Introducción & Parte Gráfica
SESIÓN N°03 CUPABRI S.R.L
Diseño de Edificios de Concreto Armado ETABS 2013
ETABS nos permite trabajar con múltiples ventanas. Con esta nueva interfaz del programa, adicionar nuevas vistas en nuevas ventanas es bastante sencillo.
Opciones de Visualización
Nueva Ventana Adicionada & Vista en Elevación del Eje C-C
Figura 3-1. Ubicación del Comando que nos permite adicionar y ordenar vistas en ventanas.
La Figura 3-1 muestra el lugar donde se encuentra el comando que permite realizar tal acción, la lista que se despliega muestra dos opciones importantes.
Add New Window: Adiciona nuevas vistas en nuevas ventanas. ventanas. Arrange Window:
Ordena todas las ventanas.
Figura 3-2. Vistas de Resultados diversos en las nuevas ventanas adicionadas. 2
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Las vistas en pantalla son una gran ayuda cuando queremos verificar que nuestro modelo tiene ubicados sus elementos de la manera correcta. Los comandos más comunes de visualización se muestran en la Figura 3-1. La descripción de lo que hace cada uno de ellos se muestra a continuación: Alterna Transparencias
Generar Vista 3D Generar vista en Planta de un Nivel específico
Genera una vista en elevación de un eje específico
Genera una vista en Permite Perspectiva desplazarme en vistas en Permite planta y rotar vista elevación 3D
Muestra una vista Extruida Alterna entre objetos cortados y completos
Muestra múltiples opciones de visualización
Adicionalmente a estas opciones de visualización, se tienen otras más avanzadas; para acceder a ellos debemos ir al menú “View” mostrado en la Figura 3-3 donde encontraremos las demás opciones de visualización. Vista Conjunta 3D
Vista del edificio con limites establecidos
Permite visualizar Sistemas de E es
Refresca o actualiza la visualización del modelo en todas las ventanas. Refresca o actualiza la visualización del modelo en una ventana. Muestra una vista renderizada de una vista Muestra una vista renderizada (mediante trazos)
Figura 3-3. Comandos del Menú View y descripciones.
El vídeo adjunto muestra el funcionamiento a detalle de cada comando que se describe en esta imagen.
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Existen ocasiones en las que por algún motivo nos olvidamos de alguna configuración inicial en nuestro modelo, ya sea en los ejes estructurales o en las alturas o número de pisos. Para ello el programa nos proporciona una herramienta para poder realizar tales cambios que consideramos necesarios. La Figura 3-4 muestra la Ruta de Acceso al comando de edición de Ejes y Pisos.
Relación de Pisos
Sistemas de Ejes
Figura 3-4. Ruta de Acceso al comando de Edición de Ejes y Pisos.
Edición de Pisos La utilizamos para adicionar pisos, cambiar alturas de los mismos, indicar cuáles serán los pisos maestros, similitudes, etc. Para ingresar al cuadro de diálogo que se observa en la Figura 3-5 debemos darle clic al botón .
Figura 3-5. Cuadro de diálogo para la edición de Pisos. 4
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Edición de Ejes Esta herramienta la usamos cuando necesitamos modificar espaciamientos entre ejes, adicionar uno que se nos haya olvidado, nuevos ejes. Para acceder al cuadro de dialogo que nos permite realizar tales cambios, debemos darle clic al botón , y se abrirá la ventana de la Figura 3-6.
Figura 3-6. Cuadro de diálogo para la edición de ejes.
El programa trabaja por defecto con un acero de refuerzo con designación ASTM Gr60 que coincidentemente es con el que se va a trabajar durante el desarrollo del curso, solo que con valores redondeados. Para definir el Acero de Refuerzo primero debemos ir a “ Define/Material
Properties” o al ícono
asi como se indica en la Figura 3-7.
Acero de Refuerzo
Figura 3-7. Ruta de Acceso al comando Material Properties. 5
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Luego, en la ventana “Material Properties” mostrada en la Figura 3-7 seleccionamos el material A615Gr60 que esta tercero y último en la lista y lo modificamos dándole clic al botón para que se abra la ventana de “Datos de las Propiedades del Material”. Vamos a modificar todos los datos mostrados dejándolos tal como se indica en la Figura 3-8.
Figura 3-8. Definición de las Propiedades Mecánicas del Acero de Refuerzo.
Adicionalmente, debemos configurar también los diámetros de las barras del Acero de Refuerzo que acabamos de configurar, esto se consigue mediante la ruta “Define/Section Properties/Reinforcing Bar Sizes…”, asi como lo muestra la Figura 3-9.
Figura 3-9. Ruta de Acceso al comando de definición de tamaños de barras. 6
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Al darle clic a este comando se abrirá la ventana de Tamaños de Barras de Refuerzo, Reinforcing Bar Sizes, cuyos diámetros de las barras están con designaciones en SI (mm). Para cambiarlas a diámetros en cm (que son tamaños de barras con los que se va a trabajar) primero limpiamos la lista con el botón , luego, le damos clic al botón para adicionar nuevos diámetros de barras. De la lista de designaciones que se tiene en la ventana “Select Common Rebar Set” seleccionamos la primera de ellas y aceptamos dándole clic al botón . La Figura 3-10 muestra los diámetros de barras con designaciones en sistema MKS (cm).
Figura 3-10. Diámetros de Barras de Refuerzo con designaciones en cm.
ETABS nos da distintas opciones de selección para facilitarnos el trabaj o de estar seleccionando elementos uno por uno, ya que siempre se vuelve tedioso cuando por ejemplo se requiere seleccionar todas las columnas de un nivel y asignarles nuevas propiedades. La Figura 3-11 muestra la ubicación de los comandos de selección rápida cuya traducción y descripción se muestran a continuación: Selecciona todo el modelo Selecciona elementos seleccionados anteriormente Deselecciona o limpia la selección de elementos seleccionados Selecciona elementos mediante el trazo de una sola línea: Los elementos que son cortados por esta línea serán seleccionados.
Estos comandos son una solución rápida cuando no se tienen exigencias de selección específica de elementos; sin embargo, se vuelven obsoletas cuando nuestra necesidad es otra, por ejemplo, cuando queremos cambiar secciones de vigas de sección bxh = 25x40cm2 a secciones de bxh = 30x50cm2 el menú “Select” es la mejor herramienta cuando se requiere una selección de múltiples elementos. La Figura 3-12 muestra el significado de cada opción de selección. 7
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Opciones de Selección rápida
Figura 3-11. Ubicación de Comandos de Selección rápida y ruta de acceso al Menú de selección múltiple.
Selección de ventana del puntero del mouse Selección mediante una polilínea cerrada de cualquier forma Selección mediante intersección con una polilínea Selección mediante intersección línea Selección mediante un punto en los Planos XY, XZ & YZ Selección por Tipo de Objeto (Viga, Columna, Piso, etc) Selección por Propiedades (Material, Frame, Slab, etc) Selección por Etiquetas (Pier, Frame, Joint, etc) Selección por Grupos Selección por Pisos (Story 1, Story 2, Story 3,…) Selección de todo el modelo en su totalidad
Figura 3-12. Opciones de Selección múltiple.
La aplicación de cada una de estas opciones de selección se explica a detalle en el vídeo adjunto que viene con este material.
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La definición de grupos es una herramienta de agrupación muy importante, ya que nos permite una mayor velocidad de trabajo.
Clic ara Adicionar nombre de Gru o
Figura 3-13. Ubicación del Comando de Asignación de Grupos y Adición de uno.
La ubicación de este comando está en “ Assign/Assign Objects To Group…”, el cual al activarlo nos mostrará una ventana con una lista en blanco. Para agregar un nombre de grupo y asignarle este a los elementos que previamente se han seleccionado debemos darle clic al botón y aparecerá un nombre de “Group1” con un color característico. Le cambiaremos el nombre a “Muros y Columnas” ya que se seleccionaron mur os y columnas para este ejemplo, luego confirmamos la asignación de este nombre de grupo con el botón .
Una de las novedades que nos brinda ETABS es la interacción con uno de los programas más usados en ingeniería, el programa AutoCAD. En AutoCAD podemos generar cualquier modelo Tridimensional y luego exportar ese trabajo a ETABS. Los pasos para exportar un modelo desde AutoCAD se muestran a continuación:
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1°. Elaborar el modelo en AutoCAD y Guardarlo en formato *.Dxf. Todos los elementos que se vayan a dibujar deben tener un nombre de capa asignada.
Figura 3-14. Modelo Tridimensional creado en AutoCAD, guardado en formado *.Dxf.
2°. Abrir el programa ETABS y elegir el sistema MKS como sistema de unidades, luego darle clic al botón .
Figura 3-15. Elección del sistema de Unidades MKS como sistema de Trabajo.
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3°. En la ventana emergente elegir la primera plantilla, Blank, y dejar los otros datos tal como se muestra en la Figura 3-16, luego aceptar dándole clic al botón
Figura 3-16. Elección del sistema de Unidades MKS como sistema de Trabajo.
4°. Estando en el ambiente de trabajo del programa, seguir la ruta “File/Import/.DXF File of 3D Model… ” y en la ventana que se abre buscamos el Archivo .Dxf que guardamos en el paso 1°, lo seleccionamos y abrimos con el botón
Figura 3-17. Comando para la importación del Modelo 3D generado en AutoCAD.
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Figura 3-18. Archivo .Dxf listo para ser importado.
5°. En la ventana de importación que se nos presenta, podemos ver todas las capas que han sido creadas durante la elaboración del Modelo en AutoCAD; primero seleccionamos la capa que tiene el nombre de "Columnas”, seleccionando un sistema de unidades en metros asi como lo muestra la Figura 3-19 y aceptamos dándole clic al botón .
Desplegar y Seleccionar unidades en metros
Lista de Capas
Figura 3-19. Ventana de importación que muestra las capas de los Elementos a Importar.
6°. Luego se abrirá la ventana de Datos de Pisos, Story Data, que nos muestra el número de pisos considerados, de acuerdo con las alturas de dibujo de las líneas y objetos dibujados en AutoCAD. Todo esto de acuerdo con el Margen de Altura de Piso, Merging Stories, considerado. Cambiaremos el valor de 0.25m de tolerancia por 2.00 m (ver Figura 3-20) y aceptamos todo lo demás dándole clic al botón . 12
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Cambiar a 2
Figura 3-20. Número de Pisos considerados y tolerancias.
7°. Después de esto, el programa nos pedirá que guardemos este nuevo archivo importado, el cual guardaremos con el nombre de Modelo_Importado, tal como se muestra en la Figura 3-21.
Figura 3-21. Ventana de Guardado del modelo importado.
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8°. Finalmente, en la Figura 3-22 vemos que el programa nos mostrará los elementos que han sido importados, siendo para este primer caso columnas.
Figura 3-22. Vista en planta y 3D de los elementos importados.
9°. Importar las demás capas (VIGAS1, Vigueta y Losas) siguiendo los pasos 4° hasta el 7° sobrescribiendo el archivo que se guardó en el paso 7° hasta completar todo el modelo. La Figura 3-23 muestra el Modelo importado por completo.
Figura 3-23. Vista en planta y 3D de los elementos importados.
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Patrones de Carga Son casos de carga que tienen un determinado valor fijo al momento del análisis, existen 05 tipos de patrones de carga que son comunes en todo análisis sísmico de una edificación de mediana y baja altura.
o
o
o
o
o
Peso Propio: Lo proporciona y calcula el programa, llevará como nombre “Peso Propio” y será del Tipo “Dead”; no se asignará carga con este patrón. Carga Muerta: Proporcionado por el peso de elementos y materiales que forman parte del edificio, tales como luminarias, acabados de cielo raso, piso terminado, tabiquerías internas como muros de subdivisión, etc. Su nombre será “CM” y será del Tipo “Super Dead” Carga Viva de Entrepiso: Esta dado por los componentes móviles en el edificio, tales como, escritorios, mesas y sillas, estantes, mostradores, nosotros, etc. Su nombre será “Live” y será del Tipo “Reducible Live” Carga Viva de Techo: Generalmente considera el peso de las personas que intervendrán en la colocación de las luminarias, acabados, colocación de coberturas e instrumentos. Su nombre será “LiveUP” y será del Tipo “Roof Live” Carga Sísmica Estática: Representa el Cortante estático en la Base y su distribución por piso, su cálculo depende del peso del edificio, un coeficiente de cortante basal, C, y de un exponente de altura, K, del edificio. Su nombre será “Sismo X” y “Sismo Y” y será del tipo “Seismic”.
La Figura 3-24 muestra una lista de los 5 patrones de carga que se han descrito, mientras que la Figura 3-25 muestra la definición del caso de Carga por Sismo Estático.
Figura 3-24. Patrones de Carga Estáticos.
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Figura 3-25. Definición del Caso de Carga por Sismo Estático.
A parte de estos casos de carga que son de naturaleza estática, existen otros tipos de carga que dependen no solo de los pesos, sino también de las propiedades dinámicas del edificio. Estos casos de carga no lo encontramos como patrones de carga, Load Patterns, sino que es posible su definición como Casos de Carga, Load Cases. Para el desarrollo del curso nos será necesario la creación de casos de carga Dinámicos, dependientes de las propiedades dinámicas del edificio, cuyos resultados serán obtenidos mediante un espectro de diseño y combinaciones modales y direccionales establecidas. La Figura 3-26 muestra los casos de carga generados hasta el momento y dos casos de carga por espectro de respuesta.
Figura 3-26. Lista de Casos de Carga Estáticos y Dinámicos.
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Figura 3-27. Definición del Caso de Carga por Espectro de Diseño.
Combinaciones de Carga Están establecidas de acuerdo a un código de diseño para satisfacer requisitos de resistencia. Se trabajará con el código de Diseño ACI 318 cuyas combinaciones de resistencia requerida las encontramos en la sección 9.2 y se muestran a continuación, de acuerdo con los casos de carga generados anteriormente, sin considerar el caso de sismo estático. 1.4( + ) 1.2( + ) + 1.6 + 0.5 1.2( + ) + 1.0 + 1.6 1.2( + ) + 1.0 − + 1.0 1.2( + ) + 1.0 − + 1.0 0.9( + ) + 1.0 − 0.9( + ) + 1.0 −
La creación de estas combinaciones de carga las podemos hacer de manera manual o indicarle al programa que genere las combinaciones necesarias de acuerdo con los nombres de patrones y casos de carga establecidos.
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Para poder generar las combinaciones de carga establecidas en la página anterior, seguimos la ruta “Define/Load Combinations…” o mediante un clic en el botón
tal como se muestra en la Figura 3-28.
Clic para generación automática de combinaciones
Figura 3-28. Ruta de Acceso al comando Load Combinations y adición de combinaciones por defecto.
Se tienen dos maneras de generar combinaciones de carga, la primera es de manera Manual mediante el botón y la segunda de forma Automática con un clic en el botón . La Figura 3-29 a) muestra la generación de la tercera combinación de carga, Comb3, de manera manual mientras que la Figura 3-29 b) una lista de las combinaciones de carga que generará el programa de acuerdo con el tipo de diseño.
a)
b)
Figura 3-29. Combinaciones de Carga, a) Tercera combinación generada de manera manual y b) Combinaciones de carga Automáticas de acuerdo con el Tipo de Diseño. 18
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Tal como se ve en la Figura 3-29 b) seleccionamos el Tipo de Diseño Concrete Frame Design indicándole al programa que las combinaciones de carga que genere sean editables, luego aceptamos este requerimiento dándole clic al botón . En seguida el programa nos mostrará 10 combinaciones de carga generadas de manera automática, en concordancia con el ASCE/SEI 7-10 donde nos indica lo siguiente: “cuando la carga sísmica se combina con el efecto de otras cargas, las siguientes combinaciones deben ser aplicadas en lugar de las que se tienen en la sección 9.2.1 del ACI 318”. (0.9 − 0.2 ) ± (1.2´ + 0.2 ) + 1.0 ± (1.2´ + 0.2 ) + 1.0 + 0.2 ±
Figura 3-30. Combinaciones de Carga Generadas de manera Automática.
Luego, las combinaciones finales que el programa crea son las que se muestra a continuación: 1.4( + ) 1.2( + ) + 1.6 1.2( + ) + 1.6 + 0.5 1.2( + ) + 1.0 + 1.6 1.2( + ) + 1.0 − + 1.0 1.2( + ) + 1.0 − + 1.0 1.2( + ) + 1.0 − 1.2( + ) + 1.0 − 0.9( + ) + 1.0 − 0.9( + ) + 1.0 − 19
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Cabe destacar que para obtener estos coeficientes de Mayoración tal como se muestran se ha establecido que el valor del Parámetro de Aceleración de Respuesta Espectral de periodos cortos, SDS, se modificó de un valor inicial de 0.5 a un valor de cero.
Figura 3-31. Combinaciones de Carga Generadas de manera Automática.
La Figura 3-31 muestra cómo acceder a configurar ciertos parámetros de Diseño para Elementos de Concreto Armado. Finalmente, la Figura 3-32 muestra el cambio que debemos realizar para que los coeficientes de Mayoración sean los que se visualizan en la página anterior.
Cambiar a cero
Figura 3-32. Combinaciones de Carga Generadas de manera Automática.
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