Cespri - Manual Basico Sap 2000- Sesion 04

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El participante par ticipante al finalizar la sesión sesión será capaz de:  Asignar propiedades físicas físicas y mecánicas a los elementos elementos   Asignar estructurales bidimensionales  Asignar cargas a estructuras bidimensionales I.- DISEÑO DE CONCRETO CONCRE TO ARMADO ARMADO 1.1.- DISEÑO DE VIGAS VIGAS DE CONCRET CONCR ETO O ARM RMA ADO 1.1.1.- INTRODUCCIÓN En las vigas vigas de hormigón armado, en particular particular cuando forman parte de pórticos pórticos resistentes a cargas gravitatorias y de sismo, los esfuerzos de flexión son los que deberían controlar el diseño. Como se verá, en la filosofía de diseño por capacidad, por lo general los extremos de las vigas son los lugares seleccionados para comenzar a rotularse plásticamente a los efectos de disipar la energía del sismo. Es por ello que la falla primaria debería ser iniciada por la fluencia de sus armaduras en tracción. Se deben evitar fallas de corte, de adherencia, de anclaje y de inestabilidad por pandeo. Además, bajo cargas de servicio se deben satisfacer los requerimientos de rigidez, los cuales se verifican manteniendo las deformadas deformadas por debajo de los niveles niveles admisibles. 1.1.2.- HIPOTESIS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA NOMINAL A FLEXION       El concreto c oncreto no podrá podrá desarrollar desarrollar una fuerza de comprensión mayo m ayorr a la de su resistencia f'c (limite). El concreto c oncreto tiene t iene una resistencia resis tencia a la tracción tracc ión muy pequeña pequeña y que se agrieta aproximadamente cuando este alcanza un 10% de su resistencia f'c, por lo que se omite en los cálculos de análisis y diseño y se asume que el acero toma toda la fuerza total en tracción. La relación esfuerzo-deformac esfuerzo-deformación ión del concreto se considera c onsidera lineal lineal solo hasta aproximadamente aproximadamente el 50% de su resistencia. resis tencia. Prevalece la hipótesis de Bernoulli en la que las secciones secc iones planas planas antes de de la flexión permanecen planas y perpendiculares al eje neutro después de la flexión. La deformación deformac ión unitaria del concreto en la rotura es: Ecu = 0.003 Según el método de factores factores de carga y resistencia, resis tencia, para el diseño nos interesa interesa conocer cómo se encuentra la sección en el estado de falla, a continuación ilustramos esta condición para una sección simplemente reforzada. SESION SESIO N 04 2 La distribución real de los esfuerzos en la sección tiene una forma parabólica, Whitney propuso propuso que esta forma real s ea asumida como com o un bloque bloque rectangular rectangular cuyas caracterí c aracterístic sticas as se muestran m uestran en la figura. figura. El valor de ẞ1, es 0.85 si la resistencia del concreto es menor que 280 kg/cm2. Si este no es el caso este disminuirá en 0.05 por cada incremento de 70 kg/cm2 en la res is tencia tencia del concret concr eto, o, no si endo endo s u valor valor menor a 0.65. 0.65. El Código ACI ha adoptado como un valor límite de seguridad una deformación unitaria máxima del concreto de 0.003, para el cual el concreto falla. 1.1.3. 1.1 .3.-- VIGA SIMPLEMENTE SIMPLEMENTE REFORZADA REFOR ZADA Si hacemos el equilibro equilibro en la sección s ección tenemos tenemos lo siguiente: siguiente: Cc =T 0.85 f'c ba = As fs Donde a es la profundidad del bloque equivalente en compresión del concreto, notaremos que el valor f, depende de la deformación alcanzada por el acero siendo su mayor valor su esfuerzo de fluencia fy. Es de lo anterior que se concibe tres tipos de falla de una sección de viga simplemente reforzada. 1. 1.   Se conoce como falla dúctil cuando el acero en tracción ha llegado primero a su estado de fluencia antes que el concreto inicie su aplastamiento en el extremo SESION SESIO N 04 3 comprimido; o sea cuando en la falla Es , > E y, Donde Ey es el valor de la deformac deformación ión para para el cual c ual se inicia la fluencia fluencia del acero. 2. Se conoce como falla balanceada balanceada si simultánea s imultáneamente mente se inicia la fluencia del acero acero y el aplastamiento del concreto, es decir cuando en la falla  €s , = € y . 3. 3. Se  Se conoce como falla frágil si primeramente se inicia el aplastamiento del concreto antes que el inicio de la fluencia del acero en traccibn, es decir cuando en la falla  €s <  € y Cuantía del Acero Acero en Tracci T racción ón Definimos como cuantía cuantía del acero en tracción tracc ión (p):  ρ =  As bd Condición de Falla Balanceada: Determinaremos el valor de la cuantía para la cual la sección se encuentra enla falla balanceada, por lo que existirá un valor de A,, a, c, para el estado balanceado. SESION SESIO N 04 4 Siendo esta última expresión el valor de la cuantía balanceada. Análisis de Secciones Se cciones de Vigas Vigas con Falla Dúctil Partiendo de nuestra expresión de equilibrio tenemos: Cc =T 0.85 f'c ba = As fy Tomando Momentos respecto a un eje que pasa por el centroide del acero tenemos: Donde Ø es el factor de resis tencia tenci a que que para vigas vigas su valor valor es 0.9. 1.1.4.1.1.4. - DISEÑO DISEÑO POR FLEXIÓN FLEXIÓN Para el diseño por flexión debemos saber que el tipo de falla deseable es la falla dúctil con la cual la sección secc ión ha desarrollad desarrollado o grandes grandes deformaciones. El Código ACI da los límites de cuantía para el diseño: Esta última expresión es la expresión de dimensionamiento, donde los valores desconocidos son s on "b" y "d", los cuale c ualess el diseñador diseñador escogerá apropiadamente. apropiadamente. SESION SESIO N 04 5 1.1.5.1.1.5. - CÁLCULO CÁLCULO DEL ACERO: ACERO: Una vez dimencionada la sección, el cálculo del acero se efectuará simplemente haciendo una iteración entre las siguientes dos expresiones Se sugiere como primera aproximación que "a" "a" sea igual a "d/5" 1.1.6.1.1.6. - CORTADO DE VARILLAS: VARILLAS: SESION SESIO N 04 6 1.1.7.1.1.7. - PROCESO DE ANÁLISIS ANÁLISIS Y DISEÑO 1. 2. 3. 4. 5. Pre dimensionamiento e idealización idealización idealización. idealización. Metrado de cargas Análisis Análisis de esfuerzos Diseño Dis eño por flexión Verificación Verificac ión por fuerza fuerz a cortante El código ACI sugiere la siguiente expresión simplificada para la determinación Vc . 6. Detallado de refuerzo refuerz o por flexión. 1.2.- DISEÑO DE COLUMNAS DE CONCRETO ARMADO 1.2.1.1.2.1. - INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN Las columnas se pueden clasificar, de acuerdo a sus dimensiones (sección y altura) y condiciones de borde, en columnas no esbeltas y columnas esbeltas. Una columna no esbelta es aquella en la cual su carga última, para una excentricidad dada, está gobernada solamente por la resistencia de los materiales y las dimensiones de la sección. En otras palabras, el diagrama de interacción M-P obtenido a partir de las dimensiones y del contenido de armadura de la sección transversal es suficiente para determinar la resistencia nominal de la columna c olumna en flexo-compresión. flexo-compresión. Una columna es esbelta cuando la carga última que puede soportar está influenciada además por la esbeltez, la cual produce un momento adicional debido a deformaciones transversales. Existen dos tipos de columnas: a) Columnas Columnas cortas: cortas: la resistencia depende solo de la resistencia de los m ateriales ateriales y de la geometría geometría de la sección secc ión transversal. transversal. b) Columnas esbeltas: esbeltas: la resistencia puede reducirse en forma significativa por las deflexiones laterales, es decir influyen los efectos de segundo orden y los problemas de inestabilidad del equilibrio. SESION SESIO N 04 7 1.2.2.COMPRE SION AXIAL PURA  Pn  Pn  0,85  f `c  Ac  Ac   fy  Ast   Ast   0,85  f `c   Ag   Ag  Ast   Ast    fy  Ast  Donde:  Ag : área bruta de hormigón  Ast : área total de armadura    P n (máx)   P  u Columnas zunchadas y elementos compuestos   P n (máx)  0.85  ( 0.85  f  c ( A g    A st  )   f   y Ast  )  Columnas con estribos   P n (máx)  0.80  ( 0.85  f  c ( A g    A st  )   f   y Ast  ) SESION SESIO N 04 8 1.2.3.1.2.3. - FLEXOCOMPRESION FLEXOCOMPRESION RECTA RECTA Condición de Resistencia Resis tencia : Ecuaciones de Apoyo para diagramas de interacción Diagrama de interacción SESION SESIO N 04 9 1.2.4.1.2.4. - FLEX FLEXOCOMPRESION OCOMPRESION OBLICUA  Reemplazo por flexió flexión n compuesta recta para columnas con c on simetrí sim etría a según dos dos ejes y armadura armadura en las cuatro caras. Distintos Dis tintos métodos.  Compatibilizando Com patibilizando deformaciones. deformac iones. Métodos iterativos.  Diagramas Diagramas de interacción (“rosetas’). SESION SESIO N 04 10 1.2.5.1.2.5. - DISPOSICION DISPOSICION DE ARMADURAS ARMADURAS DE ESTRIBO ESTRIBOSS SESION SESIO N 04 11 1.2.6.1.2.6. - PROCESO DE ANÁLISIS ANÁLISIS Y DISEÑO 1. Pre dimensionamiento dimensionamiento e idealización idealización idealización. idealización. 2. Metrado de cargas 3. Análisis Análisis de esfuerzos 4. Diseño por flexión flexión compresión 5. Verificación Verificac ión por fuerza fuerz a cortante El código ACI sugiere la siguiente expresión simplificada para la determinación Vc . 6. Detallado de refuerzo refuerz o por flexión compresión. com presión. MODELO PÓRTICO PÓRTICO PLANO CONCRETO ARMADO ARM ADO  – ELEMENTO FRAME CALCULO CALCULO DE ACERO ACERO PARA PARA VIGAS VIGAS Y COLUMN CO LUMNA AS DE UN PORTICO PORT ICO DE 3 NIVELES SESION SESIO N 04 12 DATOS: 1. MATERIALES: Concreto f’c = 210 210 Kg/cm2  Acero:  Acero: fy = 4200 4200 Kg/cm2 2. SECCIONES: 2.1. COLUMNAS C1: 25x25 2.2. VIGAS VIGAS SESION SESIO N 04 13 3. CARGAS Las cargas que se presentan a continuación, tanto la carga viva como la carga muerta, se obtuvieron de haber realizado el metrado de cargas para el pórtico dado. (Ancho tributario, Peso de Aligerado, Peso de Acabados, Peso de Tabiquería, Peso de Muro sobre la viga, Sobrecarga, etc.).No se incluye el peso propio de la viga. El Programa SAP2000 para facilitar el metrado de cargas tiene definido por defecto el PATRON DE CARGAS: DEAD (Muerta) que calcula de manera automática el PESO PROPIO de los elementos estructurales a los que se les ha asignado una sección previamente definida. Por lo tanto para el modelamiento del pórtico se asignara CARGA VIVA Y CARGA MUERTA, en esta última no se considera el peso propio de la viga. 3.1. PRIMER PISO Carga Muerta: 2.88 Ton/m Carga Viva: 0.85 Ton/m 3.2. SEGUNDO SEGU NDO PISO Carga Muerta: 2.88 Ton/m Carga Viva: 0.85 Ton/m 3.3. TERCER PISO Carga Muerta: 1.76 Ton/m Carga Viva: 0.43 Ton/m  A continu continuación ación se muestran los los pasos pasos a seguir seguir para modelar modelar el pórtico pórtico de 3 nive niveles les en en el programa SAP2000 V14, analizarlo y diseñar el acero de las vigas en todos los niveles. El procedimiento que se describe a continuación es similar tanto para SAP2000 Versión 12 como para el SAP2000 Versión 18. 1. AB R IR EL PR OGR AMA SA P20 P2000 - Ejecutamos el programa SAP2000 Versión 18, desde el acceso directo que se encuentra en el escritorio. - El programa se ejecutará y antes de de mostrar mos trar el entorno del programa, aparecerá un cuadro de dialogo Tip of the day (Consejo del día), el que muestra algunas actualizaciones y recomendaciones recomendaciones para el programa y el uso de sus s us comandos. c omandos. SESION SESIO N 04 14 - Next Tip: T ip: Siguiente Consejo - Previous Prev ious Tip: Consejo Anterior - Picamos Picam os en OK y Tendremos el entorno SAP2000 18 para empezar a modelar nuestra estructura.  2. D E F INIR UNIDA UN IDA D E S - Seleccione Selecc ione las las unidades en las que desea trabajar. Esta Es ta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000 V18, como se muestra a contin c ontinuación. uación. - Para la Versión Versión 14 Escogemos: Esc ogemos: Tonf, m, C, sin embargo en la Versión 12 se muestra la opción Ton, m, C. C . En ambos casos en el primer término las unidades son las mismas, sólo cambiaron la forma de cómo lo escriben. Si es Tonf es tonelada fuerza para evitar confusiones con las unidades de masa que sólo sería Ton. No es necesario hacer ninguna conversión de los modelos antiguos a las nuevas versiones. SESION SESIO N 04 15  3. S E L E C C IÓN DE L MOD E L O - Del menú principal (parte superior), superior) , abriendo la opción de File > seleccione New Model. Model. Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación. - Frames, que es la que se Seleccione Selecc ione la plantilla 2D Frames, s e muestra acontinuacion. acontinuacion. Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla. SESION SESIO N 04 16 - - Se deben debe n llenar lle nar las casill casill as de acuerdo con las caracteristicas caracteristicas de nuestra estructura en 3D. o Number of Storie s (Numero de Pisos): 3 o Number of Bays (Nume ro de tramos): 3 o Story Height (Al tura de Piso): Pi so): 2.80 o Bays Width: Wid th: 4.25 Se deben deben llenar llenar las las casillas de de acuerdo con las las caracteristicas caracteristi cas de nuestra estructura en 2D. Las opciones que se presentan en Section Properties nos permiten definir las secciones de los elementos estructurales que utilizaremos mas adelante. Debido a que existen opciones en el Menu de herramientas (Define/ Section Properties/ Frame Sections) que son exclusivamente para la definicion de secciones, secc iones, es que se s e ignora por por ahora esa parte. NOTA:  Asegú  Asegúrese rese que la opción opción de de Restraints está seleccionada. De otra manera, la estructura tendrá las juntas libres (sin (s in apoyos). apoyos). - Chequee la opción Use Custom Grid Spacing and Locate Origin para editar la cuadrícula y localizar el origen de coordenadas y haga clic en el botón Edit Grid, lo que lo llevará a la siguiente ventana: SESION SESIO N 04 17 NOTA:  Asegú  Asegúrese rese que la opción de Glue to Grid Lines este seleccionada. De otra manera, la estructura no tendrá adherencia a las líneas grid y no modificará las medidas de longitud. - Digite los valores valores correspondientes corres pondientes para para ubicar los los ejes en función de las longitude longitudess de los tramos. - Cabe resaltar que que podemos podemos utilizar las celdas celdas de esta venta ventana na como com o si fuesen fuesen celdas de excel excel,, quiere quiere decir que si realizamos una operación operación aritmetica aritmetica dentro de la celda, este al presionar enter muestra el resultado. Si le colocamos por ejemplo: 3.9 + 2.8 y Enter, se obtendra el resultado 6.7 - Si se ingresaron los datos en forma alternad alternada a sinseguir sinseguir un un orden orden creciente crec iente o decreciente, solo hacer clic en Reorder Ordinates y todas los valores se ordenan. - La opcion Bubble Bubble Size es el tamaño de las burbujas que representan los Ejes. - presione Ok dos veces. Esto lo conducirá conduc irá a la pantalla principal de SAP2000, la cual tiene por omisión dos ventanas principales: una en tres dimensiones y la otra en el plano XZ. SESION SESIO N 04 18 4. DEFINICION DEFINIC ION DE LAS CONDICIONES DE LOS APOYOS PARA EL MODELO - Para cambiar las condiciones condiciones de borde, borde, seleccione selecc ione primero las juntas juntas a cambiar cam biar (o sea todas las de la base) para cambiar su condi c ondición. ción. - Luego Luego de seleccionar las juntas juntas seleccione en el menú principal Assign y la opción de Joints y la sub‐opción de Restraints o SESION SESIO N 04 19 - presione el icono del toolbar que se encuentra en la parte superior de la pantalla principal. Ambas acciones lo conducirán a la pantalla que se muestra a la derecha. Por ahora ahora se recomienda recomienda que utilice los botones que se encuentran en el recuadro de “Fast Restraint”. Estos significan lo siguiente:  Apoy  Apoyo o o soporte soporte fijo (fixed) (fixed) que restringe restringe desplazamien desplazamientos tos y rotacione rotacioness todas las direcciones. Soporte articulado (pin) que restringe desplazamientos en dos direcciones Soporte de rodillo (roller) que restringe desplazamientos en una dirección. Junta libre de soporte. - Seleccione Selecc ione de la ventana y seleccione selec cione OK. El modelo debe ahora aparecer como com o se muestra mues tra en la siguiente figura: SESION SESIO N 04 20  5. D E F INIC ION D E P R OP IE D A D E S DE D E LOS L OS MA TE R IAL IA L E S - - Verifique que las unidades unidades con las que se especifican espec ifican sean las adecuadas. adecuadas. Para definir las propiedades de los materiales, seleccione Define del menú principal, de la lista que se presenta escoja la opción de Materials como se muestra en la figura a continuación: Esto lo conducirá a la pantalla pantalla que se muestra a continuación: DEFINIENDO DEFINIEND O EL MA MATE TERIA RIAL: L: Concret Concr eto210 o210 - Seleccione Selecc ione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo material de los disponibles según las especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick Material Property Definition que se muestra:    Seleccione Selecc ione Concrete Concr ete en Material Type y f’c 3000psi (210 Kg/cm2 aprox.) en Specification y presione el botón Ok. Luego de la ventana Define Materials seleccione el material 3000psi y haga clic en el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: Ingrese Ingrese un nombre para identificar identifica r el material (por ejemplo: Concreto210) en la caja de texto de Material Mate rial Name. Name. Cambie los valores valores a los especificados en la descripción del problema. Seleccione OK dos veces. DEFINIENDO DEFINIEND O EL MA M AT ERIAL: ERIAL: Acer Acero o 4200  - Seleccione Selecc ione el botón de Add New Material Quick para adicionar un nuevo SESION SESIO N 04 21 material de los disponibles según las Especificaciones, el cual lo conducirá a la pantalla de Quick Material Mater ial Property Definition que se muestra: - Seleccione Selecc ione Rebar en Material Type y ASTM A615 Grade 60 (fy =4200 Kg/cm 2 aprox.) en Specification y presione el botón Ok. Luego de la ventana Define Materials seleccione el material  A615  A615 Grad Grade e 60 y hag haga a clic en el el botón Modify/Show Material lo que lo llevará a la siguiente ventana: - Ingrese Ingrese un nombre para identificar identific ar el material (por ejemplo: Acero4200) en la caja de texto de Material Name. - Cambie los valores valores a especificados en la descripción del problema. los Seleccione OK dos veces. SESION SESIO N 04 22 6. DEFINICIÓN DE LAS LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS ELEMENT OS VIGAS VIGAS Y COLUMN CO LUMNA AS - Para defini definirr las secciones secc iones de los elementos, elementos, selecc seleccione ione Define en el menú Propertie s/ Frame Frame Sections. Sections. principal y luego la opción Section Properties/ - Una forma form a alternativa es presionar el icono de en el toolbar ubicado en la parte superior. Cualquier opción lo conducirá a la siguiente pantalla. - Para el caso del modelo se tiene tiene seccione secc ioness rectangulares rectangulares de concreto, para ello dar clic en el botón Add New Property que lo llevará a la ventana Add Frame SESION SESIO N 04 23 Section Property. Property. Del cuadro de diálogo Frame Section Property Type seleccione selecc ione la opción opción Concrete y luego luego la sección secc ión Rectangular. Rectangular. SESION SESIO N 04 24 Digite VIGA 15x40 en la caja de texto Section Sect ion Name Name . Escoger Concreto210 en la caja de edición Material. Digitar las dimensiones de la viga en las cajas de texto correspondientes. correspondientes. Hacer clic en el botón Concrete Reinforcement y seleccione selecc ione  Acero4  Acero4200 200 de de la la lista Longitudinal Bars y Acero 4200 de la lista Cofinement Bars del cuadro Rebar Materials. Escoger Bean (viga) del recuadro Design T ype. pe . Por defecto el programa le da un recubrimiento (cover) al centro de la para arriba (top) y abajo (botton). Digitar 0.06 en las cajas de edición Top y Botton como se s e muestra: - Hacer Hacer clic c lic en el botón Ok para para aceptar aceptar los los datos datos establecidos y regresar al al formulario. Rectangu Rec tangular lar Section. S ection. Hacer Hacer clic en la caja de selección Display Color para escoger un color para las vigas en este caso escogeremos un color amarillo y luego hacer clic c lic en Ok para regresar al formulario Frame Properties. Properties. - Repetir el procedimiento anterior para crear la sección sec ción Viga25x30 Viga25x30 y Columna25x25. SESION SESIO N 04 25 - Para el caso de las columnas en en la opción Concrete Reinforcement se tiene: - Luego hacer clic en Ok para para regresar regres ar al formulario form ulario Frame Properties. Properties. El formulario Frame Properties deberá quedar como el siguiente: SESION SESIO N 04 26 - Hacer clic en el botón Ok del formulario form ulario Frame Properties para aceptar los cambios. 7. ASIGNAR SIGNAR SECCIONES DE LOS ELEMENTOS AL AL MODELO - Luego Luego de definir definir las seccione secc ioness y los materiales, el siguie si guiente nte paso es asignar asignar dichas propiedades propiedades a los elementos. - Seleccione los elementos elementos del modelo correspondientes correspondientes a las columnas columnas mediante un clic encima de dichos elementos dibujando un cuadro que cubra dichos elementos, moviendo el mouse y manteniendo apretado el botón Sections, lo que lo izquierdo. Del menú de Assign seleccione Frame/Frame Sections, lleva a la siguiente ventana: SESION SESIO N 04 27 - - Seleccione del del recuadro Properties Properties el nombre de la sección secc ión previamente previamente definido (para nuestro caso Columna Colum na 25x25. Al presionar pres ionar OK, el nombre de la sección sec ción va a aparecer sobre el elemento elemento de la estructura. Repita el mismo mis mo procedimiento para asignar las seccione secc ioness de las vigas vigas y el pórtico se mostrará m ostrará como com o el siguiente: siguiente: Borramos Borram os las columnas colum nas del eje D que no son parte del modelamiento, mo delamiento, quedando de esta manera un volado. Para lograr una mejor visualización visualización de las seccione secc ioness asignadas asignadas nos colocamos en la ventana 3D y se procede a hacer clic en el icono , aparecerá la siguiente ventana ventana y se s e seleccionan las casillas Extrude View y Sections SESION SESIO N 04 28 - El pórtico se mostrara como se muestra en en la figura siguiente: siguiente: 8. DEFINIR SISTEMAS SIST EMAS DE CARGA CARGAS S - Antes Antes de aplicarle aplicarle las las cargas al modelo es necesario definir definir los sistemas sistem as de de cargas (por ejemplo Muerta, Viva, Viento, Sismo, etc). En este paso NO se aplican las cargas, c argas, solamente se definen cuales cuales de ellas van a ser utilizados. - En este problema se va a aplicar la carga VIVA VIVA y MUERTA, esta ultima como com o lo aclaramos al inicio no incluirá el peso propio de la viga, El SAP2000 calcula automáticamente el peso propio de de los elementos estructurales con c on el PATRON PATRON DE CARGAS: DEAD (Muerta). SESION SESIO N 04 29 - Para definir definir el sistema sistem a de cargas, seleccione Define del menú principal y luego la opción Load Patterns. - Esto Es to lo llevará a la siguiente ventana, donde inicialmente inic ialmente el programa tiene por omisión el patrón de carga DEAD (MUERTA). Proceda a definir los demás estados de carga. - DEAD, carga muerta - LIVE, LIVE, carga viva - LIVE1, LIVE1, caga viva alternancia 01 - LIVE2, LIVE2, carga viva alternancia 02 - LIVE3, LIVE3, carga viva alternancia 03 - LIVE4, LIVE4, carga viva alternancia 04 - LIVE5, LIVE5, carga viva alternancia 05 SESION SESIO N 04 30 - Load Pattern Name: Name : Nombre del Patrón de Carga. Type: Tipo de Patrón de carga o DEAD: Muerta o LIVE: Viva o QUAKE: Terremoto o WIND: Viento o OTHER: Otros - SELF WEIGHT WEIGHT MULTIPLIER: MULT IPLIER: Multiplicar el Peso propio En esta casilla por defecto para DEAD el programa establece 1, quiere decir que el peso propio de la estructura que calcula de manera interna, lo está multiplicando por la unidad. En el caso de otro tipo de cargas se le asigna 0 (cero), como es el caso de la carga VIVA, ya que esta carga se asignara de los cálculos que hayamos hecho nosotros en el metrado de cargas. 9. ASIGNAR LAS CARGAS A LA ESTRUCTURA - Se debe tener tener en cuenta que para la azotea tanto tanto la carga muerta (DEAD) (DE AD) como la carga viva (LIVE) tienen valores diferentes con respecto a los otros niveles. ASIGNACIÓN DE CARGA MUERTA PRIMER Y SEGUNDO PISO - DEAD - Para asignar la carga muerta uniformem uniformemente ente distribuida, distribuida, seleccione selecc ione primero las vigas del primer piso, luego del menú Assign, Assign, escoja la opción Frame Loads/Distributed o también puede presionar el icono ubicado en el toolbar superior. Esto lo lleva a la siguiente pantalla: SESION SESIO N 04 31 PARA 1° PISO - En Load Pattern Name: Nombre de Patrón de Carga o DEAD - En Load Type and Direction: Tipo de carga y Dirección Direcc ión o Forces: Fuerzas o Moments: Momentos o Coord sys: Sistema de coordenadas: Se escogerá entre Global y Local; Se debe tener en cuenta que para el caso Global que el eje 1, 2 y 3 coinciden con los ejes X, Y y Z respectivamente; Mientras que para el eje Local se tiene la siguiente asignación: Para nuestro nuestro ejemplo escogeremos es cogeremos el Global. o Direction: Dirección de la carga: Dentro de las opciones tenemos X, Y, Z y Gravity. Debemos tener en cuenta que podemos escoger Z o Gravity pero cuando escojamos SESION SESIO N 04 32 este último, se colocara para nuestro ejemplo 2.88 (dirección hacia abajo, por ser gravedad), sin embargo si colocamos Z se tendrá que colocar -2.88 debido que la carga esta en sentido negativo al eje de las Z. o Cuando se halla escogido en Coord Sys: Local, entonces las opciones que aparecerán en Direction serán 1, 2 y 3 que pertenecen a los ejes locales del elemento que se ha seleccionado (Figura de la página anterior) o Options: En esta parte se tiene las las opciones: opciones: Add to Existing Loads:  Añad  Añadir ir a cargas cargas existen existents. ts. Replace Esiting Loads: Remplazar cargas existentes. Delete Existing Loads: Eliminar las cargas existentes. Escogemos Remplazar las cargas existentes, por si es que hubiese sido cargada por equivocación. Loads: Se utiliza cuando se tienen cargas distribuidas triangulares o en o Trapezoidal Loads: forma de trapecio. Load: Carga uniforme que es la que utilizaremos en este ejemplo: 2.88 o Uniform Load: Ton/m (Ojo: Se debe tener en cuenta que las unidades deben estar en Tonf, m, C) o Picamos en OK y el pórtico pórtico quedara quedara cargado tal tal como se s e muestra. SESION SESIO N 04 33 ASIGNACIÓN DE CARGA MUERTA TERCER PISO  – DEA  DE AD - La carga en el tercer piso pis o (AZOTE (AZOTEA) A) es de 1.76 Ton/m debido a que no existe tabiquería tabiquería equivalente, muro sobre la viga. viga. SESION SESIO N 04 34 - Luego se obtendrá el pórtico cargado de la siguiente manera: ASIGNA SIG NACIÓ CIÓN N DE CARGA VIVA VIVA PRIM PR IMER ER Y SEGUNDO SEGUN DO PISO - LIVE LIVE - Para asignar asignar la la carga viva viva uniformemente uniformemente distribuida, distribuida, selecc seleccione ione primero el elemento a ser cargado (Las vigas del primer y segundo piso luego las del tercer piso). PARA 1° y 2° PISO SESION SESIO N 04 PARA 3° PISO 35 ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA  – LIVE1 - Seleccione Selecc ione las vigas alternando (dejando un tramo), y asignarle la carga viva que le corresponde. Carga viva LIVE1 = 0.85 Ton/m para 1° y 2° piso; y para el tercer piso una carga viva LIVE1= 0.43 Ton/m. SESION SESIO N 04 36 ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA  – LIVE2 - Seleccione Selecc ione las vigas vigas alternando alternando como com o se muestra y asignarle la carga viva viva que le corresponde. Carga viva LIVE 2= 0.85 Ton/m para 1° y 2° piso; y para el tercer piso una carga viva LIVE2= 0.43 Ton/m . SESION SESIO N 04 37 ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA  – LIVE3 ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA  – LIVE4 SESION SESIO N 04 38 ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA  – LIVE5 10. DEFINIR BRAZOS RÍGIDOS PARA LAS VIGAS Y COLUMNAS - Selecciona Selecc ionarr las vigas vigas y columnas del modelo. modelo. SESION SESIO N 04 39 - Luego luego Asign/Frame/End (Length) Offset - Seleccionar la opción Automatic from Connectivity y en Rigid zone factor digitar 0.5 y Ok. - Luego Luego el Portico se mostrara mos trara con los brazos brazos rigidos rigidos en en cada nudo. nudo. - Los Brazos rigidos se colocan c olocan para para que el programa SAP2000 SAP2000 al momento mom ento de realizar el analisis analisis muestre los momentos m omentos negativos negativos de las las vigas y de columna a una distancia establecida medida desde el nudo. SESION SESIO N 04 40 11. DEFINICIÓN DEFINICIÓ N DE LAS LAS COMBIN CO MBINA ACIONES CION ES DE CARGA CARGA COMB1 : 1.4DEAD+1.7LIVE Linear ADD COMB2 : 1.4DEAD+1.7LIVE1 Linear ADD COMB3 : 1.4DEAD+1.7LIVE2 Linear ADD COMB4 : 1.4DEAD+1.7LIVE3 Linear ADD COMB5 : 1.4DEAD+1.7LIVE4 Linear ADD COMB6 : 1.4DEAD+1.7LI 1.4DEAD+ 1.7LIVE5 VE5 Linear ADD Para el caso en que se tengan fuerzas de sismo también se llevarían a cabo las siguientes: COMB : 1.25DEAD+1.25LIVE+1.0 SISMO Linear ADD COMB : 1.25DEAD+1.25LIVE 1.25DEAD+1.25LIVE ‐1.0 SISMO Linear ADD COMB : 1.25DEAD+1.25LIVEi+1.0 SISMO Linear ADD COMB : 1.25DEAD+1.25LIV 1.25D EAD+1.25LIVEi Ei ‐1.0 SISMO Linear ADD COMB : 0.9DEAD+1.0 SISMO Linear ADD COMB : 0.9DEAD ‐1.0 SISMO Linear ADD Después de realizar todas todas las combinaciones indicadas, indicadas, se s e realiz realiz a una última última que es es la superposición de todas todas las combinacione c ombinacioness escogiendo la envolv envolvente ente como c omo resultad res ultado: o: ENVOLVENTE Define/Load Combinations/Add New Combo SESION SESIO N 04 41 SESION SESIO N 04 42 SESION SESIO N 04 43 SESION SESIO N 04 44 SESION SESIO N 04 45 12. ANALIZA NALIZAR R LA ESTRUC EST RUCT T URA: - Antes de ejecutar el programa, Elegimos en base a que sistema sis tema se llevara a nalyze// Set Se t cabo el analisis, para nuestro ejemplo es PLANO XZ. Por lo tanto, Analyze Analysis Options, Options, escogemos PLANO PLANO XZ y OK. - El procedimiento procedim iento seguido hasta el Paso anterior desarrolla lo que es la entrada de datos al programa o Pre-Procesamiento. Lo que procede ahora es resolver el problema o sea continuar con la etapa de solución, para lo que del menú Analize, Analize, seleccionar la opción Run Analysis. Analysis. Nos aparecera la siguiente ventana del cual solo haremos una modificacion seleccionar MODAL y clic en Run/Do Not Run Case. Esta opcion se mantendra activa siempre y cuando se estee realizando un analisis dinamico c on sismo. sism o. y luego la opción opción Run Now. - Si no no hemos grabado nuestro trabajo, nos pedirá pedirá un nombre y una ubicación. ubicac ión. Se recomienda, dado que son muchos los archivos que crea, asociados al SESION SESIO N 04 46 descriptivo de la geometría, utilizar una carpeta nueva para cada uno de ellos, a fin de tenerlos tenerlos separa s eparados dos fácilmente fácilm ente.. - Despues Des pues que el programa realizó el el analisis nos muestra muestr a en la ventana 3D una simulacion de la deformacion conjunta de todo el portico debido a la aplicación de cargas. 13.1 REACCIONES EN LOS APOYO APOYOS: S: - Las reacciones reacc iones en cada apoyo del portico seran 3 (2 fuerzas y 1 momento), para que el SAP lo muestre nos vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Stresse s/ Joints - Aparcera el cuadro de dialogo Joint Reaction Forces, Forces, donde Case/ Combo Name: Escogeremos el tipo de combinacion para el que queremos queremos calcular las reaccione reacc iones. s. - - Para el calculo de de los ACEROS ACEROS DE DISEÑO se deben utilizar los esfuerzos ENVOLVENTE . que nos da la ENVOLVENTE. Show results as Arrows: Mostrar los resultados como flechas, por defecto ya viene activado. SESION SESIO N 04 47 - OK, y apareceran apareceran las las reaccione reacc ioness (FUERZA (FUERZAS) S) en en los apoyos apoyos como se muestra en la imagen siguiente: - El SAP2000 solo muestra muestr a la fuerz fuerza a de los ejes ejes X y Z (1 Y 3), mas no muestra mues tra los momentos; Para ver los momentos tenemos que picar en el punto y hacer anticlic, de esa manera nos mostrará un cuadro especificando si es un momento o fuerza y en que eje esta aplicandose. EJE X: 0.681 Ton. EJE Z: 31.051 Ton. EJE Y: 0.743 Ton-m. - De igual igual manera se obtiene obtiene los esfuerz esfuerzos os en todos los apoy apoyos os y nudos. nudos. SESION SESIO N 04 48 13.2 DIAGRAMA DE ESFUERZOS - Para ver los esfuerzos de columnas y vigas vigas nos vamos a Display/ Show Forces/ Stresses/ Stre sses/ Frames/ Frames/ Cables - Aparecera el cuadro de dialogo Member Force Diagram for Frames, Frames, en Case/ Combo Name se escoge el tipo de combinacion del que se quiere visualizar los esfuerzos axiales, ENVOLVENTE. - En Component se dan las siguientes opciones: Axial Force: Fuerza Axial en el elemento. Shear 2-2: Cortante en el eje local 2. Shear 3-3: Cortante en el eje local 3. Torsión: Torsión en torno al eje local 1. Moment 2-2: Momento en torno al eje local 2. Moment 3-3: Momento en torno al eje local 3. - En Scaling tenemos opciones que nos permiten aumentar o disminuir el tamaño de los diagramas de esfuerzos en el caso que fuesen demasiado pequeños o grandes respectivamente; Auto (Automatico) (Automatico) y de escogerse esc ogerse Scale Factor se coloca dentro de la casilla un valor que multiplicado con el esfuerzo nos dara la medida Ejemplo: 55 Tonf * 0.02 = 1.1 m (Magnitud visualizada del esfuerzo); Debemos tener en cuenta que el factor de escala introducido no altera en ningun ningun caso c aso los valores de los esfuerzos. - En Options si picamos en Fill Diagram, Diagram, el diagrama dibujado se rellanará con un determinado color; Para el caso en que s e escoja Show Values on Diagram D iagram se mostraran los diagramas con sus valores más representativos (Máximos y mínimos). SESION SESIO N 04 49 13.3 DIAGRAMA DE ESFUERZO AXIAL Fill Diagram Diagr am Show Values on Diagram SESION SESIO N 04 50 - Para tener un mejor detalle del esfuerzo esfuerz o axial axial a lo largo de todo un elemento, se hace anticlic sobre el elemento y aparecera una ventana como la siguiente, el elemento seleccionado se encontrara parpadeando de amarillo. - Como Com o podemos ver tenemos un mejor detalle para el elemento Columna C25x25. - Conforme le demos clic en alguna alguna parte de la columna (Resultant) podemos observar a la derecha los valores minimos (Color rojo) y maximos (Color Azul) axiales axiales asi como com o tambien los minimos y maximos torsionales. - El color AZUL AZUL representa la ENVOLVENTE. ENVOLVENTE. - NOTA: Los esfuerzos axiales dependiendo si es TRACCIÓN o COMPRESIÓN el diagrama se rellena de color AMARILLO o ROJO respectivamente; Como podemos ver en el diagrama de axiales del portico las columnas trabajan a COMPRESIÓN. SESION SESIO N 04 51 13.4 DIAGRA DIAGRAMA MA DE D E CORT COR T ANTE NT E (SHEAR 2-2) SESION SESIO N 04 52 13.5 DIAGRA DIAGRAMA MA DE MOMENTO MOM ENTOS S (MOMENT (MOM ENT 3-3) 3- 3) SESION SESIO N 04 53 13.6 DESPLAZAMIENTOS Y ROTACIONES - Para visualizar visualizar el valor valor de los desplazamientos desplazamientos y rotaciones rotaciones de todos los nudos nudos Shape , tambien existen 3 maneras, vamos al Menu Display/ Show Deformed Shape, presionando F6 o haciendo clic en el siguiente icono. - Luego, Luego, OK y observamos observamos la la estructura deformada, deformada, cuando ubicamos el cursor sobre uno de los nudos aparece una lista de datos que son Traslaciones (U) y Rotaciones (R) en los tres ejes Globales. Globales. - Cuando se necesiten los datos más aproximados aproximados nos nos ubicamos ubicamos en el nudo, nudo, le damos clic c lic derecho y nos aparecerá aparecerá un cuadro c uadro como el siguie s iguiente: nte: SESION SESIO N 04 54 - El cuadro nos muestra el valor valor de las traslaciones traslaciones y las rotaciones rotaciones en los ejes ejes 1, 2 y 3 que son los ejes X, Y y Z respectivamente. - Las unidades unidades de las las traslaciones traslaciones es la especificada al inicio (m). - Las unidades unidades de las rotaciones es Radianes. Radianes. 13.7 RESULTADOS RESU LTADOS EN TA T ABLAS BLAS Y EXPORT EXP ORTA ARLOS AL EXCEL. - Para visualizar los resultados res ultados en una tabla desplegamos desplegam os el Menú Display/ Show Tables o Shift + F12. - En ANALY ANALYSIS SIS RESULTS RES ULTS seleccionam selec cionamos os la casilla cas illa del resultado que que se desea Displacements), luego en Select Load Cases visualizar (para nuestro caso Displacements), SESION SESIO N 04 55 seleccionamos la combinación de carga del cual queremos ver los desplazamientos y finalmente finalmente OK dos veces. - De la misma mism a manera se pueden pueden observar observar los los resultados resultados de de Esfuerzo Axial Axial,, Cortante, Momentos, Momentos, Reacciones y otros. - Para Exportar al Excel la tabla con los resultados, nos vamos al menú File/ Export All Tables/ To Excel y el programa SAP2000 abrirá una hoja de Excel conteniendo la tabla. SESION SESIO N 04 56 - Después de haber corrido el programa con con Run Now, diversos dive rsos menús se bloquean mientras que los lo s de diseño dise ño y resultados se habil itan; Esto Esto quedara presente en la barra barra de herramientas, donde el botón candado Modelo Bloqueado aparece activado. Modelo Desbloqueado Desbloquead o - Muchas veces después después de revisar revisar resultados, resultados, éstos no cumplen con algún algún parámetro normativo por tanto se es necesario modificar parámetros del modelamiento y cuando intentamos modificarlos no se podrán debido a que el candado se encuentra activo. - Para desbloquear el modelo hacer clic en el candado que se encuentra bloqueado y aparece un mensaje de aviso que nos comunica se borrarán los resultados del análisis análisis y le damos OK para desbloquear. - - La opción de desbloqueo se controla desde el menú mediante la secuencia sec uencia Options/ Lock Model. Model. 14. DISEÑO EN ACERO - El cálculo de de acero manualmente se calcula con dos dos formulas formulas que son iterativ iterativas as o también con la formula cuadrática que se despeja de aquellas; En cambio el Programa SAP2000 realiza el cálculo internamente mostrando el valor del área necesaria al detalle para cada elemento estructural. - Para llevar a cabo el cálculo del área área de acero en en el programa se debe definir antes el Codigo o Reglamento de Construcción con el que se trabajará. - Design/ Concrete Frame Design/ View/ Revise Preferences y aparecerá la siguiente ventana: SESION SESIO N 04 57 - Donde: - Design Code: Código de Diseño (Norma o Reglamento de Diseño): Se escoge el Reglamento de Construcción con el cual se desee diseñar que para nuestro caso escogemos ACI 318-05. Los otros datos posterior a éste se modificarán automáticamente de acuerdo al código seleccionado (También se pueden editar). o Time History Design: Envelopes o Number of Interaction Curves: Número Número de curvas c urvas de interacción: El número de curvas de la interacción de dos dimensiones utilizados para alcanzar la superficie de interacción en tres dimensiones. Este elemento debe ser mayor o igual a 4 y divisible por 4. o Number of Interaction Points: El número de puntos utilizados para definir una curva de la interacción de dos dimensiones. Este elemento debe ser mayor que o igual a 5. o Consider Minimum Eccentricity: Considere la posibilidad de excentricidad mínima: Si o No para considerar si la excentricidad mínima debe ser considerada o no respectivamente en el diseño. SESION SESIO N 04 58 o Seimic Design Category: Categoría de Diseño Sísmico. Esto es "A", "B", "C", "D", "E" o "F", las características de cada catego c ategorí ría a se s e encuentran en la tabla N°03 de la Norma Norma E.030 E.030 SISMORESISTENT SISMO RESISTENTE. E. o Phi (Tension Controlled): El factor de reducción de resistencia para las seccione secc ioness de tensión que es 0.9 0.9.. o Phi (Compression Controlled Tied): El factor de reducción de la fuerza de 0.65.. compresión con estribos que es 0.65 o Phi (Compression Controlled Spiral): El factor de reducción de la fuerza de compresión compres ión con refuerzo refuerzo en espiral es 0.70 0.70.. o Phi (Shear and/ or Torsion): El factor de reducción de la fuerza cortante y 0.75.. torsión es 0.75 o Phi (Shear Seismic): Phi (corte sísmico): El factor de reducción de la resistencia a cortante c ortante de las las estructuras es tructuras que se basan en momento tan especial resistencia a los marcos especiales o muros de hormigón estructural para resistir los efectos del terremoto es 0.60 0.60.. o Phi (Joint Shear): El factor de reducción de la fuerza de corte conjunta de las estructuras que se basan en momento tan especial resistencia a los marcos especiales o muros de hormigón estructural para resistir los efectos del terremoto es 0.85 0.85.. o Pattern Live Load Factor: El factor de carga viva para la generación automática de las combinaciones de cargas que implican cargas patrón de carga viva viva y cargas c argas muertas es 0.75 0.75.. o Utilization Factor Limit: El límite de la relación de esfuerzos que se utilizará 0.95.. Relaciones de esfuerzo que están igual o inferior a para la aceptación es 0.95 este valor se s e consideran aceptables. aceptables. SESION SESIO N 04 59 - Después Des pués de haber haber definido los parámetros parámetr os de diseño de de acuerdo al Reglam Re glament ento o ACI318-05 ACI318-05 debemos debemos seleccionar los grupos grupos de diseño - Se puede puede selecciona selecc ionarr los grupos grupos de diseño Design/ Concrete Frame Design/ Select Design Combos, Combos, de la Lista de Combinación de Cargas seleccionar ENVOLVENTE, clic en Add y OK. - Para realizar el diseño en Acero, en el Menú Design/ Concrete Fram Fr ame e Design/ De sign/ Star Design/ De sign/ Check of Structure. Structure. También Tam bién podemos podemos correr el diseño haciendo haciendo clic sobre ; El Programa realizará el diseño internamente internamente y nos mostrará mos trará por defecto el AREA DE ACERO LONGITUDINAL para cada elemento estructural como com o vemos en la imagen im agen siguiente: siguiente: SESION SESIO N 04 60 - Las Áreas Áreas de de acero que se muestran tienen tienen las mismas mism as unidad unidades es establecidas establecidas al inicio, es decir están en metros cuadrados (m2); En la parte inferior derecha cambiamos las unidades a Centímetros (Tonf, cm, C), de esa manera obtendremos las áreas en centímetros cuadrado (cm2) facilitando al diseñador al momento mom ento de escoger la combina com binación ción de diámetros a utilizar. Área de Acero Longitudinal en m2 Área re a de Acero cer o Longitudinal en e n cm2 cm2 - El acero de la parte superior va colocado en la parte superior de la viga. De igual forma se deduce para el acero inferior. DETALLE DEL REFUERZO LONGITUDINAL - Para ver los detalles detalles del diseño de de acero Longitudinal Longitudinal seleccionam selec cionamos os el elemento a chequ c hequear ear y sobre el elemento seleccionado ddamos amos clic c lic con el botón botón derecho del ratón y obtenemos el siguiente cuadro de dialogo: - SESION SESIO N 04 61 - Descripción: COMBO ID: Es la combinación de carga bajo la cual se está es tá diseñando. diseñando. STATION LOC: Es la distancia, desde el nodo inicial, en la cual se está calculando el área de acero requerida. TOP STEEL:  Área  Área de acero requerida requerida en la parte parte superior superior de la sección de la viga. BOTTOM STEEL: Á STEEL:  Área rea de acero acero requeri requerida da en la parte parte inferio inferiorr de la sección de de la viga. SHEAR STEEL: relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos. - Cada fila en el recuadro anterior representa el detalle a cierta distancia para un determinado elemento, para la imagen tenemos el detalle del ELEMENTO 16 y muestra el detalle a cada 0.50m, empezando desde 0.125 (No inicia desde 0 debido al brazo rígido que se colocó). - A través de (Resumen) (Res umen) se tiene acceso acc eso a una hoja ordenada y resumida que muestra todos los detalles del análisis análisis y diseño en esa esa sección. s ección. SESION SESIO N 04 62 - Descripción: 1. Nos muestra el Nombre de la norma o Reglamento que se utilizó para el diseño, así como c omo las unidades unidades en las que están todos los detalles detalles sigui s iguientes. entes. 2. Longitud del elemento = 425.00 cm. Elemento: Elemento: 16 Station Loc (Ubicación (Ubicación en el elemento) = 12.5 cm. c m. Section ID: Tipo de Sección: VP25X35 Combo ID: Tipo de combinación con el que se diseñó: ENVOLVENTE 3. D (Peralte de viga) = 35.00 cm. B (Base de la viga) = 25.00 cm. dct (Recubrimiento cara c ara superior de la viga) viga) = 6.0 cm dcb (Recubrimiento cara inferior de la viga) = 6.0 cm E: Modulo de Elasticidad = 2173.70 Ton/cm2 f’c: Resistencia a la Compresión del concreto = 0.21 Ton/cm2 fy: fy: Esfuerzo de fluencia fluencia del Acero = 4.2 Ton/cm2 4. Los coeficien c oeficientes tes de reducción reducc ión por flexión, cortante y Torsión T orsión que se utilizaron. SESION SESIO N 04 63 5. Design Moments, M3: M3: Momentos (positivo y negativo) de diseño a 12.5 cm del elemento. 6. Refuerzo a flexión para el momento Top (+2 Axis): (Cara Superior  – 2 ejes) Required Rebar : Barras de refuerzo necesario : 3.352 cm2. + Moment Rebar : Refuerzo para el momento m omento Positivo : 0.000 cm2. cm2. Moment Moment Rebar  Re bar : Refuerzo para el momento Negativo : 3.352 cm2. Minimun Rebar : Refuerzo Mínimo : 2.427 cm2. Bottom (-2 Axis): (Cara Inferior  – 2 ejes) Required Rebar : Barras de refuerzo necesario : 2.170 cm2. + Moment Rebar : Refuerzo para el momento m omento Positivo : 1.628 cm2. Moment Moment Rebar  Re bar : Refuerzo para el momento Negativo : 0.000 cm2. Minimun Rebar : Refuerzo Mínimo : 2.170 cm2. Debido a que el punto de análisis que se tomó está ubicado cerca al apoyo (a 12.5 cm del nudo) es que No existe refuerzo para el Momento Positivo (As = 0.000 cm2) cm 2) en la cara superior pero si para el Momento Negativo (As = 3.352 cm2). cm 2). Sin embargo en la cara inferior Existe refuerzo para el Momento Positivo (As = 1.628 cm2) y no para Momento negativo ne gativo (As = 0.000 cm2). el Momento 7. Shear Reinforcement: Reinforcement: Refuerzo por Corte: Para los estribos, tenemos un valor de 0.070 que representa la relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos. estribos. Esto se interpreta así: Estribo a utilizar en la viga: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2. Separación = 0.71 cm2/ 0.070 = 10.14 = 10.00 cm. (Siempre aproximar al defecto). Por lo tanto la separación de estribos en ese punto no debe ser mayor de 10 cm. 8. Reinforcement for Torsión: Torsión: Refuerzo por Torsión: Para este caso no existe refuerzo por torsión, Existiría en el caso que hubiese un volado perpendicular al eje longitudinal de la vida que produzca la Torsión. SESION SESIO N 04 64 - Para 3.352 cm2, cm 2, tenemos opciones opciones como: com o: 2 Φ 1/2 + 1 Φ 3/8 = 3.290 cm2 1 Φ 1/2 + 1 Φ 5/8 = 3.270 cm2 c m2 3 Φ 1/2 = 3.870 cm 2 Φ 5/8 = 3.960 cm2 3 Φ 3/8 = 2.130 cm2 2 Φ 1/2 = 2.580 cm2 - Para 2.170 cm2, cm 2, tenemos opciones como: com o: - Para los estribos, estr ibos, tenemos un valor de 0.070 luego: Estribo a utilizar en la viga: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2. Separación =0.71 cm2/0.070 = 10.14 = 10.00 cm.; Lo que quiere decir que la separación de estribos en ese punto no debe ser mayor de 10 cm. SESION SESIO N 04 65 DETA DET ALLE DEL ACERO DE REFUERZO REFU ERZO PARA PARA CORT ANTE NT E - Para que se muestren mues tren los valores del cortante, cort ante, en el Menú Design/ Concrete Frame Design/ Display Design Info, Info , y aparecerá el cuadro siguiente donde Reinforcing. OK. escogemos Shear Reinforcing. - Se mostrara mos trara en cada elemento 2 veces la relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos (Este valor es dos veces la cantidad que muestra el cuadro de resumen debido a que aquí considera las 2 secciones del estribo) Ejemplo: En el Resumen se muestra 0.070 mientras que en la ventana q mostramos mostram os a contin c ontinuación uación para para ese punto se muestra 0.134. SESION SESIO N 04 66 DETA DET ALLE DEL DE L ACERO ACERO DE REFUERZO R EFUERZO PARA COLUMNA COLU MNA - El área de acero de refuerzo refuerz o principal aparece aparece como com o un solo valor valor para toda la longitud de la columna. - Seleccionamos el elemento columna y damos clic al botón derecho del ratón: - Longitudinal Reinforcement: área de acero de refuerzo longitudinal. - Major Shear Reinforcement: relación área de refuerzo contra separación para la dimensión mayor de la columna. - Minor Shear Reinforcement: relación área de refuerzo contra separación para la dimensión menor de la columna. - A través de (Resumen) (Res umen) se tiene acceso acc eso a una hoja ordenada y resumida que muestra todos los detalles del análisis análisis y diseño en esa esa sección. s ección. SESION SESIO N 04 67 -  Descripción: 1. Nos muestra el Nombre de la norma o Reglamento que se utilizó para el diseño, así como c omo las unidades unidades en las que están todos todos los detalles sigui s iguientes. entes. 2. Longitud del elemento = 280.00 cm. Elemento: Elemento: 2 Station Loc (Ubicación (Ubicación en el elemento) = 17.5 cm. cm . Section ID: Tipo de Sección: C25X25 Combo ID: Tipo de combinación con el que se diseñó: ENVOLVENTE 3. D = 25.00 cm. cm . B = 25.00 cm. dc (Recubrimiento) = 6.54 cm E: Modulo de Elasticidad = 2173.70 Ton/cm2 Resis tencia a la Compresión del concreto = 0.21 Ton/cm2 f’c: Resistencia fy: fy: Esfuerzo de fluencia fluencia del Acero = 4.2 Ton/cm2 4. Los coeficient T orsión que se utilizaron. c oeficientes es de reducción reducc ión por flexión, cortante y Torsión SESION SESIO N 04 68 5. Diseño para Fuerza Fue rza Axial Axial y Momento Biaxial: B iaxial:  Área  Área de refuerzo: refuerzo: 11.482 cm2. Pu de diseño: 19.076 Tn M2 de diseño: 43.618 Tn-m M3 de diseño: -270.658Tn-m M2 Mínimo: 43.379 Tn-m M3 Mínimo: 543.379 Tn-m NOTA: Cuando el área de refuerzo tiene un valor = O/S #2, #2, quiere decir que el refuerzo requerido excede el máximo. 6. Factores de Fuerza Axial y Momento Biaxial. 7. Diseño de Corte para V2, V3 Para los estribos, tenemos un valor de 0.021 luego: Estribo a utilizar en la viga: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2. Separación =0.71 cm2/0.021 = 33.81 = 30 cm.; Lo que quiere decir que la separación mínima mínima de estribos es tribos en ese punto es de 30 cm. NOTA: Siempre se debe tener en cuenta por norma que la distribución de estribos m. siempre debe empezar con 1 estribo @ 0.05 m. 8. Diseño de Corte Conjunta: Conjunta: N/A: No aplicable N/C: No se ha calculado N/N: No es necesario 9. Relación de capacidad de Viga/Columna. Viga/Columna . N/A: No aplicable N/C: No se ha calculado N/N: No es necesario SESION SESIO N 04 69  Para 11.482 11.482 cm2, cm 2, tenemos opciones como: com o: cm2 4 Φ 5/8 + 2 Φ 1/2 = 10.500 6 Φ 5/8 = 11.88 cm2 - Interaction: Si damos clic en el botón botón Interaction: SESION SESIO N 04 70 15. PRESENTACION DE RESULTADOS Para finalizar el proceso, (una vez que el diseño de barras es el adecuado, que las relaciones son inferiores a 1 en todas las barras), será necesario plasmar los datos en papel. Quizá sea aquí donde el programa (a mi corto entender), falla un poco. Veremos Veremos ahora algun algunas as de esas opciones: OBTENER UN LISTADO DE PUNTOS Y BARRAS CON SUS COORDENADAS EN UNA HOJA DE EXCEL - Seleccionamos todo el pórtico con Select/ Select/ All o también haciendo clic en select all, que se encuentra en la parte izquierda del entorno SAP. - Copy, abrimos una hoja de Excel y Ctrl + V y lo Lo copiamos con Edit/ Copy, pegamos. Nota: Las barras se definen por su punto inicial y final. SESION SESIO N 04 71 OBTENER UN LISTADO DE BARRAS, SECCIONES Y LONGITUDES ASOCIADAS EN EXCEL: - File/ Export/ SAP2000 MS Excel Spreadsheet .xls File se abre un cuadro en donde podemos escoger cualquier tipo de dato y exportarlo, Por ejemplo escogemos ANALYSIS NALYSIS RESULT S/ Joint Output/ Output / Re Reactions actions,, seleccionamos el tipo de combinación en Select Sele ct Load Cases: ENVOLVENTE. ENVOLVENTE. - Luego Luego OK dos veces. SESION SESIO N 04 72 - Guardamos el archivo con REACCIONES en el ESCRITORIO ESC RITORIO - El Archivo se REACCIONES es el siguiente: SESION SESIO N 04 73 II.- DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL MODELO ARMADURA BIDIMENSIONAL EN ACERO  – ELEMENTO FRAME PROPIEDADES PROPIED ADES MECÁNICAS DEL ACERO ESTRUCTURAL ASTM A36: A36: PESO POR UNIDAD DE VOLUMEN VOLUME N (W): 7850 kg/m3 = 7.85 7.85 tn/m3 tn/m3 MODULO MOD ULO DE ELASTICIDAD DEL ACERO (E): 2x10^7 tn/m2  MODULO DE POISSON (U): 0.30  0.30  ESFUERZO DE FLUENCIA (FY): 36KSI = 2520 kg/cm2  kg/cm 2  ESFUERZ ESFUERZO O LTIMO LTIMO DE TENSI TENSI N (FU): (FU): 60KSI 60KSI = 4200 4200 kg/cm2  ESFUERZO EFECTIVO DE FLUENCIA (FYe): 1.10FY= 1.10FY= 2772 2772 kg/cm2  kg/cm 2  ESFUERZ ESFUERZO O EFECTIV EFECTIVO O LTIMO LTIMO DE TENSI TENSI N (FUe): (FUe): 1.10 1.10FU FU = 4620 4620 kg/cm2  Americ an Instit Institute ute of Steel Construction Constr uction (AISC) (AISC) CODIGO DE DISEÑO: AISC – LRFD 99 - The American (Load and Resistance factor design) (LRFD). the American Society for Testing and Materials (ASTM)  ACERO  ACERO ASTM A36. A36. Es un acero estructural estructural al carbon c arbono, o, utilizado en construcción construc ción de de estruct uras metálicas, puentes, puentes, torres de energía, energía, torres para comunicación c omunicación y edificaciones edificaciones remachadas, rem achadas, atornill atornilladas adas o soldadas, herrajes herrajes eléctricos y señalización. COMPOSICIÓN QUÍMICA: (C) 0,26% máx Manganeso (Mn) No hay requisito Fósforo (P) 0,04% máx  Azufre  Azufre (S) 0,05% 0,05% máx Silicio Silicio (Si) (Si) 0,40% 0,40% máx* máx* Cobre Cobre (Cu) 0,20 0,20% % mínimo mínimo *Cuando se especifique PROPIEDADES: Como la mayoría de los aceros, el A36, tiene una densidad de 7850 kg/m³ (0.28 lb/in³). El acero A36 en barras, planchas y perfiles estructurales con espesores menores de 8 pulg (203,2 mm) tiene un límite de fluencia mínimo de 250 MPA (36 ksi), y un límite de rotura mínimo de 410 MPa (58 ksi). Las planchas con espesores mayores de 8 plg (203,2 mm) tienen un límite de fluencia mínimo de 220 MPA (32 ksi), y el mismo límite de rotura. FORMAS: El acero A36 se produce en una amplia variedad de formas, que incluyen: Planchas, Perfiles estructurales, Tubos, Tubos, Láminas SESION SESIO N 04 74 MÉTODOS ÉTO DOS DE D E UNIÓN: UNIÓN: Las piezas hechas a partir de acero A36 A36 son fácilmente unidas unidas mediante casi todos todos los procesos de soldadura. soldadura. Los más comúnmente usados usados para el A36 son los menos costosos y rápidos como la Soldadura por arco metálico protegido (SMAW, Shielded metal arcwelding), arc welding), Soldadura con arco metálico y gas (GM (GMAW, Gas metal arc welding), y soldadura oxiacetilénica. El acero A36 es también comúnmente atornillado y remachado en las aplicaciones aplicaciones estructurales: es tructurales: edificios, edificios, puentes, puentes, torres, etc A L M A PATIN MATERIAL:  ACERO (E= 2X10^7 tn/m2, fy = 0.60fu 0.60fu= = 2520 2520 kg/cm2, fu= 4200 4200 kg/cm2) SECCIONES: Inferior Inferior y Superior Superior W10X12 W 10X12,, Diagonales Diagonales y Montantes W8X10 W 8X10 PATRON DE CARGA: Carga Muerta COMPONENTES PRELIMINARES A. UNIDADES: SESION SESIO N 04 75 B. CONFIGURACION DE LA ARMADURA: File ~ new new model m odel~ ~ 2D Trusses new model from template plantilla  – 2D Trusses SESION SESIO N 04 76 C. CONDICIONES DE BORDE:  Assign ~Joint ~Restraints... ~Restraints... Edición de Modelo  –  Restricción de Apoyos D. DEFINICIÓN DE PROPIEDA PROP IEDAD D DE LOS MATE MATERIA RIALES LES : Define ~ Materials ~Add New Material... SESION SESIO N 04 77 E. DEFINICIÓN DE LA SECCIÓN DEL ELEMENTO: Define ~ Section Properties ~ Frame Sections~ Import New Property (AISC.pro) ~ OK SESION SESIO N 04 78 SESION SESIO N 04 79 SESION SESIO N 04 80 SISTEMA DE COORDENADA COO RDENADAS S LOCALES EN PUNTOS: View ~Set Display Options~ Options~ Joint (Local Axes) Axes ) ~ ok ROJO = 1 BLANCO = 2  CELESTE = 3 SISTEMA DE COORDENADAS LOCALES EN BARRAS: View ~ Set Display Options ~Frames ~Fram es (Local Axes) ~ Ok. SESION SESIO N 04 81 F. ASIGNAR SECCIONES SECCIO NES AL AL MODELO MOD ELO::  Assign ~ Frame ~ Frame Frame Sections~ Sections~ OK… G. DEFINIR RESTRICCIONES PARCIA PARCIALES LES:: El SAP 2000, lo reconoce como pórtico a la estructura, lo hacemos Trabajar como armadura en 2D. De acuerdo al sistema de construcción de una cercha: Las Bridas superior e inferior, son vigas vigas contin c ontinuas uas por lo cual, en la Intersección Intersección con las diagonales no van a tener esfuerzos de momentos Además, no están unidas rígidamente sino a través de soldadura o Empernados, para ello Seleccionamos las diagonales:  Assign ~ Frames~ Frames~ Releases/ Releases/ Partial Partial Fixity SESION SESIO N 04 82 H. DEFINIR EL PATRON DE CARGAS: Define ~ Load Patterns~ Modify Load Pattern~ OK… I. DEFINIR ESTADO DE CARGAS: Define ~ Load Cases~ Modify Load Pattern~ OK… SESION SESIO N 04 83 H. DEFINIR CARGAS CONCENTRADAS (No olvidar o lvidar de seleccionar el elemento): elemento):  Assign ~ Joint Loads ~ Forces… SESION SESIO N 04 84 K. DEFINIR COMBINACIONES DE CARGA: Define ~ Load Com binations ~Add ~Add New Combo… Com bo… SESION SESIO N 04 85 L. ANÁLIZAR LA ESTRUCTURA: ESTRUCTURA:  Analyze ~ Set Analysis Options Options ~ Plane P lane Frame Frame ~OK…  Analyze ~ Run Analysis ~ Run Now ~ OK… SESION SESIO N 04 86 M. RESUL RES ULTADOS TADOS DE ANALISIS DE LA E STRUCTURA: Display~ Displ ay~ Show Forces/Stresses Forces/Stresses~ ~ Frames/cables~ Axial Forces~ OK… Diagrama de Fuerzas Axiales Displa Di splay y ~Show Forces/Stresses ~ Joints Joi nts ~ OK… Reacciones en los Apoyos de la Armadura SESION SESIO N 04 87 N. VERIFIC VERIFICACIÓN ACIÓN Y DISEÑO DE LA ARMADURA: ARMA DURA: Design ~ Steel Frame Design D esign ~ View/Revise Preferences… CODIGO DE DISEÑO: AISC – LRFD 99 - The American Institute of Steel Construction (AISC) (AISC) - (Load and and Resistance factor design) design) (LRFD) Design ~ Steel Frames Design Desi gn ~ Select design combos… SESION SESIO N 04 88 Design ~Steel ~Steel Frame Design Desi gn ~Start Design/Check of Structure… SESION SESIO N 04 89 Unlock Model >>>aceptar Define ~ Section Properties ~ Frame Sections~ Import New Property (AISC.pro) ~ OK SESION SESIO N 04 90 Define ~ Section Properties ~Frame Sections~  Add New Property~ Property~ Auto sele s elect ct list  Assign ~ Frame ~Frame Sections~ Auto1~ Auto1~ ok SESION SESIO N 04 91  Analyze  Analyze ~ Run Analysis Analysis ~ Run Now ~ OK … Design ~Steel Frame Design ~ Start Design/Check of Structure… Design ~Steel Frame Design ~Verify Analysis vs Design Section  Analyze  Analyze ~ Run Analysis Analysis ~ Run Now ~ OK… Design ~Steel Frame Design ~ Start Design/Check of Structure… SESION SESIO N 04 92  Analyze  Analyze ~ Run Analysis Analysis ~ Run Now ~ OK… Design ~Steel Frame Design ~Start Design/Check of Structure… Design ~Steel Frame Design ~ Make auto Select Section Null SESION SESIO N 04 93