Fundamentos de Métodos Computacionales y

Aplicaciones para el Análisis Estructural

Modelado de una Estructura Mediante el Programa

Comercial Ram-Advanse

Se realizará el modelado de una estructura de 2 pisos y su desarrollo mediante el programa comercial Ram-Advanse. La estructura será de 2 tipos:

A) Estructura de Hormigón

B) Estructura Metálica

Se Ingresarán los datos que necesarios en una planilla ubicada en el extremo izquierdo de la pantalla principal, haciendo click en la solapa que indique lo que necesitamos crear sobre nuestra estructura(1) y a la vez obtendremos para cada uno de esas solapas distintas opciones que van de el ingreso de coordenadas, apoyos, colocación de valores de

carga, etc.

Se deberá definir antes que cualquier cosa, las coordenadas a utilizar en la modelación.

Generación de nudos y miembros de la estructura

Deben colocarse las coordenadas en el espacio de cada uno de los puntos que componen la estructura para luego vincularlos entre sí y darle forma a la estructura que estamos construyendo

Los nudos se vincularán mediante miembros que se crearán entrando en la solapa “miembros” haciendo click sobre el icono señalado en la figura de la izquierda. Deben seleccionarse previamente los nudos a vincular y mediante este icono se crearán los miembros en forma automática.

Mediante los pasos anteriores crearemos un pórtico al cual copiaremos y entrando a “Herramientas – Generación de datos – Copiar estructura” y le daremos al pórtico una separación determinada entre ellos, así como el número de copias que necesito, para luego vincularlos y obtener así una estructura en 3D.

Una vez terminada la estructura puedo hacer una “Depuración de Estructura” que eliminará los puntos duplicados que puedan causarme problemas al tratar de realizar el cálculo de la estructura ya que el programa no permite tener puntos sueltos.Entrando a “Herramientas - Generación de datos - Depurar modelo” Puedo tomar una separación de tolerancia para identificar dichos puntos.

Para facilitar la selección entre grupos de vigas columnas u otros elementos con las mismas descripciones les daremos a los elementos que tengan las mismas propiedades el mismo nombre o “descripción”. Los elementos que tengan la misma descripción podrán ser seleccionados todos juntos solo seleccionando uno de los elementos y luego

seleccionando el botón de “seleccionar barras con la misma descripción”.

Datos Complementarios para estructura

Una vez que tengo el diseño básico de la estructura necesito darle ciertos detalles para que esta tenga un comportamiento similar a una estructura real, ya sea Estructura métalica o de hormigón, lo cual detallaremos a continuación.

Se deberán dar a cada miembro una sección y material que dependerá del tipo de estructura que queramos construir. Para facilitar esto se seleccionarán los elementos con la misma descripción, ya que para este punto en la construcción de la modelación tendremos numerosos elementos.

Puedo seleccionar una sección ya predeterminada ingresando en “Secciones” de la solapa Miembros (1).

Ingresando a “Base de datos – Secciones”. Nos permiten elegir una sección predeterminada, conocer sus propiedades o hasta crear una totalmente nueva. Para la creación de una nueva sección necesitaremos las propiedades o datos de la misma que se muestran en la figura contigua.

También debemos Darle a cada uno de los miembros el correspondiente material, que dependerá del tipo de estructura que tenemos. El Ram-Advanse posee una gran cantidad de materiales para utilizar cada uno con sus propiedades determinadas.

Para emular las propiedades del material que vamos a utilizar podemos crear uno nosotros mismos ingresando a “Base de datos – Materiales”, lo que nos proporcionará adoptar nosotros mismos las propiedades del material con el que trabajaremos. Los datos necesarios se encuentran el la figura contigua.

Los elementos como vigas y columnas deben ser unidas entre si dependiendo de la estructura a construir, ya que necesitaremos en los nudos ,

uniones rígidas para Estructuras de Hormigón y uniones articuladas para estructuras Metálicas.

Cachos Rigidos

Son extremos de miembros infinitamente rígidos con respecto a la rigidez de los miembros. Se utiliza en uniones muy grandes y debe evitarse su uso en uniones entre vigas y limitar su uso a uniones viga columnas ubicando los cachos rígidos en las vigas

Para entenderlo conceptualmente diremos que inicialmente las secciones se interceptan (fig 1) y una vez que el cacho rigido ha sido creado tendremos la fig 2.

Se selecciona una viga y el nudo en el extremo donde voy a aplicar el cacho rígido entonces en la solapa de miembros selecciono

el icono de crear cacho rígido ( ) como se muestra en la figura contigua. Puedo seleccionar varias vigas al mismo tiempo y el punto a donde estas llegan para crear un cacho rigido en esa zona.

Uniones articuladas

Fig. Fig.

En el caso de por ejemplo uniones empernadas(estructuras metálicas) no podrán soportar esfuerzos de flexión entonces debo liberar el esfuerzo de la unión creando una articulación.

Seleccionaremos los miembros a articular e ingresaremos en la solapa “Miembros” a “Articulaciones” y seleccionando en el icono que se muestra en la fig. contigua se articularán ambos extremos del elemento seleccionado.

Para deshacer la articulaciones rigidizaremos ambos extremos nuevamente haciendo click en el icono contiguo a el de mostrado en la figura. Tb nos da la opción de articular 1 solo extremo con respecto al eje que queramos.

Placas Horizontales (Losas)

Las losas son representadas mediante la creación de placas.

Las placas se crean mediante 2 pasos:

1) Se selecciona los nudos en un orden determinado, como el mostrado en la figura.

2) Se construye la placa haciendo oprimiendo el botón

que se encuentra en la solapa “Placa”.

Para conocer con mayor detalle los esfuerzos en la losa se debe realizar una discretización de la misma en elementos mas pequeños. Debo asegurarme que al hacer una discretización, los nudos nuevos que se forman estén en coincidencia con los nudos ya preexistentes en la estructura. La separación de la placa en mas pequeñas se realizará

con el botón de “segmentar placas” ubicada en la parte inferior de la solapa “Placas”. Cerca de aberturas en una losa debe realizarse una mayor discretización de la placa.

Se dará a cada una de las losas un espesor determinado así como una “descripción” que vinculará las losas con las mismas características.

Fig. 4

Un edificio cuenta con losas que tienden a rigidizar el piso horizontalmente, esta rigidización de losa se representa con un diafragma rígido. Eso hace que los nudos que lo limitan se desplacen sobre su plano (fig. 3) y giren con respecto a a su eje perpendicular al plano (fig. 4).

La opción de piso rígido permite tener un comportamiento de la estructura mas adecuado con la realidad porque hacen que las vigas no tengan cargas axiales ni momentos biaxiales como ocurre en la realidad.

Se debe seleccionar todos los puntos que componen la placa(todos deben tener la misma coordenada “y” (estar en un plano), luego en la

solapa “nudos” debo seleccionar el botón “genera un numero de diafragma” y el Diafragma rígido será creado. Debo repetir estos pasos para cada piso.

Para la utilización del Diafragma Rígido será necesario que el edifico tenga su elevación con respecto al eje “y”

Mediante la colocación de placas podemos crear también tabiques de la misma manera que creamos las losas, dando espesores y materiales a usar y con su correspondiente vinculación a los puntos. Debo recordar que al discretizar la placa los puntos que se forman deben coincidir con los puntos preexistentes en la estructura.

Fig. 3

Generación de Zapatas aisladas, corridas y plateas

El programa tiene un sistema de diseño de zapatas que tiene en cuenta la interacción suelo-fundación mediante resortes.

Se debe seleccionar el punto a donde llega la columna para luego en la solapa “Nudos” en “Resortes” seleccionar el botón “modelar zapatas”

.

En esta ventana nos permite ubicar la columna en cualquiera de las posiciones dependiendo si son centradas o excéntricas (5). Se colocará el coeficiente de balasto que mas represente al suelo que tenemos en obra, el programa nos da ciertas opciones de tipos de suelo predeterminados (6). Se colocará las dimensiones de la zapata y se señalará el tipo de calculo que quiero que haga para la misma (7). El programa calcula automáticamente las constantes del resorte requeridas.

También podemos crear zapatas corridas y plateas creando ciertos puntos que nos darán sus respectivas dimensiones y sobre cada uno de estos puntos pondremos un resorte con su coeficiente de balasto necesario que dependerá del suelo donde están construidos.

(5)

(6) (7)

Columna

Zapata

(5)

(6)

Generación de cargas

Las cargas que puedo colocar pueden ser puntuales o distribuidas linealmente o por unidad de área.

Sobre cada nudo puedo colocar las fuerzas y momentos dependiendo de el eje X, Y o Z.

En la solapa “Miembros” podremos colocar cargas distribuidas así como cargas puntuales a distintas distancias desde los extremos de la viga y en el centro de la misma, Cargas distribuidas en áreas y tensiones por diferencias de temperatura y aplicar un pre-tensado.

Para Aplicar cargas sobre placas debo colocarlas en la solapa “Placas” seleccionando la placa previamente.

Los reglamentos nos exigen que realicemos una combinación de cargas para probar las capacidades y resistencias de la estructura. La siguiente barra nos permitirá crear estados de carga y hacer la combinación entre los mismos. Debemos crear un estado de carga (que viene predeterminado como peso propio) y colocar las cargas que

representen el mismo, para crear otro

estado de carga hacemos click en abriendo la ventana de “nuevo estado de carga” donde colocaremos las iniciales con la que identificaremos al estado de carga a guardar y le daremos una categoría predeterminada por el programa:

DL=carga muerta

LL=sobrecarga

EQ=sismo

WIND= viento

Se pueden crear estados de carga combinados colocando en

identificador de cargas la sumas de los estados de cargas previamente creados en identificador de la carga Por Ej.: 1.5xDL + 0.83xLL.

Una forma mas fácil para crear varios estados de carga que pueden estar determinados por normas, las cuales variarán según país, zonas, etc. es entrar a “cargas – Generar combinaciones de carga”, donde colocaremos las sumas con su coeficiente de mayoración necesario.

Las formulas deben ser organizadas en el siguiente orden:

1) Símbolo matemático (+ o -)

2) Palabra AND u OR seguidas por un espacio.

3) Un factor que puede ser cualquier numero real.

4) Nombre de la categoría deseada, debe identificarse con los valores colocados en “categoría” en la creación de un nuevo estado de carga.

5) Los pasos 1 y 4 pueden repetirse cuantas veces deseemos.

6) Puedo hacer líneas de comentarios anticipando un “ // ” .

Como se dijo previamente el programa viene con el estado de carga que incluye el peso propio de la estructura(PP) pero este esta desactivado, para activarlo debo ingresar en la solapa “Gen” (1) presionar el botón de “Activar peso propio hacia abajo” (3) y coloco el valor -1(4) porque sobre la estructura actúa una fuerza de 1 veces la gravedad en la dirección –Y.

Para hacer un análisis dinámico de la estructura con diafragamas rígidos debemos asociar las masas en un punto concentrado llamado Centro de Masas del piso. El programa permite crear un centro de masas en cada piso , se seleccionan todos los pisos incluyendo vigas y columnas, luego en la solapa “nudos”, hago clicl en “masas” para luego presionar el botón “calcula las masas y genera el centro de masas de varios

pisos simultáneamente” , si solo quiero calcularla para un solo piso

utilizo .

Estos íconos nos llevarán a una ventana en la cual debemos analizar cuanto de la carga “muerta” y de la sobrecarga o carga “viva” se tendrá en cuenta en los nudos.

Para tener en cuenta la influencia de sismos sobre la estructura debemos una ves determinado el estado de cargas, hacer click, en la solapa “Gen”,

sobre “aceleración del sismo” , donde colocaremos un factor de escale en caso que la pseudo-aceleración necesite ser mayorada, la dirección a tomar en el sismo y la amortiguación en %.

A su vez debemos colocar en el botón el espectro de respuesta calculado para la estructura donde colocaremos la aceleración de la estructura con respecto a la gravedad (a/g) y el período que cumple la misma.

Datos Varios

Podemos conocer los modos de vibrar de un edificio haciendo

click sobre el icono donde podremos optar por ver el modo de vibración que queramos.

El programa nos da la opción de ver estos modos de vibración en forma animada, para

esto debemos activar el botón .

Las cruces de San Andrés tendrán la capacidad de tomar solo tracción entonces en la solapa de “Miembros” en “Articulaciones” Haremos

click en “Tension Only” .

Estructura Estructura de

E structuras Analizadas

Podemos ver que se utilizó un tabique en la estructura de Hormigón mientras que en la estructura metálica se utilizó como rigidizadores de pórtico Cruces de San Andrés. La estructura metálica estará compuesta en la parte de losas por vigas primarias y secundarias que se podrán densificar según nuestra necesidad, mientras que en la de Hormigón por losas de hormigón armado.

Sobre estas Estructuras se aplicaron todos los datos previamente escritos, los cuales, para el que escribe, son los datos básicos a conocer para la modelación correcta de un edificio.