CYPE 3D ZERO
T1 Ménsula de madera RESPONSABILIDADES: El contenido de esta obra elaborada por ZIGURAT Consultoría de Formación Técnica, S.L. está protegido por la Ley de Propiedad Intelectual Española Española que establece, penas de prisión y o multas además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita a ZIGURAT. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. www.e-zigurat.com
CYPE 3D ZERO T1 Ménsula de madera
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. Visión global ......................................................................................................................... 3 2. Abrir Cype 3D ........................................................................................................................ 4 3. Crear una obra ...................................................................................................................... 6 4. Descrip Descr ipci ción ón de la obra ob ra ............... ...................... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ................ ............... ............... ............. .....10 5. Datos generales .................................................................................................................. 11 6. Intro Int rodu ducc cció ión n de la barr a ............... ....................... ............... ............... ................ ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .......... ...12 7. Descrip Descr ipci ción ón del perf il .............. ...................... ................ ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............ ........ ... 15 8. Nudos................................................................................................................................... Nudos ................................................................................................................................... 17 9. Cargas.................................................................................................................................. Cargas.................................................................................................................................. 18 10. Cálculo ............................................................................................................................... 22 11. Deformada ......................................................................................................................... 23 12. Esfuer Esf uerzos zos ............................. .............................. ............................. .............................. ..... 26 13. Comp Co mpro robaci baci ones on es de resi stenci st encia a ..................... ............................ ............... ............... ............... ............... ............... ................ ............... ........... .... 29
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ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. Visión global ......................................................................................................................... 3 2. Abrir Cype 3D ........................................................................................................................ 4 3. Crear una obra ...................................................................................................................... 6 4. Descrip Descr ipci ción ón de la obra ob ra ............... ...................... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ................ ............... ............... ............. .....10 5. Datos generales .................................................................................................................. 11 6. Intro Int rodu ducc cció ión n de la barr a ............... ....................... ............... ............... ................ ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .......... ...12 7. Descrip Descr ipci ción ón del perf il .............. ...................... ................ ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............ ........ ... 15 8. Nudos................................................................................................................................... Nudos ................................................................................................................................... 17 9. Cargas.................................................................................................................................. Cargas.................................................................................................................................. 18 10. Cálculo ............................................................................................................................... 22 11. Deformada ......................................................................................................................... 23 12. Esfuer Esf uerzos zos ............................. .............................. ............................. .............................. ..... 26 13. Comp Co mpro robaci baci ones on es de resi stenci st encia a ..................... ............................ ............... ............... ............... ............... ............... ................ ............... ........... .... 29
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1. Visión isi ón glob g lobal al El objetivo de este primer tema es tomar contacto con el programa de manera rápida pero recorriendo todos los pasos de un cálculo. Para ello usamos como ejemplo una sencilla ménsula horizontal (negra) de madera con cargas verticales (verdes).
Figura 1.1 De Descr scripc ipción ión de la obr a
Empezamos abriendo Cype 3D y ojeando cómo es la pantalla. Creamos la nueva obra e introducimos la geometría y las cargas.
Figura 1.2 Geometría Geometría y cargas
Estamos listos para calcular y consultar los resultados.
Figura 1.3 Resul Resultados tados
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2. Abrir Cype 3D Abrimos Cype 3D desde el menú general de Cype
Figura 2.1 Menú general de Cype
Trabajamos con el Sistema Internacional (S.I.) de unidades
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La pantalla de Cypecad es la clásica de los programas de Windows.
Barra de título: programa, versión y nombre del archivo. Barra de menús: con menús desplegables que permiten acceder a todas las funciones del programa. Barras de herramientas: botones que permiten acceder a las funciones más habituales con un clic. Área gráfica: muestra la estructura. Pestañas: permite seleccionar el área gráfica de la estructura o de la cimentación. Barra de estado: aporta información de lo que estamos haciendo.
Figura 2.2 Pantalla de Cype 3D
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3. Crear una obra Para crear una obra nueva vamos al menú Archivo-Nuevo y le damos nombre (rojo). Podemos añadir una descripción (naranjo) o especificar una ruta (verde).
Figura 3.1 Crear una obra
Seleccionamos Obra vacía.
Figura 3.2 Obra vacía
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En el menú Datos generales podemos personalizar la normativa, los materiales, las accciones y diversas opciones que iremos viendo más adelante.
Figura 3.3 Datos generales
Ahora pulsamos el botón Terminar, en la ventana Estados límite, pulsamos Aceptar.
Figura 3.4 Ventana Estados límite
Podemos volver al menú de datos generales y cambiar cualquier dato en cualquier momento entrando en el menú Obra-Datos generales o bien pulsando el botón Datos generales en la barra de herramientas.
Figura 3.5 Acceso a la ventana Datos generales
Podemos acceder a las funciones más habituales bien usando los menús desplegables o bien usando las barras de herramientas. No hay diferencia entre hacerlo de una manera u otra, es simplemente una cuestión de comodidad y velocidad. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
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En cualquier momento podemos guardar la obra entrando en el menú Datos generales-Guardar o bien con el botón Guardar.
Figura 3.6 Guardar
Además, el programa guarda la obra automáticamente cuando la calculamos. La opción Guardar como nos permite hacer una copia del archivo con otro nombre. Para salir del programa vamos al menú Archivo-Salir. El programa nos pregunta si queremos grabar o no lo obra; también tenemos la opción de Cancelar si cambiamos de opinión y no queremos salir.
Figura 3.7 Salir
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Cuando entramos en el programa se abre automáticamente la última obra en la que estuvimos trabajando. Para abrir cualquier otra obra vamos al menú Archivo-Administración de archivos o al botón Administración de archivos.
Figura 3.8 Administ ración de archivos
Se abre el menú Administración de archivos. En el panel de navegación (verde) buscamos la carpeta donde tengamos la obra. Las obras de la carpeta actual aparecen a la derecha (rojo).
Figura 3.9 Menú Administración de archivos
Para abrir una obra la seleccionamos con un clic y pulsamos el botón Abrir (azul). También podemos abrirla haciendo doble clic sobre ella. Las obras de Cype 3D se guardan en archivos con extensión .ed3.
Figura 3.10 Extensi ón .ed3 de ob ra de Cype 3D
No se pueden abrir archivos de Cype 3D directamente desde el explorador de Windows, siempre hay que hacerlo desde el Administrador de archivos del programa.
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4. Descripción de la obra La obra que vamos a introducir en este tema es una ménsula horizontal de 2 m de luz/claro. La ménsula es de madera C14 con sección S-200x120 de la serie Maciza h-200. Nota: Si usamos versiones de Cype 3D anteriores a la 2016.n la nomenclatura de los perfiles de madera es diferente, será un perfil V-200x120 de la serie Vigas-120. La ménsula está empotrada en un extremo y tiene dos cargas:
Una carga muerta uniforme de 2 kN/m Una carga viva puntual de 2 kN en el extremo de la ménsula.
Figura 4.1 Descripción de la obra
El primer paso es crear una obra nueva y guardarla con un nombre descriptivo en la carpeta que deseemos.
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5. Datos generales Accedemos a la ventana Datos generales. Pulsamos el botón Normas y elegimos Eurocódigo 5 para madera (rojo). En principio no afecta la normativa elegida para los otros materiales, pero seleccionamos también los eurocódigos por coherencia. Además, minimizamos la posibilidad de situaciones imprevistas por la coexistencia de cuerpos normativos diferentes en la misma obra. Pulsamos el botón Madera elegimos Aserrada procedente de coníferas o chopos C14 con clase de servicio 1 (verde).
Figura 5.1 Normas y materiales
Al cambiar la norma puede pedirnos definir la categoría de uso. Elegimos A para madera. Para otros materiale, es irrelevante.
Figura 5.2 Categorías de us o
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6. Introducción de la barra Vamos al menú Barra-Nueva o pulsmos el botón de barra nueva. Si se abre la ventana Describir, aceptamos sin más, analizaremos los perfiles más adelante.
Figura 6.1 Ventana Describi r
Ahora tenemos la ventana Nueva barra (rojo). La capa Activa es Por defecto. Debajo tenemos el botón de perfil que indica [Barra] IPE 80. El ángulo es nulo. La barra de estado (verde) nos emplaza a introducir un punto.
Figura 6.2 Nueva barra
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Si hacemos doble clic en la barra de estado, se amplía y detalla más: ahora, además de emplazarnos a introducir el punto, muestra un ratón que señala que se introduce con el botón izquierdo.
Figura 6.3 Barra de estado con información ampliada
Aproximamos el cursor al origen de coordenadas. Toma forma de aspa, lo que indica que ha detectado la intersección entre los ejes.
Figura 6.4 Origen de coord enadas captu rado
Pulsamos con el botón izquierdo. Hemos introducido el primer punto. Ahora, al mover el cursor, tenemos una previsualización de la barra, esperando al segundo punto.
Figura 6.5 Primer punto introduci do
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Ahora nos aproximamos a un punto cualquiera del eje X. El cursor toma forma de doble triángulo, lo que indica que está capturando un punto del eje cercano a la posición del cursor. Nos muestra también una medida (en la captura, 2.1523 m) y un ángulo (en la captura, 0º), que nos da una pista de la longitud de la barra. No es necesario afinar esta medida.
Figura 6.6 Captura de punto c ercano al curs or en el eje X
Simplemente hacemos clic con el botón izquierdo. Aparece una ventana que nos pide definir la longitud. Tecleamos 2.00 y confirmamos clicando con el botón izquierdo sobre el tic verde.
Figura 6.7 Introducci ón del segundo punto
Ya tenemos la barra introducida. Nos pide otro punto
Figura 6.8 Segundo punto introduci do
Como no vamos a introducir más barras, pulsamos el botón derecho. Ya tenemos la barra.
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7. Descripción del perfil Al introducir la barra hemos dejado el perfil por defecto, que es un perfil de acero laminado IPE 80. Podríamos haberlo cambiado en aquel momento, pero queríamos introducir la barra cuanto antes y lo hemos dejado así. Para editarlo, vamos el menú Barra-Describir barra. Se abre la ventana Describir, en la que podemos seleccionar el perfll.
Figura 7.1 Describir
En Tipo marcamos Genérico En Selección del material, marcamos Perfil de madera. En Selección del perfil marcamos Rectángulo macizo. En Serie de perfiles marcamos Maciza h-200 En Perfil marcamos S-200x120 En datos adicionales dejamos Perfil simple, que es la única opción.
Aceptamos. Si nos pide Clase de servicio seleccionamos 1.
Figura 7.2 Clase de servici o
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Tenemos la barra introducida.
Figura 7.3 Barra de madera
Podemos ver una infografía entrando en el menú Herramientas-Vista 3D-Estructura completa
Figura 7.4 Vista 3D de la estruc tura
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8. Nudos Entramos en el menú Nudo-Vinculación exterior. Al pasar por encima de cualquier nudo, el cursor cambia su forma cuadrada por una mano, el nudo se pone cian y emerge informacion sobre el nudo, concretamente su nombre y coordenadas.
Figura 8.1 Selección de nud os
En la barra de estado el programa nos emplaza a seleccionar un grupo de nudos, es decir, uno o varios nudos sobre los que actuaremos. Si tenemos desplegada la ayuda de la barra de estado (haciendo doble clic sobre ella) podemos ver además que los nudos se seleccionan clicando con el botón izquierdo y se finaliza la selección con el boton derecho. Seleccionamos el nudo N1. Se abre la ventana Vinculación exterior. Seleccionamos la opción Empotramiento. Esto significa que todos los desplazamientos y giros son fijos. Aceptamos. El nudo muestra gráficamente el símbolo de empotramiento.
Figura 8.2 Vinculación exterior
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9. Cargas Por defecto el programa ha introducido el peso propio. Podemos verlo entrando en el menú Cargas-Condición vista o Cargas-Hipótesis vista, dependiendo del idioma de la instalación. La carga de peso propio se muestra en color amarillo.
Figura 9.1 Peso propi o
Para introducir la carga muerta necesitamos generar la hipótesis o condición de carga muerta. Entramos en la ventana Datos generales y pulsamos el botón Hipótesis adicionales, que abre la ventana Hipótesis adicionales. En la fila Cargas muertas pulsamos el botón Adicionales. Se abre la ventana Cargas muertas. Pulsamos el bot´nio Nueva hipótesis adicional. Nos vale el nombre por defecto CM1, aunque podríamos cambiarlo.
Figura 9.2 Crear condición o hipótesis de carga muerta
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Del mismo modo creamos una condición o hipótesis de carga viva o sobrecarga, que se llamará CV o Q (dependiento del idioma de instalación). Ahora tenemos, además del peso propio, una hipótesis de carga muerta y una de carga viva.
Figura 9.3 Hipótesis o condicio nes definidas
Si volvemos al menú Cargas-Condición vista vemos que tenemos las tres disponibles. Activamos la casilla Ver todos para poder ver las cargas que vamos a introducir.
Figura 9.4 Condición vista
Es cómodo activar la casilla Ver todos cuando tenemos una obra sencilla con pocas cargas. En obras grandes, con muchas hipótesis y muchas cargas, resulta útil desactivarla.
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A continuación podemos ya introducir las cargas. Empezamos por la carga muerta lineal. Vamos al menú Cargas-Introducir cargas sobre barras. Al pasar el ratón sobre la barra el cursor toma la forma de mano y la barra se vuelve cian (en la captura se ve verdosa porque se mezcla el cian de la barra con el amarillo de la carga de peso propio).
Figura 9.5 Introducir cargas sobre barras
Para seleccionar la barra clicamos con el botón izquierdo. La barra se pone naranja.
Figura 9.6 Selecció n de la b arra
Para finalizar la selección clicamos con el botón derecho. En Cype 3D seleccionamos los objetos clicando con el boton izquierdo y confirmamos la selección con el botón derecho. Esto permite seleccionar cuantos objetos queramos antes de confirmar. Si clicamos con el botón izquierdo sobre un objeto ya seleccionado, lo deseleccionamos. Podemos distinguir los objetos seleccionados por su color naranjo.
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Una vez completada la selección aparece el menú de introducción de cargas.
Figura 9.7 Carga muerta lineal de 2 kN/m
En condición o hipotesis seleccionamos CM1 En tipo de carga seleccionamos Carga uniforme En Valor introducimos 2 kN/m En ejes seleccionamos Ejes globales (está por defecto) En Dirección y sentido seleccionamos Dirección según el eje Z en sentido negativo (está por defecto)
Del mismo modo introducimos la carga viva puntual de 2 kN.
Figura 9.8 Carga viva pun tual de 2 kN
En condición o hipotesis seleccionamos CV En tipo de carga seleccionamos Carga puntual En Valor introducimos 2 kN/ Activamos posición relativa y en distancia introducimos 1. La posición relativa puede variar entre 0 para el inicio de la barra y 1 para el final de la barra. Dejamos ejes globales y Dirección según el eje Z en sentido negativo
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10. Cálculo Una vez introducida la geometría y las cargas podemos calcular la obra. Vamos al menú Cálculo-Calcular.
Figura 10.1 Calcul ar
Seleccionamos No dimensionar perfiles. Activamos Comprobar las barras. La opción Considerar la dimensión finita de los nudos es irrelevante en esta obra.
Aceptamos y aparece un aviso sobre los parámetros de pandeo. Aceptamos sin más, o mejora aún, pulsamos No volver a mostrar este mensaje, para que no nos salga si recalculamos.
Figura 10.2 Aviso
La obra está calculada. El informe final nos dice que no se ha activado la comprobación de resistencia al fuego, algo que ya sabíamos.
Figura 10.3 Informe fi nal
Cerramos la ventana Informe final para consultar los resultados. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
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11. Deformada Una vez calculada la obra, es buena práctica empezar consultando la deformada para comprobar que se comporta como esperamos. Entramos en el menú Cálculo-Deformada e isovalores de la ventana activa.
Figura 11.1 Deform ada e isovalores de la ventana acti va
Se abre una ventana en la que podemos ver la estructura deformada, en color según su deformación; en la parte inferior podemos ver la escala, siendo verde lo menos deformado y rojo lo más deformado. Podemos apreciar que la deformación corresponde a una ménsula, es nula en el empotramiento y aumenta hacia el extremo. El factor de escala (verde) nos permite apreciar mejor la deformación; en la captura está puesto 500; si ponemos más, se ve aún más claro. El botón Animación (azul) abre una ventana donde se ve la deformación en movimiento.
Figura 11.2 Animació n
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La opción Ver la estructura, muestra la estructura con su espesor en modo traslúcido, de modo que se superpone con la deformada.
Figura 11.3 Ver la estruc tura
Si en el desplegable Comb. seleccionada elegimos Hipótesis simple, podemos consultar la deformación para cada hipótesis, en este caso peso propio, carga muerta (CM1) y carga viva (CV1).
Figura 11.4 Hipótesis simples
También podemos consultar la deformada por combinaciones.
Figura 11.5 Combinacio nes
Las combinaciones agrupadas como Desplazamientos simplemente suman las diferentes hipótesis. En este caso tenemos una combinación con las cargas permanentes (peso propio y carga muerta) y otra combinación que incluye también la carga viva. Las combinaciones según las comprobaciones para cada material aplican los factores o coeficientes de seguridad de la normativa seleccionada para ese material. A efectos de deformación no suelen resultar relevantes, lo serán a efectos de comprobaciones de resistencia.
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Como ejemplo, consultamos la deformación para la combinación de desplazamientos PP+CM+CV1. Vemos que la deformación varía desde 0 en el empotramiento a algo más de 11 mm en la punta.
Figura 11.6 Deformación
En el menú Ver podemos activar o desactivar la casilla Opciones para que se vea o no la ventana de opciones. Por defecto está activada, pero conviene tenerlo presente por si en algún momento no la vemos
Figura 11.7 Ver opcio nes
Para salir de la ventana de deformaciones podemos pulsar el botón Terminar (rojo) o simplemente cerrar la ventana (verde) como cualquier ventana de Windows.
Figura 11.8 Salir
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12. Esfuerzos Entramos en el menú Calculo-Esfuerzos.
Figura 12.1 Esfuerzos
Rojo: podemos consultar los diagramas o leyes (dependiendo del idioma de instalación), es decir, esfuerzos por hipótesis o combinaciones, o bien las envolventes, que son los esfuerzos máximos de todas las combinaciones Verde: podemos elegir que se muestren los gráficos para todas las barras o sólo las seleccionadas. Azul: elegimos qué esfuerzo mostrar: axil, cortante, momento e incluso deformaciones. Magenta: varias opciones de visualización Naranjo: Si hemos elegido Diagramas o leyes, podemos elegir la combinación que queremos consultar.
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Por ejemplo, consultamos el diagrama de momentos flectores My para la hipótesis simple de carga muerta CM1. Activamos la casilla Ver valores máximos y mínimos. Hemos aumentado la escala de visualización del diagrama a 1.00 para que se vea más claro.
Figura 12.2 Momentos flecto res para la hipótesi s de carga muerta
Como sería de esperar, el momento es -4,00 m·kN, que corresponde a una carga lineal de valor 2 kN/m en un vuelo de 2,00 m. M=q·L²/2=-2×2,00²/2=-4,00 m·kN Para la carga viva el momento es igualmente -4,00 m·kN, correspondiente a una carga puntual de valor 2 kN en la punta de un vuelo de 2,00 m. M=p·L=-2×2,00=-4,00 m·kN
Figura 12.3 Momento flector para la hipótesis de carga viva
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Para el dimensionamiento nos interesa el momento en una combinación de madera. Es evidente que el momento máximo es el que corresponde a la combinación que incluye las cargas permanentes y las variables afectadas por el coeficiente de seguridad.
Figura 12.4 Momento flector para la combinación seleccionada
Consultamos ahora la envolvente. El valor es el mismo, lo que confirme que efectivamente la combinación de la captura anterior ofrecía el momento máximo.
Figura 12.5 Momento f lector para la envolvente
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13. Comprobaciones de resistencia La comprobación más sencilla se hace entrando en el menú Cálculo-Comprobar elementos.
Figura 13.1 Comprobar elementos
Al pasar por encima de una barra, se despliega un resumen de su estado:
Nudos que une y longitud: en este caso, la barra está entre N1 y N2 y tiene 2 m. Capa: en este caso, por defecto Sección y material: sección S-200x120 y material madera C14. Aprovechamiento de resistencia: cociente –en porcentaje- entre el esfuerzo que actúa y el esfuerzo que resiste la sección. Si es mayor que 100, el esfuerzo que actúa es mayor que el esfuerzo que resiste y por lo tanto no cumple. En este caso el aprovechamiento es 113 %, mayor que el 100 %, no cumple, por eso está en rojo y con un símbolo de aviso (el círculo rojo con aspa blanca). Aprovechamiento de flecha: el concepto es el mismo, pero no hemos limitado la flecha y por lo tanto no se hace la comprobación.
Finalmente, nos emplaza a pulsar para obtener una tabla con todos los perfiles de la serie.
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Pulsamos sobre la barra y obtenemos el listado. Vemos que ningún perfil de la serie cumple.
Figura 13.2 Perfiles de la serie
Para analizarlo con más detalle vamos al menú Cálculo-Comprobaciones E.L.U.
Figura 13.3 Comprobació nes E.L.U.
Seleccionamos En el punto más desfavorable y pulsamos sobre la barra.
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Se despliega un listado con las comprobaciones realizadas. Las que cumplen, tienen un tick verde, las que no cumplen se señalan en rojo.
Figura 13.4 Listado de comprobaciones
Vemos que la comprobación que no cumple es la de resistencia a flexión en el eje Y. Pulsamos sobre ella y aparece su desarrollo en la parte inferior
Figura 13.5 Comprobación de resistencia a flexión
Nos indica la comprobación que no cumple y el artículo que la exige. A continuación desarrolla pormenorizadamente el cálculo.Podemos notar que el momento que actúa, 11,62 m·kN, es el mismo que habíamos visto como máximo en el cálculo de esfuerzos. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
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Si pulsamos el botón Ver el listado completo
Figura 13.6 Ver el lis tado com pleto
aparece el listado de todas las comprobaciones, precedido de un esquema de la sección y un interesante resumente de todas las comprobaciones en una tabla.
Figura 13.7 Listado completo
Además, el botón Exportar nos permite obtener el listado completo en diversos formatos: pdf, docx, txt, html y rtf.
© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
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CYPE 3D ZERO T1 Ménsula de madera
Dado que necesitamos mayor resistencia a flexión, volvemos al menú Barra-Describir, seleccionamos la barra y cambiamos a una sección S-260x120.
Figura 13.8 Perfil cor regido
Calculamos y consultamos nuevamente la serie.
Figura 13.9 Comprobació n de la serie
Vemos que el perfil S-260x120 elegido no cumple, pero el siguiente de la serie, S-260x140, sí cumple. Hacemos doble clic sobre él y aceptamos.
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