01 . Manual Etabs Elementos Finitos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS E INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

“MANUAL DE ANALISIS Y DISEÑO CON ETABS

CON METODOLOGIA ELEMENTOS FINITOS”

DOCENTE: SAUL JJ. LIMA VASQUEZ. INTEGRANTES: RENZO BARTRA RENGIFO. ITALO DEL AGUILA VASQUEZ. PAULO ATENCIA POPOLIZIO. LUIGUI GUERRA ESPEZIANI. ELI VASQUEZ LIMA. Pucallpa – Perú Perú 2017

DEDICATORIA A Dios por Darnos la Vida y Oportunidades. Ya que es él quien nos guía, protege, bendice y hace posible los logros en nuestras vidas A todas las personas que que nos apoyaron, apoyaron, creyeron creyeron y depositaron depositaron su confianza confianza en nosotros.

Manual de ETABS – Elementos Finitos

A mis docentes docentes por su apoyo incondicional

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DEDICATORIA A Dios por Darnos la Vida y Oportunidades. Ya que es él quien nos guía, protege, bendice y hace posible los logros en nuestras vidas A todas las personas que que nos apoyaron, apoyaron, creyeron creyeron y depositaron depositaron su confianza confianza en nosotros.


A mis docentes docentes por su apoyo incondicional

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AGRADECIMIENTO

Expreso sincero agradecimiento a las personas que han contribuido contribuido en la ejecución del presente manual: 

A todos los integrantes integrantes de grupo por sus exigencias, su calidad profesional y humana, que finalmente brindan resultados satisfactorios.



A cada uno de sus padres y hermanos por estar siempre apoyándonos en el desarrollo de este manual.



A la escuela de ingeniería civil por ser el motor que impulsa en el desarrollo de este manual y esta se haga realidad.


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INDICE

CARATULA ..................................................................................................................................................... 1 DEDICATORIA ................................................................................................................................................ 2 AGRADECIMIENTO ........................................................................................................................................ 3 INTRODUCCION ............................................................................................................................................. 4 RESÚMEN ...................................................................................................................................................... 5 I CAPÍTULO .................................................................................................................................................... 6 1.1. DESCRIPCION DE LA PANTALLA ETABS……………………………………………………………………………………….7

1.2. Plantillas de modelos ………………………………………………………………………………………………..…8 1.3. Modos de trabajo................................................................................................................ ....9


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INTRODUCCIÓN

La existencia de programas de cómputo como el ETABS, SAP 2000 que permiten modelar y realizar el análisis estructural de edificios mediante técnicas de modelaje simples y sofisticados, llevó a desarrollar un estudio sobre la sensibilidad de la respuesta sísmica (variación de desplazamientos y fuerzas internas) proporcionada por técnicas de Modelamiento aplicadas sobre un edificio de albañilería armada. De acuerdo a la importancia que implica el manejo adecuado y el ingreso de datos correctos a los programas de modelamiento para la obtención de resultado s aceptables y coherentes, y teniendo poca bibliografía correspondiente a modelaje de Estructura de Albañilería con Técnica de modelamiento de elementos finitos, nos vimos en la necesidad como estudiantes de ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ucayali, de elaborar un Manual para Modelaje de Estructuras de albañilería empleando la Técnica de Elementos Finitos, el cual detallaremos en el presente Documento. Esperamos que este Manual sirva de Material Bibliográfico a las Próximas Generaciones de Ingeniería y población en general que desee aprender de manera fácil y didáctica el modelamiento de estructura de albañilería mediante Modelamiento en ETABS con técnica de Elementos finitos.


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TECNICA DE MODELAMIENTO DE ELEMENTOS FINITOS EN ETABS

1. RESUMEN ETABS es un programa ideal para el análisis y diseño de edificios y naves industriales ya que tiene herramientas orientadas al trabajo de este tipo de estructura. Al igual que el SAP2000, puede realizar análisis de estructuras complejas, pero tiene muchísimas opciones extras que simplifican el diseño de edificaciones, como por ejemplo:   

 



Calculo automático de coordenada de centros de masas (xm, ym). Calculo automático de coordenadas de centros de rigideces (xt, ym). Calculo automático de fuerzas sísmicas, sus excentricidades y aplicación en el centro de masas. Calculo automático de masas del edificio a partir de los casos de carga elegidos. División automática de elementos (Auto-mesh) que permiten definir elementos que se cruzan; el programa los divide automáticamente en su análisis interno, o se puede dar el comando de que divida los elementos en el mismo modelo. Plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una dirección, losas reticuladas o con nervaduras y casetones, cubiertas, etc.

1.1.

TECNICA DE ELEMENTOS FINITOS

Esta técnica se tomó como patrón de comparación a Los muros y a las losas se modelan en forma espacial mediante una malla de elementos finitos (tipo “shell”), mientras que las vigas y columnas se modelan mediante barras.

Imagen 01: Ejemplo de Modelamiento con Elemento Finitos


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En esta técnica se tomaron en cuenta los siguientes puntos: 

En la intersección entre el muro (elemento tipo “shell”) y la viga (elemento tipo “frame”), se debe aplicar a los nudos adyacentes pertenecientes al muro y alineados en la dirección ortogonal a la viga, una restricción tipo “Beam”, tal que la longitud

entre los nudos extremos sea mayor al peralte de la viga en aproximadamente 50%. 

Los nudos solo pueden tener un solo tipo de restricción (diafragma, beam, rod, etc.)



A los nudos contenidos en la losa de un cierto nivel, se les aplicó una restricción tipo “diafragma”, con excepción de los nudos a los que ya se les había asignado la restricción tipo “beam”.



Se debe seleccionar los nudos y los elementos “shell” del muro en cada nivel de entrepiso y asignarlos a un grupo (opción “Asign Group Name”) para obtener los

valores de las fuerzas internas del muro en el entrepiso seleccionado

2. MODELAMIENTO Para desarrollar el Modelamiento respectivo, base del presente manual, lo realizaremos mediante un ejemplo aplicativo de una edificación, previamente estructurada y analizada mediante cálculos manuales y Empíricos de la Norma E 070. Para lo cual tenemos:

2.1.

Características del Edificio: El edificio de estudio, destinado a vivienda, presenta una arquitectura simple, está ubicado en la ciudad de Pucallpa, distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo, Región de Ucayali, en suelo flexible, tiene tres (03) pisos y su estructura está compuesta por muros de albañilería confinada.


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Imagen 02: Muros Portantes y No Portantes

Las características geométricas son: 

Altura libre de la Edificación:

h = 2.60 m.



Espesor de Muros:

t = 0.13 m.



Vigas Soleras:

0.13 x 0.30 m.



Dinteles:

0.13 x 0.30m.



Alféizar y Parapeto de Azotea:

h = 1.00 m.



Losa Aligerada:

t = 0.20 m.


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Los Materiales Presentan las Siguientes Características: 

Concreto:

f´c = 175 kg/cm2.



Acero:

f´y = 4200 kg/cm2



Albañilería:

f´m = 55 kg/cm2



Mortero:

1:4 (cemento-arena)



Alféizar y Parapeto de Azotea:

h = 1.00 m.



Losa Aligerada:

t = 0.20 m.

Características para definir la Albañilería: 

Peso Específico:

P.e. = 1800 kg/cm2



Módulo de Elasticidad:

E = 5000 f´m; f´m está en kg/cm2.



Módulo de Corte:

G = 0.4E (ton/m2)



Módulo de Poisson:

u = 0.3

Parámetros Sísmicos: 

Zona Sísmica 2:

Z = 0.25



Categoría C (común)

U = 1.00



Perfil de Suelo S3

S = 1.40



Coeficiente de Amplificación Sísmica C = 2.5 (Variable)



Reducción de la respuesta 2.2.

R = 3 (Albañilería Confinada)

Enmallado de la Estructura Para poder ingresar la estructura en el Etabs, primero es necesario Engrillar o enmallar la estructura; es un procedimiento sencillo, generamos líneas verticales y horizontales a través de los ejes de los elementos estructurales (Muros, Columnas); generando así una cuadricula de coordenadas; donde cada eje tiene una coordenada de ubicación.


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Imagen 03: Malla en Ejes de Elementos Estructurales

2.3.

MODELAMIENTO EN INTERFAZ ETABS 2.3.1.

INICIANDO EL PROGRAMA

Para iniciar la ejecución del programa haga doble clic en el icono de ETABS ubicado en el escritorio de la computadora o, en su defecto si no se encuentra el icono en el escritorio, busque la carpeta donde se instaló el programa y haga clic en el archivo ETABS.exe. Usualmente ese archivo está ubicado en C:\Archivos de programa\Computers and Structures\ETABS


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2.3.2. Dar Clic en New Model

Luego de Abrir el Programa, observaremos la interfaz, donde tendremos que seleccionar la Opción NEW MODEL, para empezar un nuevo proyecto.

Imagen 04: Selección de New Model

2.3.3. Selección de Sistemas de Unidades de Medida En la Ventana “Model Initialization”, Seleccionamos la Opción “Use Built-in Settings With”, donde

podremos definir los sistemas de unidades de medida con los que trabajaremos y damos clic en OK; recordemos que estos sistemas pueden ser modificados en cualquier momento durante el modelado de la estructura de acuerdo a la necesidad.

| Imagen 05: Selección de Sistemas de Unidades de Medida


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2.3.4.

DEFINICION DE LA GEOMETRIA DE LA EDIFICACION Y EJES DE REFERENCIA

En la Ventana “New Model Quick Templates” que aparece, y de acuerdo a la cantidad

de

ejes

tanto en X como en el eje Y, que previamente generamos con el Enmallado. -

Ingresamos los datos respectivos en GRID DIMENSIONS, como numero de grillas en cada sentido y el espacio entre las mismas.

-

El sentido de las grillas podrán ser editadas en GRID LABEL.

-

Ingresamos el número de pisos y las alturas de entrepiso en STORY DIMENSIONS

-

Seleccionamos la Opción GRID ONLY

Imagen 06: Ventana de Ingreso de Datos de Grilla de la Edificación

2.3.4.1.

-

EDICION DE ESPACIAMIENTOS EN GRILAS

Se edita el espaciamiento entre Grillas, activando CUSTOM GRID SPACING dentro de la misma ventana NEW MODEL QUICK TEMPLATES. Dando Clic en EDIT GRID DATA. Activar DISPLAY GRID DATA AS SPACING y digitamos los espaciamientos obtenidos de nuestra Grilla Inicial.


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Imagen 07: Ventana de Edición de Espaciamientos

2.3.4.2.

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EDICION DE ESPACIAMIENTOS EN GRILLAS

Se edita el espaciamiento entre pisos, activando CUSTOM STORY DATA dentro de la misma ventana NEW MODEL QUICK TEMPLATES. Dando Clic en EDIT STORY DATA. Activar DISPLAY GRID DATA AS SPACING y digitamos las alturas de entrepiso de nuestra edificación.

Imagen 08: Ventana de Edición de Alturas de entrepiso.


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Para finalizar DAMOS CLIC EN OK. Se mostrara el Armazón de nuestra Edificación.

Imagen 09: Vista en Planta y 3D del Armazón de la Edificación

2.3.5. DEFINICION DEL MATERIAL

A continuación de definirán los materiales a utilizar en el modelo (CONCRETO y MAMP) para ello realizaremos: -

Vaya al menú Define – Material Properties

Imagen 10: Definición de Materiales


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DEFINICION DEL CONCRETO

-

Seleccionamos ADD NEW MATERIAL

Imagen 11: Agregar Nuevo Material

-

Seleccionar en Material Type CONCRETO

Imagen 12: Selección de Tipo de Material (CONCRETO)


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-

Ingresar datos en unidades correspondientes

Imagen 12: Ingreso de Datos del Material

-

Seleccionar MODIFY/SHOW MATERIAL

Imagen 13: Selección de Modify/Show Material


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-

En Material Property Design Data ingresamos la Resistencia a la compresión del cconcreto

Imagen 14: Ingreso de Resistencia a la Compresión del Concreto

DEFINICION DE LA ALBAÑILERIA

-

Seleccionamos ADD NEW MATERIAL

Imagen 11: Agregar Nuevo Material


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-

Seleccionar en Material Type OTROS

Imagen 12: Selección de Tipo de Material (OTROS)

-

Ingresar datos en unidades correspondientes

Imagen 12: Ingreso de Datos del Material

-

Damos clic en OK y se muestra la siguiente ventana


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Imagen 13: Creación de Otro Material

2.3.6.

DEFINICION DE SECCIONES DE ELEMENTOS LINEA DEFINICION DE COLUMNAS

-

Ingresamos a menú DEFINE, elegimos SECTION PROPERTIES y seleccionamos FRAME SECTIONS

Imagen 14: Selección Marco de la Sección


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-

Agregar una nueva sección en ADD NEW PROPERTY

Imagen 15: Agregando Nueva Propiedad

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Elegimos la opción de Sección CONCRETO RECTÁNGULO

Imagen 16: Selección de Sección


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-

Ingresamos los datos correspondientes y seleccionamos las opciones antes predefinidas como se muestra en esta ventana y damos clic en OK.

Imagen 16: Ingreso de Propiedades

DEFINICION DE VIGAS -

Seleccionamos ADD NEW PROPERTY

Imagen 17: Agregando Nueva Propiedad


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-

Elegimos la opción de Sección CONCRETO RECTÁNGULO

Imagen 18: Selección de Sección

-

Ingresamos los datos correspondientes y seleccionamos las opciones antes predefinidas como se muestra en esta ventana y damos clic en OK.

Imagen 19: Ingreso de Propiedades DAMOS CLIC EN OK PARA FINALIZAR…


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-

Para definir MURO Ingresamos a DEFINE, elegimos SECTION PROPERTIES y seleccionamos WALL SECTIONS

Imagen 20: Selección de la Sección del Muro

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Seleccionamos WALL1, luego MODIFY/SHOW PROPERTY

Imagen 21: Modificamos las propiedades del Muro


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-

Seleccionamos e ingresamos los datos según se muestra en la ventana siguiente y seleccionamos OK.

Imagen 22: Ingreso de Datos

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Para definir un muro de otras dimensiones, seleccionamos MURO 13 y elegimos ADD COPY OF PROPERTY

Imagen 23: Definición de Muro con Otras Propiedades


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-

Modificamos e ingresamos los datos según se muestra en la ventana siguiente y seleccionamos OK.

Imagen 23: Ingreso de Datos del Muro

Para terminar seleccionamos OK.

-

Seleccionamos MODIFY/SHOW REBAR, Activamos M3 DESIGN ONLY (BEAM) Ingresamos los datos como se muestra en pantalla

Imagen 24: Ingreso de Datos del Muro


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Y click en OK


Si tenemos una viga de otras dimensiones, pero como las propiedades son iguales seleccionamos ADD COPY OF PROPERTY para que se copie las propiedades de la viga anterior.

Imagen 24: Copiando Propiedades


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-

Ingresamos y seleccionamos como se muestra en esta ventana, los datos diferentes a la viga anterior.

Imagen 25: Ingreso de Datos de Viga

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Para definir LOSA Ingresamos a DEFINE, elegimos SECTION PROPERTIES y seleccionamos SLAB SECTIONS

Imagen 26: Selección de Propiedades de la Sección de Losa


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Seleccionamos SLAB1, luego MODIFY/SHOW PROPERTY

Imagen 27: Modificando Propiedades

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Seleccionamos e ingresamos los datos según se muestra en la ventana siguiente



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Seleccionamos OK


LUEGO DE TENER DEFINIDOS TODOS NUESTROS ELEMENTOS, LOS DIBUJAMOS EN LA PLANTA DE NUESTRO MODEL CON LA CON EL MENU DRAW, y luego con ASSIGN, SHELLS.


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COMENTARIOS

1. El Software de diseño ETABS, presenta una interfaz muy dinámica y fácil de entender, lo único que resultaría alguna dificultad para los usuarios seria que toda su interfaz se encuentra en inglés; sin embargo el ingreso de datos y valores durante el proceso resulta ser muy intuitivo, por lo que no se perciben mayores dificultades a la hora de modelar Edificaciones. 2. ETABS es un Software que nos ayuda a ahorrar tiempo para la obtención y verificación de Datos de análisis Estructural de nuestra Edificación de Diseño, además los resultados obtenidos son muy confiables. 3. Es Preferible contar con la última Versión del Programa para poder abrir Versiones anteriores, de lo contrario nos causaría problemas para abrir nuestros archivos guardados.


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CONCLUSION

En la Actualidad existen diversos Software de Diseño para las d iversas especialidades de la Ingeniería, pero siempre tenemos que tener en cuenta que los programas funcionan en base al criterio del Usuario, por lo que Basura que Ingresas al Programa, Basura que Arrojara el Programa, por ello la importancia del Ingreso de Datos en el programa, ya que el mismo siempre nos brindara resultados; por lo que siempre es bueno como usuario verificarlos y observar si guardan coherencia con la realidad de nuestro proyecto. El ETABS es un software bastante completo, además de poseer un Interfaz bastante dinámico que nos ayuda a Modelar Edificaciones de manera rápida y sencilla, ya que el programa es bastante Intuitivo. La única limitante del Programa es que solo es aplicable para Edificaciones, ya que no posee parámetros para otras Estructuras, el programa esta basado en el Modelamiento de Edificaciones y no en la variedad de Estructuras como Presas, Tanques, Cisternas, etc.


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