¡¡¡¡¡ La resistencia a tracción perpendicular al plano de laminación NO está garantizada !!!!! (salvo aceros "muy" especiales)
A este respecto cuentan no sólo las tensiones "nominales", sino también, muy especialmente, las tensiones residuales del proceso de soldeo.
¡ Evitar soldar elementos "embridados" !
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------En la figura siguiente puede verse como en el diseño de uniones soldadas se puede
TRANSFORMAR LAS UNIONES TRACCIONADAS EN UNIONES SOLICITADAS POR ESFUERZOS RASANTES.
Además, siempre que ello sea posible, la realización de ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DEL MATERIAL BASE
(por ejemplo, mediante técnicas de ultrasonidos),
puede proporcionar información muy valiosa en el momento de proyectar refuerzos de estructuras metálicas existentes
(sean o no antiguas).
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
¿ NUDOS RÍGIDOS
SOLDADOS EN
PROYECTOS DE
OBRAS NUEVAS ?
Nudos rígidos soldados con soldaduras frontales traccionadas
No olvidar que hay alternativas: nudos atornillados (página 4) o nudos soldados con "otras" soluciones (página 18).
-----------------------------------------------------------------------------------------------Valoración del RIESGO DERIVADO DEL DESGARRO LAMINAR
en función del grado de hiperestatismo de la pieza unida,
para aceros S235, S275, S355 CERTIFICADOS Y CONTROLADOS (según EAE y Euronormas).
correctamente ejecutados y controlados (idem),
en nudos que transmitan tracciones por unión soldada frontal.
.
Se supone que se especifica y se efectúa REALMENTE no sólo control ULTRASÓNICO de las SOLDADURAS,
sino además del MATERIAL BASE, ANTES Y DESPUÉS de la ejecución de la soldadura.
ADICIONAL al preceptivo para la recepción genérica de los materiales,
al 100 % de las chapas de nudo de espesor ≥ 15 mm y en porcentaje apropiado para las de menor espesor,
que reciban soldaduras solicitadas por tracciones perpendiculares al plano de la chapa.
Además, se supone que las piezas suceptibles de desgarro laminar en una sección extrema tienen grado de hiperestatismo ≥ 2
y que el los cálculos de ELU se cambia γM0 = 1,05 en las secciones extremas por γM0 = 1,40.
Nota importante:
La valoración siguiente se fundamenta en TODAS las hipótesis anteriormente expresadas,
pero aún así es perfectamente cuestionable y no tiene amparo normativo.
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¿ NUDOS RÍGIDOS
SOLDADOS EN
PROYECTOS DE
OBRAS NUEVAS ?
Nudos rígidos soldados con soldaduras frontales traccionadas.
No olvidar que hay alternativas: nudos atornillados (página 4) o nudos soldados con "otras" soluciones (página 18).
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nota importante: La valoración siguiente se fundamenta en TODAS las hipótesis anteriormente expresadas,
pero aún así es perfectamente cuestionable y no tiene amparo normativo.
Viga sometida a carga uniformemente distribuida, de sección constante de CLASE 1, arriostrada frente al pandeo lateral,
cuyo mecanismo de colapso incluye sendas rótulas plásticas en ambos extremos y otra en el centro, todas ellas al 100 % de Mpl,Rd:
pL2 11,67
ELU: La pérdida de una rótula plástica extrema divide el coeficiente de seguridad por
= 1,37, obviamente excesivo
pL2 16
ELS: la articulación de un extremo aumenta la flecha aproximadamente en un factor de 2,1.
Adoptando y γM0 = 1,05 en las secciones centrales (supuestas éstas enterizas) e incrementádolo a 1,40 en las extremas,
1
1
+
1,05 1,40
≈ 1,1 sobre su valor de proyecto.
tras el incidente mencionado la carga última se divide aproximadamente por
1 0,5
+
1,0 1,0
Según esto, el incidente indicado, en su caso, "no debería" producir el colapso de la viga,
aunque sí "avisar por deformación", derivando en una reparación de índole material, aunque NECESARIA.
Los cálculos de fiabilidad se incluyen en la página siguiente y son puramente estimativos.
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudos rígidos soldados con soldaduras frontales traccionadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nota importante: La valoración siguiente se fundamenta en TODAS las hipótesis anteriormente expresadas, pero aún así es perfectamente cuestionable y no tiene amparo normativo.
En base a las hipótesis antedichas, se estima que la probabilidad de más de una sección afectada por desgarro laminar en una misma pieza, simultáneamente con la aparición de las acciones "mayoradas",
1   1 0,5 
 1
+
 los valores "ex post" de los coeficientes parciales de seguridad γM se han tomado iguales a la unidad. Si las

  +
 1,05 1,40   1,0 1,0 
acciones se suponen con distribución normal y COV ≤ 0,5, aproximadamente la reducción del índice de fiabilidad (CTE-DB-SE-2009, Anejo C) se puede valorar en ∆β ≈ -0,1*1,5*(1+1,64*0,5)/0,5
2
dΦ
e −β 2
−5
, si en el proyecto se tenía β = 4,2 , que corresponde a una PROBABILIDAD DE FALLO P(f ) = 10 (CTE-DB-SE-2009, tabla C1), ésta se incrementa hasta
≈ -0,5. Como
=−
dβ
2π
4, 2
2
1
P(f | l ) ≈ 10 −5 +
e −β 2 dβ ≈ 10-4, es decir del orden de 10 VECES SU VALOR INICIAL; grosso modo puede decirse que la vida más probable de la pieza se ha
∫
2 π 3, 7
reducido a su décima parte, lo que parece un tiempo holgado para proceder a su necesaria reparación, por mucho que se prolonguen las inevitables discusiones técnicas y legales. Modificando los
cálculos anteriores se puede llegar al gráfico siguiente que da en ordenadas el factor de incremento P(f | l ) P(f ) en función del cambio de β en abscisas. Para entender mínimamente el
Anejo citado del CTE hay que leer antes algo sobre "Structural Reliability Analysis"; por ejemplo, googlear "www.ibk.ethz.ch/fa/.../Lecture_11_Faber.pdf".
corresponde a un nivel de fiabilidad no exigible. Nótese que en
Ejemplo de gráfico particular que estima el factor de incremento de la probabilidad de
colapso (en ordenadas) en función de la reducción de β en abscisas, lo que puede
servir al profesional para asumir su propia responsabilidad en la toma de decisiones
ante este tipo de eventos, que si se siguen REALMENTE TODAS las recomendaciones
ya reiteradas deberían ser bastante improbables y con riesgos de carácter material.
Bajo dichas hipótesis, cabría estimar la probabilidad de desgarro laminar de la zona
de tracción de una sección extrema en en P(l ) ≤ 10 −2 . Como la Probabilidad de fallo
anteriormente estimada (probabilidad condicionada al desgarro laminar antedicho) ha
sido de P(f | l ) ≈ 10 −4 , cabría evaluar la probabilidad de fallo "ex ante" en
P(f ) = P(f | l )P(l ) ≈ 10 −6 , inferior a la exigible en fase de proyecto.
Si el contenido del citado Anejo C de CTE-DB-SE-2009 no tuviera sólo "carácter
informativo" (¿?), es posible que pudiera justificarse tomar γM0 algo inferior al valor
1,40 propuesto en las secciones extremas.
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¿ NUDOS RÍGIDOS
SOLDADOS EN
PROYECTOS DE
OBRAS NUEVAS ?
Nudos rígidos soldados con soldaduras frontales traccionadas
No olvidar que hay alternativas: nudos atornillados (página 4) o nudos soldados con "otras" soluciones (página 18).
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nota importante: La valoración siguiente se fundamenta en TODAS las hipótesis anteriormente expresadas,
pero aún así es perfectamente cuestionable y no tiene amparo normativo.
Viga sometida a carga uniformemente distribuida, de sección constante de CLASE 1, arriostrada frente al pandeo lateral,
cuyo mecanismo de colapso incluye una rótula plástica extrema y otra en el interior del vano, todas ellas al 100 % de Mpl,Rd:
ELU: La pérdida de la rótula plástica extrema divide el coeficiente de seguridad por 1,46: INADMISIBLE
ELS: la articulación del extremo teóricamente empotrado aumenta la flecha aproximadamente en un factor de 2,4.
VOLADIZOS:
Saque Ud. mismo, Sr. alumno, sus propias conclusiones.
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------UNA SOLUCIÓN IDÓNEA PARA CONSTRUIR ESE TIPO DE NUDOS SIN NECESIDAD DE RECURRIR A ATORNILLAR:
VIGA MIXTA CON SECCIÓN EXTREMA CALCULADA "SIN TRACCIONES" EN EL PERFIL
(TRACCIONES SÓLO EN LAS ARMADURAS).
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
Si aun así ha decido Ud., Sr. alumno, construir aquí y ahora nudos rígidos soldados con soldaduras frontales traccionadas,
siga las recomendaciones ya expuestas
y sobre todo conozca las opciones constructivas más apropiadas dentro de esta tipología.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Cortes planos ("limpios"),
rectos u oblicuos.
Soldaduras in situ accesibles
a DOS CARAS: viabilidad
del 100 % de capacidad de la
pieza unida con soldaduras
sin preparación.
Soldaduras "VISIBLES":
la peor soldadura es la que no
existe; la que no se ve, no
existe; y aun la que se puede
ver y no se mira, no existe.
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------RESISTENCIA DE "UNIONES ABIERTAS" NO RIGIDIZADAS
Nota: las expresiones indicadas se refieren a casquillos de nudo sin otras solicitaciones que las producidas por la unión.
Para la aplicación a nudos de pórticos o cerchas es preciso considerar la interacción con solicitaciones transversales a las antedichas, en su caso.
chapa plastificada en tracción,
supuesta sin rigidez (discusión ...)
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------RESISTENCIA DE "UNIONES ABIERTAS" NO RIGIDIZADAS
Nota: las expresiones indicadas se refieren a casquillos de nudo sin otras solicitaciones que las producidas por la unión.
Para la aplicación a nudos de pórticos o cerchas es preciso considerar la interacción con solicitaciones transversales a las antedichas, en su caso.
ENTREGA DE FUERZAS DE TRACCIÓN O COMPRESIÓN:
1º) Comprobación del ala del soporte o casquillo
Los "euro-criterios" suelen basarse en modelos simples de Teoría de Estructuras,
que incluyen parámetros adimensionales ajustados sobre datos experimentales
( ... así, por ejemplo, el 7 en las fórmulas precedentes, que sustituye el 5,65 del cálculo por líneas de rotura convencionales).
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------RESISTENCIA DE "UNIONES ABIERTAS" NO RIGIDIZADAS
Nota: las expresiones indicadas se refieren a casquillos de nudo sin otras solicitaciones que las producidas por la unión.
Para la aplicación a nudos de pórticos o cerchas es preciso considerar la interacción con solicitaciones transversales a las antedichas, en su caso.
ENTREGA DE FUERZAS DE TRACCIÓN:
2º) Comprobación del ALMA del soporte o casquillo
Un número irracional evidencia origen no experimental, como el 2√2 en este caso (¿De dónde sale? ¿No es obvio?)
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------RESISTENCIA DE "UNIONES ABIERTAS" NO RIGIDIZADAS
Nota: las expresiones indicadas se refieren a casquillos de nudo sin otras solicitaciones que las producidas por la unión.
Para la aplicación a nudos de pórticos o cerchas es preciso considerar la interacción con solicitaciones transversales a las antedichas, en su caso.
ENTREGA DE DE FUERZAS DE COMPRESIÓN
2º) Comprobación del ALMA del soporte o casquillo
Fb ,Rd = χ F
t w b ef f y
γ M1
(ly = beff , d = hw)
Si es más desfavorable, cabe recomendar lo siguiente, cuya interpretación es obvia ¿no?:
λF =
E
0,7·max(h w , b eff )
λ
, λ ref = π
,λ =
fy
λ ref
t w 12
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------RESISTENCIA DE "UNIONES ABIERTAS" NO RIGIDIZADAS
Nota: las expresiones indicadas se refieren a casquillos de nudo sin otras solicitaciones que las producidas por la unión.
Para la aplicación a nudos de pórticos o cerchas es preciso considerar la interacción con solicitaciones transversales a las antedichas, en su caso.
"CORTANTE DE NUDO"
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------"UNIONES ABIERTAS" RIGIDIZADAS
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de viga con pilar pasante.
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Nudo rígido de viga con pilar pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Admite (ciertas) oblicuidades en planta y alzado y encuentros múltiples con uniones "limpias" e inspeccionables
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Unión de arriostramientos de tubo cuadrado a media altura de soportes en H
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Nudo rígido de pilar con viga pasante.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Antiguas soluciones soldadas
Poco utilizadas y susceptibles de trasladar el problema de la exfoliación a la base o testa del pilar,
si en dichas secciones se producen tracciones (incluyendo excentricidad de 2º orden indicada en otra figura).
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Nudo rígido de pilar con viga pasante.
------------------------------------------------------------------------------------------------
Estimado alumno: si te dejan proyectar así es que ejerces en otro país de la UE y/o ha pasado tanto tiempo que en España ya se habla inglés;
nota: el problema no es el idioma.
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-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Empalmes de pilares.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Soportes: Chapa de transición soldada
Solución NO segura frente al desgarro laminar
salvo compresión simple o compuesta,
incluyendo la excentricidad de 2º orden, que
conservadoramente se puede tomar igual a
W
1 
e II =  − 1·i R , siendo i R = pl ("radio de giro
A
χ 
resistente, típicamente ≤ i)
¿De dónde sale el valor aproximado de la excentricidad adicional indicada arriba?
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
¡¡¡¡¡ NO da el 100 % de
capacidad mecánica del
perfil !!!!!! (salvo
preparación de bordes
para P.C.)
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Empalmes de pilares.
-----------------------------------------------------------------------------------------------100 % de capacidad
mecánica del perfil
con a = 0,7·t, (a DOS
caras)
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de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Empalmes de pilares.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Espesor (mínimo) de chapa de transición de soportes.
Expresiones no verificadas: se ruega comprobación.
120307 M4 JOH Nudos de pórticos metálicos.
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NOTA: Esta presentación NO es un documento autocontenido, sino material docente auxiliar de la explicación del profesor,
de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Nudos de pórticos metálicos.
Empalmes de pilares.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Espesor (mínimo) de chapa de transición de soportes
6,00
5,00
tp/t
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
0,0
2,0
4,0
e/t
6,0
8,0
120307 M4 JOH Nudos de pórticos metálicos.
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NOTA: Esta presentación NO es un documento autocontenido, sino material docente auxiliar de la explicación del profesor,
de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Uniones de vigas Vierendeel.
-----------------------------------------------------------------------------------------------Viga Vierendeel: un tipo estructural que debería proscribirse salvo para solicitaciones mínimas y control de ejecución REALMENTE intenso.
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NOTA: Esta presentación NO es un documento autocontenido, sino material docente auxiliar de la explicación del profesor,
de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Uniones de vigas Vierendeel.
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120307 M4 JOH Nudos de pórticos metálicos.
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NOTA: Esta presentación NO es un documento autocontenido, sino material docente auxiliar de la explicación del profesor,
de la cual cada alumno deberá tomar sus propios apuntes y complementarla con las lecturas recomendadas
-----------------------------------------------------------------------------------------------Uniones de vigas Vierendeel.
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