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2 moþildl= = La presente publicación recoge algunos de los ejercicios de exámenes realizados durante el curso 2009/2010, correspondientes a la asignatura Estructuras Metálicas, impartida en las titulaciones de Ingeniería Técnica de Obras Públicas e Ingeniería Geológica. Dichos ejercicios están resueltos con el Código Técnico de la Edificación (CTE), vigente desde marzo de Las soluciones planteadas no tienen por qué ser únicas, por lo que al revisarlas, debéis tener la suficiente visión de conjunto para entender que en estructuras, por lo general, no tienen por qué ser siempre 4, ya que hay diversos caminos para llegar a una solución aceptable. Espero que esta recopilación sea de provecho como material de apoyo para preparar la asignatura a todos vosotros. Así mismo, aprovecho para pediros que si encontráis alguna errata en las soluciones planteadas nos lo hagáis saber para corregirlo en futuras ediciones. Alicante, a 1 de octubre de 2010 Prof. Luis Bañón Blázquez Profesor Responsable de la asignatura

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4 ÇáÅçéáì= 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 2 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 1 Convocatoria: Diciembre 2009 Fecha: Mínimo eval.: 8/25 Curso: Tiempo: 75 min Valor: 25/70 Se permite el uso de calculadora programable y todo tipo de material bibliográfico auxiliar. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. La estructura de la figura representa una cubierta para una instalación deportiva, compuesta por una viga armada de la sección indicada. La viga sustenta una cubierta ligera soportada por correas soldadas al ala inferior de la viga cada 1,50 m., y recibe una carga total de cálculo q d = 39,12 kn/m. Se pide: a) Dimensionar el espesor e frente a ELS de Deformaciones y frente a ELU de Resistencia de Secciones, determinando la clase resistente de la sección. b) Comprobar la validez de la viga obtenida en el apartado anterior frente a pandeo lateral, sabiendo que existen correas soldadas al ala inferior de la cubierta cada 1,50 metros. c) Comprobar la validez de la viga frente a abolladura del alma, sabiendo que los apoyos están rigidizados frente a la abolladura. d) Calcular el mínimo espesor a de la garganta correspondiente a la soldadura de unión de la viga al soporte izquierdo.

5 Datos: Acero S 275 Espesores disponibles de chapa: 8, 10, 12, 16, 20, 24 mm. Carga característica sobre la viga q k = 27,7 kn/m Flecha máxima en el voladizo de la viga: Los datos y coeficientes no indicados en el enunciado deben ser adoptados de forma justificada por el alumno Las leyes de esfuerzos a emplear para la resolución del problema son las siguientes:

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10 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 3 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 2 Convocatoria: Diciembre 2009 Fecha: Mínimo eval.: 8/25 Curso: Tiempo: 60 min Valor: 25/70 Se permite el uso de calculadora programable y todo tipo de material bibliográfico auxiliar. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. ÇáÅçéáì= En la estructura articulada de la figura adjunta, sometida a una acción variable P, se pide: Datos: Distancia AC = 2 m. Distancia AB = 3 m. Acero S 275 J0 a) Considerando las barras de sección tubular Ø45.4 y de acero laminado en caliente: a.1) Clasificar la sección a.2) Calcular la menor magnitud de la carga P para la cual se produce la rotura de la estructura, indicando para qué barra se inicia la misma. b) Considerando las barras como la sección indicada en la figura correspondiente (Fig. 2): b.1) Clasificar la sección en función de su espesor e b.2) Calcular el valor de e para la cual se produce la rotura de la estructura, para un valor de P = 500 kn, indicando para qué barra se inicia la misma y en qué plano de pandeo. Nota: Los datos y coeficientes no indicados en el enunciado deben ser adoptados de forma justificada por el alumno

11 Fig. 1 Parámetros sección hueca circular, Apartado a) Fig. 2 Geometría de la sección, Apartado b)

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17 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 1 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 1 Convocatoria: C3 - Junio 2010 Fecha: Curso: 2009/2010 Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 ÇáÅçéáì La pasarela peatonal de la figura, compuesta por una losa biapoyada, está soportada por un perfil HEA 240 de acero S 275 JR cada 20 metros de longitud de pasarela. Los extremos de dicho perfil son rótulas cilíndricas: permiten el giro en el plano del dibujo pero no permiten el giro en el perpendicular. Las acciones a considerar son: - Peso propio de la losa, pavimento y otros elementos auxiliares G K = 10 kn/m 2. - Sobrecarga de uso Q K1 - Sobrecarga de nieve Q K2, correspondiente a Alicante. - Sobrecarga de viento sobre la losa (vertical y hacia abajo): Q K3 = 2 kn/m 2. Se pide: a) Calcular la máxima carga que es capaz de soportar el perfil HEA. b) A partir de la carga obtenida, calcular cual es la sobrecarga de uso máxima en valor característico que es capaz de soportar la estructura. NOTA: SE ADJUNTA TABLA DE CARACTERISTICAS DE LA SERIE HEA EN EL ANVERSO DE LA HOJA

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22 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 2 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 2 Convocatoria: C3 - Junio 2010 Fecha: Curso: 2009/2010 Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 ÇáÅçéáì El siguiente esquema estructural está soportado por una viga armada de acero S 275 J0 en cajón soldado, de las características geométricas indicadas en la figura. P d = 400 kn Se pide: cotas en mm a) Calcular el valor de H (en mm) para que la viga cumpla a ELU de resistencia de secciones. Como condición se impone que el valor mínimo de H sea tal que pueda despreciarse la reducción del momento plástico resistido por la sección debido al esfuerzo cortante. H deberá ser múltiplo de 10 mm. b) Con el valor de H obtenido en el apartado anterior, se pide: b1) Clasificar la sección. b2) Comprobar el pandeo lateral del ala comprimida. Arriostrar lateralmente o dar cualquier otra solución, si fuera necesario, adoptando C 1 = 1,0 b3) Comprobar la abolladura del alma en la viga. b4) Realizar la comprobación de cargas concentradas, rigidizando el alma si fuera necesario. Tomar S s = 300 mm. NOTA: Determinación del valor de I t :

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28 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 3 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 3 Convocatoria: C3 - Junio 2010 Fecha: Curso: 2009/2010 Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 ÇáÅçéáì Usted es el ingeniero de oficina técnica de una importante obra. Mediante una breve conversación telefónica, el jefe de obra le informa que necesita unir urgentemente un tirante compuesto por 2 UPN 120 a un soporte metálico de sección cuadrada de 200 mm. de lado mediante una cartela central de 15 mm. de espesor, del mismo tipo de acero que los anteriores elementos (S 275 JR). Para ello, se emplearán dos filas de tornillos M entre tirante y cartela, y cordones de soldadura en ángulo para vincular la cartela al soporte. La unión debe ser capaz de resistir la máxima carga que le pueda transmitir el tirante. Por ello, se le pide diseñar las mencionadas uniones, así como determinar las dimensiones mínimas necesarias de la cartela, expresadas en múltiplos de 10 mm. Entre su documentación cuenta con una tabla donde se indican los términos de sección del perfil UPN 120:

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33 ÇáÅçéáì 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 1 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 1 Convocatoria: C4 - Julio 2010 Fecha: Curso: Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Se valorarán negativamente las leyes de esfuerzos de la estructura incorrectamente resueltas. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 Para el acceso al auditorio de cierta ciudad se diseña la pasarela peatonal biapoyada de la figura. La estructura resistente está compuesta por 2 parejas de IPE600 unidos mediante soldadura en las alas en toda su longitud. Para evitar los efectos de una flexión excesiva se aplica una fuerza descendente en los extremos (de carácter permanente) de valor F K = 14.8 kn (F d = 20 kn). Alzado Sección La pasarela soporta, además de la carga F d, las siguientes acciones: - Peso propio de la estructura, losa y pavimento: G K1 = 4.50 KN/m 2 - Sobrecarga de uso Q K1 correspondiente al uso C3 (acceso a un edifico público) - Sobrecarga de nieve Q K2 = 0.50 KN/m 2 (considerar altitud inferior a 1000 m.) Con los datos proporcionados, se pide: a) Comprobar el ELS de deformaciones en la fase de montaje (sin la aplicación de acciones variables) y en fase de servicio. b) Comprobar la validez de la viga frente al ELU de Resistencia de Secciones en las hipótesis de máxima flexión en los apoyos y de máxima flexión en el vano. c) Comprobar la validez de la viga frente a ELU de Pandeo Lateral en la hipótesis de máxima flexión en el vano, sabiendo que los apoyos de la estructura impiden el pandeo lateral de la viga. Datos de partida: - Acero S Flecha máxima en el centro de la viga: Por cargas puntuales (F): = ; Por cargas distribuidas (q): f = siendo L la longitud del vano en las expresiones del cálculo de las deformaciones. - Considerar C 1 =1,0 ; i fz = i z ; I T,2IPE =2 I T,1IPE - Todos los datos y coeficientes no indicados deben ser justificados por el alumno

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39 ÇáÅçéáì 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 2 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 2 Convocatoria: C4 - Julio 2010 Fecha: Curso: Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Se valorarán negativamente las leyes de esfuerzos de la estructura incorrectamente resueltas. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 La visera del Nuevo Estadio Rico Pérez de Alicante está constituida por una sucesión de celosías metálicas de acero laminado en caliente S 275 J0, trabajando en voladizo y separadas 5 m. entre sí, tal y como se muestra en la siguiente figura: Perspectiva-Sección Para la hipótesis principal de diseño, que supone una sobrecarga uniforme q d = 3 kn/m² sobre el tramo horizontal BD, recibida por riostras transversales situadas en cada uno de los nudos, se pide dimensionar justificadamente los siguientes elementos, empleando un único perfil tubular de sección cuadrada para cada uno de los grupos indicados a continuación: a) Barras AB, AC y BC b) Cordón superior e inferior, suponiendo arriostramientos laterales en cada nudo c) Montantes y diagonales de la celosía BCD, soldados perimetralmente a los cordones NOTA: Se adjunta al dorso tabla de características de los perfiles a emplear

40 PRONTUARIO DE PERFILES HUECOS CUADRADOS LAMINADOS EN CALIENTE

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45 ÇáÅçéáì 6302 ESTRUCTURAS METÁLICAS PARTE: 3 de 3 EJERCICIO PRÁCTICO 3 Convocatoria: C4 - Julio 2010 Fecha: Curso: Tiempo: 60 min Se permite el uso de calculadora programable, normativa CTE y resúmenes manuscritos por el alumno. Deberán justificarse suficientemente los resultados obtenidos. Se valorarán negativamente las leyes de esfuerzos de la estructura incorrectamente resueltas. Los elementos no definidos en el ejercicio se suponen de resistencia suficiente. Valor: 1/3 Dada la estructura de la figura, utilizando acero S 275 JR, considerando indeformables los angulares para el cálculo de esfuerzos, y teniendo en cuenta que las cargas permanentes se encuentran mayoradas, se pide: a) Diseñar y calcular el nudo A por medio de tornillos de acero 4.6.

46 b) Diseñar y calcular del nudo A por medio de soldadura. Datos auxiliares para la resolución del ejercicio:

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