Es fácil fijar la grilla, por ejemplo generemos la viga en el eje x, por lo que ya posicionados en esa dirección (X) vamos fijando las longitudes de cada vano en nuestro caso 3 mts. y pulsamos Add Grid Line nos va marcando los ejes así determinados (eje 3) ; y así sucesivamente vamos adicionando líneas a la grilla fijando la longitud deseada (0, 3, 7 y 12) pulsando nuevamente Add Grid Line. Siempre cargar coordenadas acumuladas. Al aplicar OK seguramente no se visualizará la grilla, para ello picamos en la pantalla derecha correspondiente al plano X-Y (Z=0), cambiará de color gris a color azul indicando que está activa esta pantalla, y ahora es necesario actualizar o refrescar los cambios, para ello vamos a View/Refresh view (F11) o su comando equivalente F11
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Otros comandos a tener en cuenta en cuanto a la visualización se refiere son: Show Grid (F7) esto permite mostrar o bien ocultar la grilla, y Restore Full View (F3) que permite reestablecer una vista general. Esta grilla nos va a servir para trazar las barras muy facilmente usando los comandos gráficos en el lateral izquierdo. Se definen las barras o elementos de pórticos (frames) pulsando Draw Frame Element y pícando sobre el primer y segundo nudo (se posicionará automáticamente y pondrá el cartel Grid Intersection) quedará la barra graficada, y así sucesivamente (se aclara que los nudos Joint en este caso quedan automaticamente definidos por defectos) y finalmente la estructura de viga contínua queda planteada así:
Tambien pueden dibujarse las barras utilizando el comando Quick draw frame elements que permite dibujar la barra picando sobre la misma sin necesidad de marcar los nudos que delimitan las mismas, sino simplemente picando sobre un punto intermedio de ella. A continuación definimos las condiciones de vínculos, para ello seleccionamos todos los nudos afectados (en nuestro caso de la viga contínua son todos) simplemente picando sobre cada uno de ellos o bien tomando toda la estructra manteniendo apretado el botón izquierdo del mouse. (Tambien podemos seleccionar toda la estructura utilizando el comando All ubicado en el lateral izquierdo). Y a continuación se presentará resaltado todo lo seleccionado.
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Para fijar los apoyos fijos por ejemplo, se pueden utilizar el comando Assign Joint
Restraints
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desplegandose la siguiente pantalla (Joint Restraints)
En esta pantalla picando sobre cada una de las opciones (Translation 1, 2, o 3 o bien Rotation about 1, 2, 3) me permite restringir cada uno de los grados de libertad, así por ejemplo si pulso el apoyo empotrado quedarán todas restricciones marcadas. Una vez definida geómetricamente nuestra estructura debemos guardarla, al guardar con un nombre determinado me genera un archivo con extensión .sdb que corresponde al archivo que contine todos los datos de la estrcutra. ETAPA 2:
Definición de las características del modelo: •Características físico mecánicas: (Modulo de elasticidad, coeficiente de poisson, masa y peso por unidad de volumen, etc) de los distintos materiales (Isótropos y ortotropos) que conformen la estructura : se ingresa a Define/Materials:
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y se despliega los materiales ya cargados Concret, Steel y other , por ejemplo para una estructura de Hormigón tipo H-17, elegimos Concret y tocamos en Modify Show Ojo no olvidar antes de ingresar a esta opción cambiar las unidades a las que considere necesarias por ejemplo kgf-cm. Material : se despliega una pantalla en la cual podemos optar por trabajar con material isotropico (u ortótropo)
Masa por unidad de volumen: 2.4 x10-6 Peso por unidad de volumen: 2.4 x10-3 kg/cm3 Modúlo de Elasticidad: figura 253105,07 kg/cm 2: Este valor debe modificarse para el caso nuestro de un H-17 tomar 275000 kg/cm2 Coeficiente de Poisson: 0,2, coeficiente de dilatación térmica 9.9x10-6, Módulo de Corte G=1054604 tn/m2, Tipo de acero: Reinforcing Yield stress (tensión límite de fluencia), fy=4218 kg/cm2 (que corresponde aproximadamente a un ADN 420).
Si se opta por otro material se deberán cargar todas las características del mismo, eligiendo la opción material/other
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•Características geométricas y de rigidez: de las diferentes secciones resistentes de los distintos elementos (Área, Momentos de Inercia, Módulo resistente, radio de giro, etc), para ello nos vamos a DEFINE/ FRAME SECTIONS:
Y se despliega las siguientes pantallas: por defecto tiene una sección cargada que la denomina FSEC1, pulsando Modify/Show Section: nos muestra la siguiente pantalla donde modificamos de la siguiente manera:
Seccion Name: Picando en esta opción cambiamos por ejemplo por V20x40. (No olvidar
verificar unidades en las cuales se está trabajando por ejemplo seguimos con kgf-cm). Material: picando en la flecha elegimos el material Concret (ya previamente modificado) Dimensions: Depth(Altura): fijamos por ejemplo 40cm. Width (ancho): fijamos por ejemplo 20cm. Automáticamente nos muestra en escala la forma de la sección. Al elegir Material hormigón se habilita abajo la opción de Reinforcement que si pulsamos nos habilita las siguientes opciones:
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Reinforcement Data: Esto nos permite informarle al programa si la sección es una Columna (Column) o una Viga (Beam). Si picamos en Column, se debe definir si la sección es rectangular o circular, se fija el recubrimientos (cover) por ejemplo 2,5 cm. y número de barras en cada dirección (por ejemplo 3 y 3) (ejes 3 y 2), y se debe fijar si uno desea el área de las barras (por ejemplo φ 12 A=1.13cm2) en cuyo caso el programa determinara el Nº de barras o bien que el programa proponga al dimensionar la sección de armadura (Design Area Of Steel) Si picamos en Viga (Beam) se deberá también fijar los recubrimientos superior (Top) e inferior (bottom) por ejemplo 2,5 cm., y la armadura superior e inferior izquierda y derecha, por ejemplo 2φ 12 = 2,26 cm2 tanto superior como inferior. En cuanto a la designación de los ejes, el eje 1 constituye el eje longitudinal de la viga o columna, el eje 3 correspondería a nuestro eje x y el eje 2 al eje convencional y según el siguiente gráfico:
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En caso de que se desee verificar y/o modificar alguna de las características geométrica y de rigidez de la pieza se deberá picar sobre Section Properties desplegandose la pantalla Property Data: Donde se presentan los siguientes valores a tener en cuenta: Area= 20x40=800 cm 2 Torsional constant= de tabla Ix Momento de inercia respecto eje x(3-3)=20x40 3/12=106666.67 cm 4 Iy Momento de inercia respecto eje y(2-2)=40x20 3/12=26666.67 cm4 Sx Area de corte en dirección 2=20x40/1.2=666.67(para sec. rectangulares) Sy Area de corte en dirección 3=20x40/1.2=666.67(para sec. rectangulares) Wx Módulo resistente según eje x(3)=20x40 2/6=5333.33 Wy Módulo resistente según eje y(2)=40x20 2/6=2666.67 Módulo Plástico según eje x(3)= 20x20x10x2=8000 Módulo Plástico según eje y(2)= 10x40x5x2=4000 ix Radio de giro según x(3)= Ix/F = 11.547 iy Radio de giro según x(3)= Iy/F = 5.7735
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Si se desea modificar algún parámetro se debera ir a la pantalla anterior y pulsar Modification Factors, y se abre la pantalla que se observa en la siguiente figura, con solo modificar el factor cambiará proporcionalmente.
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DEFINE/ SHELL SECTIONS: Las shell constituyen los elementos planos: losas, tabiques, placas, etc. Entrando en este menú se define: el nombre por ejemplo losa1, se fija el material (ya definido concret),espesor thickness: espesor por ejemplo 18 cm. y el tipo: Plate: placa trabaja a flexión (losas) Membrane: como el nombre lo indica sola a tracción y compresión Shell: combina plate y membrane. Si se pulsa Thick plate se considera placa gruesa (no es muy utilizada esta opción)
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•Tipologías de Cargas : El SAP prevee los distintos estados de cargas tanto estáticas (Static Load Cases), móviles (Moving Load Cases: para puentes por ejemplo), Funciones de espectros de respuestas dinámicas (Response Spectrum Analysis Cases), entre otras opciones de avanzada (se recomienda para estas últimas opciones consultar los manuales). El programa realizará un análisis para cada uno de los Estados de Cargas propuestos por el usuario y para cada una de las combinaciones. (Se recuerda que por defecto, aunque no carguemos ningún estado de carga el programa correrá con la acción del peso, si por algún motivo quisiémos prescindir de ésta se debera ingresar a Define/material y poner tanto en la masa como en el peso un valor nulo: 0). En ésta Etapa simplemente definiremos los nombres de las cargas que deseamos aplicar, por ejemplo, entramos al menú Define/static load case names y fijamos: P.PROPIO: Type: Dead (permanente) Self Weight Multiplier: 1 Sobrecarga Util: Type: Live (variable) Self Weight Multiplier: 1 SISMO X O Y: Type: Quake Self Weight Multiplier: 1
•Combinación de Estados de carga: (combos)
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Una vez definidas las cargas que actuarán, se fijan las combinaciones de las mismas y los factores de cargas que afectaran a cada una de ellas: Para ello entramos a Define/Load Combination y se mostrará la pantalla siguiente: Se selecciona Add New Combo: Se despliegan las opciones: se fija el nombre por ejemplo PPSOBR, el tipo de combinación: Load combination type : existen cuatro alternativas que corresponden a: ADD: Los estados de carga multiplicados por los factores deseados se sumaran. Este tipo es usado para estados de carga estáticos. ENVE: Se tomarán las envolventes máximas y mínimas de los estados considerados. Este tipo es usual por ejemplo en cargas móviles ABS: Suma el valor absoluto de cada estado de carga. SRSS:_corresponde a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los estados considerados. Luego de seleccionado el tipo, fijamos un nombre, y definimos los factores para cada estado seleccionado: por ejemplo 13PPSISX = +1.3Ppropio Load Case+ SISMO X
Al final de la pantalla se deberá indicar si dicha combinación se usará para dimenisionado de hormigón, Acero o ambos.Advertencia: se deberá verificar si la coma o el punto es el que corresponde a los decimales.
ETAPA 3: • Selección y Asignación de las características definidas en la etapa anterior a los distintos elementos de la estructura y Aplicación de Cargas. 21
Se deberá fijar las características de secciones, materiales y cargas de cada uno de los elementos de la estructura: Para ello se seleciona cada elemento ya sea pulsando boton izquierdo del mouse sobre
Set intersecting Line Select Mode, cada elemento, o bien utilizando el comando que se encuentra en el borde izquierdo de la pantalla, esto nos permite seleccionar todos los elementos que intersectemos con una línea determinada. Otra forma es seleccionar todos los elementos es con el comando utilizará el comando :
, y si se desea borrar la selección se
para limpiar toda la selección que se hubiere realizado.
3.1.- Asignación de secciones: Se puede recurrir al Menú de Assign/ Frame/ Sections:
se abre los distintos tipos de secciones previamente definidas:
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En nuestro caso elegimos V20x40, y pulsando OK. En la pantalla activa se mostraran todas las vigas seleccionadas a las cuales se les asigno la sección V20X40. 3.1.- Asignación de cargas: (Fijar previamente las unidades que se desee por ejemplo tnm. Se pueden cargar cargas uniformes, puntuales, trapezoidal, temperatura, etc. Para ello pulsamos: Se pueden cargar cargas uniformes, puntuales, trapezoidal, temperatura, pretensado: pulsando en Assign/frame Static Loads/ y elegimos por ejemplo Point and Uniform
También se puede ir directamente al comando Assign Frame Span Loading Por ejemplo para carga uniforme ponemos el valor directamente en Uniform Load e indicamos la dirección por ejemplo de la Gravity, y no nos olvidemos de aclarar a que tipo Load Case Name PPROPIO de corresponde, por ejemplo
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OJO!: al modificar alguna carga, se debe tener en cuenta la opción Add to existing loads o Replace existings loads , lo mejor es siempre reemplazar a las cargas existentes Automáticamente se mostrará en la pantalla activa el dibujo de la carga efectuada. Para cargas puntuales en barras, se selecciona previamente el elemento, por ejemplo pico sobre la viga central, defino primero el caso de carga, por ejemplo SOBRECARGA, luego en Point Loads marco la Distancia por ejemplo en el centro (0.5 en el sistema Relative Distance ) y el valor en Load por ejemplo 1 tn , pulsando OK nos mostrara la pantalla con la carga y en el estado que corresponde.
ETAPA 4: Antes de correr el programa conviene realizar un chequeo gráfico tanto de las secciones asignadas como de las cargas: para ello debemos recurrir al comando: Set Elements que despliega la siguiente pantalla:
En este Set Elements se puede seleccionar lo que se desea ver, por ejemplo si queremos ver en Nudos (Joints) las restricciones de apoyos pulsaremos Restraints, y si queremos 24
ver las secciones de las barras (Frames) pulsamos Sections, si queremos ver en volumen las secciones conviene elegir Show Extrusions, y se podrá apreciar la siguiente pantalla:
Si se desea rotar la vista se deberá pulsar en el menú View/Set 3D View:
y se mostrara la pantalla siguiente:
En ella se podrá variar los distintos ángulos de las tres vistas (Plan, Elevation and Aperture) y se mostrará en la vista previa como quedará la estructura.
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También debemos chequear las cargas, para lo cual se debe realizar un Display/show como se muestra en la figura loads/frame
Y eligiendo la el estado de carga deseado se muestra cada uno de ellos. • Análisis y RUN: se define el tipo de análisis que se desea aplicar sobre la estructura: para ello se abre el menú Analyze set opcions: se define si el análisis será de barras
espaciales, barras planas, placas, etc. Por ejemplo si realizaremos un análisis de la viga contínua debemos elegir Plane Frame:
Y Luego tiene un menú inferior para elegir si se va a realizar un análisis Dinámico, Efectos P-delta, Generación de Datos de Salida Generate Output, Generación de acceso a base de datos Save Access DB File Una vez que se corra el programa se generará un archivo con extensión .mdb (que se puede abrir con microsoft access). A continuación se Corre el Programa: RUN 26
Al correr el programa se presenta una pantalla con el informe completo de los cálculos que realiza el programa, desde la entrada de los datos, la resolución de ecuaciones de equilibrio, y salida de datos.
ETAPA 5: • Dimensionado de las secciones: Una vez que se ha corrido el programa, antes de visualizar los resultados, se puede dimensionar las secciones para ello debe previamente elegirse la norma a utilizar en el diseño. SELECCIÓN DE LA NORMA A UTILIZAR: Se pulsa en Options/Preferences y se despliega una ventana con tres opciones: dimensiones, Steel y concrete. Por ejemplo que deseamos realizar un dimensionado de hormigón armado, entramos a Concret y elegimos el Código Concrete design code ; ACI 318-99, Aashto, EUROCODE, NZS 3101-95, entre otras.
Y También permite introducir parámetros que afectaran las tensiones en caso de ser necesario. Para ampliar sobre este tema se recomienda consultar los manuales disponibles. En este curso introductorio no se profundizará sobre este tema. 27
DESIGN: Una vez que se ha elegido la norma se activa en Design/start design/check of structure:
Se dimensiona la estructura y para poder ver los resultados obviamente se debe trabajar con las unidades en cm. Por ejemplo para visualizar los detalles de dimensionado de una viga, se selecciona la misma haciendo clic sobre ella, y pulsando botón derecho entramos a un menú donde muestra los distintos estados de carga y para cada uno de ellos la armadura en cm2 longitudinal y de corte. Si pulsamos details: se despliega una planilla completa de detalles del dimensionado de dicho elemento. También puede redimensionarse en el menú ReDesign: adoptando nueva sección y redefiniendo parámetros. Obviamente para un redimensionado total se deberá correr nuevamente el programa para que se relizen los equilibrios con las nuevas condiciones .
ETAPA 6: •
Exportación a planillas y animaciones Final: DISPLAY: Una vez que se ha corrido el programa se presenta una ventana que muestra el informe del análisis que el programa va ejecutando, y luego pasa a mostrar una animación en 3D de la deformada en el tiempo de la estructura. Se puede grabar un video con esta animación abriendo en File/Create video/animation video: y se crea un video (archivo en formato .avi ) de aproximadamente 10 segundos de duración. Las distintas alternativas para visualizar los resultados pueden manejarse con el Menu de Display o bien con los botones situados a la izquierda Visualización de resultados:
6.1.- Display de Indeformated show: Pulsando
esta opción se presenta la
estructura indeformada.
6.2.- Display static deformated Shape Pulsando el Triángulo se abre un menú para seleccionar el Estado de Cargo que nos interesa (Loads), la escala o auto escala, y si queremos ver simultáneamente la estructura original indeformada (wire shadow) . Para saber el valor de deformación en un Nudo dado nos posicionamos en dicho nudo (estructura deformada) y pulsando botón derecho nos da la deformada en las tres direcciones y los giros correspondientes.
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6.3.- Reacciones de vínculos : pulsando la tecla o bien pulsando en el menú de Display /Show Element Forces-stress , seleccionando Joint (nudos ) se abre un menú para seleccionar el Estado de carga que nos interesa o la combinaciones de estados de carga, y se seleccionan ya sea Reacciones (Reactions) de apoyo o de resortes en caso que los hubiera (Springs). 6.4.- Diagrama de Esfuerzos: (Force Diagram ) para barras (frames): Presionando la tecla o bien en el menú de display/Show Element Forces-stress/Frames : se abre un menú:
Seleccionamos el tipo de cargas o combinación deseada, y pulsando el esfuerzo deseado: Fuerzas Normales ( Axial Force), Corte(shear 2-2 o 3-3 ), Torsión y Momento (2-2, o 3-3). Y se puede seleccionar la escala ( scaling: auto por ejemplo)y el tipo de diagrama (Fill Diagram= lleno o bien Values on Diagram Contorno con valores. Para visualizar una barra determinada, tocamos la barra y pulsando botón derecho nos da el diagrama de la barra y desplazándonos nos va dando los diferentes valores para distintas distancias donde se sitúe el cursor: muestra distancia y valor del Esfuerzo seleccionado.
6.5.- Fuerzas y Tensiones para las placas o SHELL: Pulsando
display/Show
se despliegan las opciones para placas (similar a vigas), eligiendo por ejemplo momentos flectores, se muestra en colores los distintos momentos a lo que se solicita a las shell de nuestra estructura, marcando la escala en degrade en la parte inferior de la pantalla. element/shell o
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6.6.- Por último se puede exportar todos los resultados a un archivo .mdb (Microsoft Acces) guardando en File/export/Access Database file/ se despliega un menú de las opciones que se desea grabar tanto de los datos de Input como de Output Data que se desea guardar, por último se nombra el archivo con extensión .mdb Si algún dato no se generó conviene abrir el programa y en el menú analyze Set Options: me permite seleccionar el Output de datos que se va a requerir (por ejemplo Solicitaciones de pórticos Frame Forces, desplazamientos, reacciones, etc.), luego se hace corre nuevamente y se exportan automáticamente los datos. Luego abriendo el Microsoft Acces se creará una base de datos db1 y se pueden ver los resultados e incluso llevarlos a una planilla tipo excel (copiando y pegando).
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EJEMPLO PRACTICO DE APLICACIÓN: A continuación se adjunta un ejemplo de una vivienda en dos niveles: 1.- Efectuar el cargado de la estructura propuesta siguiendo las distintas ETAPAS ya mencionadas y correr el programa. 2.- Visualizar los resultados en forma gráfica. 3.- Exportar los resultados a un archivo: Resultados.mdb 4.- Crear un video de animación en un archivo: animación.avi
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