Fundamentos de Mtodos Computacionales y

Aplicaciones para el Anlisis Estructural

Modelado de una Estructura Mediante el Programa

Comercial Ram-Advanse

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

A) Estructura de Hormign

B) Estructura Metlica

Se Ingresarn 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, colocacin de valores de

carga, etc.

Se deber definir antes que cualquier cosa, las coordenadas a utilizar en la modelacin.

Generacin 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 s y darle forma a la estructura que estamos construyendo

Los nudos se vincularn mediante miembros que se crearn entrando en la solapa miembros haciendo click sobre el icono sealado en la figura de la izquierda. Deben seleccionarse previamente los nudos a vincular y mediante este icono se crearn los miembros en forma automtica.

Mediante los pasos anteriores crearemos un prtico al cual copiaremos y entrando a Herramientas Generacin de datos Copiar estructura y le daremos al prtico una separacin determinada entre ellos, as como el nmero de copias que necesito, para luego vincularlos y obtener as una estructura en 3D.

Una vez terminada la estructura puedo hacer una Depuracin de Estructura que eliminar los puntos duplicados que puedan causarme problemas al tratar de realizar el clculo de la estructura ya que el programa no permite tener puntos sueltos.Entrando a Herramientas - Generacin de datos - Depurar modelo Puedo tomar una separacin de tolerancia para identificar dichos puntos.

Para facilitar la seleccin 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 descripcin. Los elementos que tengan la misma descripcin podrn ser seleccionados todos juntos solo seleccionando uno de los elementos y luego

seleccionando el botn de seleccionar barras con la misma descripcin.

Datos Complementarios para estructura

Una vez que tengo el diseo bsico de la estructura necesito darle ciertos detalles para que esta tenga un comportamiento similar a una estructura real, ya sea Estructura mtalica o de hormign, lo cual detallaremos a continuacin.

Se debern dar a cada miembro una seccin y material que depender del tipo de estructura que queramos construir. Para facilitar esto se seleccionarn los elementos con la misma descripcin, ya que para este punto en la construccin de la modelacin tendremos numerosos elementos.

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

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

Tambin debemos Darle a cada uno de los miembros el correspondiente material, que depender 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 proporcionar 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 rgidas para Estructuras de Hormign y uniones articuladas para estructuras Metlicas.

Cachos Rigidos

Son extremos de miembros infinitamente rgidos 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 rgidos 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 rgido entonces en la solapa de miembros selecciono

el icono de crear cacho rgido ( ) 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 metlicas) no podrn soportar esfuerzos de flexin entonces debo liberar el esfuerzo de la unin creando una articulacin.

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 articularn 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 opcin de articular 1 solo extremo con respecto al eje que queramos.

Placas Horizontales (Losas)

Las losas son representadas mediante la creacin 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 botn

que se encuentra en la solapa Placa.

Para conocer con mayor detalle los esfuerzos en la losa se debe realizar una discretizacin de la misma en elementos mas pequeos. Debo asegurarme que al hacer una discretizacin, los nudos nuevos que se forman estn en coincidencia con los nudos ya preexistentes en la estructura. La separacin de la placa en mas pequeas se realizar

con el botn de segmentar placas ubicada en la parte inferior de la solapa Placas. Cerca de aberturas en una losa debe realizarse una mayor discretizacin de la placa.

Se dar a cada una de las losas un espesor determinado as como una descripcin que vincular las losas con las mismas caractersticas.

Fig. 4

Un edificio cuenta con losas que tienden a rigidizar el piso horizontalmente, esta rigidizacin de losa se representa con un diafragma rgido. 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 opcin de piso rgido 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 botn genera un numero de diafragma y el Diafragma rgido ser creado. Debo repetir estos pasos para cada piso.

Para la utilizacin del Diafragma Rgido ser necesario que el edifico tenga su elevacin con respecto al eje y

Mediante la colocacin de placas podemos crear tambin tabiques de la misma manera que creamos las losas, dando espesores y materiales a usar y con su correspondiente vinculacin 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

Generacin de Zapatas aisladas, corridas y plateas

El programa tiene un sistema de diseo de zapatas que tiene en cuenta la interaccin suelo-fundacin mediante resortes.

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

.

En esta ventana nos permite ubicar la columna en cualquiera de las posiciones dependiendo si son centradas o excntricas (5). Se colocar 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 colocar las dimensiones de la zapata y se sealar el tipo de calculo que quiero que haga para la misma (7). El programa calcula automticamente las constantes del resorte requeridas.

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

(5)

(6) (7)

ColumnaZapata

(5)

(6)

Generacin de cargas

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

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 as como cargas puntuales a distintas distancias desde los extremos de la viga y en el centro de la misma, Cargas distribuidas en reas 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 combinacin de cargas para probar las capacidades y resistencias de la estructura. La siguiente barra nos permitir crear estados de carga y hacer la combinacin 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 categora 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 fcil para crear varios estados de carga que pueden estar determinados por normas, las cuales variarn segn pas, zonas, etc. es entrar a cargas Generar combinaciones de carga, donde colocaremos las sumas con su coeficiente de mayoracin necesario.

Las formulas deben ser organizadas en el siguiente orden:

1) Smbolo matemtico (+ o -)

2) Palabra AND u OR seguidas por un espacio.

3) Un factor que puede ser cualquier numero real.

4) Nombre de la categora deseada, debe identificarse con los valores colocados en categora en la creacin de un nuevo estado de carga.

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

6) Puedo hacer lneas 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 botn de Activar peso propio hacia abajo (3) y coloco el valor -1(4) porque sobre la estructura acta una fuerza de 1 veces la gravedad en la direccin Y.

Para hacer un anlisis dinmico de la estructura con diafragamas rgidos 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 botn calcula las masas y genera el centro de masas de varios

pisos simultneamente , si solo quiero calcularla para un solo piso utilizo .

Estos conos nos llevarn a una ventana en la cual debemos analizar cuanto de la carga muerta y de la sobrecarga o carga viva se tendr 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 aceleracin del sismo , donde colocaremos un factor de escale en caso que la pseudo-aceleracin necesite ser mayorada, la direccin a tomar en el sismo y la amortiguacin en %.

A su vez debemos colocar en el botn el espectro de respuesta calculado para la estructura donde colocaremos la aceleracin de la estructura con respecto a la gravedad (a/g) y el perodo 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 vibracin que queramos.

El programa nos da la opcin de ver estos modos de vibracin en forma animada, para esto debemos activar el botn .

Las cruces de San Andrs tendrn la capacidad de tomar solo traccin entonces en la solapa de Miembros en Articulaciones Haremos click en Tension Only .

Estructura Estructura de

E structuras Analizadas

Podemos ver que se utiliz un tabique en la estructura de Hormign mientras que en la estructura metlica se utiliz como rigidizadores de prtico Cruces de San Andrs. La estructura metlica estar compuesta en la parte de losas por vigas primarias y secundarias que se podrn densificar segn nuestra necesidad, mientras que en la de Hormign por losas de hormign armado.

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