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INTRODUCCIN
Anteriormente el transporte de carga dentro de una instalacin industrial
dependa de brazos, palancas o trpodes, con un polipasto, aparejo o tecle
en el extremo superior de los mismos, esto hacia que para movilizar
mencionada carga se necesite mucho espacio de operacin y los
movimientos sean limitados, posterior a esto los ingenieros vieron la
necesidad de crear los llamados puentes-gra, estas son mquinas
utilizadas para la elevacin y transporte de carga, generalmente en procesos
de almacenamiento o curso de fabricacin.
Estas mquinas se colocan por encima de las instalaciones, y permiten la
movilidad de la carga en seis direcciones arriba, abajo, izquierda, derecha,
frente y atrs. Un Puente Gra se compone generalmente por una estructura
simple o doble, rematada en dos testeros (vigas principales) mviles y
sincronizados dotados de ruedas con doble pestaa para su en carrilamiento
(garruchas). Apoyado en dicha estructura y con capacidad para moverse, se
encuentra encarrilado a lo largo de la misma, un carro automotor (trolley) el
cual soporta un polipasto o tecle, tecle que puede ser elctrico o manual, en
el caso de ser elctrico el cableado de izamiento se descuelga entre ambas
partes de la estructura. La combinacin de movimientos se encuentra
delimitada por la longitud de los rieles por donde se desplazan los testeros y
por la separacin entre ellos.
El riel de desplazamiento se encuentra aproximadamente en el mismo plano
horizontal que el carro, por ende la altura de trabajo est determinada por
estos factores. La elevacin de los carriles implica la existencia de una
estructura para su sustentacin. En mquinas al aire libre la estructura es
siempre especfica para este fin; en las de interior puede ser aledaa o
incorporada a la de la propia nave atendida por la mquina.
El manejo de la mquina puede hacerse desde una cabina aadida a la
misma y de darse el caso esta se encuentra generalmente sobre uno de sus
testeros, de forma mecnica (el operador se mueve igual que la carga); de
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forma automatizada mediante el uso de programas computacionales o el uso
de PLC, s.
En general los Puentes-Gra son mquinas para elevacin y transporte demateriales, pueden funcionar en el interior como en el exterior de una nave
industrial, de uso muy comn tanto en almacenes industriales, como talleres.
Constan de una estructura elevada formada por una o varias vigas
metlicas, con un sistema de desplazamiento de ruedas sobre rieles
laterales, movidos mecnicamente, o elctricamente por uno o ms motores
elctricos, con un sistema elevador central mediante polipasto o tecle y
gancho.
El presente documento consta de cuatro captulos el primero donde se
manifiesta el porqu de este trabajo, el planteamiento del problema,
justificacin y los respectivos objetivos.
En el captulo dos se menciona los antecedentes del tema, elementos del
puente gra e informacinsobre la viga principal, se define claramente lo
que es un puente gra.
El captulo tres hace una comparacin de la metodologa de estudio a
emplearse, en general, as como los clculos que hacen referencia a la
norma A.I.S.C, la mayora de los cuales se basan en la comparacin y la
investigacin debido a que mencionada norma por su alto costo es de difcil
acceso.
Finalmente en el captulo cuatro se encuentran las referencias, las
conclusiones, recomendaciones y los anexos tanto en tablas, como figuras
utilizadas en el desarrollo de este proyecto.
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RESUMEN
La falta de una metodologa bsica de diseo para los componentes queconforman un puente gra, y el alto costo de los libros en los cuales se
encuentra esta metodologa, es el motivo de la investigacin del presente
trabajo, lgicamente para poder entender la descripcin, usos y partes del
puente gra, es necesario los conceptos bsicos del mismo, en el cual se
describe estos parmetros, para posteriormente y luego de escoger la
metodologa de investigacin proceder a realizar los clculos, cabe recalcar
que estos clculos son bsicos para una determinada longitud de puente,debido a que a mayor longitud mayor complejidad de clculo.
Al hablar de un puente gra nos referimos a que es un sistema producto del
ensamble de varios componentes, los cuales convierten al puente gra en
una herramienta indispensable, en las plantas de produccin que requieren
el desplazamiento de material dentro de la planta o taller, as como tambin
aquellas que la utilizan para cargar y descargar materia prima y producto
terminado.
Se recomienda que en el caso de un puente de mayor longitud se acuda a
un anlisis estructural detallado y de ser posible el uso de sistemas
computacionales, adems que para plantear las ecuaciones se debe
conocer sistemas bsicos de esttica y trigonometra.
El manejo de la mquina puede hacerse desde una cabina aadida a la
misma y est generalmente sobre uno de sus testeros; o bien, lo que cada
vez es ms frecuente en mquinas sin ciclo operacional definido, por medio
de mando a distancia con cable, activado desde las proximidades del punto
de operacin.
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CAPITULO I
1.1 Planteamiento del problema
En la actualidad los clculos referentes a puentes gras y estructuras, estn
sujetos a uso de normas y cdigos, tales como el cdigo ASME o el cdigo
AISC (el cdigo ASME y el cdigo AISC son enciclopedias el cdigo ASME
tiene un total de 8 libros y el AISC con un total de 6 libros), enciclopedias
cuyo alto costo limita su uso, adems de que las formulas y clculos
descritos en los mismos son de uso ingenieril.
Una segunda manera de realizar mencionados clculos, es usando sistemas
complejos de anlisis de esfuerzos y distribucin de cargas, circulo de
MOHR, deformacin en vigas aun cuando stas estn estticamente
indeterminadas etc., el presente documento si bien estar basado en clculo
de reacciones y esfuerzos, la memoria de clculo se estar realizando
dentro de la zona elstica y con un factor de seguridad igual a la pendiente
de esta zona, no se sobrepasara a la zona plstica y peor an llegar al
esfuerzo de ruptura, por ende estos clculos son vlidos para cualquier
construccin de estos sistemas siempre y cuando no excedan los limites
descritos en el tema.
Una tercera manera de realizar este diseo es mediante el uso de sistemas
informticos como el SAP, COSMOS, INVENTOR entre otros, por lo
mencionado anteriormente se ha visto la necesidad de crear una memoria
de clculo tomando medidas lmites para el mismo, esto debido a que
pasada ciertas medidas, necesariamente se requiere un clculo estructural,
clculo que puede presentar nicamente un ingeniero civil o a su vez un
ingeniero mecnico.
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1.1.1. J ust if icacin
El montaje constante de nuevas plantas industriales o la expansin de otras
plantas antiguas hacen que los sistemas de puentes gras sean solicitados
con gran frecuencia, una gran cantidad de personas por el desconocimiento
del clculo de los mismos no los construyen y otro grupo lo hace de forma
emprica.
Muchas personas que se dedican a la cerrajera construyen puentes gras
en base a la experiencia (mtodo emprico), sin tener anlisis o clculo
previo alguno, esta memoria de clculo ayudar a estas personas para que
se guen de la mejor manera para escoger materiales y formas para este
propsito.
La importancia en la realizacin de este proyecto radica en generar
informacin bibliogrfica, sobre temas como: fsica, esttica, resistencia de
materiales, distribucin de fuerzas, y materiales, y esta fuente bibliogrfica
podr ser usada por los estudiantes de las carreras de electromecnica e
industrial
1.1.2. Objet iv os
1.1.2.1. Ob jetiv o general
Estudiar y disear los componentes de un puente gra con capacidad de
carga 5 tones. Con movilidad en los tres ejes (3 grados de libertad) de
geometra: largo 12m. Ancho 6m. Alto de 5m.
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1.1.2.2. Ob jeti vo s esp ecfic os
Recopilar informacin acerca de los sistemas que componen un puente gra
con capacidad de 5 toneladas.
Conceptualizar los diferentes tipos de puentes gras.
Desarrollar una memoria de clculo en funcin de los parmetros
como son fuerzas y esfuerzos.
Graficar los diagramas de fuerza cortante, momento flector y torque.
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CAPITULO II
2.1 Antecedentes
El referirse a los puentes gra es hablar sobre la evolucin del puntal de
carga, que desde un principio de las civilizaciones ha sido utilizando para
diferentes tareas. Los primeros en utilizarlo fueron los sumerios, pero los
primeros vestigios del uso de las gras aparece en la Antigua Grecia
alrededor del siglo VI, se trata de marcas de pinzas de hierro en los bloques
de piedra de los templos, su propsito era la elevacin, ya ests marcas se
encuentran realizadas en el centro de gravedad o en pares equidistantes de
un punto sobre el centro de gravedad de los bloques.
Tambin se empez a utilizar estos puentes en el antiguo Imperio Romano,
se llegaron a utilizar cuando se aument el trabajo en la construccin deedificios que alcanzaron dimensiones enormes, y tambin para la realizacin
del coliseo romano, la gra romana ms simple, el Trispastos, consisti en
una horca de una sola viga, un torno, una cuerda, y un bloque que contena
tres poleas.
Ahora que ya conocemos un poco de la historia de la gra podemos hablar
sobre la definicin como dice Alguero:
Los puentes-gra son mquinas utilizadas para la elevacin y transporte,
de materiales generalmente en procesos de almacenamiento o curso de
fabricacin, maquinaria y equipos.1
En la actualidad un puente gra es utilizado en industrias para poder
desplazar cargas pesadas, se encuentran diferentes tipos de gra se
encuentran las gras mviles y las fijas.
1Alguero, 2000
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2.2 Marco Terico
Un puente gra es un sistema producto del ensamble de varios
componentes, los cuales convierten al puente gra en una herramienta
indispensable, en las plantas de produccin que requieren el desplazamiento
de material dentro de la planta o taller, as como tambin aquellas que la
utilizan para cargar y descargar materia prima y producto terminado.
En otras palabras los Puentes-Gra son mquinas para elevacin y
transporte de materiales, tanto en interior como en exterior, de uso muycomn tanto en almacenes industriales, como talleres. Bsicamente se trata
de una estructura elevada formada por una o varias vigas metlicas, con un
sistema de desplazamientode 4 ruedas sobre rieles laterales, movidos por
uno o ms motores elctricos, con un sistema elevador central mediante
polipasto y gancho.
2.2.1. Elemen tos del puente gra
Se consideran elementos del puente gra, a los elementos necesarios para
que funcione adecuadamente.
2.2.1.1. Viga principal
Se considera a la Viga principal como la parte principal del puente gra. Su
funcin es la de soportar los movimientos del carro mvil o trolley y a su vezla carga de servicio, por ende la viga principal es la parte crtica de la
estructura. Puede estar conformado por:
Cerchas: Se le da el nombre de cercha, a la viga armada por lo general
triangulada, destinada a soportar las cargas de las correas de una cubierta
en este caso del puente gra, transmitiendo a su vez stas cargas, a las
cargas que reciben los apoyos. Estos elementos metlicos pueden realizarsepor medio de uniones roblonadas, soldadas o empernadas.
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Figura No2.0
Tipos de cerchas o armaduras metlicas2
Perfiles laminados o Vigas: Como su nombre lo indica, es un tipo de
producto laminado cuya seccin tiene forma de doble T tambin llamado I y
con el espesor denominado normal. Las caras exteriores de las alas son
perpendiculares al alma y dependiendo de la inclinacin de stas, pudiendo
ser de tipo IPN (Perfil Normalizado con seccin transversal en forma de "I" y
alas inclinadas) y IPE (Perfil Normalizado con seccin transversal en forma
de "I" y a las rectas), Las alas interiores presentan una inclinacin del 14%respecto a las exteriores, por lo que stas tienen un espesor decreciente
hacia los bordes. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores
de las alas son redondeadas. Adems, las alas tienen el borde con arista
exterior viva e interior redondeada.
Figura No. 2.1
Perfil IPE3
2Prez, 2000
3 Dipac,2013
http://es.wikipedia.org/wiki/Producto_laminadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Perfil_doble_Thttp://es.wikipedia.org/wiki/Perfil_doble_Thttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_laminado7/21/2019 DESARROLLO PUENTE GRUA lectura.docx
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Figura No. 2.2
Perfil IPN4
2.2.1.2 Carro principal (trolley)
El carro principal o trolley es el mecanismo encargado de elevar, descender
o mover la carga a lo largo de la viga principal. Dependiendo del diseo el
carro principal puede ir sobre la viga principal, sobre las alas de la IPN, o
entre los perfiles componentes de la viga principal, los TROLLEYS pueden
ser de diferentes tipos, dependiendo de la carga a sostener.
Figura No. 2.3
Tipos de TROLLEYS5
4 Dipac,2013
5 YALE,2013
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2.2.1.3. Vigas testeras
Los testeros o vigas testeras, son las vigas laterales sobre las que descansa
la viga principal. Se deslizan sobre una superficie, o ruedan sobre un carril,
por lo general estos carriles o rieles se encuentra sobre las vigas laterales
del puente gra, en algunos casos sobre las alas de las vigas laterales y sus
funciones son las de transportar la carga a travs de la luz del puente gra y
la de derivar los esfuerzos provenientes de la viga principal a los apoyos.
Dentro de ellas se alojan las ruedas que sirve de apoyo a la estructura,
estticamente estos apoyos sern considerados como articulaciones y
dividen a las fuerzas generadas por la viga principal en tres.
2.2.1.4. Vigas laterales
Son los elementos estructurales por donde se moviliza la viga testera y
dependiendo del diseo puede circular por encima de sta viga por las alas
del mismo, o en su defecto por un riel colocado entre los rodillos de la viga
testera y la viga lateral.
2.2.1.5. Apoyos
Se denominan apoyos a las columnas sobre las cuales descansan las vigaslaterales del puente gra, estos apoyos pueden estar constituidos por:
Hormign Armado: La cual es un compuesto entre material frreo
en este caso varillas y mezcla de cemento arena y piedra.
Vigas IPN.
Cerchas metlicas.
2.2.1.6. Luz del puente gra
Se refiere a la distancia entre los apoyos y de sta depende si el tipo de
puente gra es, monorriel o bi riel (ver tipos de puentes gra como se
observa en la figura N2.5.)
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Figura No. 2.4.
Partes y movimientos del puente gra6
2.2.2. Element os p ara cond ici on es de d iseo
Se consideran elementos para el diseo del puente gra, a los elementos de
diseo necesarios para que ste, en el momento de realizar el trabajo nofalle.
2.2.2.1. Peso propio de la estructura principal
Se considera como carga muerta, es decir una carga que en el transcurso
del tiempo que no va a variar y para efectos de clculo del presente trabajo
se tomar como peso total de viga, al peso concentrado, es decir a una
carga en la mitad de viga. Al desconocer en un primer momento el perfil que
se va a utilizar en la construccin del puente gra, y por tanto el peso total
de la viga que conforma la estructura del puente, se ha realizado la hiptesis
de tomar un perfil de ejemplo para los clculos preliminares. Para ello se ha
recurrido al prontuario de perfiles DIPAC, ste prontuario es de uso comn
por las personas que realizan labores de construccin industrial tanto para
clculo de pesos como para clculo de esfuerzos.
6 YALE,2013
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Figura No. 2.6
Puente gra prtico8
2.2.3.3 Puen te Gra sem i prt ico
Gra cuyo elemento portador se apoya sobre un camino de rodadura,
directamente de un lado y por intermedio de patas de apoyo en el otro. Se
diferencia del puente gra y gra prtico en que uno de los rales de
desplazamiento est aproximadamente en el mismo plano horizontal que el
polipasto, y el otro ral de desplazamiento est en otro plano horizontal muyinferior al del polipasto (normalmente apoyado en el suelo). Las dimensiones
de la mquina y la altura de las patas de apoyo, determinan la altura mxima
operativa del equipo.
Figura No. 2.7
Puente gra semiprtico 9
8 : parro.com, 2013
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2.2.3.4 Gra mnsula
Gra fijada a un muro, o susceptible de desplazarse a lo largo de un camino
de rodadura areo fijado a un muro o a una estructura de obra. Se diferencia
del puente gra en que los rales de desplazamiento estn en un mismo
plano vertical, estando uno de ellos en el mismo plano horizontal que el
polipasto. El riel de desplazamiento superior es el que determina la altura
mxima operativa del equipo.
Figura No. 2.8
Gra mnsula 10
2.2.3.5 Gra pluma
Gra palomilla capaz de girar sobre una columna fijada por su base a lafundacin, o fijada a una columna giratoria sobre un soporte empotrado.
Figura No. 2.9.1
Gra pluma mural 11
9 parro.com, 201310 parro.com, 2013
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Figura No. 2.9.2
Gra pluma columna 12
2.2.3.6 Puente gra monorral
Se encuentra conformado por una sola viga o cercha, en la viga principal. Es
una versin ms econmica y ptima para pequeas cargas y luces grandes
o grandes cargas y pequeas luces, en este caso el trolley suele encontrarse
suspendido en las alas de la viga IPN o IPE o sobre la viga tipo cercha.
Figura No
. 2.10
Puente Gra monorriel13
11parro.com,
2013
12parro.com, 201313 parro.com, 2013
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2.2.3.7 Puente gra Birral
Son modelos que disponen de 2 vigas principales, se utilizan
mayoritariamente en estructuras que deben cubrir grandes luces, donde una
nica viga es insuficiente debido a los grandes esfuerzos que deben
soportar, o para grandes cargas en las que es necesario dividir los esfuerzos
en ms de una viga y el carro debe desplazarse por encima de la estructura.
Figura No. 2.11
Puente Gra Birriel14
14 parro.com, 2013
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CAPITULO III
3.1. Metodologa de la investigacin
Debido a que en este proyecto se requiere establecer una gua de clculo
para el diseo de un puente gra partiendo desde un anlisis esttico no
dinmico hasta el diseo total de la estructura se deduce que el mtodo a
usar es el mtodo lgico inductivo, adicionalmente para ciertos casos se
deber utilizar el mtodo de la analoga debido a que un puente gra de
doble apoyo es anlogo a una mesa de cuatro patas en donde la carga va a
estar recorriendo por todo el rea transversal y longitudinal de la mesa.
3.1.1 Mtod o lgic o ind uc tiv o
Conceptualmente el mtodo lgico inductivo es el razonamiento que,
partiendo de casos particulares, se eleva a conocimientos generales. Este
mtodo permite la formacin de hiptesis, investigacin de leyes cientficas,
y las demostraciones. La induccin puede ser completa o incompleta.
3.1.1.1. Induccin completa
La conclusin es encontrada del estudio de todos los elementos que forman
el objeto de investigacin, en este caso los elementos que conforman el
puente gra, es decir que solo es posible si conocemos con exactitud el
nmero de elementos que forman el 0objeto de estudio y adems, cuando
sabemos que el conocimiento generalizado pertenece a cada uno de los
elementos del objeto de investigacin, para este caso esto es vlido debido
a que se aplicarn conocimientos de fsica, esttica y resistencia de
materiales. Las llamadas demostraciones complejas son formas de
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3.4.1 Cond ic io nes de di seo
Cuando se requiere un clculo estructural de cualquier tipo, debe empezarse
por un anlisis unifilar (lneas representativas del sistema) es decir un
anlisis en el cual pueda observarse los elementos estructurales, en la
Figura 3.0 puede observarse un bosquejo o representacin unifilar del
sistema de puente gra.
Figura No. 3.0.
Diagrama unifilar del Puente Gra15
3.4.2 Anlis is matemtic o del puent e gra 5 tonelad as
El clculo de esta estructura esta tomado en base a la norma A.I.S.C.(Instituto Americano para la construccin en acero).
3.4.2.1. Nomenclatura utilizada en el anlisis:
E = mdulo de elasticidad para el acero
= Tensin de trabajo = Esfuerzo cortante
Q = C = Carga en viga [kg] o [N].
15 Bonifaz, 2014
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Los clculos siguientes estn en el orden y con las formulas indicadas en elcdigo A.I.S.C.
1er. Clculo terico del momento resistente (Rx) necesario del perfil para
resistir la carga sobre la viga.
()
2do. Comparacin de datos tericos (calculado en el paso anterior) y los
datos prcticos (obtenidos experimentalmente y proporcionados por las
diferentes casas comerciales de perfiles y vigas como NOVACERO en
Ecuador Ver anexo 1), en el caso del presente clculo se tomara las tablas
proporcionadas por International Thomson Publishing Paraninfo debido a
que estas toman en cuenta las tablas del cdigo A.I. S.C. Ver anexo 2.
Se escoge:
Viga IPN 30 cuyos datos tcnicos son:
Rx= 653 Ix= 9800 Peso=54,20
S=69,1.Se procede al calcular la flecha admisible (distancia mxima de trabajo):
Carga en viga C= qL=600cm54,20| | |
|
C=352,2 kg.
Flecha mxima de trabajo
=
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Bajo este criterio se establece que el cordn de soldadura debe tener un
espesor de 9mm, el proceso de soldadura debe ser stick y el electrodo 6011.
3.4.2.2.5. Partes mviles del puente gra
Para la seleccin de las partes mviles del puente gra como son los trolleys
se toma como referencia los prontuarios de venta de estos aparatos, en el
Ecuador la casa comercial que se dedica a la distribucin de trolleys esCOMREPSA. Y del catlogo de sta tomamos la referencia.
Segn este catlogo para el puente gra con estas caractersticas se toma el
trolley modelo 5000 de marca TECMAR CO (ver anexo 6).
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4.2. Recomendaciones:
Antes de aplicar la metodologa de clculo presentada, se debe de
tener conocimientos previos de esttica, fsica, trigonometra y
resistencia de materiales.
El presente clculo nicamente sirve en la geometra mencionada en
el tema los parlantes, columnas o apoyos no pueden excederse de
seis metros o seis mil milmetros, ya que en este caso se debe de
proceder a unir vigas por lo que se debera realizar un clculo de
unin soldada, y en algunos casos inclusive construir cerchas.
Las formulas presentadas funcionan en casos en los cuales se usen
con materiales como el ASTM A 36 o su equivalente, electrodo E6011
o su equivalente. Para otro tipo de material y configuracin, la norma
establece otro sistema de clculo.
En el caso de utilizar un medio de movilidad elctrico, los resultadosobtenidos se deben multiplicar por 1,2 por concepto de factor de
seguridad.
Pese a que la norma considera factores de seguridad en cada uno de
sus conceptos y formulas, siempre se debe tener en cuenta el factor
riesgo en lo referente a mano de obra.
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4.3. Bibliografa
ALGUERO. Jos Miguel, (Junio 2009) Pont-Grue Gaunty-crane,
Buenos Aires- Argentina, Prentice hall.
Anderson, J. y. (1998). Ciencia de los Metales. Mxico: LimusumaEditores.
ASKELAND, D. R. (2002). Ciencia e Ingeniera de los Materiales.Mxico: Thomson Editores
DENZEL, Washington, (marzo 1994) Anlisis Estructural, Cap. V,Valencia- Espaa, Paraninfo.
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UNE, Norma Espaola 253, (noviembre 2002) Puente Gra, Espaa:
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4.4. Web grafa
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http://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdfhttp://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdfhttp://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdfhttp://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdfhttp://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdfhttp://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdf7/21/2019 DESARROLLO PUENTE GRUA lectura.docx
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Anexo 3
Tabla para el calculo del coeficiente de pandeo en vigas.
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Anexo 5
Tabla de calculo para cordn de soldadura.
7/21/2019 DESARROLLO PUENTE GRUA lectura.docx
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