Manual de Diseno y Analisis Asistido Por Computadora

Conocimiento, Investigación y Desarrollo del Potencial Humano al servicio de la formación Académica

IVAN FRANKLIN GUERRERO ANAGUA Cel. 79716232 e-mail: [email protected] Cochabamba – Bolivia

@ivan_civ

Sociedad Estudiantil Científica

De Ingeniería Civil

S.E.C.I.C.

ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

ASISTIDO POR COMPUTADORA

El presente texto guía no pretende ser el manual de usuario del programa si no ser una base de referencia

para el aprendizaje de manejo de los programas en base a prácticas, el autor no se responsabiliza por el

uso que se le dé al programa o al texto guía.

Texto guía para el diseño Hormigón Armado usando SAP2000, ETABS y el Modulo Cypecad 3D.

Entorno y Herramientas de los programas

SAP 2000

Al entrar al programa se nos presenta una pantalla de fondo negro con dos ventanas separadas

verticalmente. Allí en la parte inferior derecha se despliega un menú con las unidades a utilizar en la

generación del modelo estructural, mientras que en la parte superior izquierda existe, o bien, genera un

nuevo modelo. Por otra parte, en la superior se encuentra el menú Help (Ayuda)



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Lista General del menú de Pantalla



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

ETABS

La interfaz gráfica de usuario de ETABS se muestra en la Figura incluye la ventana principal, barra de

título principal, barra de título de la pantalla, la barra de menús, barras de herramientas, pantalla ventanas,

barra de estado, las coordenadas de posición del puntero del ratón y la corriente unidades. Cada uno de

estos elementos se describe en la lista con viñetas que sigue

Cuando iniciamos un modelo por defecto nos aparece las plantillas tipo las cuales nos facilita el ingreso

de datos en ETABS



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

CYPE CAD

En la siguiente figura se observa la ventana inicial donde se indica los programas que conforman el

Programa Cypecad los cuales están instalados.

Cypecad: Programa de análisis y diseño de estructuras o edificaciones.

Metal: Programa de análisis y diseño de estructuras metálicas.

Infraestructura Urbana: Programa de análisis y diseño de redes de agua potable, alcantarillado, etc

Elementos estructurales: Dimensionamiento de escaleras, ábacos, etc.

Elementos de contención: Dimensionamiento de muros de contención

Instalaciones: Análisis y diseño de instalaciones de agua, desagües y eléctricos en edificaciones..

Obra Civil: Análisis y diseño de alcantarillas cajón.



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Un solo programa para realizar diseño, calculo y dimensionado de estructuras de H°A°, metálicas elementos

estructurales, elementos de contención infraestructuras urbanas, alcantarillas cajón, entre los más importantes

además se complementa con un generador de precios y presupuestos.

En el presente curso por la gran amplitud del programa solo se verá la parte de análisis y diseño completo de

estructuras de Hormigón Armado

El programa Cypecad ofrece el la posibilidad de análisis y diseño en conjunto, pudiendo extraerse planos detallados

de la estructura analizada

El Cypecad puede obtener los planos de dimensiones y armado de las plantas, vigas, pilares, pantallas y muros por

plotter, impresora y ficheros DXF, así como los listados de datos y resultados del cálculo, expresados en informes

dados por el programa.

Análisis: El análisis de las solicitaciones se realiza mediante un cálculo espacial en 3D, por métodos

matriciales de rigidez, formando todos los elementos que definen la estructura: pilares, pantallas H.A., muros,

vigas y forjados.

MODULO CYPECAD

Para el diseño, calculo y dimensionado de cualquier estructura de H°A° el procedimiento general es la siguiente:

1.- Una vez ingresado al programa Cypecad en la primera ventana que aparece será la ENTRADA DE PILARES

donde se introducen datos como ser:

¾ Elección de la norma de diseño de H°A°, barras de acero corrugado, perfiles de acero y si

tiene la norma de diseño en madera.

¾ Numero de plantas, cargas por plantas, alturas entre plantas, etc...

¾ Ingreso de columnas.

¾ Líneas de contorno y de replanteo (ejes).

¾ En esta ventana se debe importa las plantillas en formato dxf o dwq si es que se tiene.

2.- ENTRADA DE VIGAS: esta ventana es la más principal del programa, en esta se ingresan todos los datos

necesarios para el armado de la estructura y cargado de la misma:

¾ Ingreso de las vigas y secciones.

¾ Ingreso de las losas (paños)



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

¾ Ingreso de elementos de fundación.

¾ Análisis de la estructura y correspondiente diseño.

3.- RESULTADOS: En esta ventan se visualiza y se extraen los resultados del análisis y diseño de la

estructura:

¾ Vista en pantalla de esfuerzos en las columnas, envolvente en las vigas,

deformaciones, etc.

¾ Despliegue de errores en fundaciones, vigas, columnas, muros, losas y edición del armado.

¾ Extracción de planos y detalles constructivos.

¾ Extracción de informes de cálculo.

4.- ISOVALORES: Ventana exclusiva para la observación de imágenes de los isovalores en las losas macizas,

(diagramas de deformaciones y esfuerzos).

5.- DEFORMADA: Ventana donde muestra la deformación de la estructura para los distintos estados de carga.

Esta secuencia se sigue para cualquier estructura estructura ingresada al programa.

METODOLOGÍA.-

Para lograr mejores resultados en el curso, la mejor metodología que se sugiere para este tipo de cursos es la de

práctica en un porcentaje mayor de tiempo, de tal manera el texto es básicamente de desarrollo de cada uno de

los módulos prácticos el cual comienza con modelos de edificación y que concluye con el análisis

tridimensional de puente



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

MODULO I PARTE 1

DEFINICION DE PLACAS

TIPO SHELL Y MENBRANE DATOS DEL EJEMPLO



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Para la mejor comprensión del módulo se definirá ciertos conceptos ligados al diseño estructural

Losas: Las losas se dividen en dos grandes grupos: perimetralmente apoyadas y planas. Las losas apoyadas

perimetralmente son aquellas que están apoyadas sobre vigas o muros en sus cuatro lados, y que por

tanto trabajan en dos direcciones, a diferencia de las losas en una dirección que, estructuralmente

sólo se apoyan en dos extremos. Las losas planas, son aquellas que se apoyan directamente sobre las

columnas, sin existir ninguna trabe entre columna y columna. Este sistema estructural fue

ampliamente utilizado en el mundo, sobre todo después del esquema de la famosa Casa Domino de

Le Corbusier. Pero, sus principales desventajas, es el enorme punzonamiento o cortante que se

produce en el apoyo entre columna y losa (que se puede disminuir con el uso de capiteles), y la

relativa independencia de las columnas, que al no formar un marco rígido se pandean y/o flexionan a

diferentes ritmos cada una.

Grados de Libertad: Se define como grados de libertad el número mínimo de parámetros necesarios para describir de

manera única la figura deformada de la estructura. Estos parámetros corresponden a las rotaciones y

traslaciones libres en cada uno de los nudos de la estructura.

Los grados de libertad máximos de un nudo (reticulada 3D) son:

- Desplazamiento X

- Desplazamiento Y

- Desplazamiento Z

- Giro X

- Giro Y

- Giro Z

Los otros tipos de estructuras, reticulada 2D, articuladas y emparrillados son casos especiales de la

reticulada 3D.



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Método matricial de rigidez: En este método, la matriz de rigidez conceptualmente relaciona los desplazamientos de una serie de

puntos o nodos, con los esfuerzos puntuales efectivos en dichos puntos. Desde un punto de vista

operativo relaciona los desplazamientos incógnita de una estructura con las fuerzas exteriores

conocidas, lo cual permite encontrar las reacciones, esfuerzos internos y tensiones en cualquier punto

de la estructura.

Método de elementos finitos: La idea general del método de los elementos finitos es la división de un continuo en un conjunto de

pequeños elementos interconectados por una serie de puntos llamados nodos.

Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo regirán también el del elemento. De esta

forma se consigue pasar de un sistema continuo (infinitos grados de libertad), que es regido por una

ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferenciales, a un sistema con un número de grados

de libertad finito cuyo comportamiento se modela por un sistema de ecuaciones, lineales o no.

El método de los elementos finitos supone, para solucionar el problema, el dominio discretizado en

subdominios denominados elementos. El dominio se divide mediante puntos (en el caso lineal),

mediante líneas (en el caso bidimensional) o superficies (en el tridimensional) imaginarias, de forma

que el dominio total en estudio se aproxime mediante el conjunto de porciones (elementos) en que se

subdivide. Los elementos se definen por un número discreto de puntos, llamados nodos, que

conectan entre si los elementos. Sobre estos nodos se materializan las incógnitas fundamentales del

problema. En el caso de elementos estructurales estas incógnitas son los desplazamientos nodales, ya

que a partir de éstos podemos calcular el resto de incógnitas que nos interesen: tensiones,

deformaciones,... A estas incógnitas se les denomina grados de libertad de cada nodo del modelo.

Los grados de libertad de un nodo son las variables que nos determinan el estado y/o posición del

nodo.

Puntos claves que se deben considerar

1) Al plantear un análisis por el método de elementos finitos (MEF) automáticamente se entiende que

se trabajará con un elemento tipo Shell o tipo plate.



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

2) Al plantear un análisis por el método de áreas tributarias automáticamente se entiende que se

trabajará con un elemento tipo membrana.

3) El MEF considera 6 grados de libertad por cada nodo. Estos son: Desplazamientos en x, y, z; y

rotaciones en dichos ejes. En este método se trabaja con rigidices.

4) Si se tiene un elemento Shell (análisis por elementos finitos) apoyado en cuatro nodos entonces se

generará una matriz de rigidez de 24x24 (6 grados de libertad por cada nodo).

5) Las cargas aplicadas a un elemento tipo Shell pueden ser en cualquier dirección.

6) Para el caso del elemento tipo plate las cargas deben ser aplicadas perpendicularmente al plano

que contienen al elemento. En este análisis (tipo plate) se consideran 3 grados de libertad, los cuales

son: desplazamiento en el eje z y rotaciones alrededor de los ejes que contienen el plano.

7) Si se está trabajando una placa como elemento tipo plate, y ésta se desarrolla en el plano xy

entonces los grados de libertad de dicha placa son: desplazamiento en z (se puede mover

perpendicularmente al plano que la contiene) y rotaciones alrededor de los ejes x e y.

8) Los muros siempre deben ser modelados como elementos tipo Shell porque puede darse el caso en

que se lleguen acciones para las que no hayan ecuaciones suficientes para resolverla mediante el

análisis como membrana.

9) Cuando se define una losa como elemento tipo Shell o tipo plate siempre se debe hacer la malla de

elementos finitos; de lo contrario la losa no se apoyará sobre las vigas, únicamente reposará en las

esquinas y se estaría mal diseñando.

10) El elemento membrana debe ser usado únicamente para losas que estén apoyadas en cuatro lados.

De lo contrario se distorsionarán los resultados.



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Desarrollo del Ejemplo1

Definición del Modelo Estructural

Deformación por D+L

VIGA 25x50

COLUMNAS 30x30

LOSA e=15cm



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

Losa tipo Shell análisis por elementos finitos Losa tipo Menbrane distribución de Carga a las vigas en

Trapecios y Triángulos

Se puede que concluir que cuando se utiliza membrane no se considera la rigidez de la losa sin embargo

en Shell si lo hace por ende la flexión reduce



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

MODULO I PARTE 2

DISEÑO DE VIGA Y COLUMNA DE HºAº

Diseño por CYPECAD

Nombre Representativo

Destino donde se guarda el archivo

Esta opción nos permite modelar una Estructura a

partir de un dibujo cad(dwg. o dxf) TENER

ENCUENTA QUE ESTEN BIEN DEFINIDAS LAS CAPAS

Y POLYLINEAS DE COLUMNAS Y VIGAS

Q= Carga Viva Sobre la Losa en [t/m2]

CM= Carga Muerta Sobre la Losa en [t/m2]

Ver el Grafico para colocar las dimensiones

de las estructura

COTA DE FUNDACION



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

AÑADIR EL FORMATO CAD DE LA PLANTA

INDICAR LA NORMA DE DISEÑO

PESTAÑA DONDE SE INGRESA EL qadm

del suelo para diseñar fundaciones

Seleccionar el Layer del dibujo de vigas Elegir el tipo de viga y

darle las dimensiones

Seleccionar el Layer del dibujo de columnas

ESCOGER EL DIBUJO EN PLANTA PARA CADA GRUPO



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

MODELO CREADO (SE PUEDE OBSERVAR QUE

LAS VIGAS NO ESTAN BIEN ALINEADAS NI EN EJE)

ESTA OPCION NOS PERMITE ALINEAR VIGAS

ESTA PESTAÑA NOS PERMITE INGRESAR EL TIPO

DE LOSA Y LAS DIMENSIONES DE LA MISMA

CALCULAMOS LA OBRA SIN

DIMENSIONAR FUNDACIONES

ESTA PESTAÑA NOS PERMITE MODIFICAR

EL ARMADO DE LA VIGA

ESTA PESTAÑA NOS PERMITE Y DARLE LA ESCALA

CORRESPONDIENTES Y EXPORTAR LOS PLANOS

ESTRUCTURAL A UN FORMATO CAD

PLANO DE VIGA Y COLUMNA ABIERTO EN AUTOCAD ESTA PESTAÑA NOS PERMITE MODIFICAR LA HOJA DE LOS

PLANOS ESTRUCTURAL Y EXPORTALOS A UN FORMATO CAD



@ivan_civ



S.E.C.I.C.

MODULO II PARTE 1

DISEÑO DE FUNDACIONES AISLADAS DATOS DEL EJEMPLO

Manual de Diseno y Analisis Asistido Por Computadora

Documents

Transcript of Manual de Diseno y Analisis Asistido Por Computadora