Tutorial Tu de RE

Ejemplo 7: Muro basculante

Este ejemplo lo guiará paso a paso en la creación de un muro basculante. El ejemplo será más efectivo si practica las técnicas ilustradas a medida que son presentadas. 1

La estructura a introducir es un ejemplo sencillo de muro basculante de un piso, con claros, sometido a una carga de sismo perpendicular al muro (carga fuera del plano) y a una carga muerta puntual con excentricidad (carga en el plano) a la altura del nivel, como se ilustra a continuación:

Ejemplo muro basculante con claros

1) Empezando una nueva estructura Si todavía no estas en el módulo de Muro Basculante, selecciona Módulos – Muro Basculante en RAM Advanse

Seleccione el botón para crear un Nuevo Muro Basculante En el caso de que exista un modelo abierto, el modulo de muros basculantes le preguntará si desea salvarlo. Una vez abierto el nuevo archivo, se procede a la introducción de datos en la ventana izquierda, siguiendo el orden que se muestra a continuación. Nota.- El siguiente ejemplo y los valores asumidos fueron tomados del “ Manual de Diseño Sísmico Estructural, Estructural, IBC - 2000” .

1

IBC 2000, Structural Seismic Design Manual, Design Example 6 – Tilt-Up Building with Openings. 1


2) Introduciendo unidades Seleccione con el ratón la opción Sistema de unidades. Esta acción permitirá habilitar el menú desplegable.

Despliegue la pestaña y seleccione las unidades del sistema Inglés.

3) Introduciendo método de análisis El ejemplo será realizado bajo dos métodos de análisis: Simplificado y FEM. Como primer método se utilizará el Simplificado. Simplificado.

Simplificado. Despliegue la pestaña y seleccione la opción Simplificado.

4) Introduciendo geometría A continuación vaya a la opción Geometría. Esta y las demás carpetas pueden desplegarse o cerrarse para comodidad del usuario.

Ingrese las dimensiones del muro mostradas en la figura En este caso, el muro tendrá 28 ft de altura, 4 ft de parapeto y 25 ft de ancho. Como podrá observar, las dimensiones del muro fueron cambiando en el gráfico a medida que las introdujo. A continuación introduzca el Espesor del muro.

Introduzca espesor. El ejemplo no considerará un pie de panel, por lo tanto introduzca cero. Nota.- El valor introducido corresponde a las unidades por defecto. Si desea introducir el mismo dato en diferentes unidades, teclee el valor seguido de la unidad que desea utilizar y presione Enter, presione Enter, como se muestra a continuación. continuación.

Haga clic en la celda para resaltar el valor. 2


Teclee el valor seguido de su unidad y presione Enter. Para asignar las restricciones en la base del muro haga clic en la opción de Apoyo en la base y elija articulado o empotrado según las restricciones del muro.

Seleccione la opción Articulado. El apoyo en la base puede ser definido como Empotrado, Articulado para el análisis simplificado. Las restricciones en los niveles pueden ser definidas como articulado o ninguna, considerando la combinación de grados de libertad de los niveles y del apoyo en la base, seleccione la opción Articulado. Vaya a la opción Materiales y despliegue la pestaña. En ese momento usted tendrá disponible un menú con todos los materiales disponibles, en este caso únicamente hormigón armado; en el ejemplo se utilizará C3-60.

Haga clic para seleccionar el material: C 3-60. Presione Aceptar. 3


Como siguiente paso ingrese a la opción Claros , la cual presentará una planilla donde se deberán introducir los datos necesarios para definir uno o varios claros en el muro. Haga doble clic en la celda denominada Esquina de referencia y seleccione la opción Inferior izquierda; asigne a Distancia en X un valor de 3 pies, 0 pies para Distancia en Y, y finalmente los valores de 12 y 14 pies para Ancho y Alto del claro.

Haga doble clic en la opción Claros e introduzca los datos mostrados en la figura. De igual manera podría ser introducido el segundo claro en la fila siguiente de la planilla, pero con el fin de que el usuario logre con este ejemplo manejar todas las herramientas y facilidades que brinda el módulo, haga clic en el botón

situado en la parte inferior derecha de la planilla.

Haga clic en el botón para asignar claros iguales a varios niveles. Nota.- Recuerde que puede editar las celdas de las planillas cada vez que lo desee o puede utilizar el

botón

para deshacer los cambios realizados.

Inmediatamente verá una ventana de diálogo. Introduzca en ella los datos mostrados en la figura. En este caso, el escoger SI o No en la opción Claros iguales en todos los niveles le dará el mismo resultado, porque el ejemplo presenta únicamente un nivel.

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Edite los valores por defecto de la pantalla y presione Aceptar. Nota.- Si selecciona NO en la opción Claros iguales en todos los niveles , podrá escoger los niveles en los que desea se asignen claros con la misma ubicación y dimensiones definidos en el diálogo para todos.

Datos de los claros. Presione Aceptar.

5) Introduciendo cargas El módulo presenta diferentes tipos de carga que pueden ser aplicados en el muro como: 1. Cargas verticales 

Peso propio



Puntuales



Distribuidas 1. Cargas laterales en el plano 

Puntual



Distribuida



Peso sísmico 1. Cargas laterales fuera del plano 

Carga de presión



Peso sísmico 1. Fuerzas globales 5




Coordenadas



Magnitudes

En el ejemplo se introducirá una carga vertical distribuida de 0.69 kip/ft con una excentricidad igual a 8.25 in y una carga lateral fuera del plano de peso sísmico equivalente a 0.4 el peso del muro. Seleccione Cargas/Cargas verticales/Distribuida ; presionando la pestaña observará una planilla en la que se pueden introducir cargas tecleando los valores o por medio de una ventana de diálogo presionando el botón

como se muestra a continuación.

Haga un clic sobre la subcarpeta Cargas/Carga vertical/Distribuida . Presione la pestaña y haga clic en el botón para asignar cargas distribuidas.

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Seleccione la opción SI de Excéntrica para definir una carga con excentricidad.

Introduzca los valores mostrados en la figura. Presione Aceptar. Nota.- Si selecciona NO en la opción Cargas iguales en todos los niveles , podrá escoger los niveles en los que desea se asignen cargas de igual magnitud y excentricidad. En este caso, seleccione SI ó NO, obtendrá los mismos resultados, porque solo existe un nivel definido.

Valores asignados mediante ventana de diálogo. Presione Aceptar.

Inmediatamente podrá observar gráficamente la carga introducida. 7


Adicionalmente se introducirá el peso propio del muro para su consideración en el análisis.

Seleccione la opción Peso propio y haga clic en el cuadro. A continuación se creara el estado de carga de sismo, para ello haga clic en el icono para administrar los estados de carga. En la ventana de dialogo que se muestra, ingresar la nueva condición de carga y su categoría.

Ventana de diálogo para introducir las nuevas condiciones de carga Presione Aceptar. Luego en la opción Cargas\Cargas laterales fuera del plano\Peso sísmico ingresar 0.4 y asignar la condición de carga EQop de sismo.

Haga clic en la opción Peso sísmico e introduzca 0.4 y asigne la condición de carga de sismo. Las cargas puntuales podrán ser introducidas mediante una ventana de diálogo similar a la ventana de cargas distribuidas presionando el botón

en su respectiva planilla.

La distancia a la que se sitúan estas cargas puede asignarse en magnitud o porcentaje del total de la longitud del muro, según requerimiento del usuario.

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Ventana de diálogo para introducir cargas puntuales.

6) Generando combinaciones de carga El programa presenta las diferentes combinaciones de carga para cada código, tanto de servicio, como de diseño. El usuario podrá cargar estas combinaciones automáticamente o podrá introducirlas manualmente. En el ejemplo se introducirán manualmente y serán: 

Combinación de servicio:

DL+EQop



Combinación de diseño:

1.4DL+EQop.

Por lo tanto, presione el icono para administrar los estados de carga. Haga clic en la celda correspondiente para editar la combinación de servicio existente.

Edite la combinación de servicio por defecto. Presione Aceptar. De igual manera, repita el procedimiento para introducir la combinación de diseño.

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Introduzca la combinación de diseño. Presione Aceptar. Para generar las combinaciones de carga automáticamente: Presione el icono de editar estados de carga

y presione el botón

.

Aparecerá una ventana de diálogo, presione el botón para abrir archivo y seleccione el archivo para la generación de combinaciones, como se muestra en la siguiente figura.

Presione el botón para abrir un archivo y seleccione la combinación de cargas según el código que se esté usando, en este caso ACI 551R-92-LoadCombos_Service. Presione Abrir. Nota.- El módulo cuenta con archivos específicos (extensión .tug) de combinaciones para muros basculantes, por lo que le recomendamos utilizarlos.

Inmediatamente obtendrá la lista de combinaciones proporcionada por ACI 551R-92.

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Presione Aceptar. Luego obtendrá una lista de las combinaciones de carga a ser creadas para el modelo.

Mantenga los combos seleccionados. Presione Aceptar.

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Le aparecerá un mensaje con el número de combinacione s de carga generadas. Presione OK. Todas las cargas que usted genere serán visibles en la parte superior de la planilla.

7) Introduciendo datos de diseño El módulo de Muros Basculantes solo diseña por la norma ACI 318-05. En los datos de diseño, primero debe introducirse los elementos a diseñarse. Para el presente ejemplo se diseñara los elementos solo como muros basculantes y muros de corte.

Seleccione Muros basculante y muros de corte . Presione Aceptar A continuación elija el número de capas de refuerzo. Para el ejemplo se utilizaran dos capas.

Seleccione Dos capas de refuerzo.

Despliegue la pestaña y seleccione Tamaño de barra como Criterio de diseño.

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Despliegue la pestaña y podrá escoger el tamaño de barra con la cu al desea que se realice el diseño. Marque la #5. Nota.- Podrán seleccionarse una o más barras para el diseño, el mismo que las irá probando en orden ascendente de tamaño para la obtención óptima de resultados.

Mantenga los datos de Armadura adicional de claro por defecto. Todos los valores introducidos hasta el momento incluyendo los de Configuración serán guardados con el modelo.

8) Introduciendo valores de configuración Después de introducir todo lo referente a datos generales, el usuario deberá verificar si los valores, por defecto, de Configuración están de acuerdo a su modelo y/o requerimientos. Por tanto:

Presione el botón mostrado en la figura. En el ejemplo se considerará la influencia de biseles en el diseño del muro. Entonces:

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Seleccione Considerar biseles e Introduzca en Tamaño de bisel 0.75 in. Presione Aceptar. Algunas veces es necesario considerar el efecto de los claros como presión a los lados del mismo. En el ejemplo de referencia, no se considera este efecto.

Opción para distribuir la presión a los lados del claros. Durante la configuración también es posible elegir la inercia para el cálculo del momento de diseño. En el ejemplo de referencia la inercia de agrietamiento fue considerada.

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Seleccione el momento de inercia Agrietado para el cálculo del momento de diseño. Para tener una mejor idea del espaciamiento entre barras que se obtendrá de diseño, cambie el valor de Redondeo para la separación entre barras a 0.5 in.

Introduzca 0.5 in en la opción Redondeo para la separación entre barras. Presione Aceptar. Nota.- Si desea que los nuevos valores permanezcan como valores por defecto, haga clic en la opción Asignar valores por defecto.

9) Viendo resultados gráficamente Una vez terminada la introducción de datos, usted está listo para ver los resultados de análisis y diseño. Se recomienda que luego de analizar el muro, confronte los resultados con el ejemplo: Example 7 TU Simplified Method.TUP que viene junto con el programa, para comprobar que haya introducido los datos exactamente como se explicó anteriormente. En caso de que existan diferencias en los resultados, por favor revise los datos introducidos. Para ver los diagramas de esfuerzos, en el caso del método Simplificado:

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Presione el botón

(Diagramas).

En la pantalla verá los diagramas tanto de momentos como de axiales, para el estado de carga actualmente seleccionado. Si desea ver los resultados para otro estado de carga

Despliegue la pestaña de Estado en la parte superior de la pantalla y seleccione el estado o combinación de carga del cual desea ver los resultados. Los diagramas de esfuerzos pueden ser exportados a un archivo formato DXF presionando el botón , entonces coloque nombre al archivo y guárdelo. Posteriormente abra el archivo desde un programa CAD, colocando la extensión DXF y obtendrá los diagramas deseados. El usuario también tiene la posibilidad de seleccionar la franja de la cual desea ver los resultados. En este caso:

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Despliegue la pestaña y seleccione la franja número 3. Así también podrá seleccionar el diagrama que desea ver de la lista que obtendrá al hacer clic en los nombres de los diagramas (en rojo) en la parte superior izquierda de la pantalla.

Seleccione alguna de las opciones que desea verificar.

Cortantes y momentos fuera del plano en la franja 3.

10) Detallamiento del muro Una vez analizado y diseñado el muro, podrá verificar el refuerzo obtenido, ingresando a la pantalla de detallamiento.

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Presione

para ingresar a la pantalla de detallamiento.

Esta pantalla presenta una planilla electrónica con el refuerzo resultado del diseño, el mismo que podrá editar, cambiar o borrar en cualquier momento de acuerdo a su requerimiento y verificar su influencia rápidamente presionando el botón

de Verificar Diseño.

Observando a primera vista el semáforo situado en la parte superior derecha de la pantalla

, podrá verificar que el diseño automático dio buenos resultados.

La planilla cuenta con tres pestañas: Barras Verticales, Barras Horizontales y Refuerzo adicional. Cada una de estas pestañas consta de botones para introducir manualmente el refuerzo. Como puede observar en la celda denominada Cantidad en barras verticales se obtuvieron 4 barras #5 para la franja número 3. Con la finalidad de verificar resultados se cambiará el refuerzo de esta franja de 4 a 5 barras. Para ello seleccione la fila de la planilla que contiene los datos de refuerzo de la franja número 3. Nota.- Como podrá observar el programa realiza durante el diseño la optimización de refuerzo, dando como resultado la mínima área de acero para satisfacer las solicitaciones de cada franja, de acuerdo a los parámetros de diseño introducidos por el usuario.

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Haga clic sobre el Grupo 2 para seleccionar todo el contenido de la fila y presione Supr para borrar los datos. Luego presione esa franja.

. Para ingresar a una ventana de diálogo y poder introducir armadura continua para

Despliegue la pestaña de la opción Franja y presione el botón franjas.

para deseleccionar todas las

Seleccione la franja número 3. Presione Aceptar. 19


Seleccione la barra #5 de la opción Barra.

Despliegue la pestaña de la opción Introducción de barras y seleccione Por cantidad.

Introduzca 5 en Cantidad. Presione Aceptar. Como podrá observar esta herramienta le permite introducir armadura continua a una o varias franjas a la vez sin preocuparse de las longitudes que se necesitarían.

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Nota.- En el caso de desear introducir armadura discontinua (barras verticales), (barras horizontales), serán necesarias además de los datos mostrados anteriormente, las distancias: 1 y 2 de la(s) barra(s) a introducir, referidas a un nivel o eje.

Nueva barra introducida. Una vez modificados los datos de la planilla, el semáforo queda inhabilitado, para volver a obtener resultados con el cambio realizado presione el botón para verificar que este cambio cumpla con todos los requerimientos de resistencia y limitaciones de la Norma. Nota.- En el caso de desear volver a los resultados de refuerzo obtenidos del diseño automático,

podrá presionar el botón

. El mismo que Optimizará el diseño del muro.

Otra forma de cambiar la armadura de la franja número 3 es editar la celda correspondiente a Cantidad.

Haga doble clic en la celda Cantidad, cambie el valor a 5 y presione Enter. Si realizó el ejercicio de esta manera tendrá también que presionar el botón Diseño.

para Verificar

11) Viendo el Reporte Todo el conjunto de datos y resultados puede ser observado en el reporte:

Presione el botón. En el reporte se pueden observar 3 grandes partes: 

Datos generales como: estatus global, geometría, materiales, número de pisos, claros, estados de carga y cargas. 21


Datos generales. 

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Datos y resultados del diseño de muros basculantes por segmento como: estatus, división de los segmentos analizados, geometría de los segmentos, armadura vertical, esfuerzo vertical, flexión axial combinada, diagramas de interacción P vs M para los segmentos críticos, compresión axial, tensión axial, corte y deflexión.


Segmentos a ser diseñados como muros basculantes. 

Datos y resultados del diseño de muros de corte por segmento como: estatus, división de segmentos analizados, geometría de los segmentos, refuerzo, flexión axial combinada, diagramas de interacción P vs M para los segmentos críticos, compresión axial, tensión axial, corte.

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Segmentos a ser diseñados como muros de corte. 

Resultados de estabilidad como: estatus, estabilidad global, cálculo de fuerzas de volteo y resistentes, y verificación a volteo.

Resultados de estabilidad. El usuario puede imprimir el reporte presionando el botón

12) Diseño: Estatus “Bien” o “Existen errores en diseño” El reporte presenta, antes de los resultados de diseño, un Estatus Global para el muro, en el que pueden presentarse dos opciones. “Bien” cuando todas las franjas cumplen con todas las verificaciones según la Norma.

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“Existen errores en el diseño”; cuando una o más franjas fallan a las verificaciones.

Además cada franja tendrá un estatus en el que se mostrarán los motivos de falla en el caso en que existiesen errores en el diseño.

13) Analizando por FEM A continuación se introducirá el mismo ejemplo con la diferencia que será analizado por FEM (Método de elementos finitos) para comparar resultados d e análisis y diseño con ambos métodos.

Despliegue la pestaña de la opción Método de Análisis y seleccione FEM. Realice el mismo procedimiento de introducción de datos desarrollado anteriormente, cambiando el Apoyo en la base a la opción Resorte a sólo compresión. Esta es una opción más exacta de simular las condiciones por debajo del muro.

Seleccione Resorte a sólo compresión. Si realizó este ejercicio sobre el ejemplo anterior, la armadura quedará guardada a no ser que haya modificado algún dato de geometría o material y haya borrado la armadura actual, en ese caso el diseño se realizará automáticamente al cambiar de pantalla; caso contrario deberá presionar el botón (habilitado en la pantalla de Detallamiento) para Optimizar el diseño del muro y encontrar una nueva armadura.

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La armadura obtenida analizando con el método Simplificado varía ligeramente de la obtenida por FEM , como se muestra a continuación.

Armadura obtenida por FEM. Esta variación se debe esencialmente a la distribución de esfuerzos internos en el muro. En el análisis simplificado el cálculo de los momentos se realizan por franjas en las cuales se distribuye el peso del muro y se tienen esfuerzos concentrados. En el método FEM se tiene una distribución homogénea de esfuerzos lo que ocasiona estas diferencias al momento de diseño.

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Tutorial Tu de RE

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