Texto Guia Sap2000

TEXTO GUÍA

Por: -DYLHU6DQGHU9DUJDV*XWLHUUH]

Cochabamba – Bolivia - 

Índice: DESCRIPCIÓN RESUMIDA DEL ENTORNO Y DE LAS HERRAMIENTAS DEL PROGRAMA

1

EJEMPLO N° 1: ANÁLISIS y DISEÑO DE UNA CERCHA METÁLICA……………………………………. METÁLICA…………………………………….

9

EJEMPLO N° 2 GENERACIÓN E IMPORTACIÓN DESDE AUTOCAD CERCHA METÁLICA

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EJEMPLO N° 3:ANÁLISIS DE MURO DE CONTENCIÓN SIMPLE…………………………………………. SIMPLE………………………………………….

18

EJEMPLO N° 4: ANÁLISIS TANQUE ELEVADO DE H°A°………………………………………………………..

23

EJEMPLO N° 5: ANÁLISIS CABLES……………………………………………………………………………………………….. CABLES………………………………………………………………………………………………..

27

EJEMPLO N° 6: ANÁLISIS DE PASO DE QUEBRADA DE TUBERÍA CON CABLES……………

30

EJEMPLO N° 7: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PÓRTICO DE H°A° SIMPLE………………………………..

34

EJEMPLO N° 8: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PÓRTICO DE H°A° EN 3D REAL………………………..

37

EJEMPLO N° 9: ANÁLISIS DE PUENTE CON VIGAS DE H°P°…………………………………………………

43

EJEMPLO N° 10: ANÁLISIS DE PUENTE ATIRANTADO…………………………………………………………. ATIRANTADO………………………………………………………….

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TEXTO GUÍA DE SAP2000 VERSIÓN 9 DESCRIPCIÓN RESUMIDA DEL ENTORNO Y DE LAS HERRAMIENTAS DEL PROGRAMA PANTALLA DEL SAP2000 En la siguiente figura se observa las partes de la pantalla del Sap2000 (en este caso usaremos la versión 9.03)

Barra de Menú

Zoom , pan Vistas

Barra de herramientas principal

Ventanas Barra de herramientas lateral

Ventana Principal.- Muestra la totalidad de la interfase grafica. Barra de Menú.- Contiene todas las herramientas y operaciones que puede realizar el programa. Barra de herramientas.- Están la principal con estas se realiza las operaciones mas comunes y las laterales usado para modificaciones en la geometría de la estructura. Ventanas.- Muestra la geometría del modelo de distintos planos y vistas. Vistas en 2D y 3D.- La vista en 2D consiste en un plano X-Y, X-Z o Y-Z de una coordenada. La vista en 3D muestra el modelo en perspectiva o con un ángulo definido. Herramientas semejantes a las del Autocad, Pan; mueve dinámica la estructura Pan, Zoom.- Herramientas alrededor de la ventana. Zoom; reduce y amplia un vista para mayor mayor detalle. Limites;

LINEAS GUIAS (GRIDLINES) Líneas de construcción paralelas a los ejes de coordenadas, que facilitan el dibujo del modelo. Para poder crear, editar, borrar las grillas se tiene que hacer clic derecho en cualquier parte de la pantalla como muestra el siguiente grafico:

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Presionando Edit Grid Data se entra a las opciones de adición, copia y modificación de un sistema de coordenadas, presionando en Modify/Show Sistem se entra a modificar el sistema de coordenadas, ingresando las coordenadas en X, Y, Z.

Coordenadas en X

Colocando las coordenadas en los tres ejes se generaran las líneas guías, con las cuales se podrá generar cualquier estructura.

Coordenadas en Y

Coordenadas en Z

FUNCIONES BASICAS DEL PROGRAMA FUNCIONAMIENTO DE ARCHIVOS Son las funciones usadas para empezar un nuevo modelo, estas operaciones son seleccionadas desde el menú File y las opciones correspondientes en la barra de herramientas principal.

&RS\ULJKWE\6DQGHU9DUJDV

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Los nuevos modelos son empezados con la pantalla, donde se puede elegir un archivo en blanco o una plantilla predefinida.

DEFINICIONES Estas definiciones se usan para dar nombre a entidades que pertenecen a la estructura, estas se deben definir antes de empezar a dibujar la estructura (recomendable) se deben definir: - Propiedades del material. - Secciones de los elementos que constituyen el modelo. - Las cargas que actúan sobre la estructura. - Definir las distribuciones de presión ( Joint patterns ). - Grupos de objetos. - Funciones de espectro de respuesta o un historial de tiempo de sismo. - Combinaciones de carga, etc.

DIBUJO Se tienen dos opciones de dibujo usando el menú Draw o por los botones del la barra de secundaria: Reshaper (reformar).- se usa para revisar las formas, con esta opción es posible mover los elementos (edición).

Dibujo de nudos.- Agrega un nudo extra o especial. Dibujo de elemento Frame.- Dibuja elemento frame entre 2 nudos. Dibujo rápido de elemento Frame.- Dibuja elemento frame entre 2 nudos de la grilla. Dibujo de elemento Shell.- Dibuja elemento shell entre 4 nudos. Dibujo de elemento Shell.- Dibuja elemento shell entre 2 nudos opuestos. Dibujo rápido de elemento Shell.- Dibuja elemento shell presionando con el mouse en el medio de grillas.


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HERRAMIENTAS SNAP Controlan el movimiento del cursor colocando cerca de la ubicación del punto sobre el modelo que se quiere dibujar. Puede ser encendido o apagado durante el dibujo.

Snap de nudos y puntos grid.- Esta opción se encarga de encontrar y capturar los nudos o intersecciones entre grillas.

Snap de puntos medios y finales.- Se encarga de encontrar y capturar los puntos medios o finales de elementos frames o shell .

Snap de Interseccion de elementos.- Se encarga de encontrar y capturar las intersecciones entre frames o shell .

Snap de Perpendicularidad.- Se encarga de encontrar y capturar los puntos de intersección de una línea perpendicular a un elemento frames o shell.

Snap de Líneas y bordes.- Se encarga de encontrar y capturar cualquier línea de elemento o línea guía.

HERRAMIENTAS SELECCIÓN Se usa para identificar los objetos o seleccionar uno o varios a la vez. Estas opciones se pueden usar con el mouse, botones de la barra y el menú Select. Entre los más usados se tienen: Selección individual, haciendo clic izquierdo en el objeto. Dibujar una ventana alrededor de los objetos presionando el botón izquierdo del mouse. • •

•

Dibujar una línea de intersección a los objetos, usando el botón Intersecting Line .

•

Seleccionar todos los objetos con el botón Select All .

•

Reestablecer previa selección con el botón Set Previuos Select

•

Quitar la selección con el botón Clear Selection.

HERRAMIENTAS ASIGNACIÓN Se usa para asignar propiedades y cargas a los elementos a uno o más objetos seleccionados.

Asignación a los nudos: Usado para asignar a nudos restricciones. Usado para asignar a nudos resortes de soporte (Spring). Usado para asignar a nudos masas. Usado para asignar a nudos cargas puntuales. Usado para asignar a nudos desplazamientos.

Asignación a los Barras (Frames): Usado para asignar a barras secciones. Usado para asignar a barras liberaciones ( Releases ). &RS\ULJKWE\6DQGHU9DUJDV

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Usado para asignar a barras zonas de rigidez. Usado para asignar a barras segmentos para las salidas o resultados. Usado para asignar a barras rotaciones de sus ejes locales. Usado para asignar a barras resortes (Spring). Usado para asignar a barras línea de masas. Usado para asignar a barras cargas puntuales. Usado para asignar a barras cargas distribuidas. Usado para asignar a barras cargas debido a variaciones de temperatura.

Asignación a los Losas (Shell): Usado para asignar a Shell sección. Usado para asignar a Shell rigidez distinta a la determinada por el programa. Usado para asignar a Shell rotaciones a los ejes locales de la losa. Usado para asignar a Shell resortes a las losas. Usado para asignar a Shell masas por unidad de área a las losas. Usado para asignar a Shell cargas uniformes sobre las losas. Usado para asignar a Shell cargas debido a variaciones de temperatura.

ANÁLISIS Después de haber creado el modelo completo se puede analizar para determinar, reacciones de apoyo, deformaciones, fuerzas y esfuerzos. Antes de analizar se debe elegir de acuerdo al modelo las restricciones del análisis

Análisis de modelo en el espacio.

Análisis de modelo en el plano XZ.

Análisis de modelo en el plano XY.

Análisis de cerchas espaciales.

Dependiendo la elección las restricciones disponibles se habilitaran o se deshabilitaran.


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Una vez analizado el modelo se tendrán las opciones de visualizar las reacciones, fuerzas esfuerzos en los distintos elementos para ello se tiene los siguientes botones o tambien se puede usar el menú Display. Botón para visualizar el modelo sin deformaciones. Botón para visualizar el modelo con deformaciones debido a fuerzas o combinaciones definidas. Botón para visualizar fuerzas, esfuerzos en los elementos del modelo que previamente se debe elegir de que objeto se quiere ver sus resultados.

MENUS DEL PROGRAMA solo se mostrara todos los menus sin llegar a detallar cada una de sus herramientas. Menú Edit donde podrá con este menú copiar, mover, cortar, borrar, adicionar modelos al modelo actual, replicar y si quiere crear sólidos puede extruir. Dividir losas, vigas, etc.


Menú View, con este menú podrá rotar la estructura, ver en perspectiva, tiene las herramientas de zoom, pan, activa y desactiva las grillas y los ejes, tiene la opción de mostrar solo lo seleccionado y uno de las nuevas herramientas el de crear una vista mas decorativa con Create OpenGL View……

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Estos son los menús del programa que se irán viendo durante la el desarrollo del curso. Por que solo se llegan a comprender solo con el uso de los mismos en ejemplos.


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EJEMPLO N° 1 ANALISIS y DISEÑO DE UNA CERCHA METALICA DATOS: Material: Acero con Fy = 36 Ksi Secciones: Angulares dobles en cuerda superior e inferior de 2L3x3x(todos los espesores). Angulares dobles en diagonales 2L2x2x(todos los espesores). Correas de sección canal de C3x5 para todas las correas. Geometría: Cerchas separadas cada 4 m (total 24 m)

Vista Frontal

Vista en perspectiva


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Nudo Pviento 1 476 2 510 3 510 4 510 5 350 6 175 7 8 9 10 11 12 -

Pnieve 574 662 662 662 396 198 -

CARGAS (Kg) Pcubierta Pmantenimiento Pcielofalso 112 250 224 500 224 500 224 500 100 230 50 50 33 66 66 80 90 70

Con los datos se pide analizar y diseñar la cercha metálica

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pedirá un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…. , en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

Y

Z

0 2

0

0 0.8

4

1.61

6 7.2

3.05

8.4

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones de las barras que conformaran la cercha. Primero importe los doble angulares, para ello vaya al menú Define/Frame Section… donde


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- TEXTO GUIA  Opción de solo de Importación de secciones, para poder importar cualquier sección deberá buscar el archivo Section.pro que se encuentra donde instalo el Sap2000

Opción de solo definición de secciones comunes, como: secciones rectangulares, circulares, secciones de auto seleccion

Secciones importadas de donde se elige todas las secciones que se desee para conformar la estructura

Opción de auto selección del lado derecho se traslada al lado izquierdo las secciones de donde el Sap2000 elegirá cuando realice el diseño.

La opción de Autoselect , es una herramienta que tiene el Sap2000 para que el programa realice el diseño de estructuras metálicas usando perfiles de acero, para usar esta opción basta definirse uno o varios Frames adicionando a esta una lista de varios perfiles de donde el programa buscara la que más satisfaga a la norma de diseño elegida.

Para el ejemplo se deberá definir 2 secciones como Autoselect, esto porque se va hacer diseñar con el programa la cercha, una para la cuerda superior e inferior y otra para las diagonales. 5. Cierre la ventana en 3D y presione el botón, 2D para poder visualizar en el plano XZ , note que el titulo de la ventana cambia a X-Z Plane @ Y=0.

6. Presione el botón o vaya al menú Draw/Frame,Cable,Tendon para poder dibujar un elemento de la estructura, una vez apretado el botón aparecerá una ventana donde elegirá la sección definida previamente con la cual podrá dibujar directamente con la sección que elija en el cuadro de dialogo. 11

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En este caso para poder dibujar con la sección Cuerda_Sup_Inf se elige esta y si se quiere dibujar diagonales se deberá elegir la sección Diagonales, esto con el fin de ahorrar el trabajo de seleccionar y posteriormente asignar secciones.

Sección: Cuerda_Sup_Inf Definida como Autoselect Dibujada desde AB y CD de una sola línea

1

B

D A C

2

Sección: Diagonales Definida como Autoselect dibujada como verticales de 1-2 todas las verticales

Para poder dividir los barras seleccione toda la estructura con y vaya al menú Edit/Divide Frames y en el cuadro de dialogo seleccione la segunda opción Break at intersections whit select Frames and point. Esta opción dividirá las barras que se intercepten con barras y nudos, presiones OK y elimine las barras que no son necesarias. Termine de dibujar todas las diagonales dibujándolas de punto a punto. 7. Una vez dibujado la mitad de toda la estructura se procederá al cargado de la misma, para ello se deberá definir las cargas, en el menú Define seleccione la opción Load Case en este cuadro de dialogo adicionara las cargas que actúan sobre la estructura. En este caso Carga Muerta

&RS\ULJKWE\6DQGHU9DUJDV

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(CM), Viva (CV), Nieve (CNieve) y Viento (CViento). En Load Name ingrese el nombre de la carga y en Type el tipo de carga, en Sell Weight Multiplier solo colocara 1 en carga Muerta para que el programa calcule automáticamente el peso propio de la estructura. 8. Definición de combinación de cargas, para ello vaya al menú Define/Load Combination/Add New Combination…. En esta ventana adicione las cargas que conformaran la combinación de cargas, para el ejemplo una combinación la cual será la adición simple de las cargas, de acuerdo al código de diseño que se utilice los factores de escala variaran.

9. Asignación de cargas, seleccione el nudo a cargar y desde el menú Assign/Joint Loads/Forces donde le saldrá el cuadro de dialogo joint forces…. En este cuadro ingrese los siguientes datos: • Seleccione el caso de carga. • Seleccione las unidades. • Seleccione el sistema de coordenadas (Global o local). • Escriba el valor de la carga en una de las casillas de Loads según el tipo de carga. • Presione Ok para confirma la asignación de la carga al nudo. Para el caso del ejemplo las direcciones de asignación serán: CM = Peso Propio + Cubierta + Cielo falso ⇒ Dirección Vertical ↓ CV = Peso Mantenimiento ⇒ Dirección Vertical ↓ CNieve = Peso de la Nieve ⇒ Dirección Vertical ↓ CViento = Presión del Viento ⇒ Dirección Perpendicular a la cercha ⊥ en el lado izquierdo de la cercha será entrando y el lado posterior derecho será saliendo. 10. En el nudo 8 se colocara los puntos de apoyo, para ello seleccione el nudo y vaya al menú Assign/Joint/Restraints…. Seleccionando la opción de apoyo fijo 11. Una vez asignado las secciones y cargas se replicara la cercha al lado derecho, para ello seleccione toda la estructura y vaya al menú Edit/Replicate seleccione la opción Mirror paralelo al eje Z e ingrese las coordenadas del plano de intersección con el plano XY como muestra el siguiente grafico.

&RS\ULJKWE\6DQGHU  3

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- TEXTO GUIA  De esta forma replicaremos las secciones, cargas, ejes locales, apoyos, etc. Solo se tendrá que corregir la dirección y el ángulo de inclinación de la carga de viento. De la misma manera se replicara toda la cercha en el eje Y cada 4 m, pero esta vez en forma lineal 6 veces (dy=4 y Number=6). formando así la estructura real en 3D dibujando posteriormente las correas entre nudos. La estructura final se vera algo semejante a la siguiente grafica.

12. Análisis y visualización e interpretación de resultados, desde el menú Analyze /Run Analisys en el cuadro de dialogo presione Run Now para que empiece el análisis de la estructura. Después del análisis el Sap2000 mostrara la estructura deformada debido a la carga muerta, si presiona el botón , de la barra de herramientas principal, este mostrara la deformada debido a otras cargas, solo deberá elegir la carga, con el botón se mostrara las reacciones en los puntos de apoyos y las fuerzas resultantes en cada barra debido a las cargas o a la combinación de carga, para ello solo deberá seleccionar las componentes que desee ver como por ejemplo: &RS\ULJKWE\6DQGHU

14

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13. Se puede ver la animación de la deformación presionando el botón

y luego presionando

ubicado en la parte Start Animation inferior de la pantalla, si se quiere para la animación se presionara el mismo botón que cambiara su nombre por Stop Animation. Para ver la deformación en cualquier punto bastara en acercar el puntero del mouse al nudo donde se quiere ver su deformación, o presionando click derecho sobre el nudo. 14. Diseño de la estructura, antes de realizar el diseño deberemos definir las combinaciones de diseño y la norma de diseño a emplear, para ello vaya al menú Options/Preferences/ Steel frame design… donde le aparecerá el siguiente cuadro de dialogo donde elegirá en Design Code el código con la cual el programa diseñara las barras, el diseño se lo realiza a flexo compresión.

&RS\ULJKWE\6DQGHU

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Para asignar la combinación para el diseño vaya al menú vaya /Steel Design frame design /Select Design Combos…..donde en Strength del cuadro de dialogo de la lista de combinaciones elija la combinación que desee para el diseño con el botón Add>> adicionara del lado izquierdo al lado derecho. Ahora para realizar el diseño vaya al menú Design /Steel frame design /Start design/Check of structure , esto iniciara el diseño de la estructura. Una vez terminado el diseño mostrara la estructura con colores en las barras donde indica el color rojo la barra mas solicitada o que esta fallando, para ver los detalles del diseño haga click derecho sobre estas barras y presione Details para ver detalles del diseño: El diseño mas optimo será aquel que tenga la relación de cargas menor o igual a 1. Indicando este si esta sobre Relación de cargas siempre ≤ 1 dimensionada o la barra falla. En este caso el valor de 0.987 indica que esta al limite pero que no a fallado.

&RS\ULJKWE\6DQGHU.

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EJEMPLO N° 2 GENERACIÓN E IMPORTACIÓN DESDE AUTOCAD CERCHA METÁLICA 1. Dibujar la estructura en Autocad en metros, si va usar estas unidades, (no interesa la versión de Autocad) el dibujo se debe realizar con LAYERS distintos para cada elemento distinto (recomendado) como por ejemplo uno para barras de la cuerda superior y otro para las diagonales, etc. con el fin de diferenciar cada una de ellas.

Una vez terminado el dibujo guardar el dibujo en Autocad en formato dxf. 2. Abrir el Sap2000 y crear un nuevo archivo con las unidades a manejar (kg, m, C), antes de comenzar la importación de la estructurase recomienda definir todas las secciones de los elementos que conforman la estructura, esto para cada una de los LAYERS creados en el archivo de Autocad. Para comenzar la importación ir al menú File/import/autocad dxf file…. luego le aparecerá la siguiente ventana: En esta ventana se define la dirección del eje Z en el Sap2000 en el que se dibujo la estructura en el Autocad, no necesariamente coincidirá con el eje Z del Sap2000, también se definirá las unidades en las cuales se trabajara. Presionar OK.

En esta ventana seleccionara los LAYERS de las barras, puntos, shells o sólidos a importar, esto deberá repetir hasta que la estructura este completa. El procedimiento consiste en importar e

inmediatamente asignar a cada elemento importado su respectiva sección definida anteriormente. De igualmente se importara cualquier elemento siempre y cuando este dibujado en el formato que reciba el SAP2000. Formatos de Importación SAP2000 Elements

DXF Elements

Special Joints

Points

Frames Lines

Lines

NLLinks 1-Noded

Points

NLLinks 2-Noded

Lines

Shells

3Dfaces

Solids

Meshed Polylines

3. Una vez importado todos los elementos de la estructura se tendrá la estructura completa y se podrá asignarle las cargas de igual manera que el primer ejemplo. &RS\ULJKWE\6DQGHU

 17

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EJEMPLO N° 3 ANÁLISIS DE MURO DE CONTENCIÓN SIMPLE DATOS:

Material: Concreto Secciones: Muro con espesor de 20 cm. Losa de la zapata espesor de 30 cm. Cargas: Presión del agua y del suelo. Datos del suelo: Peso especifico del suelo de arena γ = 1900 (kg/m3) Angulo de fricción interna Ø = 30 ° con C = 0 Coeficiente de reacción (Coef. Balasto) del suelo K = 3000 (Tn/ m 3) Geometría: Muro representativo de 1 m. Ancho de 1 m y Altura de 2 m.

Vista en perspectiva en el Sap2000 y en Autocad Solución:

1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pedirá un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. &RS\ULJKWE\6DQGHU

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3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…., en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

-0.4 0

Y

Z

0

0

-1

2

0.6

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones de las losa que conforman el muro, para ello vaya al menú Define/Área Section y defina uno para el muro y otro para la losa. Ingrese el nombre del elemento área, el material y el ángulo del material.

En ambos cuadros ingrese el espesor de los elementos áreas.

5. Para poder comenzar a dibujar los muros presione para ver el plano YZ y poder dibujar el muro. Para dibujar un Shell en un plano se tiene 2 botones para el dibujo: Botón para dibujo de un Shell en el plano donde le pedirá dos nudos de la losa. Botón para dibujo de un Shell en el plano donde le pedirá que presione con el Mouse un punto interior de la losa o muro. Botón para dibujo de un Shell en el plano o en 3D donde le pedirá los 4 nudos de la losa. 6. Para dividir los shells seleccione los muros y losas y vaya al menú Edit/Mesh Areas donde ingrese las divisiones en el sentido horizontal y vertical. Las divisiones del muro y la losa deberán coincidir para que ambos estén unidos. &RS\ULJKWE\6DQGHU .

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7. Una vez dibujado la estructura se procederá al cargado de la misma, Para ello se deberá definir las cargas, en el menú Define seleccione la opción Load Case en este cuadro de dialogo adicionara las cargas que actúan sobre la estructura. En este caso Carga Muerta, presión de agua y el suelo. 8. Definición de combinación de cargas, para ello vaya al menú Define/Load Combination/Add New Combination…. y adiciones las combinaciones que quiera. 9. Definición de Joint Patterns , para ello vaya al menú Define/Joint Patterns… donde solo deberá cambiar o adicionar solo los nombres del Joint Patterns 10. Asignación de cargas, para asignar la presión del agua y del terreno seleccione los nudos y los Shells que conforman el muro (solo el muro) y vaya al menú Assign/Joint Patterns: Deberá determinar las constantes C y D (A y B son cero por que solo varia con l a altura), pensando que en la punta del muro la presión es cero y en la base del muro la presión es igual a la densidad por la altura del muro, formando así dos sist emas de ecuaciones con dos incógnitas. Esto deberá realizarlo para el agua y el terreno

Una vez asignados los Joint Patterns a los nudos ahora deberemos transmitir a los Shells esta distribución como presión, para ello vaya al menú Assign/Area Loads/Surface Pressure (All): Seleccione la carga y elija By Joint Patterns esto para usar la distribución de los Joint Patterns el valor del multiplicador dependerá de la dirección de la carga, será 1 si se quiere que vaya en el mismo sentido del eje local 3 y -1 si se quiere que presione en sentido contrario, en Face elija la cara donde se aplica la presión, en este caso deje 5.

El procedimiento se deberá repetir para la presión de agua y del terreno. Para asignar la presión en la parte de la zapata solo seleccione esa parte y cárguela como presión sin usar una distribución de Joint Patterns o como carga uniforme sobre un área con dirección -Z.


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11. Asignación de apoyos, en este caso los apoyos lo constituye en el terreno, para simular el terreno se deberá asignar a los nudos de la losa Springs (Resortes), para esto usaremos el valor del coeficiente de reaccione del terreno (K = 3000 Tn/ m 3) y el ángulo de fricción interna (Ø = 30 °) Determinación de los valores k de los spring : a: Ancho de discretizacion en eje X. b: Alto de discretizacion en eje Y. Valores de Spring en eje Z: K1= K*(Área de influencia) = K*(a/2*b/2) K2= K*(Área de influencia) = K*(a*b/2) K3= K*(Área de influencia) = K*(a*b) Valores de Spring en eje X – Y: K1= K*(1-sen(Ø ))*(Área de influencia) = K*(1-sen(30°))*(a/2*b/2) K2= K*(1-sen(Ø ))*(Área de influencia) = K*(1-sen(30°))*(a*b/2) K3= K*(1-sen(Ø ))*(Área de influencia) = K*(1-sen(30°))*(a*b) Una vez determinado los Spring seleccione los nudos de la losa y vaya al menú Assign/Joint/Springs Ingrese los coeficientes en las direcciones y en las unidades correspondientes, esto se deberá realizar para las esquinas, los bordes y los nudos del centro de la losa.

En el eje Y nos se cargara porque no hay fuerzas que actúen en este sentido. 12. Por ultimo para hacer correr la estructura vaya al menú Analyze /Set Analisys options donde deshabilitara el análisis en el eje Y, esto por que no existe cargas en este sentido.

Ahora haga correr la estructura y vea los resultados donde la deformación deberá ser solo en el eje X y Z.


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Grafica de deformaciones en forma de contornos

Grafica de Momentos

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EJEMPLO N° 4 ANÁLISIS TANQUE ELEVADO DE H°A° DATOS:

Material: Concreto Secciones: Vigas de 30x20 cm. Columnas de 25x25 m. Muros del Tanque espesor de 15 cm. Losa del fondo, espesor de 20 cm. Tapa, espesor de 12 cm. Cargas:

Carga Viva de 5 kg/m2 sobre la tapa y losa de fondo. Carga Viva de 30 kg/m sobre todas las vigas. Presión del agua Combinación de carga: Combinación única = CM + CV + PRESIÓN AGUA Geometría: Altura total tanque 15 m. Ancho de 4 m Largo de 3 m Dimensiones del Tanque 4x3x3 m.

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Solución:

1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pedirá un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…., en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

Y

Z

0 4

0 3

0 3 6 9 12 15

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones de los shell que conforman el tanque, las vigas, columnas, losa de fondo, tapa y los muro, para definir las vigas o columnas vaya al menú Define/Frame section para definir secciones rectangulares y vaya a Define/Área Section para definir shell . Esta lista es exclusiva para definir secciones por el usuario, esta parte elija Adicionar sección rectangular.

5. Ahora empiece a dibujar la estructura usando en botón esto puede realizarlo por planos o directamente en una vista en 3D. Para dibujar los Shell puede usar colocándose en un plano. 6. Para dividir los shells, seleccione los muros y losas y vaya al menú Edit/Mesh Areas donde ingrese las divisiones en el sentido horizontal y vertical. Las divisiones del muro y la losa deberán coincidir para que ambos estén unidos, para el ejemplo usaremos 20 en X, 20 en Y. 7. Una vez dibujado la estructura se procederá a definir las cargas que actúan sobre la misma. Para ello se deberá definir las cargas, en el menú Define seleccione la opción Load Case en este cuadro de dialogo adicionara las cargas que actúan sobre la estructura. En este caso Carga Muerta, presión de agua y carga viva. 24

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- TEXTO GUIA -

8. Definición de combinación de cargas, para ello vaya al menú Define/Load Combination/Add New Combination…. y adiciones las combinaciones que quiera. 9. Definición de Joint Patterns , para ello vaya al menú Define/Joint Patterns… donde solo deberá cambiar o adicionar solo los nombres del Joint Patterns 10. Asignación de cargas, para asignar la presión del agua seleccione los nudos y los Shells que conforman el muro (solo los muro) y vaya al menú Assign/Joint Patterns: Deberá determinar las constantes C y D (A y B son cero por que solo varia con la altura), pensando que en la punta del muro la presión es cero y en la base del muro la presión es densidad por la altura del muro, formando así dos sistemas de ecuaciones con dos incógnitas.

Una vez asignados los Joint Patterns a los nudos ahora deberemos transmitir a los Shells esta distribución como presión, para ello vaya al menú Assign/Area Loads/Surface Pressure (All): Seleccione la carga y elija By Joint Patterns esto para usar la distribución de los Joint Patterns el valor del multiplicador dependerá de la dirección de la carga, será 1 si se quiere que vaya en el mismo sentido del eje local 3 y -1 si se quiere que presione en sentido contrario, en Face elija la cara donde se aplica la presión, en este caso de e 5.

Para asignar la presión en la losa de fondo solo seleccione esa parte y cárguela como presión sin usar una distribución de Joint Patterns o como carga uniforme sobre un área con dirección –Z, con un valor de γ*H. tenga mucho cuidado a la hora de colocar el multiplcador. 11. Seleccione los nudos de la base y vaya al menú Assign/Joint/Restrainst y seleccione la opción para darle un apoyo de empotramiento. 25

SAP2000

- TEXTO GUIA -

12. Haga correr la estructura y verifique los resultados, la deformación debe ser coherente con la realidad, este es un tanque de agua por tanto los muros se debe deformar hinchándose hacia fuera y la losa de fondo su deformación será hacia abajo.

Graficas de deformaciones y momentos. Las deformaciones se deben dar como si se tratara de la realidad.

26

- TEXTO GUIA -

SAP2000

EJEMPLO N° 5 ANÁLISIS CABLES DATOS: Material: Concreto Acero Secciones: Columnas de Ø = 30 cm. Cables de Ø = 0.5 in. Cargas: Carga puntuales: A 10 m Pv = 100 kg A 9 m Pv = 80 kg A 8 m Pv = 60 kg A 7 m Pv = 40 kg A 6 m Pv = 20 kg A 5 m Pv = 10 kg Combinación de carga: Combinación única = CM + CViento Geometría:

27

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pedirá un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…., en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

Y

Z

-5 0

-5 0

0 10

5

5

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir la columna circular vaya al menú Define/Frame section para definir secciones circulares de sección llena, para definir la sección del cable vaya al menú Define/Cable section …. En este sector ingrese el diámetro del cable o también puede ingresar directamente el área de cable, en la unidades en que se desee.

5. Para poder dibujar la columna basta con dibujarla con para dibujar los cable presione

desde 0 hasta una altura de 10,

De la lista de Line Object T ype elija Cable para dibujar cables, en Section elegirá la sección de cable que definió anteriormente de

Una vez terminado de dibujar el cable le aparecerá el siguiente cuadro:

28

- TEXTO GUIA -

SAP2000

Ingrese el número de segmentos a dividir internamente, peso adicional por unidad de longitud o peso proyectado. En caso que se tenga tensión también se le puede asignar en esta sección. Elija el tipo de objeto, cable, viga curva.

6. Asignación de apoyos, seleccione los nudos de apoyo de los cables y vaya al menú Assign/Joint/Restrainst y seleccione la opción

la columna asigne un apoyo

para darle apoyo fijo y para la base de

.

7. Definición y asignación de cargas, en el menú Define seleccione la opción Load Case en este cuadro de dialogo adicionara las cargas que actúan sobre la estructura. En este caso adicione la carga de viento. Para asignarle a la carga de viento seleccione el nudo de la torre a 10 m y presione aparecerá la siguiente ventana:

donde le

Seleccione la carga donde va ha cargar la carga e ingrese el valor de la carga en la dirección deseada.

Repita este procedimiento para cada uno de los puntos e ingrese las cargas de 80, 60, 40, 20 y 10 kg. 8. Haga correr la estructura y verifique los resultados, la deformación debe ser coherente con la realidad. 29

SAP2000

- TEXTO GUIA -

EJEMPLO N° 6 ANÁLISIS DE PASO DE QUEBRADA DE TUBERÍA CON CABLES DATOS: Material: Concreto Acero Secciones: Torres tubería de Ø = 4 in. Tubería para paso de agua de Ø = 6 in. Cable principal de Ø = 3/4 in. Cables verticales de Ø = 1/2 in. Cargas: Carga Viva de 40 kg/m sobre la tubería. Peso del agua = πØ2 /2*γAgua = π(0.1524) 2/2*1000 Peso = 36.48 kg/m sobre la tubería. Carga de viento en cada nudo de la tubería de 60 kg. Combinación de carga: Combinación única = CM + CV + CViento Geometría:

Torres de sustentación

Vista en elevación

Vista en Planta

30

SAP2000

- TEXTO GUIA Curva parabólica en el plano ZX, Tubería a 1 m más abajo de la curva, en el punto medio.

Cables verticales cada 2 m. La simulación en Sap2000 de estos cables no es posible, por tanto se creo barras circulares con restricciones de momentos en los extremos y torsión.

Curvas parabólicas en el plano YX, Tubería a 1 m de la curva, en el punto medio.

Vista en Perspectiva dibujo en Autocad.

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pedirá un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. En este ejemplo por la complejidad de la generación de la estructura en el Sap2000 nos ayudaremos en la generación con el Autocad, e importaremos la estructura. 4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir las torres vaya al menú Define/Frame section para definir secciones del tipo tubería de sección hueca, para definir la sección del cable vaya al menú Define/Cable section …., y además defina un Frame de sección circular de Ø=0.5” de sección llena, para los cable verticales que por alguna razón interna del programa no acepta este tipo de cables. 5. Empiece a importar las secciones, como en ejemplo N° 2 (Torres y tuberías primero recomendación) los cables son solo nudos así que solo importe como nudos. 6. Una vez terminado las importaciones empiece a dibujar en el Sap2000 los cables principales y los cables secundarios o verticales dibuje con los Frames con sección circular de Ø=0.5”. 7. Terminado de dibujar los cables verticales selecciones los mismos para restringir los momentos y torsión esto con el fin de que se comporten como cables, para ello vaya al menú Assign/Frame/Cable/Tendon/Releases/Partial Fixity: Restricción de momentos en ambos extremos y torsión, recuerde el comportamiento de un cable el cual su principal esfuerzo es la tracción.

31

SAP2000

- TEXTO GUIA -

8. Asignación de apoyos, seleccione los nudos de apoyo de los cables y vaya al menú Assign/Joint/Restrainst y seleccione la opción

para darle apoyo fijo y para la base de

las torres asigne un apoyo . 9. Definición y asignación de cargas, en el menú Define seleccione la opción Load Case en este cuadro de dialogo adicionara las cargas que actúan sobre la estructura. En este caso adicione la carga viva y viento. Seleccione solo la tubería y presione

o vaya al menú Assign/Frame/Cable/Tendon Loads .

Seleccione la carga, dirección, unidades e ingrese el valor de la carga distribuida.

Para asignarle a la carga de viento seleccione los nudos de la tubería presione aparecerá la siguiente ventana:

donde le

Seleccione la carga, dirección, unidades e ingrese el valor de la carga puntal.

10. Haga correr la estructura y verifique los resultados, la deformación debe ser coherente con la realidad.

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SAP2000

- TEXTO GUIA -

Grafica de Deformaciones

Grafica de fuerzas axiales resultantes

Grafica de Momentos resultantes 33

- TEXTO GUIA -

SAP2000

EJEMPLO N° 7 ANÁLISIS Y DISEÑO DE PÓRTICO DE H°A° SIMPLE DATOS: Material:

Concreto Secciones: Vigas de 30x20 cm. Columnas de 25x25 cm Losa con espesor de 12 cm. Cargas: Carga Viva de 500 kg/m2 sobre la losa. Carga adicional de piso 60 kg/m 2 sobre la losa. Combinación de carga: Combinación única = CM + CV Diseño: Solamente de Columnas y Vigas. Geometría:

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pida un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…., en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

Y

Z

0 3

0 5

0 3

8 34

SAP2000

- TEXTO GUIA -

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir las columnas y vigas vaya al menú Define/Frame section, para definir secciones de la losa vaya al menú Define/Area Section …. 5. Definición de cargas: carga muerta (DEAD) y viva (LIVE). 6. Definición de combinaciones de carga de la norma ACI (1.4CM + 1.7CV) 7. Seleccione las losas y asigne la carga uniforme viva de 500 Kg/m2 y carga muerta adicional de 60 Kg/m2, las dos cargas en sentido vertical –Z. 8. Para que las losas transmitan o distribuyan sus cargas a las vigas se deberá dividir o discretizar las losas y vigas en partes iguales para que estén unidos perfectamente para ello se puede dividir la losa y vigas o puede asignar a las vigas y losas una división interna (Nueva opción del Sap2000), elegiremos la segunda opción, seleccione las vigas y las losas, vaya al menú Assign/Frame/Cable/Tendon/Automatic Frame Subdivide…. Esto para dividir las vigas en 20 partes.

Seleccione Auto Subdivide Frame y seleccione Minimun Number of segment e ingrese 20.

Para dividir internamente las losas, seleccione las losas o presione menú Assign/Area/Automatic Area Mesh…para dividir en 20 x 20.

(previa selección) y vaya al

Seleccione Número interno de división automática e ingrese 20 en sentido de 1 a 2 y en sentido de 2 a 3. para dividir internamente en 20 veces en ambos sentidos.

9. Por ultimo para asignar nuestra combinación para que diseñe con esta el programa vaya al menú Design/Concrete Frame Design y adicione la combinación (COMB1) presionando Add>> .

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SAP2000

- TEXTO GUIA -

10. Ahora haga correr la estructura y vea los resultados en especial las curvas de momentos en las vigas y la deformación en las losas.

Estructura con división interna de las vigas y losas. Se observa la deformación en conjunto de viga losa

Estructura sin división interna de las vigas y losas. Se observa la deformación por separado de viga y losa (unidos solamente en 4 puntos)

Grafica de Deformaciones Estructura con división interna de las vigas y losas. Se observa la distribución correcta la losa a las vigas

Estructura sin división interna de las vigas y losas. Se observa la mala distribución de la losa a las vigas y columnas.

Grafica de Momentos

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SAP2000

- TEXTO GUIA -

11. Ahora con los resultados se puede empezar a diseñar o verificar en este caso se diseñara la seccion de acero necesario para una columna y una viga de H°A°. vaya al menú Design/Concrete Frame Design/Star Design/Check of Structure….. Los valores que salen de acuerdo a las unidades representan las secciones de acero calculadas tanto para vigas como para columnas. En las vigas representas sección de acero positivo en y negativos calculados en toda la longitud de viga.

Informe de diseño de una columna, muestra l os coeficientes usados, secciones, cargas, áreas de acero determinadas, etc.

37

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Informe completo de diseño de una viga, muestra los coeficientes usados, secciones, cargas, áreas de acero determinadas tanto para la parte superior como inferior, etc.

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- TEXTO GUIA -

SAP2000

EJEMPLO N° 8 ANÁLISIS Y DISEÑO DE PÓRTICO DE H°A° EN 3D REAL DATOS: Material:

Concreto Secciones: Vigas de 30x20 cm. Columnas de 30x30 cm. Losa con espesor de 12 cm. y escalera espesor de 15 cm. Cargas: Carga Viva de 500 kg/m2 sobre la losa (esta depende del uso que se le da al edificio) Carga adicional de piso 60 kg/m 2 sobre la losa. Carga de muros 80 kg/m 2 sobre la losa Carga Viva de 500 kg/m2 sobre las Escaleras. Carga adicional de piso 220 kg/m 2 sobre las Escaleras. Combinación de carga: Combinación 1 = CM + CV Combinación 2 = 1.4CM + 1.7CV Combinación 3 = Envolvente Combinación 1 + Combinación 2 Diseño: Solamente de Columnas y Vigas. Geometría: Altura entre pisos de 2.6 m, descansos de la escalera en el medio de cada piso. Numero de losas 4.

5

9

7

6

8

6 5

1 0

0 5 . 0

5 . 4

5 5 . 5

5 1 . 1 0 1

7

Vista en Planta Vista en perspectiva 39

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pida un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. Presionando clic derecho en la pantalla negra, elija la opción de Edit Grid Data , donde aparecerá una pantalla donde elegirá Modif./Show Sistem…., en esta ventana deberá introducir las coordenadas en el eje X, Y y Z. Coordenadas X

Y

Z

0 0.5

0 1

0 1.3

4.5

5

2.6

5

6

3.9

5.5 6

8 9

5.2 6.5

7 10.5

7.8 9.1

11

10.4

4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir las columnas y vigas vaya al menú Define/Frame section, para definir secciones de la losa y escaleras vaya al menú Define/Area section …. 5. Definición de cargas: carga muerta (DEAD) y viva (LIVE). 6. Definición de combinaciones de carga de la norma ACI para definir la envolvente

7. Seleccione las losas y asigne la carga uniforme viva de 500 Kg/m2 y carga muerta adicional de 60 Kg/m2, mas 80 Kg/m2 las dos cargas en sentido vertical –Z. 8. Ahora seleccione las escaleras (para seleccionar directamente las escaleras vaya al menú Select/Select/Area Section…. y seleccione escaleras) y asigne la carga uniforme viva de 500 Kg/m2 y carga muerta adicional de 220 Kg/m 2, las dos cargas en sentido vertical –Z.

40

SAP2000

- TEXTO GUIA -

9. Seleccione los nudos de apoyos y asigne apoyos, para ello presione

y presione apoyo de empotramiento.

10. Para que las losas transmitan o distribuyan sus cargas a las vigas se deberá dividir internamente o discretizar las losas y vigas en partes iguales para que estén unidos perfectamente para ello se puede dividir la losa y vigas o puede asignar a las vigas y losas una división interna (Nueva opción del Sap2000), elegiremos la segunda opción, seleccione las vigas y las losas (Losas y vigas mas grande en 20x20, losa y vigas del centro en 10x5 las escaleras y losas mas pequeñas en 5x5 ver grafica), vaya al menú Assign/Frame/Cable/Tendon/Automatic Frame Subdivide…. Esto para dividir las vigas en 20 partes.

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SAP2000

- TEXTO GUIA -

Seleccione Auto Subdivide Frame y seleccione Minimun Number of segment e ingrese 20.

Para dividir internamente las losas, seleccione las losas o presione (previa selección) y vaya al menú Assign/Area/Automatic Area Mesh…para dividir en 20 x 20. Seleccione Número interno de división automática e ingrese 20 en sentido de 1 a 2 y en sentido de 2 a 3. para dividir internamente en 20 veces en ambos sentidos.

10. Por ultimo para asignar nuestra combinación para que diseñe con estas el programa vaya al menú Design/Concrete Frame Design y adicione la combinacion (COMB1) presionando Add>> . 11. Ahora haga correr la estructura y vea los resultados en especial las curvas de momentos en las vigas y la deformación en las losas, con las divisiones internas asignadas la estructura será un mas pesada por tanto tenga cuidado si su computadora es de baja capacidad en procesador, por que cuanto mas grande el la estructura mas grande será el tiempo que tome en analizar la estructura y mayor será el consumo de recursos de la maquina. Cronometro que registra el Tiempo que tarda en correr la estructura

Tamaño aproximado que ocupara la estructura en disco duro en MB.

Por la cantidad de nudos y barras que tiene la estructura el Sap2000 forma bloques de ecuaciones para resolverlas por bloques.

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SAP2000

- TEXTO GUIA -

Grafica de deformaciones debido a la Envolvente

Grafica de Momentos y cortantes debido a la Envolvente 43

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Grafica de Momentos M11 debido a la Envolvente

Grafica de Momentos M22 debido a la Envolvente Para el diseño se puede proceder como el ejemplo anterior haciendo diseñar o dándole sección de acero y que verifique el programa.

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- TEXTO GUIA -

SAP2000

EJEMPLO N° 9 ANÁLISIS DE PUENTE CON VIGAS DE H°P° DATOS: Material: Concreto Secciones: Vigas Principales de 180x60 cm. Diafragmas de 100x30 cm Postes de los pasamanos de 15x15 cm. Pasamanos de Ø = 4”. Losa con espesor de 15 cm. Aceras con espesor de 12 cm. Cargas: Carga Móvil Hsn44. Preesfuerzo de 150 Tn. Cable de Ø = 6” (12 cables de 0.5”) Combinación de carga: Combinación única = CM + CMovil + Preesfuerzo Geometría: Aceras Vi as rinci ales

Vista en Planta

Postes

asamanos

Vista en Elevación

Elaborado por: Aldo Armin Sarzuri Fernandez.

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SAP2000

- TEXTO GUIA Vi as rinc rincii ales ales

Diaf Diafra ra mas mas

Vista en Perspectiva

INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE PUENTES.- El análisis de puentes es usado para la determinación determinación de la respuesta de la estructura de un puente a cargas móviles. Para Para el análisis análisis de un puente lo primero que se debe definir en el Sap2000 son las sendas (Lanes), Vehículos, Clases de vehículos y el tipo de respuestas que se espera del puente.

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pida un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. En este ejemplo por la complejidad de la generación de la estructura en el Sap2000 nos ayudaremos en la generación con el Autocad, e importaremos la estructura. 4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir las vigas, diafragmas vaya al menú Define/Frame section, para definir secciones de la losa y aceras vaya al menú …. Define/Area section …. 5. Definición de sendas o LANES, para ello vaya al menú Define/Bridge Loads…Lanes …Add New Lane. En esta ventana coloque el nombre del LANE y OK solo defina los LANES . Los valores de Discretización de cargas en los Lanes son las divisiones internas que el programa realiza para el cálculo tanto en el sentido longitudinal y transversal.

46

SAP2000

- TEXTO GUIA -

6. Defina la carga o el tipo de móvil, definiendo el tipo de vehículo en Define/Bridge Loads… Vehicles… En esta ventana elija el vehículo estándar, esto se lo realiza de acuerdo a la norma de diseño que se utiliza, en este caso el Sap2000 utiliza los vehículos de la Norma AASTHO, por tanto se usara el camión HSn-44 para el ejemplo.

Este vehículo HSn-44 (HS20) es usado por el Sap2000 para el análisis y en la grafica se muestra las cargas y las distancias de separación entre ejes.

Vehículo Hsn44, se muestra en la grafica las cargas por eje, distancias, ancho de eje, el tipo de ancho de eje, etc.

7. Definía Clases de vehículos esto en Define/Bridge Loads… Vehicle Classes… en esta ventana tendrá que adicionar los vehículos que tuviera y el factor de escala en caso que quiera incrementar su carga, por ejemplo si quiere usar el HS25 que no existe en la norma AASHTO deberá colocar en el factor de escala 1.25 para transformar el HS20 a HS25.


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SAP2000

- TEXTO GUIA -

8. Defina por ultimo ultimo las repuestas repuestas que desea que que el programa encuentre encuentre del puente. Para Para eso tickee las opciones que desee pero que el puente tenga. El resto deje los valores por defecto.

9. Definición Definició n de cargas: carga muerta (DEAD), móvil (MOVIL LOAD) y preesfuerzo (OTHER).

10. Definición de combinaciones combinaciones de carga de la norma (CM + CMovil + Preesfuerzo). 11. Defina los casos de Análisis, adicionando una para carga móvil. En Análisis Case Type seleccione Carga Móvil y adicionan los vehículos que se tengan previamente definidos el factor de escala será de 1 para no aumentar la carga. Seleccione los Lanes por donde correrá el vehículo si se tiene más de uno. El factor de reducción puede variar dependiendo del numero de vehículos y del &RS\ULJKWE\6DQGHU9DUJDV

48

SAP2000

- TEXTO GUIA -

diseño por ejemplo si se tiene 1 o 2 sendas el factor puede ser 1, si se tiene 3 el factor puede ser 0.9 y si se tiene 4 el factor será de 0.8, esto será de acuerdo al criterio del diseñista de etc. 12. Asignación de Lanes a las vigas por donde se espera que corra el vehículo, para ello seleccione las frames o vigas principales que sostenga el puente y vaya al menú Assign/Frame/Lane…Donde elegirá la senda que se esta usando, y la excentricidad respecto al eje de la viga (+ para arriba y – para el lado contrario). La excentricidad se utiliza para que afecte a la losa tanto como a la viga. Esto repita para las 2 vigas, o sea deberá tener definido 2 Lanes.

13. Por ultimo asigne a las vigas y losas el tipo de vehículo de carga (AASHTO H & HS) para ello seleccione toda la estructura y vaya al menú Assign/Frames/Cable/Tendon Loads/ Vehicule Response Components…. donde elegía AASTHO H&HS y presione Assign Selected Overwrite Type y seleccione el las componentes de respuestas que desea que el sap2000 arroje en los resultados en el análisis. De igual manera para las losas, pero con el menú Assign/Areas Loads/ Vehicule Response Components…. Y seleccione las componentes que desee.

Para que las losas transmitan o distribuyan sus cargas a las vigas se deberá dividir o discretizar las losas y vigas en partes iguales para que estén unidos perfectamente para ello se debe asignar a las vigas y losas una división interna, seleccione las vigas y las losas, vaya al menú Assign/Frame/Cable/Tendon/Automatic Frame Subdivide…. Esto para dividir las vigas. Para dividir internamente las losas, seleccione las losas o presione


(previa selección) y vaya al

49

SAP2000

- TEXTO GUIA -

menú Assign/Area/Automatic Area Mesh…para dividir las losas y aceras. La división en este ejemplo será como se muestra en el siguiente grafico.

Punt os de a o o

Punt os de a o o

14. Seleccione los puntos de extremos de las vigas principales y asigne apoyos uno fijo y otro móvil. 15. Ahora a las vigas principales le asignaremos los tendones para que funcione como vigas postensadas, primero definiremos el tendón para ello vaya al menú Define/Tendon Section….. Este tendón es uno que tendrá carga o presfuerzo por tanto elija la opción de Model Tendon as Loads. Especifique el diámetro (Ø = 6”) en las unidades correspondientes. 16. Ahora dibuje el tendon con

eligiendo en:

Seleccione en esta lista Tendón para dibujar el mismo. De igual manera si quiere dibujar cables o vigas curvas.

Dibuje desde un apoyo a otro terminando le saldrá las siguientes opciones:


50

SAP2000

- TEXTO GUIA Presionando en Quick Start seleccionara la forma del tendón.

Presionando en Add o Show.. podrá asignarle o mostrar la sección del

En estas opciones puede asignarle las excentricidades

Presionando en Add o Show.. adiciona o muestra cargas en el tendón. En el presente ejemplo se le asignara 150 Tn de preesfuerzo.

Seleccione la forma de la curva del tendón y el número de tramos.


51

SAP2000

- TEXTO GUIA -

En ambos extremos al mismo tiempo. Pero también puede asignarle solo de un extremo.

Ingrese el preesfuerzo

Ingrese los coeficientes de perdidas por fricción, si no se tiene estos valores exactos se recomienda dejarlos los valores por defecto.

Parámetros de pérdidas por relajación, acortamiento, contracción y arrastramiento.

Este procedimiento se repetirá para todos los tendones que se tenga.

17. Ahora haga correr la estructura y vea los resultados en especial las curvas de momentos en las vigas y la deformación en las losas.

Esta pequeña estructura con las divisiones internas tarda en ser analizado 2:56 minutos. Esto dependerá de la capacidad del procesador y los recursos del sistema que se tenga.


52

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Grafica de deformaciones en el puente bajo sus cargas y combinaciones.

Grafica de Momentos en la plataforma del puente y en las vigas bajo sus cargas.

Copyright ©2011 by Sander Vargas.

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- TEXTO GUIA -

SAP2000

Grafica de Líneas de Influencia en las losas y en las vigas.

EJEMPLO N° 10 ANÁLISIS DE PUENTE ATIRANTADO DATOS: Material: Concreto y Acero. Secciones: Vigas Principales de perfiles W14x120 Cerchas Longitudinales W14x90 Cerchas Transversales W14x30 Cables de Ø = 4”. Torres de Sección cajón de 5x3 m espesor de 0.5 m. Vigas de arriostre de 1.5x0.5 m Losa de espesor de 20 cm. de H°A° Cargas: Carga Móvil Hsn44. Carga de viento lateral de 20 Kg. en cada nudo de la cercha y torre. Combinación de carga: Combinación 1 = 0.75(1.4 Dead + 1.7 CMovil + 1.7 Viento) Combinación 2 = 0.9 CM + 1.3 Viento Combinación 3 = Envolvente Combinación 1 + Combinación 2

Copyright ©2011 by Sander Vargas.

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- TEXTO GUIA -

SAP2000

Geometría: Torres

Cables Ø = 4”

Cechas Lon itudinales

Cerchas Transversales

Vista en Elevación

Vi as Princi ales

Vista en Planta

Vista en Perspectiva 55

SAP2000

- TEXTO GUIA -

Solución: 1. Establezca las unidades en kgf-m-C, y en el menú File/New Model , pida un nuevo modelo. 2. En este cuadro de dialogo seleccione la opción de iniciar con un modelo en blanco. 3. En este ejemplo por la complejidad de la generación de la estructura en el Sap2000 nos ayudaremos en la generación con el Autocad, e importaremos la estructura. 4. Guarde el modelo y empiece a definir las secciones, para definir las torres, cerchas, etc. vaya al menú Define/Frame section, para definir secciones de la losa vaya al menú Define/Area section …. para definir la sección de cable vaya al menú Define/Cable section…. 5. Definición de sendas o LANES, para ello vaya al menú Define/Bridge Loads…Lanes …Add New Lane. En esta ventana coloque el nombre del LANE1 y OK solo defina los LANES . Defina 4 Lanes Los valores de Discretización de cargas en los Lanes son las divisiones internas que el programa realiza para el cálculo tanto en el sentido longitudinal y transversal.

6. Defina la carga o el tipo de móvil, definiendo el tipo de vehículo en Define/Bridge Loads… Vehicles… En esta ventana elija el vehículo estándar, esto se lo realiza de acuerdo a la norma de diseño que se utiliza, en este caso el Sap2000 utiliza los vehículos de la Norma AASTHO, por tanto se usara el camión HSn-44 para el ejemplo.

7. Definía Clases de vehículos, esto en Define/Bridge Loads… Vehicle Classes… en esta ventana tendrá que adicionar los vehículos que tuviera y el factor de escala en caso que quiera incrementar su carga, por ejemplo si quiere usar el HS25 que no existe en la norma AASHTO deberá colocar en el factor de escala 1.25 para transformar el HS20 a HS25.


56

SAP2000

- TEXTO GUIA -

8. Defina por ultimo las repuestas que desea que el programa encuentre del puente. Para eso tickee las opciones que desee pero que el puente tenga. El resto deje los valores por defecto. 9. Definición de cargas: carga muerta (DEAD), móvil (MOVIL LOAD) y viento (WIND).

10. Defina los casos de Análisis, para ello vaya al menú Define/Análysis Cases…. Seleccione carga movil y presione Modif./Show Case…. Seleccione en Análisis Case Type Móving loads y adicionan los vehículos que se tengan previamente definidos el factor de escala será de 1 para no aumentar la carga. Seleccione los por donde Lanes correrá el vehículo si se tiene más de uno. El factor de reducción puede variar dependiendo del numero de vehículos y del diseño por ejemplo si se tiene 1 o 2 sendas el factor puede ser 1, si se tiene 3 el factor puede ser 0.9 y si se tiene 4 el factor será de 0.8, esto será de acuerdo al criterio del diseñista de etc. 11. Asignación de Lanes; seleccione las frames o vigas principales que sostenga el puente y vaya al menú Assign/Frame/Lane…Donde elegirá la senda (Lane ) que se esta usando, y la excentricidad respecto al eje de la viga (+ para arriba y – para el lado contrario). La excentricidad se utiliza para que afecte a la losa tanto como a la viga. Esto repita para las 4 vigas, o sea deberá tener definido 4 Lanes. Ver la siguiente grafica: &RS\ULJKWE\6DQGHU9DUJDV

57

- TEXTO GUIA -

SAP2000

Lane 1 Lane 2 Lane 3 Lane 4

12. Seleccione los puntos de extremos de las cerchas longitudinales y asigne apoyos uno fijo y a las bases de las torres empotramiento. 13. Ahora dibujaremos los cables para ello vaya al menú Define/Cable Section…..Modify/Show Section…. 14. Ahora dibuje el cable con Line Object Type Cable.

eligiendo en

Elija el material e ingrese el diámetro o la sección de cable

15. Dibuje el cable y terminando le saldrá las siguientes opciones: Elija las opciones de cable, como ser tensiones, cable deformado, si deformación, etc.

Numero de segmentos (división interna) abajo sus coordenadas del cable.

Elija cable sin deformación y numero de segmentos igual a 1 y presione OK. Este procedimiento se seguirá para todos los cables que conforman la estructura. Si se importo los cables del archivo dxf se tendrá que dibujar cables sobre este y luego borrar lo importado.


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- TEXTO GUIA -

16. Por ultimo asigne la carga de viento en los cables, torres y las cerchas longitudinales; seleccione todos los nudos de ambas caras laterales del puente y asigne las cargas del viento en el eje Y. 17. Para simular el deslizamiento de los cables con las torres (Recuerde que generalmente el cable que va desde un extremo a otro del puente es uno solo) se deberá restringir movimientos como se muestra a continuación: Restricciones: U1: Deslizamiento del cable en el eje 1 (X) U2: Para evitar la traslación en el eje 2 (Y). U3: Existe la deformación de la torre. R1: Para evitar la rotación alrededor del eje 1 (X). R2: Rotación alrededor del eje 2 (Y) deslizamiento en el eje 1 (X). R3: Para evitar la rotación alrededor del eje 3 (Z).

18. Ahora defina las combinaciones de carga. 19. Hacer correr la estructura y revisar los resultados y en especial las deformaciones por que de acuerdo a la norma AASTHO la deformación admisible es L/360.


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- TEXTO GUIA -

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Grafica de deformaciones debido a la combinación Envolvente

Grafica de fuerzas axiales y momentos debido a la combinación Envolvente


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Texto Guia Sap2000

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