Informe SAP2000

FACULTAD DE INGENIERIAS UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

ESCUELA PROF. INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

FACULTAD DE INGENIERAS

Ing. Civil Ciclo VIII

INFORMATICA APLICADA A LA ING CIVIL *****************************************************************************

DISEÑO DE VIGA. Mediante el uso del software SAP2000 *****************************************************************************

Docente:

ING. ALEXS SANDER MAMANI QUISPE Presentado Por:

XIOMI ELIZABETH VILCA MACHACA

Informática Aplicada a la Ingeniería Civil

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INDICE

1. INTRODUCCION ............................................................................................................................................................................. 3 2. OBJETIVOS ..................................................................................................................................................................................... 3 2.1 OBJETIVOS GENERAL .............................................................................................................................................................. 3 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................................................................................................... 3 3. MARCO TEORICO .......................................................................................................................................................................... 3 3.1 PROPUESTA .............................................................................................................................................................................. 3 3.2 METODOLOGIA ......................................................................................................................................................................... 3 4. PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................................................................... 4 4.1 PASO 1: ABRIR EL PROGRAMA SAP2000 .............................................................................................................................. 4 4.2 PASO 2: DEFINIR UNIDADES ................................................................................................................................................... 4 4.3. PASO 3: SELECCIÓN DEL MODELO ....................................................................................................................................... 4 4.4 PASO 4: DEFINICION DE LAS CONDICIONES DE LOS APOYOS PARA EL MODELO ......................................................... 5 4.5. PASO 5: DEFINICION DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ........................................................................................ 7 4.6. PASO 6: DEFINICIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS VIGAS Y COLUMNAS ................................................. 8 4.7. PASO 7: ASIGNAR SECCIONES DE LOS ELEMENTOS AL MODELO ................................................................................ 11 4.8. PASO 8: DEFINIR SISTEMAS DE CARGAS .......................................................................................................................... 12 4.9. PASO 9: ASIGNAR LAS CARGAS A LA ESTRUCTURA ....................................................................................................... 13 4.10. PASO 10: DEFINICIÓN DE LAS COMBINACIONES DE CARGA ........................................................................................ 16 4.11. PASO 11: ANALIZAR LA ESTRUCTURA: ............................................................................................................................ 17 4.12. PASO 12: LECTURA E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS: ................................................................................ 18 4.13. PASO 13: COMPROBACION DEL DESPLAZAMIENTO LATERAL CON RNR E030 .......................................................... 22 4.14. PASO 14: DISEÑO EN ACERO ............................................................................................................................................ 23 4.15 PLANO ESTRUCTURAL ........................................................................................................................................................ 26 5. CONCLUSION ............................................................................................................................................................................... 28 6. RECOMENDACIÓN ....................................................................................................................................................................... 28


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1. INTRODUCCION El programa SAP2000 es un software líder en la ingeniería estructural. Se pueden analizar cualquier tipo de estructuras con este programa, e incluso diseñar elemento por elemento de manera precisa con los reglamentos más conocidos (ACI EN EL CASO DE PERU). Mediante SAP2000 es posible modelar complejas geometrías, definir diversos estados de carga, generar pesos propios automáticamente, asignar secciones, materiales, así como realizar cálculos estructurales de hormigón y acero basados, entre otras normativas. En el presente trabajo se realizara el Cálculo de Acero para Vigas y Columnas de un Pórtico de 3 niveles, y de paso explicar la aplicación de todas las herramientas que posee este Programa.

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVOS GENERAL  

Lograr tener un conocimiento del manejo del SAP2000 para el diseño de acero de vigas y columnas Explicar las características principales de los comandos del programa de SAP2000, para tener conocimiento de su uso.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS       

Predimensionamiento de vigas y columnas. Identificar las principales alternancias de las cargas vivas. Introducir las cargas distribuidas de distintas formas. Evaluar el área de acero si cumple con el rango establecido Evaluar si los desplazamientos obtenidos con el programa cumplen con el reglamento. Realizar Combinaciones de carga viva, carga muerta y carga de sismo, con los factores de amplificación que indica el RNE E060 Interpretar los datos que nos da el programa para el diseño de acero en vigas y columnas.

3. MARCO TEORICO 3.1 PROPUESTA

Se predimensionara los elementos horizontales y verticales, se tomará carga viva para todas las alternancias, se obtendrá diagrama de momentos y cortantes, también el área de acero. El pórtico será el siguiente:

3.2 METODOLOGIA

PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS: Para el dimensionamiento de las vigas se tomará la luz mas larga. Determinación de carga muerta wu= 9tn/m Determinación de carga viva s/c = 4tn/m Wu= 1.2*wu + 1.6*wl =1.2*9+1.6*4=17.20 tn/m=0.17 kg/cm h=Ln/(4/0.17^1/2)=Ln/9.43 h=8.02/9.43= 0.85 lo asumiremos como 80 B=40 cm b=h/2=0.80/2 H=80 cm b=40 PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Determinacion de cargas muertas: 9 tn/m Determinacion de cargas vivas : 4 tn/m

Total: 13 tn/m

Calculo de las Peso: 13tn/m*7.36 m =95.68 tn Reemplazando valores en las formulas: b*D=1.25*P/n*f’c siendo n=0.25 entonces= b*D=1.25*95 680*10/0.25*280 = 17085.7143 cm2 B=30 cm H=130 cm


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4. PROCEDIMIENTO 4.1 PASO 1: ABRIR EL PROGRAMA SAP2000

Ejecutamos el programa SAP2000 Versión 14, desde el acceso directo que se en cuentra en el escritorio. El programa se ejecutará y antes de mostrar el entorno del programa, aparecerá un cuadro de dialogo Tip of the d ay (Consejo del día), el que muestra algunas actualizaciones y recomendaciones para el programa y el uso de sus comandos. Next Tip: Siguiente Consejo Previous Tip: Consejo Anterior Picamos en OK y Tendremos el entorno SAP2000 14 para empezar a modelar nuestra estructura.

4.2 PASO 2: DEFINIR UNIDADES

Seleccione las unidades en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000 V14, como se muestra a continuación.

Para la Versión 14 Escogemos: Tonf, m, C. Si es Tonf es tonelada fuerza para evitar confusiones con las unidades de masa que sólo sería Ton. No es necesario hacer ninguna conversión de los modelos antiguos a las nuevas versiones.

4.3. PASO 3: SELECCIÓN DEL MODELO

Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File > seleccione New Model. Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación.

Seleccione la plantilla 2D Frames, que es la que se muestra acontinuacion. Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla.


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Se deben llenar las casillas de acuerdo con las características de nuestra estructura o Number of Stories (Número de Pisos) o Number of Bays (Número de tramos) o Story Height (Altura de Piso) o Bays Width: Se deben llenar las casillas de acuerdo con las características de nuestra estructura en 2D. Las opciones que se presentan en Section Properties nos permiten definir las secciones de los elementos estructurales que utilizaremos más adelante. Debido a que existen opciones en el Menu de herramientas (Define/ Section Properties/ Frame Sections) que son exclusivamente para la definición de secciones, es que se ignora por ahora esa parte.

Digite los valores correspondientes para ubicar los ejes en función de las longitudes de los tramos. Cabe resaltar que podemos utilizar las celdas de esta ventana como si fuesen celdas de excel, quiere decir que si realizamos una operación aritmetica dentro de la celda, este al presionar enter muestra el resultado. Si le colocamos por ejemplo: 3.9 + 2.8 y Enter, se obtendra el res ultado 6.7. Si se ingresaron los datos en forma alternada sin seguir un orden creciente o decreciente, solo hacer clic en Reorder Ordinates y todas los valores se ordenan. La opción Bubble Size es el tamaño de las burbujas que representan los Ejes. presione Ok dos veces. Esto lo conducirá a la pantalla principal de SAP2000, la cual tiene por omisión dos ventanas principales: una en tres dimensiones y la otra en el plano XZ.

4.4 PASO 4: DEFINICION DE LAS CONDICIONES DE LOS APOYOS PARA EL MODELO Para cambiar las condiciones de borde, seleccione primero las juntas a cambiar (o sea todas las de la base) para cambiar su condición.


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Luego de seleccionar las juntas seleccione en el menú principal Assign y la opción de Joints y la sub‐opción de Restraints o presione el icono toolbar que se encuentra en la parte superior de la pantalla principal. Ambas acciones lo conducirán a la pantalla que se muestra a la derecha.

del

Por ahora se recomienda que utilice los botones que se encuentran en el recuad ro de “Fast Restraint”. Estos significan lo siguiente: Apoyo o soporte fijo (fixed) que restringe desplazamientos y rotaciones todas las direcciones. Soporte articulado (pin) que restringe desplazamientos en dos direcciones Soporte de rodillo (roller) que restringe desplazamientos en una dirección. Junta libre de soporte. Seleccione de la ventana y seleccione OK. El modelo debe ahora aparecer como se muestra en la siguiente figura:

Borramos las barras sobrantes y armamos nuestro pórtico como en la figura propuesta :


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4.5. PASO 5: DEFINICION DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Verifique que las unidades con las que se especifican los sean las adecuadas. Para definir las propiedades de los materiales, seleccione Define del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Materials como se muestra en la figura a continuación:

DEFINIENDO EL MATERIAL: Concreto280 Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de los disponibles según las especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick Material Property Definition que se muestra:

Seleccione Concrete en Material Type y f’c 3000psi (280 Kg/cm2 aprox.) en Specification y presione el botón Ok.

Luego de la ventana Define Materials seleccione el material 3000psi y haga clic en el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: Ingrese un nombre para identificar el material (por ejemplo: Concreto280) en la caja de texto de Material Name. Cambie los valores a los especificados en la descripción del problema. Seleccione OK dos veces.


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DEFINIENDO EL MATERIAL: Acero 4200 Seleccione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de los disponibles según las Especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick Material Property Definition que se muestra:

Seleccione Rebar en Material Type y ASTM A615 Grade 60 (fy =4200 Kg/cm2 aprox.) en Specification y presione el botón Ok. Luego de la ventana efine Materials seleccione el material A615 Grade 60 y haga clic en el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: Ingrese un nombre para identificar el material (por ejemplo: Acero4200) en la caja de texto de Material Name. Cambie los valores a los especificados en la descripción del problema. Seleccione OK dos veces.

4.6. PASO 6: DEFINICIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS VIGAS Y COLUMNAS

Para definir las secciones de los elementos, seleccione Define en el menú principal y luego la opción Section Properties/ Frame Sections .


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Una forma alternativa es presionar el icono


de en el toolbar ubicado en la parte superior. Cualquier opción lo conducirá a la siguiente pantalla.

Para el caso del modelo se tiene secciones rectangulares de concreto, para ello dar clic en e l botón Add New Property que lo llevará a la ventana Add Frame Section Property . Del cuadro de diálogo Frame Section Property Type seleccione la opción Concrete y luego la sección Rectangular.

Digite VIGA 40x80 en la caja de texto Section Name. Escoger Concreto280 en la caja de edición Material. Digitar las dimensiones de la viga en las cajas de texto correspondientes. Hacer clic en el botón Concrete Reinforcement y seleccione Acero4200 de la lista Longitudinal Bars y Acero4200 de la lista Cofinement Bars del cuadro Rebar Materials. Escoger Bean (viga) del recuadro Design Type. Por defecto el programa le da un recubrimiento (cover) al centro de la para arriba (top) y abajo (botton). Digitar 0.06 en las cajas de edición Top y Botton como se muestra:

Hacer clic en el botón Ok para aceptar los datos establecidos y regresar al formulario. Rectangular Section. Hacer clic en la caja de selección Display Color para escoger un color para las vigas en este caso escogeremos un color azul y luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame Properties. Repetir el procedimiento anterior para crear la sección Columna130x30.


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Para el caso de las columnas en la opción Concrete Reinforcement se tiene:

Luego hacer clic en Ok para regresar al formulario Frame Properties . El formulario Frame Properties deberá quedar como el siguiente:

Hacer clic en el botón Ok del formulario Frame Properties para aceptar los cambios.


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4.7. PASO 7: ASIGNAR SECCIONES DE LOS ELEMENTOS AL MODELO Luego de definir las secciones y los materiales, el siguiente paso es asignar dichas propiedades a los elementos. Seleccione los elementos del modelo correspondientes a las columnas mediante un clic encima de dichos elementos dibujando un cuadro que cubra dichos elementos, moviendo el mouse y manteniendo apretado el botón izquierdo. Del menú de Assign seleccione Frame/Frame Sections , lo que lo lleva a la siguiente ventana:

Seleccione del recuadro Properties el nombre de la sección previamente definido (para nuestro caso Columna 130x30. Al presionar OK, el nombre de la sección va a aparecer sobre el elemento de la estructura. Repita el mismo procedimiento para asignar las secciones de las vigas y e l pórtico se mostrará como el siguiente:


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Para lograr una mejor visualización de las secciones asignadas nos colocamos en la ventana 3D y se procede a hacer clic en el icono siguiente ventana y se seleccionan las casillas Extrude View y Sections

, aparecerá la

4.8. PASO 8: DEFINIR SISTEMAS DE CARGAS

Antes de aplicarle las cargas al modelo es necesario definir los sistemas de cargas (por ejemplo Muerta, Viva, Viento, Sismo, etc). En este paso NO se aplican las cargas, solamente se definen cuales de ellas van a ser utilizados. En este problema se va a aplicar la carga VIVA y MUERTA, esta ultima como lo aclaramos al inicio no incluirá el peso propio de la viga, El SAP2000 calcula automáticamente el peso propio de los elementos estructurales con el PATRON DE CARGAS: DEAD (Muerta). Para definir el sistema de cargas, seleccione Define del menú principal y luego la opción Load Patterns.

Esto lo llevará a la siguiente ventana, donde inicialmente el programa tiene por omisión el patrón de carga DEAD (MUERTA). Proceda a definir los demás estados de carga. Carga Muerta, Carga Viva, CV1, caga viva alternancia 01, CV2, carga viva alternancia 02, CV3, carga viva alternancia 03….CV65 , carga viva alternancia 65

Load Pattern Name: Nombre del Patrón de Carga. Type: Tipo de Patrón de carga DEAD: Muerta LIVE: Viva QUAKE: Terremoto WIND: Viento OTHER: Otros SELF WEIGHT MULTIPLIER: Multiplicar el Peso propio


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En esta casilla por defecto para DEAD el programa establece 1, quiere decir que el peso propio de la estructura que calcula de manera interna, lo está multiplicando por la unidad. En el caso de otro tipo de cargas se le asigna 0 (cero), como es el caso de la carga VIVA, ya que esta carga se asignara de los cálculos que hayamos hecho nosotros en el metrado de cargas.

4.9. PASO 9: ASIGNAR LAS CARGAS A LA ESTRUCTURA

Se debe tener en cuenta que para la azotea tanto la carga muerta (DEAD) como la carga viva (LIVE) tienen valores diferentes con respecto a los otros niveles. ASIGNACIÓN DE CARGA MUERTA PRIMER Y SEGUNDO PISO - DEAD Para asignar la carga muerta uniformemente distribuida, seleccione primero las vigas del primer piso, luego del menú Assign, escoja la opción Frame

Loads/Distributed o también puede presionar el icono

ubicado en el toolbar superior. Esto lo lleva a la siguiente pantalla:

En Load Pattern Name: Nombre de Patrón de Carga Carga Muerta En Load Type and Direction: Tipo de carga y D irección Forces: Fuerzas Moments: Momentos Coord sys: Sistema de coordenadas: Se escogerá entre Global y Local; Se debe tener en cuenta que para el caso Global que el eje 1, 2 y 3 coinciden con los ejes X, Y y Z respectivamente; Mientras que para el eje Local se tiene la siguiente asignación:

Para nuestro ejemplo escogeremos el Global.

Direction: Dirección de la carga: Dentro de las opciones tenemos X, Y, Z y Gravity. Debemos tener en cuenta que podemos escoger Z o Gravity pero cuando escojamos este último, se colocara para nuestro ejemplo 4.00 (dirección hacia abajo, por ser gravedad), sin embargo si colocamos Z se tendrá que colocar -4 debido que la carga esta en sentido negativo al eje de las Z.


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Cuando se halla escogido en Coord Sys: Local, entonces las opciones que aparecerán en Direction serán 1, 2 y 3 que pertenecen a los ejes locales del elemento que se ha seleccionado (Figura de la página anterior) Options: En esta parte se tiene las opciones: Add to Existing Loads: Añadir a cargas existents. Replace Esiting Loads: Remplazar cargas existentes. Delete Existing Loads: Eliminar las cargas existentes. Escogemos Remplazar las cargas existentes, por si es que hubiese sido cargada por equivocación. Uniform Load: Carga uniforme si toda la barra esta cargada. Trapezoidal Loads : Se utiliza cuando se tienen cargas distribuidas triangulares o en forma de trapecio, nuestra barra esta cargada a mitad de tramo por lo que usaremos esta opción. Picamos en OK y el pórtico quedara cargado tal como se muestra.

-Se seguirá cargando el pórtico con las cargas propuestas, quedando de la siguiente manera:

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA EN TODA LA ESTRUCTURA Para asignar la carga viva uniformemente distribuida, seleccione primero el elemento a ser cargado (Las vigas del primer, segundo y tercer piso), lo cargaremos en el patrón de carga: Carga Viva.

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA – CV1 Seleccione las vigas alternando (dejando un tramo), y asignarle la carga viva que le corresponde. Carga viva CV=4.0 Tn/m.


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ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA – CV2 Seleccione las vigas alternando como se muestra y asignarle la carga viva que le corresponde. Carga viva CV2= 4.0 Ton/m para 1°, 2° piso, y 3° piso.

ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA – CV3



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ASIGNACIÓN DE CARGA DE SISMO

4.10. PASO 10: DEFINICIÓN DE LAS COMBINACIONES DE CARGA Para asignar los factores al momento de crear las combinaciones, nos guiaremos del reglamento siendo asi las siguientes: COMB : 1.25Carga Muerta+1.25Carga Viva+1.0 Carga de Sismo Linear ADD COMB : 0.9Carga Muerta+1.0 Carga de Sismo Linear ADD Después de realizar todas las combinaciones indicadas, se realiza una última que es la superposición de todas las combinaciones escogiendo la envolvente como resultado: ENVOLVENTE Define/Load Combinations/Add New Combo


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4.11. PASO 11: ANALIZAR LA ESTRUCTURA: Lo que procede ahora es resolver el problema o sea continuar con la etapa de solución, para lo que del menú Analize, seleccionar la opción Run Analysis. Nos aparecera la siguiente ventana del cual solo haremos una modificacion seleccionar MODAL y clic en Run/Do Not Run Case. Esta opcion se mantendra activa siempre y cuando se estee realizando un analisis dinamico con sismo. y luego la opción Run Now.

Si no hemos grabado nuestro trabajo, nos pedirá un nombre y una ubicación. Se recomienda, dado que son muchos los archivos que crea, asociados al descriptivo de la geometría, utilizar una carpeta nueva para cada uno de ellos, a fin de tenerlos separados fácilmente.


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Después que el programa realizó el analisis nos muestra en la ventana 3D una simulacion de la deformación conjunta de todo el portico debido a la aplicación de cargas.

4.12. PASO 12: LECTURA E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS:

REACCIONES EN LOS APOYOS: Las reacciones en cada apoyo del portico seran 3 (2 fuerzas y 1 momento), para que el SAP lo muestre nos vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Joints Aparcera el cuadro de dialogo Joint Reaction Forces, donde Case/ Combo Name: Escogeremos el tipo de combinacion para el que queremos calcular las reacciones. Para el cálculo de los ACEROS DE DISEÑO se deben utilizar los esfuerzos que nos da la ENVOLVENTE.

Show results as Arrows: Mostrar los resultados como flechas, por defecto ya viene activado. OK, y apareceran las reacciones (FUERZAS) en los apoyos como se muestra en la imagen siguiente:


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El SAP2000 solo muestra la fuerza de los ejes X y Z (1 Y 3), mas no muestra los momentos; Para ver los momentos tenemos que picar en el punto y hacer anticlic, de esa manera nos mostrará un cuadro especificando si es un momento o fuerza y en que eje esta aplicándose. DIAGRAMA DE ESFUERZOS Para ver los esfuerzos de columnas y vigas nos vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Frames/ Cables Aparecera el cuadro de dialogo Member Force Diagram for Frames, en Case/ Combo Name se escoge el tipo de combinacion del que se quiere visualizar los esfuerzos axiales, ENVOLVENTE.

En Component se dan las siguientes opciones: Axial Force: Fuerza Axial en el elemento. Shear 2-2: Cortante en el eje local 2. Shear 3-3: Cortante en el eje local 3. Torsión: Torsión en torno al eje local 1. Moment 2-2: Momento en torno al eje local 2. Moment 3-3: Momento en torno al eje local 3. En Scaling tenemos opciones que nos permiten aumentar o disminuir el tamaño de los diagramas de esfuerzos en el caso que fuesen demasiado pequeños o grandes respectivamente; Auto (Automatico) y de escogerse Scale Factor se coloca dentro de la casilla un valor que multiplicado con el esfuerzo nos dara la medida

Ejemplo: 55 Tonf * 0.02 = 1.1 m (Magnitud visualizada del esfuerzo); Debemos tener en cuenta que el factor de escala introducido no altera en ningun caso los valores de los esfuerzos. En Options si picamos en Fill Diagram, el diagrama dibujado se rellanará con un determinado color; Para el caso en que se escoja Show Values on Diagram se mostraran los diagramas con sus valores más representativos (Máximos y mínimos) DIAGRAMA DE ESFUERZO AXIAL Show Values on Diagram


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Para tener un mejor detalle del esfuerzo axial a lo largo de todo un elemento, se hace anticlic sobre el elemento y ap arecera una ventana como la siguiente, el elemento seleccionado se encontrara parpadeando de amarillo.

Como podemos ver tenemos un mejor detalle para el elemento Columna 30x130. Conforme le demos clic en alguna parte de la columna (Resultant) podemos observar a la derecha los valores minimos (Color rojo) y maximos (Color Azul) axiales asi como tambien los minimos y maximos torsionales. El color AZUL representa la ENVOLVENTE.

DIAGRAMA DE CORTANTE (SHEAR 2-2)


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DIAGRAMA DE MOMENTOS (MOMENT 3-3)

DESPLAZAMIENTOS Y ROTACIONES

Para visualizar el valor de los desplazamientos y rotaciones de todos los nudos existen 3 maneras, vamos al Menu Display/ Show Deformed Shape , tambien presionando F6 o haciendo clic en el siguiente icono.

Luego, OK y observamos la estructura deformada, cuando ubicamos el cursor sobre uno de los nudos aparece una lista de datos que son Traslaciones (U) y Rotaciones (R) en los tres ejes Globales.


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Cuando se necesiten los datos más aproximados nos ubicamos en el nudo, le damos clic derecho y nos aparecerá un cuadro como el siguiente:

El cuadro nos muestra el valor de las traslaciones y las rotaciones en los ejes 1, 2 y 3 que son los ejes X, Y y Z respectivamente. Las unidades de las traslaciones es la especificada al inicio (m). Las unidades de las rotaciones es Radianes.

4.13. PASO 13: COMPROBACION DEL DESPLAZAMIENTO LATERAL CON RNR E030 En el E.030 nos indica un limite de desplazamiento lateral que debe cumplir las edificaciones:

Los desplazamientos laterales de entrepiso serán los siguientes: Nivel 1 = 0.0005m Nivel 2 = 0.0119 Nivel 3 = 0.0218 – 0.0119 – 0.0005 = 0.0094 m


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Los resultados obtenidos, se verifican aplicando la norma peruana de INGENIERIA SISMORRESISTENTE E.030. Realizando los cálculos correspondientes se obtiene: (R=8 ) Desplazamiento Lateral = 0.0094 x 0.75 x 8 = 0.0564m (Aplicación de 16.4 del RNE E.030). Límite de desplazamiento = D/he = 0.0564 cm. / 7.82 cm. = 0.007 Se verifica que el límite lateral de desplazamiento según Norma E.030 es 0.007 y lo obtenido por el análisis es 0.0072, supera ligeramente el límite establecido, por lo cual implica que las secciones de los elementos son correctas.

4.14. PASO 14: DISEÑO EN ACERO

El cálculo de acero manualmente se calcula con dos fórmulas que son iterativas o también con la formula cuadrática que se despeja de aquellas; En cambio el Programa SAP2000 realiza el cálculo internamente mostrando el valor del área necesaria al detalle para cada elemento estructural. Para llevar a cabo el cálculo del área de acero en el programa se debe definir antes el Codigo o Reglamento de Construcción con el que se trabajará. Design/ Concrete Frame Design/ View/ Revise Preferences y aparecerá la siguiente ventana:

Donde: o Design Code: Código de Diseño (Norma o Reglamento de Diseño): Se escoge el Reglamento de Construcción con el cual se desee diseñar que para nuestro caso escogemos ACI 318-05. Los otros datos posterior a éste se modificarán automáticamente de acuerdo al código seleccionado (También se pueden editar). o Time History Design: Envelopes o Number of Interaction Curves: Número de curvas de interacción: El número de curvas de la interacción de dos dimensiones utilizados para alcanzar la superficie de interacción en tres dimensiones. Este elemento debe ser mayor o igual a 4 y divisible por 4.

o o Number of Interaction Points: El número de puntos utilizados para definir una curva de la interacción de dos dimensiones. Este elemento debe ser mayor que o igual a 5. Consider Minimum Eccentricity: Considere la posibilidad de excentricidad mínima: Si o No para considerar si la excentricidad mínima debe ser considerada o no respectivamente en el diseño. o Seimic Design Category: Categoría de Diseño Sísmico. Esto es "A", "B", "C", "D", "E" o "F", las características de cada categoría se encuentran en la tabla N°03 de la Norma E.030


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o Phi (Tension Controlled): El factor de reducción de resistencia para las secciones de tensión que es 0.9. o Phi (Compression Controlled Tied): El factor de reducción de la fuerza de compresión con estribos que es 0.65. o Phi (Compression Controlled Spiral): El factor de reducción de la fuerza de compresión con refuerzo en espiral es 0.70. o Phi (Shear and/ or Torsion): El factor de reducción de la fuerza cortante y torsión es 0.75. o Phi (Shear Seismic): Phi (corte sísmico): El factor de reducción de la resistencia a cortante de las estructuras que se basan en momento tan especial resistencia a los marcos especiales o muros de hormigón estructural para resistir los efectos del terremoto es 0.60. o Phi (Joint Shear): El factor de reducción de la fuerza de corte conjunta de las estructuras que se basan en momento tan especial resistencia a los marcos especiales o muros de hormigón estructural para resistir los efectos del terremoto es 0.85. o Pattern Live Load Factor: El factor de carga viva para la generación automática de las combinaciones de cargas que implican cargas patrón de carga viva y cargas muertas es 0.75. o Utilization Factor Limit: El límite de la relación de esfuerzos que se utilizará para la aceptación es 0.95. Relaciones de esfuerzo que están igual o inferior a este valor se consideran aceptables. Después de haber definido los parámetros de diseño de acuerdo al Reglamento ACI318-05 debemos seleccionar los grupos de diseño Se puede seleccionar los grupos de diseño Design/ Concrete Frame Design/ Select Design Combos , de la Lista de Combinación de Cargas seleccionar ENVOLVENTE, clic en Add y OK.

Para realizar el diseño en Acero, en el Menú Design/ Concrete Frame Design/ Star Design/ Check of Structure . También podemos correr el diseño haciendo clic sobre ; El Programa realizará el diseño internamente y nos mostrará por defecto el AREA DE ACERO LONGITUDINAL para cada elemento estructural como vemos en la imagen siguiente:


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Área de Acero Longitudinal en cm2

El acero de la parte superior va colocado en la parte superior de la viga. De igual forma se deduce para el acero inferior.

DETALLE DEL REFUERZO LONGITUDINAL Para ver los detalles del diseño de acero Longitudinal seleccionamos el elemento a chequear y sobre el elemento seleccionado damos clic con el botón derecho del ratón y obtenemos el siguiente cuadro de dialogo:

Descripción: COMBO ID: Es la combinación de carga bajo la cual se está diseñando. STATION LOC: Es la distancia, desde el nodo inicial, en la cual se está calculando el área de acero requerida. TOP STEEL: Área de acero requerida en la parte superior de la sección de la viga. BOTTOM STEEL: Área de acero requerida en la parte inferior de la sección de la viga. SHEAR STEEL: relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos. Cada fila en el recuadro anterior representa el detalle a cierta distancia para un determinado elemento, para la imagen tenemos el detalle del ELEMENTO 16 y muestra el detalle a cada 0.50m, empezando desde 0.125 (No inicia desde 0 debido al brazo rígido que se colocó) A través de diseño en esa sección.

(Resumen) se tiene acceso a una hoja ordenada y resumida que muestra todos los detalles del análisis y


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Descripción: 1. Nos muestra el Nombre de la norma o Reglamento que se utilizó para el diseño, así como las unidades en las que están todos los detalles siguientes. 2. Elemento: 24. Section ID: Tipo de Sección: V30X70 Combo ID: Tipo de combinación con el que se diseñó: wt=1.25wd+1.25wl+ws Station Loc (Ubicación en el elemento) = 65.0 cm 3.

D (Peralte de viga) = 70.00 cm. B (Base de la viga) = 30.00 cm. dct (Recubrimiento cara superior de la viga) = 6.0 cm dcb (Recubrimiento cara inferior de la viga) = 6.0 cm E: Modulo de Elasticidad = 2173.70 Ton/cm2 f’c: Resistencia a la Compresión del concreto = 0.28 Ton/cm2 fy: Esfuerzo de fluencia del Acero = 4.2 Ton/cm2 Longitud del elemento = 425.00 cm

4. Los coeficientes de reducción por flexión, cortante y Torsión que se utilizaron. 5. Design Moments, M3: Momentos (positivo y negativo) de diseño a 65.0 cm del elemento. 6. Refuerzo a flexión para el momento Top (+2 Axis): (Cara Superior – 2 ejes) Required Rebar : Barras de refuerzo necesario : 7.797cm2. + Moment Rebar : Refuerzo para el momento Positivo : 0.000 cm2. Moment Rebar : Refuerzo para el momento Negativo : 7.797 cm2. Minimun Rebar : Refuerzo Mínimo : 6.428 cm2. Bottom (-2 Axis): (Cara Inferior – 2 ejes) Required Rebar : Barras de refuerzo necesario : 5.102 cm2. + Moment Rebar : Refuerzo para el momento Positivo : 3.826 cm2. Moment Rebar : Refuerzo para el momento Negativo : 0.000 cm2. Minimun Rebar : Refuerzo Mínimo : 5.102 cm2. Debido a que el punto de análisis que se tomó está ubicado cerca al apoyo (a 65.0 cm del nudo) es que No existe refuerzo para el Momento Positivo (As = 0.000 cm2) en la cara superior pero si para el Momento Negativo (As = 7.797 cm2). Sin embargo en la cara inferior Existe refuerzo para el Momento Positivo (As = 3.826 cm2) y no para el Momento negativo (As = 0.000 cm2).

7. Shear Reinforcement: Refuerzo por Corte: Para los estribos, tenemos un valor de 0.119 que representa la relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos . Esto se interpreta así: Estribo a utilizar en la viga: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2. Separación = 0.71 cm2/ 0.119 = 6.45 = 10.00 cm. (Siempre aproximar al defecto). Por lo tanto la separación de estribos en ese punto no debe ser mayor de 10 cm.

8. Reinforcement for Torsión : Refuerzo por Torsión: Para este caso no existe refuerzo por torsión, Existiría en el caso que hubiese un volado perpendicular al eje longitudinal de la vida que produzca la Torsión.

4.15 PLANO ESTRUCTURAL


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Para 7.797 cm2, tenemos opciones como: 2 Φ 1/2 + 1 Φ 5/8 = 6.98cm2


2 Φ 3/4 + 1 Φ 5/8 = 7.68 cm2

Para 2.170 cm2, tenemos opciones como: 3 Φ 8/8 = 5.94 cm2

Para los estribos, tenemos un valor de 0.11 luego: Estribo a utilizar en la viga: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2. Separación =0.71 cm2/0.11 = 6.75 = 10.00 cm.; Lo que quiere decir que la separación de estribos en ese punto no debe ser mayor de 10 cm.


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5. CONCLUSION      

En un inicio de dimensiono los elementos de la estructura siguiendo formulas y referencias del reglamento, para poder modelar el pórtico e n el programa. Dándonos como resultado las secciones de vigas 40x80, y de columnas se considero como placas 30x130 cm. Para la amplificación de las Cargas muertas vivas y de sismo de aplico factores establecidos en el RNE E.060 Después de analizar la estructura las áreas requeridas de acera se encontraron dentro del rango establecido asi que se redujo las secciones de viga del tercer nivel siendo de 30x70. Los desplazamientos arrojados en el programa se verifico si cumplía con el mínimo establecido por el reglamento, siendo la rigides lateral del pórtico de 0.0072, está entre el límite. Una ves que se verifico el desplazamiento mínimo se procedió a diseñar la cantidad de acero que entraría en cada viga. Si en caso necesitase una viga en T se tendrá que definir la sección en otros y se procederá a dibujar, luego se le asignara material.

6. RECOMENDACIÓN       

Se debe ingresar correctamente los datos y seguir un procedimiento secuencial. Para ingresar las cargas distribuidas en el caso de muertas se tendrá que metrar el pórtico, en nuestro caso ya se tenia las cargas muertas. Al ingresar los datos del programa es necesario definir las unidades, para no tener errores después. Se debe ingresar la fuerza de comprensión del concreto con el cual se va trabajar, y modificar el modulo de elasticidad conforme al fc Se debe definir el material del acero correctamente. Las alternancias de carga viva, se tomará como mínimo 5 patrones. Tener en cuenta que en el pórtico se presenta las fuerzas de sismo y aplicar su coeficiente correctamente.


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Informe SAP2000

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