Losa Aligerada

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  • MANUAL PARA EL USO DEL PROGRAMA ETABS V 8.26 EN EL ANLISIS SSMICO DE ESTRUCTURAS

    Pablo Caiza Snchez, Ing. M.Sc.pcaiza@espe.edu.ec

    Centro de Investigaciones Cientficas, CEINCI-ESPE

    RESUMEN

    Se establecen los parmetros estndar usados por el programa ETABS por medio de una estructura muy sencilla. A continuacin se vuelve a generar la misma estructura pero paso a paso con el fin de introducir manualmente dichas caractersticas que, complementadas con otras dan un modelo bsico completo. Posteriormente se incluyen 2 tipos de anlisis dinmicos: esttico equivalente y modal espectral siguiendo las recomendaciones del CEC2000, para lo que se usa un modelo ms complicado. Finalmente se incluyen perfeccionamientos tales como escaleras, cimentacin, losas inclinadas, pero fundamentalmente muros armados sin y con cabezales, y este ltimo con aberturas.

    1. INTRODUCCIN

    Programas tales como ETABS incluyen una serie cada vez mayor de perfeccionamientos tcnicos para el clculo de estructuras, muchos de los cuales se consideran ya estndar. Con el fin de determinar estos parmetros es necesario por tanto generar una primera estructura de la forma ms automtica posible. Con esta base se volver a construir la misma estructura pero esta vez incluyendo manualmente cada uno de dichos perfeccionamientos. De esta manera se ganar en conocimiento y confianza sobre el programa lo que permitir aumentar la complejidad de los modelos. Se contina con la inclusin de anlisis ssmicos tales como el esttico equivalente y el modal espectral segn CEC2000. Posteriormente se insiste con el perfeccionamiento del modelo geomtrico mediante la inclusin de escaleras, cimentacin y losas inclinadas. Finalmente se incluye un nuevo elemento estructural: muros armados. se incluyen dos tipos: sin y con cabezales; en este ltimo, adicionalmente, se toman en cuenta detalles importantes tales como las aberturas para ventanas y puertas.

    Se recalca, sin embargo, que se considera que la parte ms importante de este Manual es la inclusin de la losa en los tradicionales modelos de vigas y columnas adaptndolos para su uso en el anlisis ssmico. El manejo de este elemento resulta muy delicado porque por un lado comnmente o se conoce muy poco de l o sencillamente se lo desconoce y por otro porque en el pas el anlisis ssmico es obligatorio y en ste deben considerarse incursiones en el rango plstico.

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    2. MODELO DE REFERENCIA

    Con el fin de mostrar las caractersticas que en el programa se consideran estndar se elabora un modelo muy sencillo. Es una estructura tridimensional de hormign armado, de un piso de 2.7 m de alto y un solo vano de 4.5 metros tanto en sentido horizontal X como Y. Se incluye una losa alivianada bidireccional.

    En ETABS, en primer lugar, cambie las unidades a Toneladas y metros:

    Luego use el icono para nuevos modelos:

    Aparecer una primera pantalla sobre si va a usar las caractersticas de modelos previamente hechos, o las del modelo guardado en el archivo Default.sdb que debe encontrarse en el directorio de ETABS. Presione el botn No:

    Llene la siguiente pantalla como se indica:

    Para usar losas alivianadas bidireccionales use el icono de la parte inferior de la pantalla Waffle Slab:

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    Llene la pantalla que se abre como se indica a continuacin:

    Presione el botn OK y, al regresar a la pantalla anterior, nuevamente OK:

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    Para conocer las diferentes funciones empleadas automticamente por ETABS para la creacin de esta estructura, se revisarn las propiedades de sus elementos.

    Mueva el cursor del mouse sobre el rea central de la losa, sin apuntar a otros elementos tales como nervios y vigas. Presione el botn derecho del mouse:

    Note que est abierta la pestaa Assignments.

    Es importante resaltar que:La losa tiene asignada una seccin estndar denominada SLAB1.

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    Se comportar como un diafragma rgido.El eje local 1 es el estndar.No hay modificadores de rigidez.No se le ha asignado ningn Pier o Spandrel.No hay resortes ni masa por rea.Se dividir automticamente en:Intersecciones con vigas y lneas de medicin,Bordes de muros y rampas y,Lneas de referencia.Estas ltimas opciones son para el anlisis de la estructura, pero los resultados se mostrarn para toda la losa como una sola unidad, sin subdivisiones.El tamao mximo del mallado es 1.5 metros.Pertenece al grupo denominado ALL.

    Cierre esta ventana y vaya con el cursor del mouse a una de las esquinas de la losa, evite nuevamente vigas y nervios. Presione el botn derecho del mouse.

    Tambin aqu est abierta la pestaa Assignments. Se observa una pantalla similar a la anterior. Sin embargo esta vez se trata de macizados en la cabeza de las columnas. En este caso es el macizado denominado DROP3.

    Ahora apunte con el cursor del mouse a una de las vigas y presione nuevamente el botn derecho:

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    Cada uno de los tems indicados son propiedades que se pueden cambiar. El gran nmero de propiedades da una gran flexibilidad en el anlisis.

    Los valores estndar son:Seccin tipo ConcBm No es una viga especial resistente a momentos (propiedad vlida para estructuras metlicas).Las longitudes de interseccin con otros elementos se calculan automticamente pero no se consideran rgidas.El punto de referencia de este elemento est en la parte central superior de su seccin transversal y ste no tiene ninguna distancia respecto a las lneas base o mallado de referencia. No se han cambiado los ejes locales. No hay cambios en las rigideces por las compensaciones. No hay modificadores de las propiedades.No hay lmites de tensin y compresin.No hay propiedades de vnculo.No hay rtulas plsticas.

    Faltan an otras opciones las que se observan al final de la siguiente pantalla:

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    Estas propiedades son:Esta viga no forma parte de un muro columna Pier ni de un muro viga Spandrel.No hay resortes lineales ni masa lineal.Se autodivide (slo para el anlisis pero no para los resultados) en puntos, nudos y bordes.Se usa para el mallado de los pisos.Forma parte del grupo denominado ALL.

    3. MODELO PASO A PASO

    Interesa en este instante volver a crear el mismo modelo pero paso a paso con el fin de manejar las diferentes herramientas disponibles en ETABS. Adicionalmente se aprovechar para aadir algunos datos complementarios. Estos son:

    Tabla 1 Caractersticas de los elementos estructuralesELEMENTO CARACTERSTICAS

    VIGA BASE=25cms ALTURA=25cmsCOLUMNA BASE=30cms ALTURA=30cms

    LOSA Alivianada tipo, espesor 20 cms, con loseta de compresin de 5 cms (15 cms de alto de los nervios)

    Tabla 2 Caractersticas de los materialesMATERIAL CARACTERSTICASHORMIGN fc= 210 Kg/cm2; E=12000210=173897 Kg/cm2

    ACERO fy= 4200 Kg/cm2

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    Empiece revisando que las unidades sean las adecuadas: toneladas y metros y luego presione el icono para crear nuevos modelos. En la pantalla que se abre responda No. A continuacin llene la nueva pantalla de la misma forma que al inicio de este Manual pero finalmente, no entre a ningn cuadro adicional y simplemente presione el botn OK.

    Obtendr nicamente la red de referencia.

    En el siguiente paso definir los materiales de la estructura. Siga la secuencia de comandos que se indica a continuacin:

    MEN OPCIN SUBOPCIN

    Define Material PropertiesModify/Show Material

    (previamente compruebe que el casillero CONC est resaltado)

    Llene el cuadro que se abre como se indica:

    Ntese que las unidades son toneladas y metros por lo que un valor como por ejemplo fc=210 Kg/cm2 equivale a fc=2100 Ton/m2.

    Para salir presione el botn OK y en la pantalla previa nuevamente OK.

    Defina ahora las secciones de los elementos estructurales:

    MEN OPCIN SUBOPCINDefine Frame Sections ---

    En la nueva pantalla borre todas las secciones previamente definidas. Para hacerlo marque todos los elementos del cuadro de la izquierda y luego presione el botn Delete Property. Se borrarn todas las secciones excepto una que el programa usa como seccin estndar.

    A continuacin presione la ceja a la derecha de un segundo casillero en que est escrito Add I/Wide Flange tambin en la parte derecha del cuadro. Se despliega

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    un listado en el cual debe resaltar Add rectangular. Aparece otra pantalla, la cual debe llenar de la siguiente manera:

    Al colocar como material CONC se activ el botn Reinforcement. Presinelo para obtener la siguiente pantalla que ya se ha modificado con los datos del modelo:

    Presione el botn OK para regresar a la pantalla previa. Ahora presione el botn Set Modifiers y cambie la inercia alrededor del eje 3 como se indica:

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    Presione el botn OK para regresar a la pantalla previa. Y nuevamente OK para obtener la pantalla inicial.