Manual Modelado de Pórticos de C.a. en SAP2000

MANUAL: Modelado de Pórticos de Concreto Armado en SAP2000

Marzo, 2015 Pág.. 1/31

Manual:

Modelado de Pórticos de Concreto Armado en

SAP2000

Por. Ing. Gabriela Guzmán Marzo, 2015 .

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CONTENIDO

PARTE 1. EJERCICIO PLANTEADO………………………………………………………… PLANTEADO ………………………………………………………… .3 PARTE 2. EL MODELO………………………………………………………………………… MODELO ………………………………………………………………………….4 .4 1- Nuevo Modelo……………………………………………… Modelo……………………………………………… .………………………………… …………………………………4 4 2- Personalización de la plantilla de pórticos planos……………………………………… planos………………………………………....4 ....4 3- Editar la Grilla……………………………………………………………………… Grilla ……………………………………………………………………… .………….5 ………….5 4- Definir Secciones……………………………………………………………………………… Secciones……………………………………………………………………………… 5 5- Definir Materiales……………………………………………………………………………… Materiales……………………………………………………………………………… 6 6- Asignar secciones a vigas y columnas en plantilla……………………………………… plantilla………………………………………..11 ..11 7- Visualizar secciones asignadas en el modelo…………………………………………… modelo……………………………………………..12 ..12 8- Asignar secciones diferentes a vigas y columnas co lumnas………………………………………… …………………………………………13 13 9- Visualizar orientación de columnas……………………………………………… columnas………………………………………………... ...……… ……….14 .14 10- Girar Columnas rotando sus ejes locales………………………………………………… locales………………………………………………… 16 11- Definir Patrones de Carga………………………………………………………………… Carga………………………………………………………………….16 .16 12- Incluir el peso propio de los elementos en el caso CP………………………… CP…………………………... ...…… ……..17 ..17 13- Crear Combinaciones de Carga…………………………………………………………… Carga……………………………………………………………18 18 14- Asignar carga distribuida CP, CV y CVt a vigas………………………………………… vigas ………………………………………….21 .21 15- Asignar carga por sismo a juntas laterales……………………………………………… laterales……………………………………………….23 .23 16- Asignar empotramientos a las juntas de la base………………………………………… base…………………………………………24 24 PARTE 3. EL ANALISIS…………………………………………………………… ANALISIS …………………………………………………………… ..………… ..…………25 25 17- Seleccionar los grados de libertad a analizar. ………………………………………… analizar. …………………………………………..25 ..25 18- Correr el análisis del modelo. …………………………………………… modelo. ……………………………………………..……………….26 ……………….26

PARTE 4. RESULTADOS DEL ANALISIS…………………………………………… ANALISIS …………………………………………… ..........26 19- Visualizar resultados en forma grafica…………………………………………………… grafica…………………………………………………….26 .26 20- Visualizar resultados en tablas…………………………………………………………… tablas…………………………………………………………….28 .28 21- Exportar tabla de resultados a Excel……………………………………………………… Excel……………………………………………………… 30 PARTE 5. INFORMACION ADICIONAL……………………………………………………… ADICIONAL ……………………………………………………… 30 22- Añadir volados al pórtico con el comando “Extrude” ………………………………… …………………………………… … 30 23- Revertir conectividad en elemento……………………………………………………… elemento………………………………………………………...31 ...31

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CONTENIDO

PARTE 1. EJERCICIO PLANTEADO………………………………………………………… PLANTEADO ………………………………………………………… .3 PARTE 2. EL MODELO………………………………………………………………………… MODELO ………………………………………………………………………….4 .4 1- Nuevo Modelo……………………………………………… Modelo……………………………………………… .………………………………… …………………………………4 4 2- Personalización de la plantilla de pórticos planos……………………………………… planos………………………………………....4 ....4 3- Editar la Grilla……………………………………………………………………… Grilla ……………………………………………………………………… .………….5 ………….5 4- Definir Secciones……………………………………………………………………………… Secciones……………………………………………………………………………… 5 5- Definir Materiales……………………………………………………………………………… Materiales……………………………………………………………………………… 6 6- Asignar secciones a vigas y columnas en plantilla……………………………………… plantilla………………………………………..11 ..11 7- Visualizar secciones asignadas en el modelo…………………………………………… modelo……………………………………………..12 ..12 8- Asignar secciones diferentes a vigas y columnas co lumnas………………………………………… …………………………………………13 13 9- Visualizar orientación de columnas……………………………………………… columnas………………………………………………... ...……… ……….14 .14 10- Girar Columnas rotando sus ejes locales………………………………………………… locales………………………………………………… 16 11- Definir Patrones de Carga………………………………………………………………… Carga………………………………………………………………….16 .16 12- Incluir el peso propio de los elementos en el caso CP………………………… CP…………………………... ...…… ……..17 ..17 13- Crear Combinaciones de Carga…………………………………………………………… Carga……………………………………………………………18 18 14- Asignar carga distribuida CP, CV y CVt a vigas………………………………………… vigas ………………………………………….21 .21 15- Asignar carga por sismo a juntas laterales……………………………………………… laterales……………………………………………….23 .23 16- Asignar empotramientos a las juntas de la base………………………………………… base…………………………………………24 24 PARTE 3. EL ANALISIS…………………………………………………………… ANALISIS …………………………………………………………… ..………… ..…………25 25 17- Seleccionar los grados de libertad a analizar. ………………………………………… analizar. …………………………………………..25 ..25 18- Correr el análisis del modelo. …………………………………………… modelo. ……………………………………………..……………….26 ……………….26

PARTE 4. RESULTADOS DEL ANALISIS…………………………………………… ANALISIS …………………………………………… ..........26 19- Visualizar resultados en forma grafica…………………………………………………… grafica…………………………………………………….26 .26 20- Visualizar resultados en tablas…………………………………………………………… tablas…………………………………………………………….28 .28 21- Exportar tabla de resultados a Excel……………………………………………………… Excel……………………………………………………… 30 PARTE 5. INFORMACION ADICIONAL……………………………………………………… ADICIONAL ……………………………………………………… 30 22- Añadir volados al pórtico con el comando “Extrude” ………………………………… …………………………………… … 30 23- Revertir conectividad en elemento……………………………………………………… elemento………………………………………………………...31 ...31

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PARTE 1. EJERCICIO PLANTEADO.

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PARTE 2. EL MODELO 1- Para iniciar un nuevo modelo, se sigue la ruta: File > New Model

1.1. Seleccionar unidades de trabajo.

1.2. El tipo de plantilla que debemos seleccionar es 2D Frames.

2- Una vez seleccionada la plantilla se fijan los parámetros: 2.1. Se fijan las dimensiones del pórtico • Numero de Pisos • Numero de vanos • Ancho de Vano • Altura de Entrepiso

2.2. En caso de que se tengan luces variables o alturas variables en el pórtico, se debe marcar la casilla y hacer clic en el botón “Edit Grid”

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3- Para editar la grilla, cada letra representa un eje. Pueden editarse tanto el nombre de los ejes estructurales como su ubicación sobre el eje global X. Se recomienda siempre ubicar el primer eje estructural en X = 0 m. 3.1. Indicar la ubicación de cada línea de Grid sobre el eje. La Ordenada es acumulativa.

4- Ingresar las secciones de vigas y columnas a utilizar en el modelo.

4.1. Hacer clic en el botón “+” Para entrar al modulo de definición de secciones.

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5- Definición de secciones a utilizar en el modelo.

5.1. Hacer clic en el botón de agregar nueva propiedad.

5.2. Seleccionar en sección de tipo: Concreto

5.3. Hacer clic en la sección rectangular.

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5.4. Indicar el nombre de la sección (texto).

5.5 Como no se tiene aun, debe crearse el material, es decir, el concreto a utilizar en el modelo, haciendo clic en el botón “+”.

5.6. Seleccionar: agregar nuevo material. “Add New Material”

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Marzo, 2015 Pág.. 8/31 5.7. Indicar el nombre del material (texto).

5.8. Tipo de material.

5.9. Peso especifico.

5.10. Unidades de trabajo en la ventana actual, pueden modificarse antes de llenar cualquier valor de la ventana.

5.11. Modulo de elasticidad 5.12. Coeficiente de Poisson

5.13. Resistencia Cilíndrica del Concreto.

5.14. Clic en “OK”

Finalmente, el material se crea y se añade a la lista de materiales en el modelo.

5.15. Clic en “OK”

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5.16. Seleccionar el concreto creado. 5.17. Altura de la sección.

5.18. Ancho de la sección

5.19. Refuerzo

En caso se tratarse de una viga, debe definirse la siguiente información:

5.20. Diseñar como viga. 5.21. Recubrimiento al centro de la barra longitudinal superior. 5.22. Recubrimiento al centro de la barra longitudinal inferior.

5.23. Clic en OK

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En caso se tratarse de una columna, como queremos el diseño del acero y no un chequeo, sólo debe definirse la siguiente información:

5.24. Diseñar como columna. 5.25. Barras de confinamiento: estribos. 5.26. Recubrimiento limpio hasta las barras de confinamiento.

5.28. Clic en OK

5.27. Refuerzo a ser diseñado.

5.29. Clic en OK

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Debe definirse tantas secciones diferentes como tenga nuestro pórtico, repitiendo el procedimiento entrando a la opción “Add New Property”.

5.30. Clic en OK

6. Finalmente con las secciones creadas, llenar la siguiente información.

6.1 Indicar sección de viga. 6.2 Indicar sección de viga.

6.3 Marcar para que el programa asigne restricciones.

Nota: en caso de que el pórtico tenga secciones variadas en vigas y columnas, se indicara en la ventana , la sección de viga y de columnas que mas se repitan en el modelo y en un próximo paso se modificarán aquellas que tienen una sección diferente.

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7.Para visualizar las secciones que fueron asignadas por el programa a cada elemento se realiza el siguiente procedimiento.

7.1. Entrar al comando: opciones de visualización.

7.2. Marcar la casilla de “Sections” para visualizar las secciones de los elementos tipo frame (vigas y columnas).

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A Continuación, muestra el modelo creado de manera rápida con la plantilla de “Pórtico 2D”. Resta personalizar el pórtico de acuerdo a lo requerido.

8. Para asignar una sección diferente a algún elemento, se debe seguir el siguiente procedimiento: 8.1 Seleccionar el o los elementos a los que se les desea asignar la misma sección. 8.2. Seguir la ruta: Assign > Frame > Frame Sections

8.3. Seleccionar la sección que se desea asignar.

8.4. Clic en OK

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Para completar la geometría del pórtico del ejercicio se borran los elementos que no deben ir en el modelo, quedando como se muestra:

9. Es importante verificar, en caso de tener columnas rectangulares, que las mismas tengan la orientación deseada, para ello deben observarse los ejes locales. Si se toma como regla general, en el dibujo de las secciones colocar en “altura” la dimensión mayor de la columna, los ejes locales quedaran orientados de la siguiente manera:

Se debe recordar, que en SAP2000 se visualizaran los ejes locales 1, 2 y 3 sobre los elementos del pórtico como: Eje 1 = Color Rojo Eje 2 = Color Blanco Eje 3 = Color Azul

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Para visualizar los ejes locales, entrando a las opciones de visualización: 9.1. Marcar la casilla “Local Axes” en la lista de Frames.

9.2. Clic en OK

De la siguiente figura puede interpretarse que la orientación de las columnas es la que se muestra:

El eje 3 (azul) no se observa en la imagen ya que es perpendicular al plano.

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10. Para cambiar la orientación de una columna, se debe: 10.1. Seleccionar la (s) columnas que se quieran rotar. 10.2. Seguir la ruta: Assign > Frame > Local Axes

10.3. Introducir ángulo que se desea girar los ejes locales alrededor del eje 1 (axial). En caso de rotar la columna debe especificarse 90°

10.4. Clic en OK

11. Para definir los patrones de carga se debe seguir la ruta: Define > Load Patterns El patrón de carga que se encuentra definido por defecto llamado DEAD, es un patrón en el que el programa contabiliza el peso propio de la estructura, por esa razón tiene un multiplicador de peso propio (Self weight multipier) igual a 1, solo este caso de carga tendrá 1, el resto de los patrones debe tener un factor igual a 0. Para definir el resto de los patrones que se necesitan se siguen los siguientes pasos: 11.1. Especificar un nombre para el patrón de carga. 11.2. Especificar un tipo de patrón de carga (Viva = Live, Permanente = Super Dead, Viva de techo = Roof Live, Sismo = Quake) 11.3. Multiplicador de Peso propio, se llena automáticamente.

11.4. Clic en agregar para que se añada a la lista de abajo.

Debe llenarse la lista con los patrones que se muestran en la imagen. [email protected]

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12. En el caso de que no se haya contabilizado el peso propio de las vigas y columnas de manera manual dentro de la carga CP, se debe obligar a que el programa incluya el peso propio de los elementos calculado en el patrón DEAD. Para incluir DEAD dentro de CP se debe seguir la siguiente ruta: Define > Load Cases

12.1. Seleccionar CP

12.2. Modificar/ Mostrar caso de carga.

12.4. Indicar el factor de escala igual a 1.

12.3. Buscar el patrón DEAD en la lista.

12.5. Clic en “Add” para incluir el patrón dentro del caso.

12.6. Clic en OK

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13. Para crear combinaciones de carga, seguir la ruta: Define > Load Combinations

13.1. Clic en Agregar nueva combinación “Add New Combo”.

Ejemplo: Combinación 1.4CP

13.2. Indicar el nombre de la combinación (Texto) se recomienda colocar lo que contiene la combinación. 13.3. Suma Lineal.

13.4. Buscar en la lista el caso de car ga 13.5. Escribir El factor que acompaña al caso en la combinación. 13.6. Clic en Agregar “Add” para incluir el caso con su factor a la combinación.

13.7. Clic en OK

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Ejemplo: Combinación 1.2CP+γCV+S

Se debe crear todas las combinaciones necesarias para el diseño, por ejemplo:

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Para el diseño de vigas se requiere adicionalmente una combinación ENVOLVENTE de las todas las combinaciones que especifica la norma:

13.8. Indicar el nombre del caso.

13.9. Tipo: Envolvente “Envelope”.

13.10. Agregar todas las combinaciones con factor de escala 1

13.11. Clic en OK

En la siguiente imagen se muestran todas las combinaciones que debe contener el modelo:

13.12. Clic en OK

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14. Para aplicar la carga distribuida a los elementos se debe realizar lo siguiente: 14.1. Seleccionar los elementos (vigas) con la misma carga distribuida. 14.2. Seguir la ruta: Assign > Frame Loads > Distributed 14.3 Seleccionar Patrón de carga

14.4. Verificar Unidades

14.5. El sistema de coordenadas se deja por defecto GLOBAL y la dirección de la carga es la de la gravedad.

14.7. Clic en OK

14.6. Indicar el valor de la carga uniformemente distribuida.

La sección “Trapezoidal Loads” permite cargar el elemento con carga no uniforme, ya sea de forma trapezoidal o que solo exista en algún tramo de la viga, y no en toda su longitud. Solo debe introducirse para cada punto de la viga (1, 2, 3 y 4) la distancia medida desde el extremo i, y el valor de la carga. Se debe tener cuidado de no utilizar las dos secciones “Trapezoidal Loads” y Uniform Load si no es lo que se quiere. En caso de llenar ambas secciones las cargas se sumarán.

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Resultado de carga en los elementos para el patrón CP en Ton/m.

Resultado de carga en los elementos para el patrón CV en Ton/m.

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Resultado de carga en los elementos para el patrón CVt en Ton/m.

15. Las cargas laterales provenientes del caso de sismo deben ser aplicadas en las juntas, con el siguiente procedimiento. 15.1. Seleccionar la junta de Nivel 1. 15.2. Seguir la ruta Assing > Joint > Loads Forces 15.3 Seleccionar Patrón de carga

15.4. Verificar Unidades

15.5. Indicar el valor de la fuerza lateral en Dirección X

15.6. Clic en OK [email protected]

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Se debe repetir el procedimiento anterior para cada nivel. El resultado de la carga para el patrón S en Ton, se muestra en la imagen.

16. Finalmente para culminar la personalización del modelo según lo requerido por el ejercicio, hace falta cambiar las restricciones en los nodos de la base a empotramientos. Los pasos son los siguientes: 16.1. Seleccionar todas las juntas de la base del pórtico. 16.2. Seguir la ruta: Assign > Joint > Restraints

16.3. Clic en el empotramiento

16.4. Clic en OK

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El resultado al aplicar los empotramientos en la base del pórtico se muestra en la siguiente figura.

PARTE 3. EL ANALISIS A continuación se seleccionan los grados de libertad a analizar durante la corrida del modelo. 17. Para seleccionar los GL en el análisis la ruta a seguir es: Analize > Set Analysis Options

17.2. Clic en OK

17.1 Clic en Plano XZ

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18. Correr el modelo, haciendo clic en el botón de correr en la barra de herramientas.

18.1. Clic en “Run”

18.2. Clic en “Run Now”

PARTE 4. RESULTADOS DEL ANALISIS Los resultados de la corrida, pueden visualizarse en forma manual o tabulada. 19. Para visualizar los resultados en forma grafica, se utiliza el comando que se muestra en la imagen, el comando se ubica en la barra de herramientas:

19.1. Clic en “Frames/Cables”

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19.2. Seleccionar el caso o combo que se quiera visualizar

19.3. Seleccionar la componente a graficar referida a los ejes locales.

19.4. Clic en OK

Visualización de diagramas de momento sobre la estructura.

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Haciendo clic derecho sobre cualquier elemento se puede analizar con detalle el diagrama, así como ubicar las solicitaciones máximas sobre el elemento.

20. Para visualizar los resultados en forma tabulada: 20.1. Seleccionar el (los) elementos, para los cuales queremos visualizar los resultados. 20.2 La ruta a seguir es la siguiente: Display > Show Tables 20.4. Seleccionar la (s) combinación (es) para mostrar resultados.

20.3. Desplegar cada menú hasta seleccionar esta tabla.

20.5. Clic en OK [email protected]

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20.6. Combinaciones de Interés para diseño de columnas.

20.8. Clic en OK

20.7. Combinación de interés para diseño de vigas.

En la tabla de resultados se muestra la siguiente información: Frame Text: Nombre del elemento (Etiqueta) Station: Progresiva respecto al inicio de la viga (extremo izquierdo) OutputCase: Combinación de carga. Componente: • Interés para diseño de vigas: M3 y V2 • Interés para diseño de columnas: P vs. M2, P vs. M3, V2, V3.

Para visualizar las etiquetas sobre los miembros, que es el nombre que asigna el programa a cada elemento, puede realizarse a través de las opciones de visualización marcando la casilla Label en el menú de frames. [email protected]

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21. Para exportar la tabla de resultados a Excel, se sigue la ruta mostrada en la imagen a continuación.

PARTE 5. INFORMACION ADICIONAL. 22. Añadir volados al pórtico, eso puede realizar se con el comando extruir, con el siguiente procedimiento. 22.1. Seleccionar la (s) junta (s) a extruir en línea para generar el volado. 22.2. Seguir la ruta: Edit > Extrude > Extrude Point to Frames/Cables.

22.3. Seleccionar la sección del volado. 22.4. Indicar la longitud del volado. Signo Positivo: Dibujara el volado hacia la derecha. Signo Negativo: Dibujará el volado hacia la i zquierda.

22.5. Clic en OK

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