cálculo de estructuras de hormigón - aplicación eswin
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Introducción al cálculo de estructuras de hormigón armado y la aplicación de diseño ESwin. Más información Procedimientos-Uno, SL (+34) 95 20 20 165 [email protected]TRANSCRIPT
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Curso de cálculo de estructuras de hormigón.Jesús Avilés Pérez [email protected]
Procedimientos-Uno S.L. Avda. Juan López Peñalver nº 8, 29590 Parque Tecnológico de Andalucía, Campanillas (Málaga)
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BLOQUE I – DATOS DE PARTIDA
1. Introducción.
2. Elección del tipo de estructura.
3. Elección de los materiales.
4. Resumen de la geometría y las cargas.
BLOQUE II – INTRODUCCIÓN DE LA GEOMETRÍA EN ESWIN
5. Estructura de plantas.
6. Pilares.
7. Forjados y losa de cimentación.
8. Escaleras.
CONTENIDO
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BLOQUE III – COMPROBACIONES.
1. E.L.U. de Agotamiento frente a solicitaciones normales.
2. E.L.U. de Inestabilidad
3. E.L.U. de Agotamiento por esfuerzo cortante.
4. E.L.U. de Agotamiento por punzonamiento.
5. E.L.U. de Agotamiento por rasante ala - alma
6. E.L.U. de Agotamiento por torsión.
7. E.L.S. de Deformación.
BLOQUE IV – CÁLCULO DE LA ESTRUCTURA.
8. Cálculo de la estructura.
9. Generación de documentación.
CONTENIDO
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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2,860
1,000
1,300
2,860
3,010
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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+0,00
+0,15+0,15
+0,00 +0,00
+0,15
Planta baja (0,00 a 0,15)
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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+3,01+3,01 +3,01
Planta primera (3,01)
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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+7,17
27%
42%
29%
33%
+7,17
42%
33%
29%
27%
28%
+7,17
Planta cubierta (5,87 a 7,17)
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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Sobrecarga de nieve
Sobrecarga de uso
a
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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Cargas de viento +X
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1.1.- INTRODUCCIÓN.
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Cargas de viento +Y
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1.2.- ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA.
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Unidireccional autorresistente
Unidireccional semirresistente
Vigueta armada
Vigueta pretensada
Unidireccional in situForj
ados
uni
dire
ccio
nale
s
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1.2.- ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA.
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Placas alveolares
Forjados de chapa colaborante
Forj
ados
uni
dire
ccio
nale
s
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1.2.- ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA.
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Forj
ados
bid
irecc
iona
les
Forjados reticulares
Losas macizas
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1.3.- ELECCIÓN DEL MATERIAL.
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HA – R / C / TA / CE.
Hor
mig
ón
1.- Clase de exposición Ubicación, ambiente Agresividad (clases específicas)
2.- Resistencia Clase de exposición. (EHE tablas
8.2.2 y 8.2.3) Luces previstas. Alturas de pilares. Grandes cargas elevadas
3.- Consistencia A menor consistencia, mayor manejabilidad. Poca consistencia: peligro de segregación. Estructuras con inclinación.
4.- Tamaño del árido Recubrimiento*0,8 (clase de exposición) Tamaño normalizado EHE 28.3.b
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1.3.- ELECCIÓN DEL MATERIAL.
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Cem
ento
Consultar Anejo 4 de EHE (RC-08)
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1.3.- ELECCIÓN DEL MATERIAL.
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Tipi
ficac
ión
estr
uctu
ra¿Clase de exposición? Ambiente no agresivo. Hormigón no visto.
¿Cemento? Más básico posible: CEM I. Resistencia mínima: 32,5 N.
CEM I 32,5 N
¿Recubrimiento? CEM I + C.E. I: 15 mm. Control normal: +10 mm.
R=25 mm
¿Tamaño árido? 0,8*R= 20 mm Tamaño normalizado inf: 16.
TA=16 mm
¿Consistencia? Facilidad puesta en obra Poca inclinación
Blanda
¿Resistencia? Ambiente I. Mínima: 25 Mpa.
25 MPa
HA – 25 / B / 16 / I
I
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1.3.- ELECCIÓN DEL MATERIAL.
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Tipi
ficac
ión
cim
enta
ción
¿Clase de exposición? Agresividad media (sulfatos). Cimentaciones.
¿Cemento? Tablas Anejo 4: II/A-D. Presencia sulfatos: SR.
CEM II/A-D 32,5 N SR
¿Recubrimiento? Qb: lo fija el proyectista. Control normal: +10 mm.
R=45 mm
¿Tamaño árido? 0,8*R= 36 mm Separaciones no excesivas: 22.
TA=22 mm
¿Consistencia? Facilidad puesta en obra Sin inclinación
Blanda
¿Resistencia? Ambiente IIa+Qb. Mínima: 30 Mpa.
30 MPa
HA – 30 / B / 22 / IIa+Qb
IIa+Qb
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1.3.- ELECCIÓN DEL MATERIAL.
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Acer
os
Límite elástico
400 MPa
500 MPa
Ductilidad especial
S
SD
B 500 S
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1.4.- RESUMEN DE LOS DATOS DE PARTIDA
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19,9 x 12,1 m2
Cota planta sótano +0,00 / +0,15Cota planta alta +3,01Cota planta cubierta inclinada +5,87Cota planta cubierta plana +7,01Materiales estructura HA-25/B/16/I + Acero B 500 S (CEM I 32,5 N)Materiales cimentación HA-30/B/22/IIa+Qb + Acero B 500 S (CEM II/A-D 32,5 N SR)Configuración estructura Forjados reticulares de hormigón armado de casetón
perdido sobre pilares de hormigón armado. Cimentación por losa de hormigón armado
Terreno Gravas angulosas de pizarras con arenas en matriz arcillosa roja. Presencia de sulfatos (agresividad media)
Presión de hundimiento 0,75 kg/cm2
Módulo de balasto K30 15,80 kg/cm3
Peso específico aparente 1,90 T/m3
Dat
os g
ener
ales
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1.4.- RESUMEN DE LOS DATOS DE PARTIDA
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Superficie Grupo de carga Ejes Cargas (kN/m2)FX FY FZ
Forjado 7,17
Carga gravitatoria (CGV) Globales 0,00 0,00 -1,50Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -1,00
Sobrecarga de nieve (SNV) Globales 0,00 0,00 -0,30Viento +X (VX+) Globales 0,00 0,00 -0,113Viento +Y (VY+) Globales 0,00 0,00 -0,096
Forjado inclinado
Carga gravitatoria (CGV) Globales 0,00 0,00 -2,00Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -1,00
Sobrecarga de nieve (SNV) Globales 0,00 0,00 -0,289Viento +Y (VY+) Barlovento Locales 0,00 0,00 0,331Viento –Y (VY-) Sotavento Locales 0,00 0,00 0,162
Forjados 5,87 (barlovento)
Carga gravitatoria (CGV) Globales 0,00 0,00 -3,00Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -1,00
Viento +X Barlovento Globales 0,023 0,00 -0,085Viento +Y Barlovento Globales 0,00 0,023 -0,085Viento +X Sotavento Globales 0,053 0,00 -0,173Viento +Y Sotavento Globales 0,00 0,053 -0,173
Planta baja y primeraSolado (SOL) Globales 0,00 0,00 -1,00
Tabiquería (TBP) Globales 0,00 0,00 -1,00Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -2,00
Escalera (peldaños) Solado (SOL) Globales 0,00 0,00 -1,50Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -1,61
Escalera (mesetas) Solado (SOL) Globales 0,00 0,00 -1,00Sobrecarga de uso (SUS) Globales 0,00 0,00 -2,00
Carg
as
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
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Los momentos flectores provocan una compresión en el hormigón y una tracción en el acero.
Estados Límite del hormigón Compresión máxima: 2‰ Si hay zonas traccionadas: εc0
Estados Límite del acero Límite elástico. Tracción máxima: 10‰ (fluencia)
Dominios de deformación
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Existen múltiples maneras de agotar una sección (Estados Límite).
A cada Estado Límite le corresponde una deformada de la sección.
Todas las posibles deformadas se agrupan en dominios
DOMINIO 1 (Tracción simple)Agotamiento por tracción excesiva en la armadura.
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Existen múltiples maneras de agotar una sección (Estados Límite).
A cada Estado Límite le corresponde una deformada de la sección.
Todas las posibles deformadas se agrupan en dominios
DOMINIO 2 (Flexión simple / compuesta)Agotamiento por tracción excesiva en la armadura.
Existen zonas comprimidas en el hormigón
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Existen múltiples maneras de agotar una sección (Estados Límite).
A cada Estado Límite le corresponde una deformada de la sección.
Todas las posibles deformadas se agrupan en dominios
DOMINIO 3 (Flexión simple / compuesta)Agotamiento por compresión excesiva en el hormigón.
Las armaduras están dentro de la zona de fluencia.
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Existen múltiples maneras de agotar una sección (Estados Límite).
A cada Estado Límite le corresponde una deformada de la sección.
Todas las posibles deformadas se agrupan en dominios
DOMINIO 4 (Flexión simple / compuesta)Agotamiento por compresión excesiva en el hormigón.
Las armaduras no llegan a la zona de fluencia.
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Existen múltiples maneras de agotar una sección (Estados Límite).
A cada Estado Límite le corresponde una deformada de la sección.
Todas las posibles deformadas se agrupan en dominios
DOMINIO 5 (Compresión simple o compuesta)Agotamiento por compresión excesiva en el hormigón.
Toda la sección está comprimida.
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Nd Md
Armadura de tracción (cm2)
Armadura de compresión (cm2)
Cercos (S,Ø) Armadura “necesaria”
Cuantía mínima (cm2)
Cuantías máximas (cm2)
Mínimos usuario (cm2) Armadura “resultante”
Criterios usuario (S,Ø)
Separación mínima (cm)
Separación mínima (cm)
Ø, nº Sep.
Cualquiera de estos procesos puede obligar a aumentar la sección o detener el cálculo
Func
ión
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Vigas: se limita a un diámetro por posición. • Puede forzarse simetría en HI / HD o total.
Pilares: se igualan las armaduras por simetría:• BSHI = BSHD = BIHI = BIHD• BS = BI = HI = HD
Losas / Muros: • 4 posibles diámetros en reparto• 4 posibles diámetros en refuerzo
Reticulares:• Reparto superior:• Hasta 2 diámetros, uno por dirección
• Zona aligerada• 4 posibles diámetros en reparto• 4 posibles diámetros en refuerzo
• Zona de ábaco• 4 posibles diámetros en reparto• 4 posibles diámetros en refuerzo
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3.1.- AGOTAMIENTO POR SOLICITACIONES NORMALES
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Barras / Elementos Constructivos Losas / Reticulares / Muros
Barras canónicas
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3.2.- INESTABILIDAD.
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Incremento de la flexión en piezas comprimidas, debido al pandeo.
Longitud de pandeoPilares de edificios (Julian – Lawrence)
λNd, Mdx, Mdy
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3.2.- INESTABILIDAD.
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Datos/Generales/Pandeo Propiedades del elemento constructivo
Cálculo
Co
n a
rmad
ura
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3.3.- CORTANTE.
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Modelo de bielas y tirantes:
Agotamiento por compresión (bielas)
Agotamiento por tracción (tirantes)
Debe cumplir:• Cuantías mínimas.• Separaciones dependientes de Vu1.• ¿Existe armadura de compresión?• Compatibilidad con arm.
longitudinal
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3.3.- CORTANTE.
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Vd Nd
Compresión en el alma
Tracción en el alma
Aumenta sección
OK
OK Armadura no necesaria
SÍNO
¿Armadura de cortante?
+ armadura longitudinal
Capacidad necesaria acero
Armadura de compresión
Compatibilidad ramas
Armadura
Criterios de usuario (Ø, sep)
FALLA
¿Factible? SÍ
NO
FALLA
Cuantías mínimas
¿Factible?
SÍ NO
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3.3.- CORTANTE.
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Barras / Elementos Constructivos
Losas / Reticulares / MurosDatos / Generales
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3.4.- PUNZONAMIENTO
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Comprobación de la resistencia de una superficie uniforme frente a cargas puntuales (normalmente apoyos en pilares).
La comprobación básica es idéntica a la de cortante, extendida al perímetro crítico:
El efecto en este caso es el Esfuerzo efectivo Fsd,ef:
• No hay transferencia de momentos: Fsd,ef= Fd.
• Apoyo en soporte interior: Fsd,ef=1,15 · Fd.
• Apoyo en soporte de borde: Fsd,ef=1,40 · Fd.
• Apoyo en soporte de borde: Fsd,ef=1,50 · Fd.
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3.4.- PUNZONAMIENTO
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Consideración de huecos en el perímetro crítico
EHE
?
?
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3.4.- PUNZONAMIENTO
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Comprobaciones.
En el perímetro crítico (u1)Sin armadura Con armadura
En el borde del pilar (u2)
Exterior a la armadura de punzonamiento (un,ef)
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3.4.- PUNZONAMIENTO
arqu
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Fd= directamente del matricial
Fsd,ef
FALLO
Armadura
Hendimiento (compresión)
NO CUMPLE CUMPLE
Borde del pilar
P. Crítico sin armadura
Armadura total necesaria
Exterior a la armadura
NOSÍDescuenta armadura cortante
Armadura necesaria
¿Factible?
NOSÍ
NO CUMPLE
CUMPLE
¿Todo OK?
Sin armadura
NOSÍ
¿Todo OK?
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3.4.- PUNZONAMIENTO
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Pilares Forjados / Losas
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3.5.- RASANTE ALA - ALMA
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Esfuerzo efectivo
Rasante de agotamiento por compresión
Tensiones tangenciales en la unión ala – alma que tienden a desgarrar una de otra. Se asume el modelo de bielas y tirantes.
Rasante de agotamiento por tracción
Puede incrementar la armadura superior perpendicular (armadura de cosido)
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3.6.- TORSIÓN
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Tensiones tangenciales distribuidas en una sección eficaz situada en la zona exterior de la sección bruta. Se asume el modelo de bielas y tirantes.
Torsor de agotamiento por compresión
Torsor de agotamiento por tracción en la armadura transversal
Torsor de agotamiento por tracción en la armadura longitudinal
Puede incrementar la armadura longitudinal
Normalmente incrementa la armadura transversal (en barras)
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3.6.- TORSIÓN
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Separación máxima de los cercos de torsión: ue/8.
Sección he (cm) ue (cm) Smax
15x27 4,82 64,71 8,0920x27 5,00 74,00 9,2525x27 5,00 84,00 10,5030x27 5,00 94,00 11,7535x27 5,00 104,00 13,0040x27 5,00 114,00 14,2545x27 5,00 124,00 15,50
Cuando Td>Tu2, los cercos tendrán al menos esta separación
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3.6.- DEFORMACIÓN
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Concepto de flecha instantánea, diferida y total
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3.7.- DEFORMACIÓN
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Proceso de cálculo de flechas
Cálculo matricialEsfuerzos
Desplazamientos de las secciones brutas
Inercias equivalentes (fórmula de Branson)
Inercia bruta
Inercia fisurada
Recálculo de deformaciones con inercia equivalente
Flechas instantáneasHistorial de cargas
Flechas diferidas
Flecha activa Flecha total
Armadura de compresión
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3.7.- DEFORMACIÓN
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Impl
emen
taci
ón e
n ES
win
Elementos constructivos
Losas / Reticulares / Muros
Datos / Historial de cargas
Datos Generales / Edificio
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Juan López Peñalver 8, Parque Tecnológico de Andalucía
29590 Málaga, España, [email protected]
+34 952020165