Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil TRABAJO DE DIPLOMA Análisis y Diseño Automatizado de Estructuras con ETABS 2015. Autor: Joel Pérez Ramos. Tutor: Ing. Leonardo Rodríguez González Prof. Titular, Dr. Ing. Ernesto L. Chagoyén Méndez. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución" Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Civil, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. Firma del Autor Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo Firma del Responsable de Información Científico-Técnica PENSAMIENTO “Una persona que nunca cometió un error nunca intentó algo nuevo”. Albert Einstein i DEDICATORIA A mi madre… ii AGRADECIMIENTOS Serán pocas las palabras de agradecimiento dedicadas a aquellos que contribuyeron a la formación de mi carrera, de mi futuro, de mi vida. Estos últimos cinco años de mi trayectoria por la vida han sido claves en mi desempeño como futuro profesional, con el agradecido apoyo incondicional de todas las personitas importantes que han influido en mí, que me han llevado a ser quien soy, quien quiero ser, y, dicho en buen cubano: “Esto va por todos ustedes”. Quiero darle mi eterno agradecimiento: A mi madre Cristina. Siempre estuviste ahí, desde el momento que me regalaste la vida, luchadora incansable y ejemplo de madre incondicional. Nunca se me va a olvidar y siempre tendré presente que además de darme mi vida, también me diste la tuya, te dedicaste a mi completamente, sintiendo que mi vida valía por la de los dos, te amo. Sin ti, no hubiera podido ser quien soy, de hecho, todo te lo debo a ti. A mis tutores Leonardo y Chagoyén. Leo, la experiencia es poca pero el corazón gigante, gracias por guiarme, tira para adelante que lo que viene es bueno, estoy seguro. Chagoyén, mis encontronazos con usted me han llevado a comprender que me queda mucho por aprender, ves, por lo menos me he llevado una moraleja. Gracias por permitirme ser parte de su cuerpo de Alumnos Ayudantes, me llevo la satisfacción de haber impartido clases y un 5 en Análisis de Estructuras Isostáticas, el cual le prometí que iba a sacar. A mis abuelos Migdalia y Jesús. Están aguantando mis malas crianzas desde siempre y su apoyo desinteresado nunca me ha faltado. Padres de mi madre, los guías incansables desde mis primeros pasos, cimientos de mi vida, abuelos de mi alma. Ni mil vidas compensarían su dedicación hacia mí, obligado estoy pagarles en gratitud y amor todo lo que han hecho por mí, todo lo que han arriesgado. A mi padre Juan. A pesar de que dicen que eres un Juan Pérez cualquiera, se equivocan, eres mi Juan Pérez, no existen dos como tú. Gracias por darme la vida, por tu apoyo a todo lo largo de ella. En momentos de felicidad disfrutaste a mi lado y en los momentos de tensión, no me dijiste otra cosa más, sino que había que echar para adelante, y aquí estoy. A mi padrastro Gilberto. Mis agradecimientos no conllevan a decirte que eres mi segundo padre, porque un segundo lugar no estaría bien. Estás en lo más alto del podio, compartes iii mis sentimientos y agradecimientos de un hijo hacia un padre, no busques más, tu hijo soy yo. A mi novia Yailin. Espero poder decir algún día: “A mi esposa Yailin”. Desde que llegaste a mi vida supe que de ti en adelante no existía más nadie, me has llevado a creer en mí mismo y a ser mejor persona. Nunca se me van a olvidar estas palabras, y cito: “Tattu, dale a hacer la tesis”, gracias por no desistir. Sé que una vida no me alcanzará para compartirla a tu lado, dos no contarían como mucho y una eternidad sería poco tiempo para entregarte todo mi amor. Espero que siempre estés aquí para apoyarme como los has hecho hasta ahora. Te amo mucho tata. A Yosley, mi hermanito negrito. Socio, has tirado conmigo desde hace tres años, espero que nuestra amistad sea para siempre. Discúlpame por ser un malcriado y gracias por aguantarme porque sé que a veces me pongo insoportable. Te quiero colega. A David. Por apoyarme siempre y compartir conmigo innumerables momentos de ocio y diversión. Por los carnavales, por la playa, por las cervezas, por los estudios, por tu amistad socio, eso vale más que todo. A los padres de mi padre, a mis tías, a mi madrastra Arletis, a Raúl por sus aportes desde la red de redes, a Jorge El Negro (ojalá y llegue a ser la mitad de ingeniero que eres), etc. A mis colegas del cuarto que vienen conmigo desde 1er año y otros que he conocido en el camino (a Canto y al Tigre), así como a todos mis compañeros del aula. Agradezco especialmente a Albertico, Abdel, Dayana, al Kapi, a Sandy, Jose, Eduany, Frandy y a Wilber por realizar conmigo los proyectos de año y demás trabajos escolares y, ante todo por ser excelentes amigos. A mis amigas de estomatología: a Maibelis, Yudelkis, a mi cuñada Yake, a Rosmery, Yoennis, Yady, Quire, Yaya y a Eliany por siempre estar preocupadas por mi trabajo. En fin, a todas aquellas personas que contribuyeron y formaron parte en el desarrollo de este trabajo de diploma. Gracias a todos. Joel Pérez Ramos iv RESUMEN Se presentan la modelación, el análisis y el diseño automatizado de edificaciones, utilizando el software ETABS 2015 de CSI, en forma de guía metodológica que permite su rápida asimilación por parte de los estudiantes de pre y posgrado, así como para los profesionales que requieran de su empleo, ordenada por invariantes de la modelación y según conviene a dichos procesos. Al mismo tiempo se presenta un caso de estudio modelado, analizado y diseñado según este software, con un diseño de variantes que persigue mostrar las potencialidades del mismo tanto desde el punto de vista de la modelación, como desde el punto de vista del diseño estructural de los elementos fundamentales componentes de la estructura, a saber: vigas, columnas, muros de carga, etc. ABSTRACT Modeling, analysis and automated design of buildings is presented, using the CSI ETABS 2015 software, as a methodological guide that allows rapid assimilation by undergraduate and graduate students as well as for professionals who require their use, ordered by modeling invariants and as befits such processes. At the same time is presented a study case which is modeled, analyzed and designed by that software with a design variants chasing show the potential of it from the point of view of the modeling, and from the standpoint of structural design of the main components elements of the structure, namely: beams, columns, load walls, etc. v TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO ..................................................................................................................................... i DEDICATORIA ...................................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS.............................................................................................................................iii RESUMEN ............................................................................................................................................ v ABSTRACT ............................................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... I Problema científico ....................................................................................................................... III Objeto de estudio .......................................................................................................................... III Campo de Acción.......................................................................................................................... III Hipótesis ........................................................................................................................................ III Objetivo general ........................................................................................................................... IV Objetivos específicos .................................................................................................................... IV Interrogantes científicas: ............................................................................................................. IV Tareas científicas: ......................................................................................................................... IV Novedad científica ......................................................................................................................... V Valor metodológico ...................................................................................................................... VI Valor práctico ............................................................................................................................... VI Relevancia Social .......................................................................................................................... VI Organización del informe ............................................................................................................ VI Capítulo I: “Estado del conocimiento sobre la modelación, el análisis y el diseño estructural automatizado de edificaciones con ETABS 2015”. .............................................................................. 1 1.1. Generalidades ..................................................................................................................... 1 1.1.1. Posibilidades de Pre Procesamiento .......................................................................... 2 1.1.2. Posibilidades de Procesamiento ................................................................................ 3 1.1.3. Posibilidades de Post Procesamiento ........................................................................ 3 1.1.4. Softwares profesionales de análisis y diseño estructural ......................................... 3 1.1.5. Comparación del ETABS con otros similares de análisis y diseño estructural .......... 7 1.1.5.1. ETABS vs SAP2000................................................................................................... 7 1.1.5.2. ETABS vs STAAD Pro ............................................................................................... 7 1.1.6. Estado actual del conocimiento del ETABS en Cuba ................................................. 9 vi 1.2. Modelación de edificios ..................................................................................................... 9 1.2.1. Proporcionalidad entre el ancho y la altura ............................................................ 11 1.2.2. Simetría ..................................................................................................................... 12 1.2.3. Distribución, concentración y densidad................................................................... 13 1.2.4. Descripción del Proceso de Modelado con ETABS .................................................. 13 1.2.5. Terminología del Modelado Físico ........................................................................... 15 1.2.6. FEM (Método de los Elementos Finitos) .................................................................. 15 1.2.6.1. 1.3. Resultados del MEF .............................................................................................. 17 Características del análisis con ETABS ............................................................................. 17 1.3.1. Aspectos generales ................................................................................................... 18 1.3.2. Métodos numéricos .................................................................................................. 19 1.3.3. Opciones de análisis con ETABS ............................................................................... 20 1.3.4. Análisis estático ........................................................................................................ 21 1.3.4.1. Análisis estático Lineal........................................................................................ 22 1.3.4.2. Análisis Estático No Lineal (Pushover) ............................................................. 22 1.3.4.3. Análisis Inicial P-Delta........................................................................................ 23 1.3.4.4. Efectos Diferidos en el Tiempo (Time Dependent) ........................................... 24 1.3.5. Análisis dinámico ...................................................................................................... 24 1.3.5.1. Análisis Modal ..................................................................................................... 25 1.3.5.2. Análisis por Espectro de respuesta (Response Spectrum Analysis)................ 26 1.3.5.3. Análisis Temporal No Lineal (Time History Analysis) .................................... 26 1.3.5.4. Análisis de Pandeo (Buckling) ............................................................................ 27 1.4. Características del diseño con ETABS............................................................................... 27 1.4.1. Modelos analíticos del comportamiento histerético .............................................. 27 1.4.1.1. Modelo histerético elástico ................................................................... 28 1.4.1.2. Modelo histerético cinemático .............................................................. 28 1.4.1.3. Modelo histerético degradante ............................................................. 29 1.4.1.4. Modelo histerético takeda..................................................................... 29 1.4.1.5. Modelo histerético de pivote ................................................................. 30 1.4.1.6. Modelo histerético del hormigón ......................................................... 30 1.4.1.7. Modelo histerético de endurecimiento BRB ....................................... 31 vii 1.4.1.8. Modelo histerético isotrópico ............................................................... 32 1.5. Novedades más destacadas de las últimas versiones del ETABS.................................... 32 1.6. Conclusiones parciales del capítulo: ................................................................................ 33 Capítulo II: “Guía Metodológica para el empleo del ETABS 2015 en la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones.” ........................................................................................................... 35 2.1. Abrir un archivo o iniciar un modelo nuevo .................................................................... 36 2.2. Definición de los parámetros de construcción ................................................................ 37 2.2.1. Unidades ................................................................................................................... 37 2.3. Establecer el sistema de cuadrícula para generar la estructura y definir los niveles de pisos 38 2.4. Definición de los materiales y sus propiedades .............................................................. 41 2.5. Definición y asignación de objetos estructurales y sus propiedades ............................. 42 2.5.1. Sistemas de coordenadas y cuadrículas: ................................................................. 42 2.5.2. Definición de Propiedades Mecánicas ..................................................................... 44 2.5.2.1. Propiedades ............................................................................................ 44 2.5.2.2. Objetos de Barra ................................................................................... 45 2.5.2.3. Objetos de Área ..................................................................................... 48 2.5.3. Definición de grupos ................................................................................................. 50 2.6. Definición y asignación de las condiciones de apoyos .................................................... 51 2.7. Definición y asignación de cargas .................................................................................... 52 2.7.1. Cargas estáticas ........................................................................................................ 52 2.7.2. Cargas por temperatura ........................................................................................... 53 2.7.3. Combinaciones de carga ........................................................................................... 54 2.7.4. Casos de carga........................................................................................................... 54 2.8. Análisis del modelo........................................................................................................... 55 2.9. Diseño del modelo ............................................................................................................ 56 2.9.1. Diseño en hormigón armado.................................................................................... 56 2.9.2. Diseño en Acero ........................................................................................................ 57 2.9.3. Identificación de vigas y columnas para el diseño .................................................. 57 2.9.4. Diseño de vigas ......................................................................................................... 57 2.9.5. Diseño de columnas.................................................................................................. 59 2.9.6. Diseño de muros de corte ........................................................................................ 61 viii 2.10. Guardar el modelo ........................................................................................................ 62 2.11. Conclusiones parciales del capítulo: ............................................................................ 62 Capítulo III: “Ejemplo de aplicación del ETABS 2015 presentando la modelación, análisis y diseño estructural de edificios”. ................................................................................................................... 65 3.1. Concepción del modelo estructural ................................................................................. 65 3.1.1. Ubicación espacial y entorno urbano ...................................................................... 65 3.1.2. Arquitectura .............................................................................................................. 65 3.1.3. Consideraciones para el diseño y predimensionamiento de los elementos estructurales ............................................................................................................................. 66 3.1.3.1. Materiales ............................................................................................................. 66 3.1.3.2. Consideraciones para la concepción del edificio............................................... 67 3.1.3.3. Predimensionamiento de elementos estructurales ............................................ 68 3.2. Condiciones de apoyo ...................................................................................................... 70 3.3. Metrado de cargas verticales ........................................................................................... 70 3.3.1. Cálculo de la carga muerta ....................................................................................... 70 3.3.2. Cálculo de la carga viva ............................................................................................ 71 3.4. Metrado de las cargas laterales ....................................................................................... 71 3.4.1. Cálculo de la carga de viento.................................................................................... 71 3.4.2. Cálculo de la carga de sismo..................................................................................... 74 3.4.3. Análisis estático equivalente.................................................................................... 75 3.5. Combinaciones de carga ................................................................................................... 77 3.6. Análisis realizados ............................................................................................................ 78 3.6.1. Análisis P-Delta ....................................................................................................... 78 3.6.2. Análisis por etapas de construcción ....................................................................... 85 3.7. Diseño de los elementos estructurales ............................................................................ 86 3.7.1. Diseño de vigas ......................................................................................................... 86 3.7.2. Diseño de columnas ................................................................................................. 89 3.7.3. Diseño de los muros de corte .................................................................................. 91 3.8. Conclusiones parciales del capítulo: ................................................................................ 93 CONCLUSIONES GENERALES ............................................................................................................. 95 RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 97 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 98 ANEXOS ............................................................................................................................................... 1 Anexo A: Manual de ETABS Versión 15.0.0 .............................................................................. 1 ix 1. Iniciando el ETABS .............................................................................................................. 1 2. Iniciar un nuevo modelo..................................................................................................... 2 3. 2.1. Steel Deck: ....................................................................................................... 7 2.2. Staggered Truss: ............................................................................................. 9 2.3. Flat Slab: ....................................................................................................... 11 2.4. Flat Slab with Perimeters Beams: ............................................................... 13 2.5. Waffle Slab: ................................................................................................... 15 2.6. Two Way or Ribbed Slab: ........................................................................... 16 Lista general de Menú en pantalla ................................................................................... 17 3.1. Menú File: Archivos ..................................................................................... 19 3.1.1. Import: Importar .............................................................................................. 20 3.1.2. Export: Exportar............................................................................................... 20 3.1.3. Print graphics: Imprimir Gráficos ................................................................... 21 3.1.4. Create report: Crear Reporte ........................................................................... 21 3.1.5. Capture Picture: Capturar Imagen .................................................................. 21 3.2. Menú Edit: Edición ....................................................................................... 22 3.2.1. Paste: Pegar ...................................................................................................... 22 3.2.2. Replicate: Replicar ........................................................................................... 23 3.2.3. Edit Story and Grid System: Editar Pisos y el Sistema de Grid .................... 27 3.2.4. Add Grid Lines at Selected Point: Agregar Ejes a Puntos Seleccionados ..... 29 3.2.5. Grid Options: Opciones de la Grid .................................................................. 29 Glue Joints to Grid: Pegar Nodos a la Grid ........................................................... 30 Lock Onscreen Grid System Edit: Bloqueo en Pantalla de la Grid ........................ 30 3.2.6. Merge Joints: Unir Nodos................................................................................ 30 3.2.7. Aligned Joints/Frames/Edges: Alinear Nudos, Barras y Ejes ........................ 31 3.2.8. Move Joint/Frames/Shells: Mover Nodos/Barras/Áreas ................................ 31 3.2.9. Edit Frames: Editar Barras .............................................................................. 32 Divide Frames: Dividir Barras ................................................................................ 32 Join Frames: Unir barras ....................................................................................... 32 3.2.10. Edit Shell: Editar Áreas .................................................................................... 33 x Divide Shells: Dividir Áreas ................................................................................... 33 Expand/Shrink Shells: Expandir/Encoger Áreas ................................................... 34 Chamfer Slab Corners: Chanflear las Esquinas de las Losas ................................. 34 Modify/Show Slab Edge Type: Modificar Tipo de Losa ........................................ 35 3.2.11. 3.3. Edit Links: Editar Vínculos ............................................................................. 35 Menú View: Ver ............................................................................................ 35 3.3.1. Set 3D View: Vistas en 3D ............................................................................... 37 3.3.2. Set Plan View: Vistas en el Plano .................................................................... 38 3.3.3. Set Elevation View: Vista en Elevación .......................................................... 39 3.3.4. Set Buildings View Limits: Vista de Límites del Edificio .............................. 40 3.3.5. Set Display Options: Opciones de Vistas en Pantalla ..................................... 40 3.3.6. Change Axes Location: Cambiar la Localización de los Ejes ......................... 41 3.4. Menú Define: Definir ................................................................................... 42 3.4.1. Materials Properties: Propiedades de los Materiales ...................................... 43 3.4.2. Section Properties: Propiedades de las secciones ........................................... 46 Frame Sections: Secciones de Barras .................................................................... 46 Slab Sections: Secciones de Losas ......................................................................... 48 Deck Sections: Secciones de Losas Nervadas ....................................................... 49 Wall Sections: Secciones de Muros ...................................................................... 50 Reinforcig Bar Sizes: Barras de Refuerzo .............................................................. 51 Link/Support Properties: Propiedades de los Enlaces/Apoyos ............................ 52 Frame/Wall Nonlinear Hinges: Rótulas No Lineales de Barras y Muros .............. 53 Panel Zone: Zona del Panel ................................................................................... 54 3.4.3. Spring Properties: Propiedades de los Resortes (Apoyos elásticos a tierra) ... 56 Point Springs: Apoyos Elásticos en Puntos ........................................................... 56 Line Springs: Apoyos Elásticos en Líneas .............................................................. 57 Area Springs: Apoyos Elásticos en Áreas .............................................................. 58 Soil Profiles: Perfiles de Suelo............................................................................... 59 3.4.4. Diaphragms: Diafragmas ................................................................................. 60 3.4.5. Pier labels: Etiquetas de Muro Pier .................................................................. 61 3.4.6. Spandrel labels: Etiquetas de Muros Spandrel ................................................ 62 3.4.7. Group Definitions: Definiciones de Grupo ..................................................... 63 xi 3.4.8. Section Cuts: Cortes de Sección ...................................................................... 63 3.4.9. Functions: Funciones ....................................................................................... 63 Response Spectrum: Espectro de Respuesta........................................................ 64 Time History: Cronología ...................................................................................... 65 3.4.10. Generalized Displacements: Desplazamientos Generalizados ....................... 67 3.4.11. Mass Source: Fuente de Masa .......................................................................... 68 3.4.12. P-Delta Options: Opciones P-Delta ................................................................. 69 3.4.13. Modal Cases: Casos Modales .......................................................................... 70 3.4.14. Load Patterns: Patrones de Carga ................................................................... 71 3.4.15. Shell Uniform Load Sets: Conjuntos de Cargas Uniformes de las Áreas ....... 72 3.4.16. Load Cases: Casos de Carga ............................................................................ 73 3.4.17. Load Combinations: Combinaciones de Carga ............................................... 75 3.5. Menú Draw: Dibujar .................................................................................... 76 3.5.1. Draw Beam/Column/Brace Objects: Dibujar Vigas/Columnas/Arriostres ... 77 Dibujar Columnas ................................................................................................. 77 Dibujar Vigas ......................................................................................................... 78 Dibujar Vigas Secundarias .................................................................................... 79 3.5.2. Draw Floor/Wall Objects: Dibujar Pisos/Muros ............................................ 80 Dibujar Pisos ......................................................................................................... 80 Dibujar Muros ....................................................................................................... 81 3.5.3. Draw Section Cut: Dibujar Corte de una Sección ........................................... 82 3.5.4. Draw Developed Elevation Definition: Definir el Desarrollo de Elevaciones82 3.5.5. Draw Wall Stacks: Dibujar Muros .................................................................. 83 3.5.6. Auto Draw Cladding: Revestimiento Automático de la Estructura ................ 84 3.5.7. Snap Options: Opciones de Precisión .............................................................. 85 3.6. Menú Select: Seleccionar ............................................................................. 85 3.6.1. Select: Seleccionar ............................................................................................ 86 Coordinate Specification: Coordenadas Específicas............................................. 87 Properties: Propiedades. ...................................................................................... 88 Labels: Etiquetas ................................................................................................... 89 Groups: Grupos ..................................................................................................... 90 3.6.2. Deselect: Deseleccionar .................................................................................... 90 xii Coordinate Specification: Coordenadas Específicas............................................. 90 Properties: Propiedades ....................................................................................... 91 Labels: Etiquetas ................................................................................................... 91 3.6.3. Invert Selection: Invertir Selección ................................................................. 92 3.6.4. Get Previous Selection: Obtener Selección Previa .......................................... 92 3.6.5. Clear Selection: Quitar Selección .................................................................... 92 3.7. Menú Assign: Asignar .................................................................................. 92 3.7.1. Joint: Nodo ....................................................................................................... 93 Restraints: Restricciones ....................................................................................... 93 Springs: Apoyos Elásticos ...................................................................................... 93 Diaphragms: Diafragmas ....................................................................................... 94 Aditional Mass: Masas Adicionales ...................................................................... 95 Joint Floor Meshing Options: Opciones del Mallado de los Nodos del Piso ........ 96 3.7.2. Frame: Barra .................................................................................................... 97 Section Property: Propiedad de la Sección ........................................................... 97 Poperty Modifiers: Modificar Propiedades .......................................................... 98 Releases/Partial Fixity: Restricción o Liberación de fuerzas / Rigidez parcial en Juntas a través de Resortes ........................................................................................... 99 End Lenght Offsets: Longitud Rígida en los Extremos de un Elemento .............. 100 Insertion Points: Punto de Intersección ............................................................. 100 Local Axes: Ejes Locales ...................................................................................... 101 Output Stations: Número de Puntos de Análisis ................................................ 102 Tension/Compression Limits: Límites de Tracción y Compresión...................... 102 Line Springs: Resortes en Líneas ......................................................................... 103 Additional Mass: Masas Adicionales .................................................................. 103 Pier Label: Etiqueta de Muros Pier ..................................................................... 104 Spandrel Label: Etiqueta de Muros Spandrel ..................................................... 104 Frame Auto Mesh Options: Opciones de Discretización en Barras .................... 105 Frame Floor Meshing Options: Opciones del Mallado de las Barras del Piso .... 105 Moment Frame Beam Connection Type: Condiciones del Momento en los Extremos de Vigas ....................................................................................................... 106 Column Splice Overwrite: Sobre-Escritura del Empalme de Columna ............... 106 Nonprismatic Property Parameters: Parámetros No Prismáticos ..................... 107 xiii 3.7.3. Material Overwrite: Sobre-Escritura del Material.............................................. 107 Shell: Área ...................................................................................................... 109 Slab Section: Sección de la Losa.......................................................................... 109 Deck Section: Sección de Losa Nervada .............................................................. 110 Wall Section: Sección de Muro ........................................................................... 111 Openings: Aperturas ........................................................................................... 112 Stiffness Modifiers: Modificar Parámetros de Rigidez ....................................... 112 Diaphragms: Diafragmas ..................................................................................... 113 Local Axes: Ejes Locales ...................................................................................... 114 Area Springs: Resortes en Áreas ......................................................................... 114 Aditional Mass: Masas Adicionales .................................................................... 114 Pier Label: Etiquetas Pier .................................................................................... 115 Spandrel Label: Etiquetas Spandrel .................................................................... 115 Floor Auto Mesh Options: Opciones de Discretización Automática en Pisos .... 116 Wall Auto Mesh Options: Opciones de Discretización Automática en Muros. .. 117 Auto Edge Constraint: Unión Automática Entre los Objetos Lineales. ............... 118 Material Overwrite: Sobre-Escritura del Material.............................................. 119 3.7.4. Link: Enlace ................................................................................................... 119 Link Properties: Propiedades de los Enlaces ...................................................... 119 Local Axes: Ejes Locales ...................................................................................... 120 3.7.5. Joint Loads: Cargas en Nodos ....................................................................... 121 Force: Fuerza ....................................................................................................... 121 Ground Displacement: Desplazamientos del Suelo ........................................... 121 Temperature: Temperatura ................................................................................ 122 3.7.6. Frame Loads: Cargas en Barras..................................................................... 122 Point: Puntual...................................................................................................... 123 Distributed: Distribuida ...................................................................................... 123 Temperature: Temperatura ................................................................................ 123 Open Structure Wind Parameters: Parámetros de Viento de la Estructura Abierta 124 3.7.7. Shell Loads: Cargas en Áreas......................................................................... 124 Uniform Load Sets: Conjuntos de Cargas Uniformes ......................................... 124 Uniform: Uniforme.............................................................................................. 125 xiv Temperature: Temperatura ................................................................................ 125 Wind Pressure Coefficient: Coeficiente de Presión del Viento .......................... 126 3.8. Menú Analysis: Análisis ............................................................................. 127 3.8.1. Check Model: Chequear Modelo ................................................................... 128 3.8.2. Set Active Degress of Freedom: Activar Conjunto de Grados de Libertad .. 129 3.8.3. Set Load Cases to Run: Conjunto de Casos de Carga para Correr el Modelo 129 3.8.4. Advanced SAPFire Options: Opciones Avanzadas del SAPFire ................. 130 3.8.5. Automatic Rectangular Mesh Options for Floors: Opciones del Mallado Rectangular Automático para Pisos ................................................................................ 130 3.8.6. Automatic Rectangular Mesh Options for Walls: Opciones del Mallado Rectangular Automático para Muros .............................................................................. 131 3.9. Menú Display: Mostrar .............................................................................. 132 3.9.1. Load Assigns: Cargas asignadas .................................................................... 132 Joint: Nodo .......................................................................................................... 132 Frame: Barra........................................................................................................ 133 Shell: Área ........................................................................................................... 133 3.9.2. Deformed Shape: Deformada del Modelo ..................................................... 135 3.9.3. Force/Stress Diagrams: Diagramas de Fuerza y Tensión ............................. 135 Support/Spring Reactions: Reacciones de los Apoyos ....................................... 135 Frame/Pier/Spandrel/Link Forces: Fuerzas de las Barras/Muros/Dinteles/Conexiones ........................................................................... 136 Shell Stresses/Forces: Fuerzas y Esfuerzos en Áreas .......................................... 137 3.9.4. Energy/Virtual Work Diagram: Diagrama de Trabajo Virtual ................... 144 3.9.5. Story Response Plots: Gráfica de Respuesta del Modelo .............................. 145 3.9.6. Save Named Display: Guardar Exhibición del Modelo ................................. 146 3.9.7. Show Named Display: Mostrar Exhibición del Modelo ................................ 146 3.9.8. Show Tables: Mostrar Tablas ......................................................................... 147 3.10. 3.10.1. Menú Design: Diseñar ............................................................................ 148 Steel Frame Design: Diseño de Elementos en Acero .................................... 148 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 149 View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras..................................... 149 Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ........................................ 149 xv Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 150 Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo ............................................. 151 Interactive Design: Diseño Interactivo ............................................................... 151 Display Design Info: Mostrar Información de Diseño......................................... 151 Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección .............................. 152 Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño ...................................... 152 Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis......................................................................................................................... 152 Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño .... 153 Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen ...... 153 Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras ................................ 153 Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño .................................... 153 3.10.2. Concrete Frame Design: Diseño de Elementos en Concreto ........................ 154 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 154 View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras..................................... 155 Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ........................................ 155 Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 156 Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo ............................................. 157 Interactive Design: Diseño Interactivo ............................................................... 157 Display Design Info: Mostrar Información de Diseño......................................... 157 Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño ...................................... 158 Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis......................................................................................................................... 158 Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño .... 158 Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras ................................ 158 Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño .................................... 158 3.10.3. Composite Beam Design: Diseño de Vigas Compuestas .............................. 159 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 159 View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras..................................... 160 Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ........................................ 160 Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 160 Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo ............................................. 161 Interactive Design: Diseño Interactivo ............................................................... 161 xvi Display Design Info: Mostrar Información de Diseño......................................... 161 Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección .............................. 161 Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño ...................................... 161 Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis......................................................................................................................... 162 Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño .... 162 Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen ...... 162 Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras ................................ 162 Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño .................................... 162 3.10.4. 3.10.5. Composite Column Design: Diseño de Columnas Compuestas ................... 163 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 163 Steel Joist Design: Diseño de Armadura de Acero ........................................ 165 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 165 View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras..................................... 166 Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ........................................ 166 Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 166 Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo ............................................. 167 Interactive Design: Diseño Interactivo ............................................................... 167 Display Design Info: Mostrar Información de Diseño......................................... 167 Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección .............................. 167 Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño ...................................... 167 Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño .... 167 Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen ...... 168 Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras ................................ 168 Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño .................................... 168 3.10.6. Shear Wall Design: Diseño de Muros de Corte ............................................. 168 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 169 Define General Pier Sections: Definir Secciones Generales Tipo Pier ................ 169 Assign Pier Sections: Asignar Secciones Pier ...................................................... 169 View/Revise Pier Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Pier. ..................... 170 View/Revise Spandrel Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Spandrel ...... 170 Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 170 Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo ............................................. 170 xvii Interactive Design: Diseño Interactivo ............................................................... 170 Display Design Info: Mostrar Información de Diseño......................................... 170 Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño .... 170 Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras ................................ 171 Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño .................................... 171 3.10.7. Steel Connection Design: Diseño de Conexiones de Acero .......................... 171 View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias.......................................... 171 Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ................ 172 3.10.8. Set Lateral Displacement Targets: Límites de los Desplazamientos Laterales 173 3.10.9. Set Time Period Targets: Límites de los Períodos de las Formas Modales .. 174 Anexo B: Tablas para el cálculo de la carga de sismo............................................................ 174 Anexo C: Cálculo del peso de la estructura ............................................................................ 181 Anexo D: Diseños de vigas, columnas y muros de corte ........................................................ 186 D-1: Diseño de la viga B-10 (X) ............................................................................................ 186 D-2: Diseño de la viga B-11 (X) ............................................................................................ 189 D-3: Diseño de la viga B-40 (Y) ............................................................................................ 192 D-4: Diseño de las columnas (Esquina) ............................................................................... 195 D-5: Diseño de las columnas (Laterales) ............................................................................. 197 D-6: Diseño de las columnas (Interiores) ............................................................................ 199 D-7: Diseño de los muros de corte ........................................................................................ 201 xviii INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN Antes del desarrollo de los programas de análisis estructural, los ingenieros analizaban los edificios como un conjunto de pórticos planos empleando métodos aproximados como el del portal, voladizo o muto, utilizando para las operaciones numéricas reglas de cálculo o calculadoras de mano. Los programas elaborados a inicios de los 70s tenían una serie de limitaciones, como: una capacidad muy reducida de análisis, un complicado proceso de ingreso de datos (que se realizaba a través de tarjetas perforadas) y una trabajosa lectura de los resultados, los cuales se obtenían en papel impreso. Estas desventajas iniciales, que demandaban un gran cuidado en el ingreso de los datos y en la lectura de los resultados, se fueron reduciendo con los años debido al aumento en la memoria y velocidad de las nuevas computadoras, la implementación de nuevos métodos numéricos, la invención de nuevos algoritmos, lenguajes de programación y sistemas operativos con entornos gráficos más avanzados. A finales de los años 70s, aparecieron las computadoras personales, lo cual hizo que los programas de análisis también se volvieran populares en las pequeñas compañías y entre algunos usuarios individuales. En el año 1980, se desarrolló la primera aplicación para análisis estructural en 3D para computadoras personales. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Posteriormente, nos topamos con el desarrollo original de ETABS (Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems o Análisis Tridimensional Extendido de Edificaciones), el predecesor de ETABS, fue claramente reconocido que los edificios constituyen un tipo de estructura muy especial. Se lanzaron programas anteriores a ETABS, que proveyeron datos de entrada, de salida y soluciones numéricas de técnicas que tomaron en consideración las características únicas de las estructuras del tipo del edificio, proporcionando una herramienta que ofreció ahorros significativos en tiempo y aumentó exactitud sobre los programas para fines generales. (Hernández, 2008) Cualquier proyecto de estructuras, antes de ser analizado y diseñado debe ser previamente modelado. En la etapa de creación del modelo (modelaje), se representa la estructura real por medio de una construcción simplificada de los elementos que la conforman. Es muy I INTRODUCCIÓN importante que se entienda el comportamiento de éstos a fin de evitar que se utilicen más elementos de los que se necesitan mediante refinamientos innecesarios que retrasan el análisis. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Los programas de análisis de estructuras permiten realizar el modelaje de las mismas, el procesamiento numérico de los datos y el análisis de los resultados a través de diferentes etapas. En su etapa de pre procesamiento se cuenta con diversas herramientas que facilitan el dibujo y la visualización del modelo. Posteriormente a la fase de modelaje, se deben determinar y analizar los esfuerzos y deformaciones en la estructura. Para ello se utilizan técnicas de análisis matricial de estructuras (AME) y análisis por el método de elementos finitos (MEF), que involucran una gran cantidad de cálculos numéricos, de modo que es imprescindible utilizar algún software de cálculo para su diseño. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Actualmente, el modelaje de una estructura por medio de estos programas no es complicado, pues permiten realizar rápidamente la creación del modelo a través del dibujo de un conjunto de objetos que poseen propiedades (dimensión, material, sección transversal, etc.) y que representan a los elementos de la estructura. Éstos cuentan también con herramientas de edición, como cortar, copiar y pegar; opciones para obtener la geometría global de la estructura a través de plantillas o mediante la importación de archivos de dibujo de CAD. Asimismo, cuenta con opciones de visualización del modelo (3d, planta, elevación), opciones de visualización de resultados (en pantalla o archivos de texto), los cuales pueden ser exportados a diversas aplicaciones de Windows (Excel, Word, Access). (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) En vista de la importancia que tienen actualmente estos programas en el análisis de estructuras es que se ha realizado el presente trabajo de investigación, dentro del cual se han desarrollado específicamente las capacidades del programa ETABS, por medio de la explicación de las facilidades que ofrece en sus etapas de pre procesamiento, procesamiento y post procesamiento, explicando detalladamente su empleo en el diseño de edificios, destacando sus funciones principales para el análisis y la modelación estructural. El innovador y revolucionario nuevo ETABS es el último paquete de software integrado para el análisis y diseño estructural de edificios. La incorporación de 40 años de II INTRODUCCIÓN investigación y desarrollo continuo, ofrece en esta última versión de software de diseño el modelado basado en objetos 3D sin igual y herramientas de visualización lineal, extraordinariamente rápido y el poder de análisis no lineal, capacidad de diseño sofisticadas y completas para una amplia gama de materiales, además de interesantes gráficas, pantallas, informes y dibujos esquemáticos que permiten a los usuarios descifrar y comprender los resultados de análisis y diseño de forma rápida y fácil. (Computers and Structures, 2005) Con el fin de ilustrar las capacidades del programa ETABS, se presenta adicionalmente una metodología para su uso y a manera de ejemplo, el modelaje, análisis y diseño en concreto armado de los elementos típicos de un edificio idealizado para la comprensión del programa. El tema de tesis “ANÁLISIS Y DISEÑO DE EDIFICIOS CON ETABS 2015”, se ha desarrollado con la finalidad de servir de material didáctico a todas aquellas personas que pretendan iniciarse en el uso de un programa de análisis de edificios, en este caso el ETABS. Problema científico La necesidad del aprendizaje de los nuevos métodos y procedimientos en los que se basa el ETABS 2015 para elaborar una guía metodológica sobre el empleo del software en el análisis y modelación estructural de edificios. Además, es necesaria esta guía metodológica para su empleo en el sistema educacional de pre y posgrado, así como su aceptación por parte de profesionales de la Ingeniería Civil y de la Arquitectura que estén interesados en el uso del software. Objeto de estudio Los métodos y los procedimientos para realizar el análisis, la modelación y el diseño con ETABS 2015. Campo de Acción Modelación, análisis y diseño estructural de edificios. Hipótesis El empleo del ETABS 2015 para la modelación y análisis de edificios garantiza un mejor diseño estructural de los mismos, haciendo uso de las herramientas y facilidades de manejo que presenta el programa. III INTRODUCCIÓN Objetivo general Elaborar una guía metodológica basada en el aprendizaje sobre el uso del software ETABS 2015 que pueda ser utilizada por estudiantes e ingenieros proyectistas en su accionar profesional. Objetivos específicos Establecer el estado actual del conocimiento sobre: la modelación, el análisis y diseño automatizado de edificaciones por ETABS 2015 utilizando las invariantes de la modelación para ello. Elaborar una guía para el empleo de ETABS 2015 en la modelación, el análisis y el diseño estructural de edificaciones, que facilite su aplicación por estudiantes de pre y posgrado, así como para los profesionales que requieran su empleo. Elaborar un caso de estudio que permita la comprensión de las principales figuras de la modelación, análisis y diseño estructural con ETABS 2015. Interrogantes científicas: 1. ¿Cuál es el estado actual de los conocimientos sobre el análisis, la modelación y el diseño de edificios con ETABS 2015? 2. ¿Cuáles son los aspectos fundamentales y qué carácter adoptan las invariantes durante la modelación y el diseño de edificios con el software a tratar? 3. ¿Sería posible elaborar una metodología para la aplicación de los procedimientos existentes para la modelación y el diseño de edificios con ETABS 2015? 4. ¿Qué aspectos conclusivos pueden establecerse luego de pasar al análisis y diseño de un caso de estudio definiendo varios criterios de diseño que tiene en cuenta el software en las diferentes invariantes a plantear? Tareas científicas: 1. Detección y búsqueda bibliográfica para conocer el nivel de conocimientos que existe sobre el tema. 2. Recopilación bibliográfica preliminar, realizando una síntesis de los aspectos esenciales de los mismos. IV INTRODUCCIÓN 3. Realización del diseño teórico (protocolo) del trabajo y elaboración del cronograma del trabajo. 4. Presentación del diseño teórico en la línea de investigación. 5. Redacción del Capítulo I: “Estado del conocimiento sobre la modelación, el análisis y el diseño estructural automatizado de edificaciones con ETABS 2015”. 6. Entrega y revisión por el tutor del Capítulo I. 7. Presentación del capítulo I en la línea de investigación. 8. Elaboración de la Guía Metodológica para el empleo del ETABS 2015 en la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones de forma detallada en el Capítulo II. 9. Redacción final Capítulo II 10. Entrega y revisión por el tutor del Capítulo II. 11. Redacción del capítulo III: “Ejemplo de aplicación del ETABS 2015 presentando la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones.” 12. Entrega y revisión por el tutor del Capítulo III. 13. Presentación del capítulo II y III en la línea de investigación. 14. Conclusiones, Recomendaciones y Anexos. 15. Pre defensa en la línea de investigación. 16. Entrega final. 17. Defensa El valor potencial de la investigación, se estima dividido en los siguientes aspectos: Novedad científica Debido a los avances y recursos tecnológicos con que se cuenta en la actualidad en el área de la ingeniería civil, en especial de la ingeniería estructural, hoy en día, existen muchos programas de computadora, en donde, se pueden modelar edificios tridimensionales para su análisis y diseño utilizando el método de análisis de los elementos finitos, estos programas, permiten observar cómo sería el comportamiento de los edificios ante diversos tipos de carga mediante una interfaz gráfica; además, las últimas versiones de estos programas de computadora incluyen las publicaciones más actualizadas de las normas o reglamentos más reconocidos para el análisis y diseño de estructuras, permitiendo realizar análisis más V INTRODUCCIÓN complejos, haciendo que posean un mayor grado de certidumbre respecto a sus predecesores. Valor metodológico La necesidad de incorporar las nuevas tecnologías en el área de la ingeniería estructural como herramientas complementarias para el estudio de materias afines con el análisis y diseño de estructuras, implica la elaboración de una guía que facilite el manejo de programas de computadora, proporcionando, a los alumnos que cursan estudios de pregrado y a todo aquel profesional en el área de ingeniería civil que esté interesado en el tema, una ayuda para el uso de dichos programas. Valor práctico La elaboración de este trabajo de diploma comprende la elaboración de una guía metodológica para el análisis y el diseño de edificios asistido por el software ETABS 2015, de ahí su importancia y relevancia social, partiendo de su empleo como material educacional para su impartición en cursos de pre y posgrado, así como su uso por todo aquel profesional interesado en el tema. Relevancia Social El desarrollo del presente trabajo constituye una contribución al conocimiento del análisis y diseño con ETABS 2015 para su aplicación por parte de las entidades que realizan estos servicios. La identificación de los criterios de diseño fundamentales que el software tiene en cuenta resulta ser el primer paso en la aplicación del mismo para su empleo en la modelación de edificios asistida por este programa. Así mismo, dichos criterios constituyen la base para la evaluación del comportamiento de tales estructuras ante la acción de diferentes cargas aplicadas, de ahí su importancia. Organización del informe La estructura general del trabajo de diploma es: Resumen Introducción Capítulo I: Estado del conocimiento sobre la modelación, el análisis y el diseño estructural automatizado de edificaciones con ETABS 2015. VI INTRODUCCIÓN Capítulo II: Guía Metodológica para el empleo del ETABS 2015 en la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones. Capítulo III: Ejemplo de aplicación del ETABS 2015 presentando la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones. Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía Anexos VII CAPITULO I Capítulo I: “Estado del conocimiento sobre la modelación, el análisis y el diseño estructural automatizado de edificaciones con ETABS 2015”. 1.1. Generalidades El diseño estructural es el procedimiento mediante el cual se definen los elementos que integran a las estructuras en lo referente a materiales, dimensiones, uniones, detalles en general y su ubicación relativa en los edificios. Estos elementos deberán presentar un comportamiento adecuado en condiciones de servicio y tener la capacidad para resistir las fuerzas a las que estén sometidos sin que se presente el colapso de la estructura. (Corzo Véliz, 2005) Una consideración muy oportuna acerca del análisis estructural es la siguiente: El análisis constituye la etapa “científica” del proceso de diseño, aquella en que se emplean métodos de la mecánica estructural que implican el uso de herramientas matemáticas frecuentemente muy refinadas. (Corzo Véliz, 2005) El análisis estructural ha tenido una evolución extraordinaria en las últimas décadas con el desarrollo de métodos numéricos que resuelven los problemas matemáticos, mediante procedimientos iterativos con los que se puede llegar al nivel de precisión que se desee, a través de la ejecución del número necesario de ciclos de iteración. (Corzo Véliz, 2005) Con estos procedimientos se pueden analizar prácticamente cualquier tipo de estructura, por más compleja que sea, recurriendo al empleo de software de análisis y diseño con los que pueden realizarse en poco tiempo y a un costo razonable los millones de operaciones numéricas que una solución de este tipo implica. En los programas de análisis y diseño de estructuras, el modelaje, el procesamiento numérico de los datos y la visualización de los resultados, se realiza en entornos de trabajo perfectamente definidos, que corresponden a las etapas de pre procesamiento, procesamiento y post procesamiento, respectivamente. En la figura 1.1 se muestra el 1 CAPITULO I desarrollo de las operaciones realizadas por los programas de análisis y diseño de estructuras a manera de diagrama. Fig. 1.1 Esquema del desarrollo de las operaciones de un programa de análisis y diseño estructural. (Villegas, 2005) 1.1.1. Posibilidades de Pre Procesamiento Los programas actuales permiten desarrollar la geometría del modelo mediante un conjunto de objetos, como líneas o mallas de elementos finitos, bi o tridimensionales, a los cuales se les asigna sus propiedades mecánicas (módulo de elasticidad, coeficiente de Poisson, etc.), propiedades geométricas (sección transversal, momentos de inercia, espesores en el caso de losas, etc.), el material y las solicitaciones de carga (fuerzas, desplazamientos, cambios de temperatura, etc.). (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Mediante las opciones de selección, los elementos pueden ser elegidos de acuerdo a la planta a la que pertenecen, a su sección transversal, al tipo de objeto (punto, barra, área), etc. Por otro lado, la geometría del modelo, que puede ser modificada a través de las opciones edición, como las de copiado, pegado y eliminación, se puede visualizar a través de vistas tridimensionales, vistas en planta o vistas en elevación. (Brizeño Z., et al., 2013) Es posible también, poder visualizar las asignaciones realizadas a los elementos, tales como, cargas, nombre, material, ejes locales, etc. y personalizar las opciones de 2 CAPITULO I visualización relacionadas al color del fondo de pantalla y de los elementos, al número de ventanas de visualización, al sonido de las animaciones, etc. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 1.1.2. Posibilidades de Procesamiento Las posibilidades de procesamiento, están relacionadas con el tipo de análisis que se puede ejecutar. Algunos de estos tipos corresponden al análisis estático elástico, análisis dinámico lineal (modal, tiempo-historia y espectral), análisis de acciones incrementales (Pushover), análisis de respuesta térmica, análisis transitorio lineal y no lineal y al análisis de líneas de influencia. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Es posible también, considerar durante el análisis, el efecto de la secuencia constructiva en la determinación de los resultados. 1.1.3. Posibilidades de Post Procesamiento Los resultados del análisis pueden ser mostrados en pantalla a través de gráficos, tablas y funciones, o de manera impresa, a través de archivos de texto. De manera gráfica, es posible mostrar las reacciones en la base, las fuerzas internas en los objetos barra y la representación de la distribución de fuerzas y esfuerzos en los objetos de área y volumen. De manera tabular, es posible mostrar los desplazamientos, rotaciones y reacciones en los nudos, las fuerzas internas en los elementos, los modos del edificio, etc. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) También se pueden generar funciones que corresponden a curvas espectrales de respuesta, trazas tiempo-historia y curvas estáticas Pushover. Con la información relacionada a las restricciones, grados de libertad, masa de los elementos, períodos y frecuencias modales, factores de participación modal, porcentaje de masa de participación modal, etc., se puede generar un archivo de texto que podrá ser visualizado de manera impresa. Es posible además, obtener animaciones de la forma deformada del modelo (para un caso de carga) y los modos de vibración, y exportar los resultados del análisis a hojas de cálculo, procesadores de texto o bases de datos. (Hernández, 2008) 1.1.4. Softwares profesionales de análisis y diseño estructural 3 CAPITULO I El CSI (Computers and Structural Inc.), fue fundado en 1975 por su presidente Ashraf Habibullah, pero el desarrollo de los programas de CSI atraviesa tres décadas, comenzando con la investigación del Dr. Edward L. Wilson en la universidad de California en Berkeley, quien escribió el primer programa automatizado de computadora para el análisis de elementos finitos en 1961. El primer programa revolucionario conocido como SAP fue lanzado en 1970, además, él fue el diseñador original de los programas CAL, SAVIA y la serie de programas computacionales ETABS. (Benítez Villatoro, et al., 2005) Existen múltiples softwares con un nivel similarmente actual para realizar la Modelación, Análisis y Diseño Automatizado. Sin embargo el enfoque por invariantes resulta ser una herramienta universal en todo el proceso, dígase geometría, condiciones de apoyo, material, cargas y masa. (Salinas Basualdo, 2008) Dentro de los sistemas profesionales utilizados para el análisis y diseño de estructuras se encuentran (por mencionar algunos): STAAD Pro, SAP2000, SAFE, ETABS, Lira, Robot Millenium, Cype CAD, Teklas, RISA, Cosmos, Abaqus CAE, Ansy, etc. (Webnode, 2015) Aunque todos estos softwares fueron creados con una misma finalidad, existen ventajas y desventajas entre los mismos porque algunos presentan opciones de manejo y análisis más avanzadas que otros o simplemente unos presentan opciones de análisis y diseño que otros no. Estas diferencias se presentan en las tablas 1.1 y 1.2. No 1 Desempeño en el análisis Módulo de Pre/Pos procesamiento gráfico STAAD SAP2000, Pro ETABS, SAFE X X Lira X 2 Importa/Exporta .dxf X X 3 Análisis NL geométrico X X X 4 Análisis NL material X X X X 5 Análisis NL secuencia constructiva Robot Cype Millenium CAD X X X X X X 4 CAPITULO I 6 7 8 9 10 Análisis por desempeño (Pushover) Uso de plantillas / Modelos paramétricos Biblioteca EF Bending + Membrane Elementos sólidos X X X X X X X X X X X 12 Análisis dinámico X X X X X X X X Autogeneración carga de pisos X X Módulo de puentes 14 X X Hooks, etc viento/sismo X X Elementos GAP, Links, Autogeneración carga X X 11 13 X X X X X X X Permite unificar desplazamientos de nodos 15 en pisos y dinteles (Master/Slave, Constrains) Tabla 1.1 Comparación entre programas de análisis y diseño estructural. (Análisis) No Desempeño en el diseño STAAD Pro SAP2000, ETABS, SAFE Lira Robot Cype Millenium CAD 5 CAPITULO I 1 2 3 4 Vigas, columnas, losas, muros de corte (H.A) Vigas, columnas en acero Conexiones de acero, placas bases de columnas Cimentaciones aisladas, mixtas, etc. 5 Muros de contención 6 Genera planos 7 Vigas compuestas (Hormigón-Acero) X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 8 Steel deck X X X X 9 Mampostería X X X X 10 Pos-tesado X X 11 Grupos de pilotes X 12 13 Vigas y columnas de madera Aluminio X X X X X X X X Tabla 1.2 Comparación entre programas de análisis y diseño estructural. (Diseño) 6 CAPITULO I 1.1.5. Comparación del ETABS con otros similares de análisis y diseño estructural 1.1.5.1. ETABS vs SAP2000 SAP se ha creado para el uso en las estructuras civiles tales como puentes, presas, estadios, estructuras industriales y edificios; es hasta ahora el programa más avanzado con que se cuenta para el análisis de estructuras en general. Dicho programa se basa en el uso de elementos finitos, su evolución se inicia con SOLIDSAP, apareciendo después SAPIII y SAPIV luego se crea SAP 80 para microcomputadoras con avances en el análisis numérico, mecánica estructural y tecnología en computadoras, con posteriores avances se crea así SAP 90 que presenta nuevas tecnologías como la formulación de elementos, solución de fórmulas y después aparece SAP2000 que se usa para Windows. (Benítez Villatoro, et al., 2005) Dicho software presenta un amplio campo de aplicación abordando estructuras de cualquier tipo, ya sea en acero, hormigón armado y otra gama de materiales. Al citar “cualquier tipo”, se hace referencia a casas, edificios, tanques, escaleras, silos, etc. El SAP2000 no calcula conexiones metálicas y en hormigón armado le permite satisfacer criterios de corte en el nodo y de columna fuerte - viga débil. Además, carece de una parte de la simplicidad que ETABS tiene de discretizar la estructura en elementos macroscópicos además de que el mismo provee al usuario de plantillas predefinidas de sistemas de losas planas, losas en una dirección, losas reticulares o con nervaduras y casetones, cubiertas, etc. El ETABS es un módulo que surgió del SAP2000, siendo este el programa original. Se ha desarrollado específicamente para las estructuras de edificios de múltiples entrepisos, tales como edificios de oficinas, apartamentos y hospitales. Estos edificios pueden ser aporticados, a base de muros de corte, es decir, su entorno presenta herramientas que permiten de una manera rápida y versátil este tipo de estructuras, además de que las opciones de salida de datos son mucho más conducentes para diseño lateral. Hasta el momento la versión más reciente es la 15.0.0.(Computers and Structures, 2015) 1.1.5.2. ETABS vs STAAD Pro Se inicia por mencionar que, el programa de análisis y diseño STAAD Pro, muy a pesar de ser una buena herramienta al realizar análisis de puentes, domos, estructuras no regulares y 7 CAPITULO I especiales, se considera que al analizar estructuras regulares como son los edificios, el programa ETABS resulta mejor opción, ya que brinda más facilidades al manejar las herramientas y aplicaciones en todos los puntos del modelamiento. Dichos programas presentan ventajas y desventajas presentadas en la siguiente tabla: Ventajas Desventajas -No divide las losas en franjas para su análisis. STAAD Pro -No permite definir columnas de sección -Presenta un fichero script que compuesta desde su biblioteca. posibilita editar fácilmente las cargas asignadas. -La definición y asignación de los diafragmas se hace piso por piso y no a todos los niveles -Posibilidad de modelar cables. de la estructura de una sola vez. -Interfaz gráfica más fácil de usar. -No presenta análisis por etapas de construcción. -No permite introducir la excentricidad torsional en el espectro sísmico. -Presenta plantillas predeterminadas que facilitan el modelamiento de diferentes tipos de estructuras. -No permite modelamiento de cables. -Fácil modelamiento de cualquier ETABS sistema de piso. -Difícil modelamiento de cascarones y elementos tridimensionales. -Posibilidad de mostrar diagramas de elementos a nodos o a cualquier distancia declarada. - No presenta fichero script para la rápida edición desde el propio ambiente del programa. -Posibilidad de modelar columnas compuestas desde un editor predeterminado. -Opción de rigidizar un sistema de 8 CAPITULO I varios pisos con un solo “click”. -Presenta análisis por pandeo (Buckling) -Calculo automático de centros de masa y rigidez. Calculo automático de las masas de entrepiso. -Posibilita el análisis de la retracción a través de la modelación de la estructura por etapas de construcción. Tabla 1.3 Ventajas y desventajas del STAAD Pro y del ETABS. (Armenta Villa, et al., 2007) El software ETABS ofrece mayores ventajas para el análisis y diseño de una edificación compuesta. Además de que no solo es una herramienta versátil y compleja, supera al programa STAAD Pro en aplicaciones específicas de edificación y ofrece un ambiente gráfico de fácil manejo y entendimiento. 1.1.6. Estado actual del conocimiento del ETABS en Cuba En los últimos 30 años, ETABS ha sido reconocido como el estándar internacional para el Diseño y Análisis de edificios y tiene entre sus logros el diseño de la mayoría de estructuras alrededor del mundo. El software es también internacionalmente usado como una herramienta educativa y de investigación en centenares de instituciones. (Benítez Villatoro, et al., 2005) La utilización del ETABS para la modelación, el análisis y el diseño de edificios u otro tipo de estructura no resulta muy frecuente en nuestro país, este tema todavía resulta novedoso ya que se cuenta con muy pocos antecedentes en la temática. Las causas pueden ser varias, desconocimiento del manejo del software, falta de tiempo para el aprendizaje de nuevos softwares, apatía de los proyectistas hacia la introducción de nuevos métodos, etc. Producto a esto se debe el desarrollo del trabajo, influenciando a todo estudiante o profesional al diseño automatizado con ETABS. 1.2. Modelación de edificios 9 CAPITULO I La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y cálculo de la parte estructural en las edificaciones y demás obras. Su finalidad es la de conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el punto de vista de la resistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas, túneles, etc. (Computers and Structures, 2013) La ingeniería estructural es la elaboración de propuestas de solución en términos de conceptos estructurales, es decir alternativas que permitan resolver el problema de la existencia de la estructura. Refiriéndose a las posibilidades del equilibrio y de la estabilidad que debe existir antes de realizar una comprobación numérica. (Saravia Ramírez, 2013) Se inicia la concepción estructural, cuando se definen los sistemas resistentes, eligiendo los tipos y sistemas estructurales y organizándolos en el espacio, siendo lo más importante del proceso de análisis y diseño, una vez definido el sistema resistente, el resto del proceso es una consecuencia. (Saravia Ramírez, 2013) Algo muy importante es la relación que debe existir desde un inicio entre arquitectura e ingeniería estructural, ya que frecuentemente se adoptan estructuras con características incompatibles con el diseño arquitectónico, llegando a crear estructuras híbridas, una serie de combinaciones, como elementos muy rígidos con estructuras de mampostería, quedando en el olvido los sistemas definidos como marcos espaciales resistentes a momento, muros de corte, etc. (Benítez Villatoro, et al., 2005) Normalmente se tiende a considerar una estructura que se apoya en la cimentación, y esta a su vez al suelo y no se consideran las deformaciones, o en el peor de los casos que éstas no influyen sobre la estructura. (Saravia Ramírez, 2013) La anterior suposición no es válida y menos para acciones horizontales importantes (sismo o viento), en consecuencia la estructura es una sola, es decir: estructura, cimentación y suelo forman un único sistema resistente que debe ser estudiado globalmente. Por lo tanto, desde un principio se debe considerar cada sistema estructural en relación con las posibilidades de cimentación y la interacción con el suelo. 10 CAPITULO I En cuanto a la modelación de edificios se deben tener en cuenta una serie de parámetros y criterios basados en planteamientos ingenieriles para realizar posteriormente un mejor análisis de la estructura. Con este epígrafe se pretende dar a conocer la funcionalidad de una estructura, de tal forma que su análisis proporcione los parámetros de ingeniería esperados y aceptables, centrando la información en estructuras de hormigón armado y posteriormente las compilaciones de funciones y principios que recoge el ETABS para la modelación de estructuras. En consecuencia, la ingeniería estructural está centrando interés en que la forma, la simetría y la distribución general desarrolladas en la etapa conceptual, son muy importantes y contribuyen de manera más significativa en la determinación exacta de las fuerzas debido a los análisis y diseños. 1.2.1. Proporcionalidad entre el ancho y la altura Para un edifico, puede parecer equivalente al aumento del claro de una viga en voladizo, el período de un edificio no es solamente una función de su altura, sino también de factores como la relación entre altura y ancho, altura de piso, material y sistema estructural. (Saravia Ramírez, 2013) De este modo si se cambia el tamaño del edificio, al mismo tiempo cambia una o más variables, como su período, y por lo tanto aumentan o disminuyen las fuerzas sísmicas. Las fuerzas de volteo es fácil relacionarlas con la altura, pero las plantas grandes o anchas también tienen inconvenientes, cuanto más ancho sea el edificio, las diversas partes de la base del mismo, vibran asincrónicamente con aceleraciones diferentes, llegando a provocar destrozos en el edificio ancho, y por tal motivo tiene la mayor probabilidad de ocurrencia de estos esfuerzos y mayor será su efecto distorsionante. (TOMICIC, 2005) Las proporciones de un edificio pueden ser más importantes que su tamaño absoluto, entonces la relación altura/ancho, calculada de la misma manera que para una columna individual, es muy importante o más que sólo su altura. (Saravia Ramírez, 2013) Mientras más esbelto sea un edificio, más significativos serán sus efectos de volteo ante un sismo o viento, y considerando los esfuerzos sísmicos en las columnas exteriores, en especial las fuerzas de compresión por volteo, estas se consideran difíciles de manejar. En la figura 1.2 11 CAPITULO I se muestran edificios de gran altura con respecto al ancho en los que pueden ser más significativos estos efectos. a) b) c) d) Fig. 1.2 Edificios altos (rascacielos). a) Las Torres Petronas b)Taipei 101 c) Empire State d) Burj Dubai, el edificio más alto del mundo, en Dubái. Así se tienen las diferentes relaciones y se puede apreciar que están por arriba de la relación 4:1, 10:1, 7:1, etc. (ver figura 1.3) Fig. 1.3 Relaciones de esbeltez de edificios altos. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 1.2.2. Simetría Es la propiedad geométrica de la configuración del edificio; un edificio es simétrico respecto a sus ejes en planta si su geometría es idéntica en cualquiera de los lados de los ejes que se estén considerando. (Saravia Ramírez, 2013) En este aspecto se debe considerar la simetría tanto en planta como en elevación, por lo tanto las formas simétricas son 12 CAPITULO I preferibles a aquellas que no lo son, ya que las asimétricas producen esfuerzos de torsión e inducen concentración de esfuerzos. Para la modelación de una estructura, lo ideal sería tener simetría tanto en planta como en elevación (ver figura 1.4), aunque esta última pueda tener variantes mínimas, es decir que las plantas vayan variando o decreciendo y en general se lleve a la estructura a una simulación piramidal muy suavizada. (De la Torre Hermoza, 2009) a) b) Fig. 1.4 Modelación de un edificio simétrico con ETABS 2015. a) Vista en planta. b) Vista en 3-D. 1.2.3. Distribución, concentración y densidad Otros aspectos serían la distribución y concentración, es decir, que en ciertos puntos del edificio quedan columnas más juntas y muchas veces del mismo tamaño típico, provocando una concentración de masa. (Huari Wilson, 2010) También se tiene densidad de la estructura en planta, esto se aplica cuando en una misma planta se tienen más columnas o elementos estructurales y se puede considerar una consecuencia de la concentración debido a la distribución de elementos. (Huari Wilson, 2010) 1.2.4. Descripción del Proceso de Modelado con ETABS 13 CAPITULO I El ETABS presenta un modelado diferente a los modelos producidos por otros programas de análisis estructural, teniendo en cuenta para su justificación que, el diseño con ETABS, ha sido perfeccionado para la creación de sistemas de edificios (ver ejemplo en la figura 1.5). De esta forma, los métodos y procedimientos de modelado y capacidades de diseño son adaptados a estas edificaciones. (Computers and Structures, 2005) Fig. 1.5 Edificio alto modelado con ETABS. El modelado del ETABS está basado en objetos, consistentes en objetos puntos, líneas y área. Se pueden realizar tareas con dichos objetos para definir piezas estructurales, tales como vigas, columnas, contrapesos, pisos, muros, rampas y resortes. (Computers and Structures, 2005) De forma más simple, desarrollar un modelo requiere de tres pasos básicos: Dibujar series de objetos puntos, líneas y área que representen su edificio usando las diversas herramientas de dibujo que se encuentran disponibles en la interface gráfica. Asignar propiedades estructurales (secciones y materiales) y cargas a objetos. Asignar parámetros de división interna a objetos, si estos no son membranas horizontales, losa o secciones tablero/tablón que el programa automáticamente divide hacia los elementos necesarios para el análisis del modelo. Cuando el modelo está terminado, el análisis puede ser ejecutado. En ese momento, el programa convierte de forma automática los modelos basados en objetos en modelos basados en elementos, a esto se le conoce como modelo del análisis usado en el análisis 14 CAPITULO I total. La conversión del modelo del análisis es interno en el programa y esencialmente transparente para el usuario. (Hernández, 2005) 1.2.5. Terminología del Modelado Físico En ETABS, se refiere frecuentemente a Objetos, Piezas o Miembros y Elementos. Los Objetos representan las piezas o miembros estructurales físicos en el modelo. Los Elementos, por otro lado, se refieren a los elementos finitos usados internamente por el programa para generar matices rígidos. En muchos casos, los objetos y miembros físicos, tendrán correspondencia de uno a uno, y son estos objetos los que “dibuja” el usuario en la interface de ETABS. Los Objetos se han pensado como una representación exacta de los miembros o piezas físicas (ver figura 1.6). (TOMICIC, 2005) Fig. 1.6 Objetos, miembros y elementos de una estructura. Por lo anterior, un simple objeto línea puede modelar una viga completa, sin importar cuántos otros miembros tiene la barra, y sin importar la carga. Con ETABS, la creación del modelo y el reporte de los resultados se alcanzan en el nivel del objeto. (Hernández, 2008) En virtud, de que el usuario trabaja solo con los miembros físicos basados en objetos, se requiere de menor tiempo para crear un modelo y para interpretar los resultados, añadiendo a ello el beneficio de que los resultados del análisis son generados de forma más apropiada para el trabajo de diseño que sigue. Después se debe reconocer la simplicidad del Modelado basado en el objeto, la facilidad con la que usted puede crear modelos usando objetos, y el poder del concepto cuando se editan y se crean modelos complejos. 1.2.6. FEM (Método de los Elementos Finitos) El FEM (por sus siglas en inglés) o MEF permite obtener una solución numérica aproximada sobre un cuerpo, estructura o dominio (medio continuo) —sobre el que están definidas ciertas ecuaciones diferenciales en forma débil o integral que caracterizan el 15 CAPITULO I comportamiento físico del problema— dividiéndolo en un número elevado de subdominios no-intersectantes entre sí denominados «elementos finitos». El conjunto de elementos finitos forma una partición del dominio también denominada discretización. Dentro de cada elemento se distinguen una serie de puntos representativos llamados «nodos». Dos nodos son adyacentes si pertenecen al mismo elemento finito; además, un nodo sobre la frontera de un elemento finito puede pertenecer a varios elementos. (Webnode, 2015) El MEF es un método numérico de resolución de ecuaciones diferenciales. La solución obtenida por MEF es sólo aproximada, coincidiendo con la solución exacta sólo en un número finito de puntos llamados nodos. El conjunto de nodos considerando sus relaciones de adyacencia se llama «malla» (ver ejemplo en la figura 1.7). En el resto de puntos que no son nodos, la solución aproximada se obtiene interpolando a partir de los resultados obtenidos para los nodos, lo cual hace que la solución sea sólo aproximada debido a ese último paso. (Computers and Structures, 2015) b) a) Fig. 1.7 Método de Elementos Finitos. a) Solución de MEF en 2D para una configuración de un magnetostato, (las líneas muestran la dirección de la densidad de flujo calculada, y el color, su magnitud). b) La malla 2D para la imagen anterior (la malla es más densa alrededor de nuestro objetivo, aquellas zonas de mayor interés, o de mayor complejidad en el cálculo). (Webnode, 2015) Típicamente el análisis de los elementos finitos se programa computacionalmente para calcular el campo de desplazamientos y, posteriormente, a través de relaciones cinemáticas y constitutivas, las deformaciones y tensiones respectivamente, cuando se trata de un problema de mecánica de sólidos deformables o más generalmente un problema de 16 CAPITULO I mecánica de medios continuos. El método de los elementos finitos es muy usado debido a su generalidad y a la facilidad de introducir dominios de cálculo complejos (en dos o tres dimensiones). En la práctica ingenieril los métodos numéricos y, en particular, los elementos finitos, se convierten en la única alternativa práctica de cálculo. (Webnode, 2015) 1.2.6.1. Resultados del MEF El MEF se ha vuelto una solución para la tarea de predecir los fallos debidos a tensiones desconocidas enseñando los problemas de la distribución de tensiones en el material y permitiendo a los diseñadores ver todas las tensiones involucradas. Este método de diseño y prueba del producto es mejor al ensayo y error en donde hay que mantener costos de manufactura asociados a la construcción de cada ejemplar para las pruebas (ver figura 1.8). (Armenta Villa, et al., 2007) Fig. 1.8 Una función en 𝐻01 , con valor cero en los puntos finales (azul), y una aproximación lineal (rojo). (Webnode, 2015) Las grandes ventajas del cálculo computarizado se pueden resumir en: Hace posible el cálculo de estructuras que, bien por el gran número de operaciones que su resolución presenta (entramados de muchos pisos, por ejemplo) o por lo tedioso de las mismas (entramados espaciales, por ejemplo) las cuales eran, en la práctica, inabordables mediante el cálculo manual. En la mayoría de los casos reduce a límites despreciables el riesgo de errores operativos. 1.3. Características del análisis con ETABS ETABS es una propuesta especial de un programa de análisis y diseño sofisticado, pero fácil de usar, y desarrollado específicamente para edificios. El mismo ofrece un interfaz 17 CAPITULO I gráfico intuitivo y de gran alcance con incomparables procedimientos de modelación, análisis y diseño, que han sido integrados usando una base de datos común. (Computers and Structures, 2005) Aunque es rápido y sencillo para estructuras simples, ETABS puede ser usado en los modelos de edificaciones más grandes y complejas, incluyendo un amplio rango de comportamientos no lineales, que lo hacen la herramienta de opción para los ingenieros estructurales en el sector de la industria de la construcción. Mientras las computadoras y los interfaces de las computadoras se fueron desarrollando, ETABS añadió computacionalmente opciones analíticas complejas tales como comportamiento no lineal dinámico, y poderosas herramientas de dibujo CAD-like de una interface gráfica basada en el objeto. (Hernández, 2008) 1.3.1. Aspectos generales Aunque la versión 15 de ETABS parece radicalmente diferente a sus predecesoras de hace 30 años, su misión sigue siendo la misma: proveer a la profesión de uno de los programas más eficientes y comprensivos para el análisis y diseño de edificaciones. A tal efecto, el lanzamiento actual sigue el mismo acercamiento filosófico propuesto por los programas originales, a saber: La mayoría de los edificios se forman de geometría directa, con vigas horizontales y columnas verticales. Aunque configurar cualquier edificio es posible con ETABS, en muchos de los casos, un simple sistema de cuadrícula definido por pisos horizontales y columnas verticales puede establecer la geometría del edificio con un esfuerzo mínimo Muchos de los niveles del piso en los edificios son similares. Esta concordancia se puede utilizar numéricamente para reducir esfuerzo computacional. Las convenciones de entrada y de salida usadas corresponden a la terminología común de edificaciones. Con ETABS, los modelos se definen de forma lógica piso por piso, columna por columna, tramo por tramo, muro por muro y no como corrientes de puntos no descritos y elementos como lo hacen la mayoría de los programas para fines generales. Así la definición estructural es simple, sucinta y significativa. En muchos edificios, las dimensiones de sus miembros son grandes en relación a los grosores de los tramos y alturas de los pisos. Esas dimensiones tienen efectos significativos en la densidad de la barra. ETABS corrige para tales efectos en la 18 CAPITULO I formulación de la rigidez de la pieza, de forma diferente a la que lo hacen los programas de uso general que trabajan en dimensiones de línea central a línea central. Los resultados producidos por los programas deben ser usados de forma directa por el ingeniero. Los programas de uso general producen resultados en los que se requiere de procesos adicionales antes de que sean usados en el diseño estructural. ETABS es un programa basado en el método de los elementos finitos, con especiales características para el análisis y diseño estructural de edificaciones. Los métodos numéricos usados en el programa, los procedimientos de diseño y los códigos internacionales de diseño, que funcionan juntos desde una base de datos comprensiva, le permitirán ser versátil y productivo, tanto si se está diseñando un pórtico bidimensional o realizando un análisis dinámico de un edificio de gran altura con aisladores en la base. (Saravia Ramírez, 2013) Esta integración significa que usted crea solo un sistema de modelo de piso y sistemas de barras verticales y laterales (o sistema de muros) para analizar y diseñar todo el edificio. Todo lo que se necesita es integrar el modelo dentro de un sistema versátil de análisis y diseño con un utilizador de interface gráfica basada en Windows. No existen módulos externos para mantenimiento y no existe transferencia de datos entre programas o módulos. Los efectos sobre una parte de la estructura debido a cambios efectuados en otra parte son instantáneos y automáticos. (Hernández, 2005) ETABS analiza y diseña la estructura de su edificio usado el modelo que usted ha creado usando la interface gráfica del usuario. La clave para implementar exitosamente ETABS es entender que se debe tener un acercamiento a través del modelado de sistemas de edificios; para ello el programa ofrece una extensa y diversa rama de herramientas que le ayudaran a modelar un amplio rango de sistemas y comportamientos del mismo. (Computers and Structures, 2002) Este epígrafe le proporcionará una vista rápida y desarrollo del análisis a realizar con el ETABS, los tipos que presenta así como una breve descripción de los mismos. 1.3.2. Métodos numéricos Los métodos numéricos usados para analizar la edificación permiten modelar sistemas de piso de tableros de acero y losa de concreto que puedan automáticamente trasmitir sus 19 CAPITULO I cargas a las vigas principales. El enmallado de elementos finitos elaborados automáticamente de un complejo sistema de piso con interpolación de desplazamientos en transiciones de diferentes características de mallas, asociado con el análisis de vectores Ritz para el análisis dinámico, permite la inclusión de los efectos de flexibilidad del diafragma en el análisis de una manera práctica. (TOMICIC, 2005) Las opciones de análisis dinámico vertical permiten incluir los efectos de las componentes del movimiento vertical del terreno en su análisis sísmico. (TOMICIC, 2005) Esto también permitirá una evaluación detallada de los problemas de vibración vertical de pisos, adicionales a los métodos empíricos tradicionales que también son incluidos dentro del software. Los problemas especiales asociados con la construcción de estructuras típicas han sido asociados con técnicas numéricas personalizadas que permiten incluir fácilmente sus efectos en el análisis. Los problemas especiales incluidos, entre otros, son: cálculo del centro de rigidez, efectos locales y globales P-Delta, inclusión de paneles aislados en zona deformable, efecto de nudos rígidos en los extremos y desplazamiento de extremos de elementos con relación a los puntos cardinales de una sección. (Brizeño Z., et al., 2013) 1.3.3. Opciones de análisis con ETABS Los métodos de análisis incluyen una gran variedad de opciones para el análisis estático y dinámico. Son posibles los análisis estáticos para pisos laterales y cargas de niveles que especifique el usuario. El modelo integrado puede incluir sistemas de vigas de acero, pórticos resistentes, complejos sistemas de muros de cortante, losas de piso rígido y flexible, techos inclinados, rampas y estructuras de estacionamiento, sistemas de tijerales, edificaciones múltiples y sistemas de diafragma escalonados. (Proaño Sarango, 2014) Si los elementos del piso con capacidad flexión en placa son modelados, las cargas laterales uniformes en el piso serán transferidas de las vigas y columnas a través de la flexión de los elementos del piso. De otra forma, las cargas laterales uniformes en el piso se convierten automáticamente a cargas de tramos en vigas colindantes, o en cargas de puntos o columnas adyacentes, de tal modo la tediosa transferencia tributaria de carga de las vigas de pisos se hace automática sin hacer el modelado explícito de las barras secundarias. (Proaño Sarango, 2014) 20 CAPITULO I El programa puede generar de forma automática patrones de carga laterales de viento y sísmicos para conocer los requerimientos de los diversos códigos de edificación. El modo tridimensional de figuras y frecuencias, factores de participación modal, dirección de factores y porcentajes de participación de masas son evaluados usando el análisis del vector propio o el vector Ritz. (Computers and Structures, 2015) Los efectos P-Delta pueden ser incluidos con el análisis estático o dinámico. En ETABS son posibles las respuestas al análisis de espectros, análisis de cálculo paso a paso o Time History lineal, análisis de Time History no lineal (Pushover). Las capacidades estáticas no lineales también le permiten ejecutar el análisis de incremento de la construcción para que esas fuerzas que surjan como resultado de la construcción de dicha secuencia sean incluidas. Los resultados de diversas condiciones de carga estáticas deben ser combinados con cada uno de los resultados de la respuesta dinámica del espectro o con el análisis de Time History. (Hernández, 2008) En un análisis ejecutado, usted puede solicitar un análisis P-Delta inicial, un análisis modal, y múltiples compartimientos de linear estático, respuesta del espectro, y un análisis de Time History. (Hernández, 2008) Los múltiples compartimientos de análisis estáticos de no linealidad pueden ser definidos y estos se ejecutan de forma separada a los otros análisis de compartimientos. La salida puede ser vista de forma gráfica, exhibida de forma tabular, enviado a una impresora, exportada a un archivo de base de datos o guardada en un archivo ASCII. (Hernández, 2008) Los tipos de salida incluyen reacciones y fuerzas de las piezas, modos de figuras y factores de participación, desplazamientos estáticos y dinámicos de niveles o pisos constantes, desplazamientos o amontonamientos de nodos entre pisos, Time History de trazos, y más. 1.3.4. Análisis estático En el análisis estático, las cargas no varían en el tiempo y la estructura no excede el rango elástico. El programa ETABS, organiza el análisis estático en casos de carga estática, cada uno de los cuales contiene un conjunto de cargas de origen semejante y que actúan 21 CAPITULO I simultáneamente en los objetos del modelo. Las cargas estáticas pueden tener un origen gravitatorio, de viento, de nieve, etc. (Proaño Sarango, 2014) 1.3.4.1. Análisis estático Lineal Un análisis estático lineal se ejecuta automáticamente para cada compartimiento de carga estática que se define (ver figura 1.9). Los resultados de los diferentes compartimientos de carga pueden combinarse con los demás o cualquier otro análisis de compartimiento de carga lineal, tales como el análisis de respuesta de espectros. (Proaño Sarango, 2014) Fig. 1.9 Definición de cargas estáticas. La geometría y no-linealidad del material no son consideradas en el análisis lineal estático, excepto en el efecto del análisis P-Delta inicial que se incluye en cada compartimiento de carga estática. Por ejemplo, al definir un análisis inicial P-Delta para carga de gravedad, las deflexiones y momentos se incrementan para los compartimientos de cargas laterales estáticas. (Computers and Structures, 2005) 1.3.4.2. Análisis Estático No Lineal (Pushover) Las características y funcionalidades de los análisis Pushover en ETABS incluyen la implementación de la FEMA 356 (Agencia Federal para el Manejo de Emergencias) y la de las rótulas plásticas clásicas o de fibras, basadas en las relaciones de tensiónextensión de los materiales constituyentes. Los elementos de área no lineales permiten al usuario considerar en el análisis Pushover el comportamiento plástico de los muros resistentes, Fig. 1.10 Deformada por análisis estático no lineal. 22 CAPITULO I losas, chapas de acero y otros elementos finitos de área. Se pueden definir relaciones fuerza-deformación para rótulas de acero y de hormigón armado. (Hernández, 2008) En la figura 1.10 se muestra una estructura deformada por análisis pushover. 1.3.4.3. Análisis Inicial P-Delta El análisis P-Delta tiene en cuenta los efectos de los esfuerzos de compresión y tracción en la variación de rigidez transversal de los miembros de la estructura. La compresión reduce la rigidez lateral y la tracción la aumenta. Este análisis es particularmente útil para considerar el efecto de las cargas verticales en la rigidez lateral de las estructuras de edificios. (Computers and Structures, 2015) a) b) Fig. 1.11 Momentos de cargas utilizando el efecto P-Delta. a) Momento de tensión. b) Momento de compresión.. Se puede utilizar un simple análisis P-delta para un caso de cargas gravitacionales para alterar la rigidez de casos de carga lineales (ver figura 1.11), que podrán después ser combinados linealmente. Alternativamente, cada combinación de cargas se puede analizar para efectos P-delta totales no lineales. (Hernández, 2005) La consideración de efectos P-delta es posible para todos los elementos y está también integrada en el análisis y dimensionamiento. 23 CAPITULO I 1.3.4.4. Efectos Diferidos en el Tiempo (Time Dependent) El análisis de la secuencia constructiva es tratado por ETABS como un tipo especial de análisis estático no lineal, ya que la estructura puede estar sometida a deformaciones inelásticas. Las secuencias de construcción incremental se pueden modelar en ETABS (ver figura 1.12). Pueden ser considerados efectos no lineales, como grandes deformaciones, cedencia, ampliación y contacto en elementos con holguras. Son también considerados los efectos de fluencia, retracción y alteración de rigidez. Fig. 1.12 Formulario de caso de secuencia (Webnode, 2015) constructiva. 1.3.5. Análisis dinámico En el análisis dinámico, los desplazamientos de la estructura varían con el tiempo (ver figura 1.13), generando velocidades y aceleraciones que también varían con el tiempo. Los análisis dinámicos de ETABS incluyen el cálculo de modos de vibración a través de Ritz o Eigen Vectors, análisis de espectros de respuesta y "time-history", tanto para comportamiento lineal como no lineal. a) b) 24 CAPITULO I Fig. 1.13 Grados de libertad de un pórtico de 2 niveles. a) Grados de libertad estáticos. b) Grados de libertad dinámicos. 1.3.5.1. Análisis Modal Este análisis calcula los modos de vibración para la estructura basado en la rigidez de los elementos y masas presentes. Esos modos pueden usarse para investigar el comportamiento de la estructura, y son requeridos como una base para los análisis subsecuentes de respuesta del espectro y Time History. Se encuentran disponibles dos tipos de análisis: análisis del vector propio y análisis del vector Ritz. (Computers and Structures, 2005) El análisis modal por “eigen-vector” encuentra los modos de vibración natural de la estructura y puede utilizarse para una mejor percepción del comportamiento de la misma, y también para la superposición modal de los análisis de espectro de respuesta y "time-history modal". El análisis modal por “ritz-vectors” encuentra los mejores modos de vibración para captar el comportamiento estructural en los análisis de espectro de respuesta y "time-history modal”, resultando más eficiente que el análisis por “eigen-vector”. (Computers and Structures, 2015) En la figura 1.14 se muestra el comportamiento de un edificio aplicando el análisis modal. Fig. 1.14 Comportamiento de un edificio ante un análisis modal. 25 CAPITULO I 1.3.5.2. Análisis por Espectro de respuesta (Response Spectrum Analysis) El análisis de espectro de respuesta determina la respuesta estadísticamente más probable de la estructura a un determinado sismo. Este tipo de análisis lineal utiliza los espectros de respuesta basados en los tipos de sismo y condiciones locales (ver figura 1.15). Este método es extremadamente eficiente y considera el comportamiento Fig. 1.15 Definición de la función para el espectro de respuesta. dinámico de la estructura. (Webnode, 2015) 1.3.5.3. Análisis Temporal No Lineal (Time History Analysis) El análisis "time-history" (ver figura 1.16) capta detalladamente la respuesta de la estructura a movimientos basales debidos al sismo y a otros tipos de acciones como: explosiones, equipamientos, viento, olas, etc. El análisis puede recurrir a una superposición modal o a métodos de integración directa, lineales y no lineales. El método modal no lineal, FNA ("Fast Nonlinear Analysis"), es extremadamente eficiente y preciso para varios tipos de problemas. El método de integración directa es aún más general y puede abarcar grandes desplazamientos y otros tipos de comportamientos altamente no lineales. (Computers and Structures, 2015) Los análisis "time-history" no lineales se pueden encadenar a partir de otros tipos de casos no lineales (incluyendo secuencias constructivas), abordando una amplia gama de aplicaciones prácticas. 26 CAPITULO I Fig. 1.16 Definición de la función para el análisis Time History. 1.3.5.4. Análisis de Pandeo (Buckling) La estimación lineal de pandeo se puede obtener para cualquier conjunto de acciones. Los modos de inestabilidad se pueden calcular a partir de la rigidez obtenida al final de análisis no lineales y secuencia constructiva. También es posible realizar análisis no deformaciones lineales y no de pandeo linealidades considerando de los grandes materiales. El comportamiento de “snap-through” se puede obtener a través de Fig. 1.17 Efecto del pandeo. un análisis estático con control de desplazamiento. Se pueden utilizar análisis dinámicos para modelar situaciones de pandeo más complejas, como por ejemplo análisis de pospandeo. (Computers and Structures, 2015) En la figura 1.17 se puede apreciar el efecto del pandeo en una estructura. 1.4. Características del diseño con ETABS El diseño de los elementos estructurales de edificios con la utilización del software está basado en modelos definidos por el material basados en el comportamiento histerético del mismo. 1.4.1. Modelos analíticos del comportamiento histerético 27 CAPITULO I Un modelo histerético debe ser capaz de representar la evolución de la rigidez, la resistencia y el efecto de estrechamiento bajo cualquier historial de desplazamientos. Muchos modelos histeréticos han sido desarrollados durante las últimas décadas con el objetivo de acercarse cada vez al comportamiento real de estructuras de hormigón armado. (Hernández, 2005) El ETABS incluye varios modelos presentados a continuación. 1.4.1.1. Modelo histerético elástico El comportamiento es no lineal, pero elástico. Esto significa que el material siempre carga y descarga a lo largo de toda la curva y la energía no se disipa. Este comportamiento se ilustra la figura 1.18. Esta es la misma curva para todos los modelos posteriores, excepto que el modelo en concreto utiliza solo la parte positiva de la curva, con la parte negativa se define por separado. (Computers and Structures, 2015) Fig. 1.18 Curva del comportamiento histerético elástico. (Computers and Structures, 2015) 1.4.1.2. Modelo histerético cinemático Este modelo se basa en el comportamiento del endurecimiento cinemático que se observa comúnmente en los metales, y es el modelo de histéresis predeterminado para todos los materiales tipo metal en el programa. En este modelo se disipa una cantidad importante de energía, y es apropiado para materiales dúctiles. (Computers and Structures, 2015) El comportamiento del modelo es mostrado en la figura 1.19. 28 CAPITULO I Fig. 1.19 Curva del comportamiento histerético cinemático. (Computers and Structures, 2015) 1.4.1.3. Modelo histerético degradante Este modelo es muy similar al modelo cinemático, pero utiliza un bucle de histéresis degradantes que da cuenta de la disminución de la disipación de energía y descarga de rigidez con el aumento de la deformación plástica (ver figura 1.20). (Webnode, 2015) Dos medidas se utilizan para la deformación plástica: Deformación plástica máxima en cada una de las direcciones positiva y negativa. Acumulada deformación plástica, que es la suma absoluta de cada incremento de la deformación plástica, positivo o negativo. La deformación plástica no se produce en los dos segmentos elásticos de la curva de acción-deformación. a b) c) Fig. 1.20 Curva del comportamiento histerético degradante. a) Degradación elástica. b) Degradación de la rigidez. c) Degradación 0.5 elasticidad + 0.5 rigidez. (Computers and Structures, 2015) 1.4.1.4. Modelo histerético takeda 29 CAPITULO I Este modelo es muy similar a la del modelo cinemático, pero utiliza un bucle de histéresis degradantes basado en el modelo de Takeda, como se describe en Takeda, Sozen, y Nielsen (1970). Este modelo simple no requiere parámetros adicionales, y es más apropiado para hormigón armado que para metales. En el mismo se disipa menos energía que en el modelo cinemático. (Webnode, 2015) La descarga Fig. 1.21 Curva del comportamiento histerético es a lo largo de los segmentos elásticos cinemático. (Computers and Structures, 2015) similares al modelo cinemático, tal y como se muestra en la figura 1.21. 1.4.1.5. Modelo histerético de pivote Este modelo es similar al modelo de Takeda, pero tiene parámetros adicionales para controlar el bucle de histéresis degradantes. Es especialmente adecuado para los miembros de hormigón armado, y se basa en la observación de que la carga y descarga inversa tienden a ser dirigida hacia puntos específicos, llamados puntos de pivotes, en el plano de accióndeformación (ver figura 1.22). El uso más común de este modelo es de momento-rotación y no está destinado para el hormigón no reforzado. Fig. 1.22 Curva del comportamiento histerético de pivote. (Computers and Structures, 2015) 1.4.1.6. Modelo histerético del hormigón 30 CAPITULO I Este modelo está diseñado para hormigón y materiales similares no reforzados, y es el modelo por defecto para los materiales de concreto y mampostería en el programa. La tensión y el comportamiento de compresión son independientes y se comportan de manera diferente. La curva de fuerza-deformación (tensión-deformación) se utiliza para determinar el signo de la compresión, que puede ser positivo o negativo (ver figura 1.23). El punto que tiene el mayor valor absoluto de la tensión o fuerza se considera que está en compresión, de modo que el signo de la compresión puede ser positivo o negativo. (Computers and Structures, 2015) Fig. 1.23 Curva del comportamiento histerético del hormigón. (Computers and Structures, 2015) Este modelo está destinado principalmente para el comportamiento axial, pero se puede aplicar a cualquier grado de libertad. Para el hormigón armado es mejor modelar utilizando el pivote, degradantes, o modelos de Takeda. 1.4.1.7. Modelo histerético de endurecimiento BRB Este modelo es similar al modelo cinemático, pero representa el aumento de la fuerza con la deformación plástica que es típico de los aparatos de tronzado-restringido, haciendo que la curva, y por lo tanto el ciclo de histéresis, crezca progresivamente de tamaño (ver figura 1.24). Se pretende principalmente para su uso con el comportamiento axial, pero se puede aplicar a cualquier grado de libertad. Fig. 1.24 Curva del comportamiento histerético de endurecimiento BRB. (Computers and Structures, 2015) 31 CAPITULO I Dos medidas se utilizan para la deformación plástica aparecen mencionadas en el subepígrafe 1.4.2.3. 1.4.1.8. Modelo histerético isotrópico Este modelo es, en cierto sentido, lo contrario del modelo cinemático. La deformación plástica en una dirección "empuja" la curva para la otra dirección fuera de ella, de modo que ambas direcciones hay un aumento de la fuerza de forma simultánea (ver figura 1.25). A diferencia del modelo de endurecimiento BRB, la curva muestra que no hay aumento de la fuerza, sólo la Fig. 1.25 Curva del comportamiento histerético descarga y revierte el comportamiento de isotrópico. (Computers and Structures, 2015) carga. Los correspondientes pares de puntos están vinculados. No se requieren parámetros adicionales para este modelo. 1.5. Novedades más destacadas de las últimas versiones del ETABS Espectros de diseño sísmico por las NTC2004 del RCDF (ver figura 1.26) 32 CAPITULO I Fig. 1.26 Espectros de diseño sísmico del ETABS. Importación de mallas y geometría desde AutoCAD. Ya se puede importar mallas y geometrías de pisos desde AutoCAD. Diseño de conexiones de acero. Diseño de placas base. Dibujo de planos de construcción en formato CAD, para estructuras de concreto y acero. Ordenación y Filtrado de Resultados. Ahora puedes obtener los resultados de tu modelo en forma filtrada u ordenar los datos de diferentes maneras. Por ejemplo, puedes ordenar los resultados de los elementos mecánicos de tus elementos, de mayor a menor, para la carga axial, por ejemplo, o para el cortante o el momento. Mejorado diseñador de secciones. Dibuja libremente cualquier tipo de sección usando este nuevo módulo integrado, y automáticamente calcula todas las propiedades. Captura de ventanas. Puedes copiar y pegar imágenes de las ventanas del modelo en el programa. Por ejemplo, puedes copiar todas las ventanas, o solo la ventana activa, y puedes copiar la ventana con o sin sus títulos superiores. 1.6. Conclusiones parciales del capítulo: La confección de este capítulo presenta solo un adelanto de algunos de los componentes básicos del modelaje con ETABS, además de ilustrar algunas de las técnicas que provee el software para el eficiente modelado de sistemas y comportamientos típicamente asociados con la estructura de los edificios. También se hace referencia a manera de introducción general a las técnicas primarias que ETABS ofrece para análisis lineal y no lineal de edificios. Teniendo en cuenta todos los aspectos abordados se concluye que: La utilización de programas automatizados de estructuras lleva a una optimización del diseño estructural, por lo consiguiente de la utilización del programa ETABS se pueden obtener grandes beneficios, ya sea en rapidez en el cálculo estructural de algún proyecto requerido con la facilidad en el manejo del programa. 33 CAPITULO I El software ETABS ofrece mayores ventajas y posibilidades en cuanto al análisis y diseño de edificios específicamente comparado con programas de su misma familia. Nuestro país carece de la aplicación del software para el diseño de estructuras, no siendo así en otros países, pues el mismo es reconocido mundialmente como el estándar internacional para el análisis y diseño de edificios. Es de suma importancia la elaboración de propuestas de solución en términos de conceptos estructurales para un eficiente modelado de las edificaciones. ETABS incluye computacionalmente métodos de análisis que presentan una gran variedad de opciones para el análisis estático y dinámico. El diseño de los elementos estructurales de edificios con la utilización del software está basado en el comportamiento del material definido por diversos modelos del comportamiento histerético del mismo. Además de ser una herramienta única e indispensable para todo ingeniero estructural, ETABS se relaciona con los demás softwares que también tienes la misma finalidad, diseñar estructuras, como son: SAP 2000 SAFE AUTOCAD STAAD Pro ETABS es un programa que abarca gran parte de los diseños de estructuras y agrega una interfaz gráfica fácil y completa, vinculada con poderosas herramientas, ofreciéndole al ingeniero estructural un programa de análisis y diseño de edificaciones sin igual en eficiencia y productividad. 34 CAPITULO II Capítulo II: “Guía Metodológica para el empleo del ETABS 2015 en la modelación, análisis y diseño estructural de edificaciones.” ETABS es un poderoso programa que engrandece el trabajo de análisis y diseño que realiza el ingeniero sobre las aptitudes de las estructuras. Parte de dicho poder radica en poder ordenar las opciones y figuras. La otra parte radica en lo simple que es su uso. La propuesta básica del uso del programa es muy directa. El usuario establece las líneas de cuadrícula, y ubica objetos estructurales con respecto a las mismas usando puntos, líneas áreas, y asigna cargas y características estructurales a esos objetos estructurales (por ejemplo, a un objeto de la línea se puede asignar características de la sección; a un objeto del punto se le puede asignar características del resorte; a un objeto del área se le pueden asignar características de la losa o de la cubierta). El análisis y el diseño, entonces, son realizados en base a los objetos estructurales y sus posiciones. (TOMICIC, 2005) Los resultados se generan en forma gráfica o tabular y pueden ser enviados a una impresora para ser impresos o almacenados en un archivo para ser usados en otros programas. Mediante el uso del programa, se puede manejar el Archivo (File), Edición (Edit), el modelo del menú de ETABS, cambiar las vistas Ver (View), Definir (Define) las opciones de propiedades o cargando, dibujar algo nuevo en el modelo, seleccionar algo, asignar propiedades o cargas, analizar el modelo, representar los resultados del análisis para revisarlos, diseñar la estructura, aplicar varias opciones para alcanzar el resultado deseado con óptimo esfuerzo, y buscar ayuda cuando la necesite. (Computers and Structures, 2005) Esas acciones son las bases para la estructura del menú del programa. Es por ello, que la familiaridad con los comandos del menú y sus funciones son la llave para la expandir su habilidad para usar ETABS. La información sobre los diversos artículos del menú está disponible usando el menú de Ayuda en el comando Search for Help, así como usando la tecla F1 jugado en la pantalla de ETABS. La tecla F1 exhibirá ayuda sensible del contexto, incluyendo las descripciones de los tipos de entrada para las formas usadas en el programa. (Hernández, 2005) La 35 CAPITULO II familiaridad con los comandos de menú permitirá al usuario crear los modelos para los sistemas de división del piso compuesto complejo con aberturas y sus proyecciones, los sistemas de acero de las vigas, los marcos que resisten el momento, los sistemas complejos de la pared del carga, los pisos rígidos y flexibles, las azoteas inclinadas, las rampas y las estructuras de estacionamiento, los entrepisos, los sistemas de unión, los múltiples edificios de torres y los sistemas de paso del diafragma, y muchos más. Este capítulo describe brevemente el manejo con el programa y algunos de los conceptos involucrados en su uso. La guía para el uso del programa se encuentra plasmada a manera de anexo al final del trabajo, explicando en la misma el uso de los comandos existente en ETABS. A continuación, se mencionan los procesos básicos para el modelaje, análisis y diseño con ETABS a manera de diagrama de flujo en la figura 2.1: Fig. 2.1 Proceso básico para la modelación, análisis y diseño con ETABS. 2.1. Abrir un archivo o iniciar un modelo nuevo Al iniciar el programa, el mismo brinda la posibilidad de abrir, importar un modelo existente, o bien, generar un modelo nuevo. Ambas opciones se encuentran en el menú File de la barra que se encuentra en la región superior de la ventana mostrada en la figura 2.2, cuyos únicos menús desplegables activos son el menú File y el menú Help. Para conocimiento del usuario, el mismo puede remitirse al epígrafe 1 del anexo. 36 CAPITULO II Fig. 2.2 Inicio del programa. Para iniciar un nuevo modelo usted debe dirigirse a la barra de herramientas superior y desplegar la opción File y seleccionar la opción New Model como se muestra en la figura 2.3 o hacer click en la casilla de acceso directo para un nuevo modelo. a) b) Fig. 2.3 Inicio del programa. a) Comando New Model del menú File. b) Acceso directo del comando New Model. 2.2. Definición de los parámetros de construcción Si se elige iniciar un nuevo modelo, se tiene la opción de comenzar con las definiciones y/o preferencias que trae consigo el programa por defecto o de algún archivo existente, es decir, sus materiales, secciones, combinaciones, colores, etc. Por otra parte, se pueden elegir por el usuario las unidades con las que desea trabajar, la base de datos de secciones del acero, así como los códigos de diseño del mismo y los del hormigón. Para conocimiento del usuario, el mismo puede remitirse al epígrafe 2 del anexo. 2.2.1. Unidades 37 CAPITULO II ETABS trabaja con cuatro unidades básicas: fuerza, longitud, temperatura y tiempo. El programa ofrece diferentes sets de unidades compatibles de fuerza, longitud y temperatura para elegir, tales como “Kip, in, F” o “N, mm, C” (ver figura 2.4). El tiempo siempre se mide en segundos. Se hace una importante distinción entre masa y peso. Masa se usa para calcular la inercia dinámica y para todas las cargas causadas por la aceleración del suelo. El peso es la fuerza que se aplica como cualquier fuerza de carga. (Hernández, 2008) Al iniciarse un modelo es importante tener bien claro las unidades de masa y peso, pues se requiere para que ajuste un set de unidades. Estas se convierten en las “unidades base”. Aunque después el usuario puede proporcionar nuevos datos y ver los resultados en cualquier set de unidades, esos valores son convertidos siempre y forman la base de las unidades del modelo. (Armenta Villa, et al., 2007) Fig. 2.4 Unidades de trabajo del ETAB para el caso Metric SI. 2.3. Establecer el sistema de cuadrícula para generar la estructura y definir los niveles de pisos Una vez definidas las unidades y los códigos de diseño se procede a rellenar la ventana New Model Quick Templates. El formulario es usado para especificar el espaciamiento de las líneas horizontales de la cuadrícula, los datos de los niveles y definir la plantilla a 38 CAPITULO II utilizar para generar el modelo estructural tal y como se muestra en la figura 2.5. Las plantillas predeterminadas que ofrece el programa proporcionan una forma rápida y fácil de iniciar su modelo. Automáticamente, estos modelos agregan objetos estructurales con propiedades apropiadas a su modelo. Se recomienda que inicie sus modelos usando plantillas cada vez que sea posible. Hay veces que el modelo es creado desde la cuadrícula en vez de usar una plantilla. Fig. 2.5 Definición de un modelo nuevo. De igual forma se tiende a variar las alturas del mismo y el número de pisos que presenta para facilitar el modelo estructural. Además, se pueden cambiar los nombres de los pisos con el comando Custom Story Data como se señala en la figura 2.5 y editarlos para diferenciarlos. En ETABS, cada piso está conformado por una planta del edificio (techo) y por el entrepiso comprendido entre esta planta y la planta inferior (ver figura 2.6). Los objetos que pertenecen a cada piso son los objetos de la planta y los objetos del entrepiso. Los pisos superiores al plano de la “Base”, el cual es un plano predefinido en del programa y que no es posible modificar, pueden ser definidos al especificar su nombre y la altura de su entrepiso. (TOMICIC, 2005) 39 CAPITULO II Fig. 2.6 Plantas y entrepisos correspondientes a cada piso de un edificio de 3 niveles. El programa permite definir pisos maestros y pisos similares a estos, para que las modificaciones que se realicen en cualquier piso relacionado se reproduzcan automáticamente en todo el grupo de pisos similares. De esta manera, se pueden agregar o eliminar elementos y cargas en un conjunto de pisos al mismo tiempo. Cuando haga click en el botón OK, su modelo aparece en la ventana principal ETABS con tres sub ventanas verticales, en la ventana de la izquierda aparece una vista en planta y en la ventana de la derecha una vista en 3D, como lo mostrado en figura 2.7. Fig. 2.7 Definición de un modelo nuevo. Note que la vista en Planta está activa en la figura 2.7. Cuando la ventana está activa, la barra de título esta resaltada. Fije una ventana activa haciendo un click en cualquier lugar de la ventana activa. Si cambia las vistas de las ventanas, regrese a las descritas por defecto 40 CAPITULO II en el párrafo anterior con activar Plan View, antes de continuar con el siguiente paso. En el epígrafe 2 del anexo A se encuentran detalladas cada una de las plantillas y opciones que brinda el programa para iniciar un modelo nuevo, puede remitirse al mismo. Nota: En caso de que se requiera modificar la definición inicial de las líneas de malla, por ejemplo, cuando hay que añadir, borrar o cambiar el espaciamiento de alguna de ellas, se podrá ingresar al menú Edit / Edit Stories and Grid System, presionar el botón de comando Modify/Show Grid System y realizar las modificaciones de manera manual. (Ver subepígrafe 3.2.3 del anexo A) Para modificar la información de los niveles de piso, ingresar al menú Edit / Edit Stories and Grid System, presionar el botón de comando Modify / Show Story Data y realizar las modificaciones de manera manual. 2.4. Definición de los materiales y sus propiedades El programa permite crear cualquier tipo de materiales al definir sus propiedades mecánicas para el análisis y para el diseño. Por defecto ETABS cuenta con tres materiales: hormigón armado, acero y barras de acero, con propiedades predefinidas, que pueden ser modificadas. Además, el software incluye otra gama de materiales a definir tales como el aluminio, acero conformado en frío, cables, mampostería y otro material definido por el usuario tal y como se muestra en la figura 2.8. Fig. 2.8 Materiales a utilizar en la modelación con ETABS. Para definir el material a utilizar se procede a seguir la ruta Define / Material Properties y se abrirá la ventana de definición de los materiales Define Materials tal y como se muestra 41 CAPITULO II en la figura. Una vez abierta la ventana se puede modificar el material de acuerdo a las propiedades que presente antes de ser asignado a las propiedades de las secciones de los elementos estructurales. Además, se tiene la posibilidad de añadir un nuevo material utilizando el comando Add New Material como se aprecia en la figura 2.8. En el subepígrafe 3.4.1 del anexo A aparecen detallados los parámetros a editar para la definición de un material. 2.5. Definición y asignación de objetos estructurales y sus propiedades Al crear modelo, el usuario empieza dibujando la geometría del objeto, y después asignándole propiedades y cargas para definir completamente la estructura del edificio (ver figura 2.9). Estos objetos están definidos por: Objetos Punto (Joint Objects): Se crean de forma automática en las esquinas o en las terminaciones de todos los tipos de objetos, y pueden ser adheridos explícitamente en cualquier lugar del modelo. Se utilizan para modelar juntas. (De la Torre Hermoza, 2009) Objetos Barra (Frame Objects): Son utilizados para modelar vigas, columnas, arriostramientos y barras. (De la Torre Hermoza, 2009) Objetos Área (Shell Objects): Son utilizados para modelar Losas, Rampas y Muros. (De la Torre Hermoza, 2009) Fig. 2.9 Objetos estructurales de un edificio. Dígase objetos puntos, barras y áreas. 2.5.1. Sistemas de coordenadas y cuadrículas: 42 CAPITULO II Todas las ubicaciones del modelo se definen respecto a un sistema de coordenadas con un ángulo global. Es un sistema tridimensional de coordenadas Cartesiano (rectangular). (Huari Wilson, 2010) Los tres ejes denominados, X, Y, y Z, son mutuamente perpendiculares, y satisfacen la regla de la mano derecha (ver figura 2.10). Sistema Cartesiano En este sistema, las líneas de malla son paralelas a los ejes globales X y Y. En la figura 2.11 se muestra la malla Fig. 2.10 Ejes de coordenadas representados por la regla de la mano derecha. rectangular utilizada para realizar el modelo del edificio de un piso. a) b) Fig. 2.11 Malla rectangular y modelo de edificio de 1 solo piso. a) Malla rectangular utilizada para la creación del modelo del edificio. b) Modelo en ETABS de un edificio de 1 piso. Para cada sistema de coordenadas, se deberá definir una cuadricula tridimensional y ello consistirá en líneas de “construcción” que serán usadas para localizar objetos en el modelo. 43 CAPITULO II a) b) Fig. 2.12 Ejes de coordenadas. a) Globale.s b) Locales. Cada objeto en el modelo tiene su propio sistema local de coordenadas usado para definir propiedades, cargas y respuestas. Se denotan los cortes de cada sistema local de coordenadas 1 (rojo), 2 (verde), y 3 (azul) tal y como se muestra en la figura 2.12. Los sistemas locales de coordenadas no tienen una cuadricula asociada a ella. (Hernández, 2005) 2.5.2. Definición de Propiedades Mecánicas 2.5.2.1. Propiedades Las propiedades son asignadas a cada objeto para definir el comportamiento estructural de cada uno en el modelo. Algunas propiedades, como materiales y propiedades de sección (ver figura 2.13), se denominan entidades y deben ser especificadas antes de ser asignadas a objetos. (Hernández, 2005) Fig. 2.13 Algunas secciones de concreto dadas por el ETABS. Si usted asigna la sección denominada RECTANGULO a un objeto línea, cualquier cambio en la definición de la sección RECTANGULO o en el material CONCRETO automáticamente se aplicara a dicho objeto. (Hernández, 2008) Una propiedad denominada 44 CAPITULO II de cualquier forma no tiene efecto en el modelo a menos que se le asigne a un objeto. Para la definición de secciones, debe remitirse al subepígrafe 3.4.2 del anexo A. 2.5.2.2. Objetos de Barra Son líneas rectas, que se conectan en sus extremos a los nudos de la estructura y a las que se les puede o no asignar una sección transversal de cierto tipo. Los objetos de barra que poseen propiedades de sección consideran efecto de deformación por fuerza axial, deformación por fuerza cortante, torsión y flexión y se clasifican según su orientación en el modelo en objetos de barra tipo: columna (orientación vertical), viga (orientación horizontal) y diagonal. (Salinas Basualdo, 2008) Con un objeto de barra se puede representar también el comportamiento de rótulas plásticas. Propiedades de Sección en Elementos Tipo Barra Están conformadas por las propiedades del material y las propiedades geométricas de la sección, que se asignan a los objetos tipo barra. Las propiedades geométricas corresponden a los momentos de inercia, la constante torsional, las áreas de corte y al área transversal de la sección. El programa cuenta de manera predefinida con las secciones del AISC y permite cargar diferentes bases de datos de otras secciones, mediante archivos con extensión *.PRO. Además, es posible crear secciones transversales comunes, seleccionando una plantilla y proporcionando los parámetros geométricos necesarios. (Saravia Ramírez, 2013) Para estas secciones ETABS calcula automáticamente las propiedades geométricas. La figura 2.14 muestra algunas de las plantillas disponibles y los parámetros geométricos que deben ser definidos en cada una de ellas a fin de crear las secciones para un sistema estructural. 45 CAPITULO II Fig. 2.14 Plantillas de secciones comunes para elementos tipo barra y los parámetros geométricos que definen su forma y permiten el cálculo de sus propiedades de sección. Si las plantillas disponibles no son adecuadas para definir una sección, se podrá utilizar la sección denominada “General”. Ésta permite crear una sección especificando directamente sus propiedades geométricas. Remitirse al subepígrafe 3.4.2 del anexo A para la definición de secciones y al subepígrafe 3.7.2 para la asignación de dichas propiedades. También se pueden dibujar secciones de cualquier tipo y adicionarlas a las secciones predefinidas mediante el sub programa “Diseñador de Secciones”. En este caso, el sub programa calcula automáticamente las propiedades geométricas. El programa permite crear barras de sección variable dividiendo al elemento en varios tramos y asignando a cada uno de ellos una sección inicial y final. Para el cálculo de las propiedades de sección a lo largo de un tramo, ETABS interpola las propiedades de las secciones iniciales y finales del tramo de manera lineal, parabólica o cúbica, según se necesite. (Hernández, 2008) 46 CAPITULO II Existe también la posibilidad de que el programa seleccione la sección más conveniente para un elemento después de realizar el análisis. Para ello, hay que indicar que la sección pertenece al conjunto llamado “Lista de Autoselección”, el cual está conformado por una lista de secciones disponibles especificadas por el usuario. (Hernández, 2008) Cuando se crea un modelo ETABS que contiene objetos barra de acero (barras, vigas compuestas, y viguetas), no es necesario determinar el tamaño de los miembros preliminares explícitos para el análisis. En lugar, se puede aplicar una propiedad de autoselección a cualquiera o a todos los objetos barra hechos de acero. Una propiedad de autoselección es una lista de secciones predeterminadas por el usuario (ver figura 2.15). (Computers and Structures, 2005) La lista contiene todos los tamaños de las secciones que pueden considerarse como posibles candidatos para el miembro físico, y pueden definirse listas múltiples. Por ejemplo, una lista de auto-selección puede ser usada en columnas de acero, otra lista puede ser usada para pisos de viguetas, y una tercera lista puede usarse en vigas de acero. Fig. 2.15 Propiedades de autoselección asignables a objetos barra de acero. Para el análisis inicial, el programa seleccionará la sección mediana en la lista de autoselección. Después de haber completado el análisis, se ejecuta el proceso de optimización del diseño para un objeto particular, en el que solo las medidas de las secciones sean consideradas en la lista de auto-selección, y el programa automáticamente selecciona la sección más económica, y adecuada de la lista. Después de que la fase de optimización del diseño ha seleccionado una sección, el análisis del modelo debe ser re-ejecutado si la sección seleccionada difiere de la sección previamente analizada. Este ciclo debe ser 47 CAPITULO II repetido hasta que la sección del análisis y la del diseño sean idénticas. El uso efectivo de las propiedades de auto-selección puede ahorrarle muchas horas, al asociarlas con el establecimiento preliminar de los tamaños de los miembros. (Hernández, 2008) 2.5.2.3. Objetos de Área Las estructuras bidimensionales pueden verse afectadas por cargas en su propio plano, cargas perpendiculares a él o una combinación de ambos casos. Según la dirección de las cargas y las condiciones de apoyo de los elementos, los objetos de área pueden comportarse como membranas, placas o cáscaras. En las membranas, las cargas están aplicadas en el plano del elemento y producen esfuerzos internos normales y cortantes en el plano. (Computers and Structures, 2005) Por lo tanto, para que una membrana resista las cargas aplicadas debe tener rigidez en su plano. En las placas, las cargas están aplicadas fuera del plano del elemento y producen esfuerzos cortantes fuera de su plano, torsiones y flexiones. Por lo tanto, para que una placa resista las cargas aplicadas debe tener rigidez a la flexión y a torsión. (Computers and Structures, 2005) En las cáscaras, las cargas aplicadas producen que el elemento se comporte como la suma de una membrana y una placa. Por lo tanto, para que una cáscara resista las cargas aplicadas debe tener rigidez en su plano y fuera de él. (Computers and Structures, 2005) La figura 2.16 muestra los diferentes comportamientos que presenta un objeto de área en función de las cargas que soporta, así como las fuerzas internas de un elemento diferencial para cada caso. 48 CAPITULO II Fig. 2.16 Fuerzas internas elementos diferenciales de una membrana, una placa y una cáscara. En el programa ETABS, un objeto de área se puede utilizar, para modelar los muros y losas del edificio por medio de una malla de elementos finitos o como un instrumento de repartición de cargas. A los objetos de área se les puede o no asignar una sección transversal de cierto tipo. (Hernández, 2005) Los objetos de área que poseen propiedades de sección se utilizan para realizar un análisis por elementos finitos y se clasifican según su orientación en el modelo en objetos de área tipo muro (orientación vertical), tipo piso (orientación horizontal) y tipo rampa (orientación diagonal). (Hernández, 2008) Propiedades de sección en Objetos de Área Están conformadas por las propiedades del material y las propiedades geométricas de la sección, que se asignan a los objetos de área. El programa permite asignar a un objeto de área secciones de muro, losa y losa nervada. Remitirse al subepígrafe 3.4.2 del anexo A para la definición de secciones y al subepígrafe 3.7.3 para la asignación de dichas propiedades. Los objetos de área con sección muro y losa pueden ser unidireccionales o bidireccionales. Sin embargo, los objetos de área con sección losa nervada (figura 2.17) son siempre unidireccionales y sus apoyos se 49 CAPITULO II orientan por defecto en la dirección del eje local 1. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) En nuestro medio es común utilizar losas nervadas para la construcción de entrepisos ligeros, conformados por una placa colaborante (que sirve también como encofrado y de acero negativo) y el espesor de concreto de la losa, en edificios, mezanines, puentes peatonales y vehiculares. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) b) a) c) Fig. 2.17 Sección de los elementos tipo losa nervada. a) Losa nervada rellena. b) Losa nervada sin rellenar. c) Losa maciza. 2.5.3. Definición de grupos En ETABS se tiene la posibilidad de crear y manejar GRUPOS (ver figura 2.18). Un Grupo se considera por definición una colección de objetos. Pueden contener cualquier número de objetos de cualquier tipo. (Computers and Structures, 2003) Los grupos tienen muchos usos: Selección rápida de objetos para editarlos o asignarlos. Definir secciones de corte a través del modelo. Agrupar objetos que comparten el mismo diseño. Salida selectiva. Para la creación de grupos remitirse al subepígrafe 3.4.7 del anexo A. 50 CAPITULO II Fig. 2.18 Definición de grupos en ETABS.. 2.6. Definición y asignación de las condiciones de apoyos Los puntos son objetos mediante los cuales se conectan elementos, se apoya la estructura o se aplican cargas concentradas que pueden ser transferidas a las barras del modelo. (Salinas Basualdo, 2008) ETABS crea automáticamente estos objetos en los extremos de un elemento tipo barra o en las esquinas de un elemento tipo área. Para modelar los apoyos de un edificio, es posible restringir uno o más de los 6 grados de libertad que posee cada uno (3 traslacionales y 3 rotacionales). El programa permite seleccionar para cada nudo, uno de los cuatro casos predeterminados de restricciones (empotramiento, apoyo simple, articulación y sin restricciones) que son los más comunes en el modelaje de edificios tal y como se muestra en la figura 2.19. (Armenta Villa, et al., 2007) Remitirse al subepígrafe 3.7.1 del anexo A. Fig. 2.19 Condiciones de apoyos brindados por el ETABS. Después de realizado el análisis, es posible obtener los desplazamientos en los nudos de la estructura y las reacciones en los nudos de apoyo (nudos restringidos). 51 CAPITULO II También se pueden modelar, simulando los apoyos de la estructura, cimentaciones aisladas o en balsa a manera de losas que interactúan directamente con el suelo. 2.7. Definición y asignación de cargas En este paso el programa carga el modelo estructural con cargas aplicadas al mismo. Para la definición de los patrones de carga remitirse al subepígrafe 3.41.6 del anexo A y en cuanto a la asignación de las mismas a los objetos estructurales remitirse a los 3.7.5, 3.7.6 y 3.7.7. 2.7.1. Cargas estáticas En ETABS, pueden definirse cargas gravitacionales y laterales. Las cargas gravitacionales pueden aplicarse a objetos punto, barra y área. Son ingresadas típicamente con valores de gravedad, o en la dirección –Z. Los objetos punto pueden soportar fuerzas o momentos concentrados tal y como se muestra en la figura 2.20. Los objetos barra pueden tener aplicadas cualquier número de cargas puntuales (fuerzas o momentos) o cargas distribuidas (uniformes o trapezoidales). Los objetos área pueden tener cargas uniformes (ver Fig. 2.20 Sistema de referencia para la figura 2.21). (Armenta Villa, et al., 2007) aplicación de fuerzas estáticas. Las cargas estáticas consisten en la carga muerta, viva, sismo y de viento actuando en el edificio. La carga muerta del edificio consiste en su peso propio, más una carga muerta adicional aplicada a las losas, y también se agrega una carga muerta adicional aplicadas a las vigas b) a) perimetrales del edificio. En la carga muerta que se aplica adicional en las losas, toma en Fig. 2.21 Aplicación de fuerzas estáticas a objetos área. cuenta los pesos de los tabiques, cielorrasos, ductos de ventilación, instalaciones 52 CAPITULO II eléctricas y sanitarias, etc. Y la carga aplicada a las vigas perimetrales se consideran el perímetro del revestimiento lateral del edificio. La carga viva que se toma depende del uso del edificio y de la función del local tomando como referencia la norma vigente a utilizar y asignándola por niveles. Las fuerzas que se aplican a los edificios para sismo y viento son automáticamente calculadas por el programa. La generación de cargas estáticas laterales ya sea de terremotos (Seismic) o debidas a la acción del viento (Wind, figura 2.22), se aplican de conformidad a numerosos códigos internacionales. (Proaño Sarango, 2014) También existe la posibilidad de generar un patrón de cargas laterales definida por el Fig. 2.22 Carga lateral de viento. usuario de manera arbitraria. Nota: No hay límite para el número de casos de carga estática que puedan ser definidos en el ETABS. 2.7.2. Cargas por temperatura En ETABS, las cargas por temperatura se aplican sobre objetos barra y área (ver figura 2.23). Pueden ser especificadas directamente como un cambio de temperatura uniforme sobre el objeto o pueden ser basados sobre cambios de temperatura en objetos punto especificados previamente, o en una combinación de ambos. (Hernández, 2005) Fig. 2.23 Aplicación de cargas por temperatura en ETABS. 53 CAPITULO II Si la opción cambios de temperatura en objetos punto es seleccionada, el programa asume que los cambios de temperatura varían linealmente sobre la longitud de los objetos para barras, y linealmente sobre la superficie de objeto para áreas. 2.7.3. Combinaciones de carga ETABS permite generar múltiples combinaciones basadas en las cargas previamente definidas (ver figura 2.24). Para la definición de las combinaciones de carga remitirse al subepígrafe 3.4.17 del anexo A. Cuando una combinación de carga es desarrollada, se aplica a los resultados de cada objeto en el modelo. (Proaño Sarango, 2014) Las combinaciones de carga pueden ser generadas por el usuario también teniendo en cuenta la norma vigente u otra cualquiera a la que se esté remitiendo. Fig. 2.24 Combinaciones de carga generadas por el ETABS. 2.7.4. Casos de carga ETABS permite generar múltiples casos de carga definidos por el usuario para tenerlos en cuenta en el proceso de análisis tal y como se muestra en la figura 2.25. Para la creación de un caso de carga se debe agregar el análisis a desarrollar y las diferentes cargas ya definidas, así como el factor de escala por el que se va a multiplicar cada una de ellas. Para la definición de las combinaciones de carga remitirse al subepígrafe 3.4.16 del anexo A. 54 CAPITULO II Fig. 2.25 Definición de casos de carga en el ETABS. 2.8. Análisis del modelo Las propiedades que se pueden definir para el análisis son: la masa y el peso por unidad de volumen, el módulo de elasticidad (E), el coeficiente de Poisson (μ) y el coeficiente de expansión térmica (α), que se encuentra en unidades de ºC −1 . El módulo de corte (G) se calcula automáticamente, como E / [2 * (1 + μ)]. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Si el material es modelado como anisotrópico, se deberán especificar las propiedades para el análisis en cada dirección, incluyendo el módulo de corte. Después de completar el modelo estructural que ha sido creado usando los comandos precedentes, el modelo puede ser analizado para determinar los resultantes desplazamientos, fuerzas/esfuerzos y reacciones. (Computers and Structures, 2005) El programa guarda los datos, luego chequea y analiza el modelo. Durante las fases de chequeo y análisis, aparecen mensajes desde el proceso de análisis en la ventana del monitor. Cuando el análisis está completo, la barra “scrool” en la ventana puede ser usada para moverse a través de datos y revisar los mensajes del análisis. (Computers and Structures, 2005) Ninguna operación en ETABS puede ser realizada, al mismo tiempo en que el análisis se está procediendo y la ventana es presentada sobre la pantalla. Sin embargo, otras aplicaciones pueden ser ejecutadas durante este tiempo. 55 CAPITULO II Para este proceso estructural se tienen en cuenta diversos tipos de análisis brindados por el programa del tipo lineal y no lineal, estáticos y dinámicos, explicados en el capítulo anterior. Para la introducción y edición de las funciones del espectro de respuesta y del análisis de time history remitirse al subepígrafe 3.4.9 del anexo A y al 3.8 el cual se refiere a las opciones de análisis que brinda el programa en el menú Analisys. 2.9. Diseño del modelo Las propiedades para el diseño varían según el tipo de diseño elegido. Se puede elegir entre diseño en concreto o diseño en acero. Los post procesos de diseño de ETABS incluyen los siguientes: Diseño de barras de acero Diseño de barras de hormigón Diseño de vigas compuestas Diseño de conexiones de acero Diseño de muros de corte Es importante entender que diseñar en ETABS es un proceso iterativo. Que el usuario, es el que debe ejecutar el análisis y después realizar el diseño y estar preparado para ejecutar el análisis nuevamente y diseñar de nuevo. Puede ser necesario repetir el proceso varias ocasiones antes de que el diseño sea completado. El objetivo es que los análisis de las secciones concuerden con las secciones del diseño. El programa reportara cualquier diferencia. El usuario debe repetir el análisis e iniciar el proceso del diseño hasta que el análisis y las secciones diseñadas concuerden. (El programa no muestra ni exhibe un mensaje de error). (Saravia Ramírez, 2013) Para el diseño con ETABS remitirse al subepígrafe 3.10 del anexo A. 2.9.1. Diseño en hormigón armado Para realizar el diseño en hormigón armado se deben definir las siguientes propiedades: la resistencia a la compresión del hormigón (f'c), el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo longitudinal (fy) y el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo transversal (fys). (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 56 CAPITULO II El esfuerzo fy es utilizado en los cálculos del refuerzo por flexión y carga axial, mientras que el esfuerzo fys en el cálculo del refuerzo por corte. Por lo general, se utiliza el mismo tipo de acero para ambas solicitaciones (fy = fys). (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Adicionalmente, si el hormigón que se va a utilizar es fabricado con agregados ligeros, se especifica el factor de reducción de la resistencia al corte, el cual comúnmente varía entre 0.75 y 0.85. Para todos los cálculos de corte el término √𝑓′𝑐 es multiplicado por este factor. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 2.9.2. Diseño en Acero Para el diseño en acero se deben definir las siguientes propiedades: el esfuerzo de fluencia (Fy), la resistencia última (Fu) y el costo por unidad de peso. El costo por unidad de peso es una variable usada para el diseño por el post procesador de Diseño de Vigas Compuestas, el cual determina el tamaño óptimo de las vigas basándose en el costo, conectores y curvatura, en vez de solamente en el área de su sección transversal (peso). (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 2.9.3. Identificación de vigas y columnas para el diseño En el programa, todas las vigas y columnas se representan como elementos de marco, pero el diseño de vigas y columnas requiere un tratamiento separado. La identificación de un elemento de hormigón se lleva a cabo mediante la especificación de la sección de marco asignada al elemento viga o columna. Si existe otro cualquier elemento en el marco, el elemento de refuerzo también se identifica como una viga o una columna dependiendo de la sección asignada al elemento. (Computers and Structures, 2015) 2.9.4. Diseño de vigas En el diseño de vigas de hormigón, el programa calcula e informa de las áreas requeridas de acero para flexión y cizalladura en función de los momentos de viga, las fuerzas de corte, torsiones, factores de combinación de carga de diseño, y otros criterios. (Saravia Ramírez, 2013) 57 CAPITULO II El programa puede diseñar secciones de vigas T y rectangulares. Para su diseño, se deberá utilizar la envolvente de las combinaciones de los casos de carga, a fin de trabajar con las solicitaciones máximas a lo largo de ella. Para el diseño del refuerzo longitudinal, primero se calcula la resistencia nominal de la sección con un refuerzo a tracción y se verifica si es mayor a la demandada por los momentos flectores provenientes de la envolvente, en caso de ser menor, se calcula el refuerzo en compresión necesario. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) Para el diseño del refuerzo transversal o de corte (estribos), el programa calcula primero la resistencia al corte del concreto y verifica si es mayor a la demandada por las fuerzas cortantes provenientes de la envolvente. Si es menor, calcula la diferencia de resistencia que deberá ser aportada por los estribos y posteriormente el área de acero necesaria como una cuantía, en unidades de Longitud2/Longitud. (TOMICIC, 2005)Si la resistencia al corte del hormigón es mayor a la resistencia demandada, el programa calcula la cuantía de acero mínimo que deberá colocarse a lo largo de la viga. El procedimiento de diseño de la viga implica los siguientes pasos: Diseño de refuerzo a la flexión. Diseño refuerzo de corte. Diseño refuerzo de torsión. En la figura 2.26 y en la figura 2.27 se muestran el diagrama de deformaciones y de esfuerzos para el cálculo de la resistencia de diseño de vigas con secciones rectangulares y T. Fig. 2.26 Diagramas de deformaciones y esfuerzos de una sección de viga rectangular. 58 CAPITULO II (Portillo, et al., 2011) Fig. 2.27 Diagramas de deformaciones y esfuerzos de una sección de viga de sección T. (Portillo, et al., 2011) 2.9.5. Diseño de columnas El programa puede calcular el acero longitudinal requerido de una sección o chequear la capacidad de la sección para un acero longitudinal especificado, en términos de la Razón de Capacidad (RC), que es un factor que indica la condición de esfuerzos de la columna, con respecto a su capacidad. Para que una sección sea diseñada directamente, se debe indicar al momento de ser creada, que su refuerzo será diseñado, de lo contrario, será chequeado por medio de la RC. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) El procedimiento de diseño de columnas que realiza el programa, consta de los siguientes pasos: La generación de una superficie o volumen de interacción de la fuerza axial y los momentos flectores biaxiales para una sección deseada tal y como se muestra en la figura 2.28. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) 59 CAPITULO II Fig. 2.28 Superficie de interacción para fuerza axial y momentos flectores biaxiales. (Portillo, et al., 2011) El chequeo de la capacidad de la columna, con las combinaciones factorizadas de fuerza axial y momentos flectores de los casos de carga, en ambos extremos de la columna. En este paso, también se calcula el refuerzo longitudinal requerido (si no ha sido especificado) con una RC de 1, o en su defecto la RC de la columna con el refuerzo especificado. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) El chequeo de la capacidad está basado en si los puntos de la carga de diseño se encuentran dentro del volumen de interacción, para lo cual se tendrá una sección adecuada y una RC < 1, sin embargo, si algún punto se encuentra fuera del volumen de interacción la columna estará sobre esforzada y el programa tendrá que calcular la RC, que es mayor a 1, por medio del cociente entre la demanda de capacidad (OL) y la capacidad de la columna (OC), RC = OL / OC, tal como se ilustra en la figura 2.29. 60 CAPITULO II Fig. 2.29 Superficie de interacción para el cálculo de la razón de capacidad de secciones sobre esforzadas. (Portillo, et al., 2011) El diseño del refuerzo por corte, de manera similar al de una viga, pero tomando en cuenta el efecto de la fuerza axial en la capacidad de corte del hormigón. (Taboada García & de Izcue Uceda, 2009) En la figura 2.30 se muestra el diagrama de deformaciones y de esfuerzos para el cálculo de la resistencia de diseño de una columna. Fig. 2.30 Diagramas de deformaciones y esfuerzos de una sección de columna. (Portillo, et al., 2011) 2.9.6. Diseño de muros de corte Al igual que en las columnas, el programa puede diseñar o chequear la sección de un muro de corte. Para su diseño, se deberá asignar etiquetas de muro pier (a los elementos 61 CAPITULO II verticales) y spandrel (a los elementos horizontales) a los objetos de área o línea que conforman los muros de corte. El programa, a partir de las combinaciones de los casos de carga que se consideren críticos para el diseño, calcula las cuantías de acero requeridas, para su comportamiento a flexión (refuerzo vertical) y corte (refuerzo horizontal). (Brizeño Z., et al., 2013) Sin embargo, es posible utilizar el subprograma “Diseñador de Secciones”, que permite dibujar la sección del muro de corte y asignarle un acero vertical tentativo, que podría ser el recomendado por las cuantías que calcula directamente ETABS, a fin de obtener la superficie de interacción, que indica la capacidad de la sección. (Brizeño Z., et al., 2013) A partir de esta superficie de interacción, se puede realizar el chequeo de la capacidad del muro de corte, con las combinaciones factorizadas de fuerza axial y momentos flectores de los casos de carga, como en el caso de las columnas. 2.10. Guardar el modelo Guardar el modelo con frecuencia durante el desarrollo. Aunque normalmente se puede guardar con el mismo nombre, por lo tanto, sobrescribiendo los previos modelos, usted podría regularmente guardar sus modelos con un nombre diferente (ambas opciones se presentan en la figura 2.31. Esto le permite llevar un registro de su modelo en varias etapas de su desarrollo. Fig. 2.31 Opciones “Guardar” y “Guardar Como” del menú File. Hacer click en el comando File / Save, o en el botón Save. Para guardar su modelo especifique el directorio en donde desea guardar su modelo. 2.11. Conclusiones parciales del capítulo: Con el uso del ETABS para la modelación, el análisis y diseño de edificios se puede reducir el tiempo de creación del modelo, además de surtir al usuario de diversas herramientas que proporcionan facilidad en el manejo y múltiples ventajas para disminuir el trabajo computacional. 62 CAPITULO II En cuanto a la interface gráfica, que ofrece opciones intuitivas para la creación del modelo estructural (ordenadas dentro de menús secuenciales y lógicos), así como las opciones de presentación de resultados (por medio de gráficos realísticos y tablas) y a las diversidades de análisis que puede realizar el programa, se concluye que ETABS es una herramienta que ha probado ser sencilla y bastante completa para el análisis y diseño de edificios. Para el trabajo con ETABS se deben seguir una secuencia de pasos básicos y fáciles de ejecutar para el modelamiento y análisis de un edificio desde la definición del sistema de unidades hasta la obtención del diseño de los objetos estructurales del mismo. El programa permite definir pisos maestros y pisos similares a estos, para que las modificaciones que se realicen en cualquier piso relacionado se reproduzcan automáticamente en todo el grupo de pisos similares. De esta manera, se pueden agregar o eliminar elementos y cargas en un conjunto de pisos al mismo tiempo. Con ETABS se puede crear cualquier tipo de material y dibujar secciones de cualquier tipo y adicionarlas a las secciones predefinidas mediante el sub programa “Diseñador de Secciones”. En este caso, el sub programa calcula automáticamente las propiedades geométricas. En cuanto a las condiciones de apoyo ETABS permite restringir uno o más de los 6 grados de libertad que posee, seleccionando para cada nudo, uno de los cuatro casos predeterminados de restricciones (empotramiento, apoyo simple, articulación y sin restricciones). Para el análisis del modelo confeccionado, ETABS permite definir los casos de carga que el usuario desee, posibilitando aplicar diferentes tipos de análisis para el posterior diseño de los objetos estructurales. La opción de listas autoseleccionables presenta una ventaja en cuanto al diseño de los objetos Frame, ya que el programa presenta la posibilidad de autoseleccionar la sección más económica de una lista de surtidos metálicos escogidos, los cuales se le asignan a los objetos como una sección cualquiera. ETABS presenta variedades en cuanto al diseño en acero y hormigón. Los post procesos de diseño del software incluyen los siguientes: Diseño de la barra de acero 63 CAPITULO II Diseño de la barra de concreto Diseño de la viga compuesta Diseño de conexiones de acero Diseño de placas base Diseño de muros de corte 64 CAPITULO III Capítulo III: “Ejemplo de aplicación del ETABS 2015 presentando la modelación, análisis y diseño estructural de edificios”. 3.1. Concepción del modelo estructural 3.1.1. Ubicación espacial y entorno urbano El edificio se ubicará en la ciudad cabecera municipal Santiago de Cuba, cuya provincia lleva el mismo nombre, situado en los límites de la misma en la Carretera del Morro entre Avenida 1ra y Calle L en el distrito Antonio Maceo. La zona donde está situada la edificación presenta poca urbanización. En la figura 3.1 se muestra la ubicación espacial vista satélite de la zona. Fig. 3.1 Ubicación espacial del edificio. 3.1.2. Arquitectura El edificio destinado para oficinas tiene un área de construcción de aproximadamente 627 m2 una distribución en planta de 6 pisos y una altura total de 21.5 m (nivel base de 4 m y 3.5 m los restantes niveles). El acceso desde el exterior se realiza mediante una escalera ubicada en el centro del edificio. En la figura 3.2 se muestra mediante la modelación con ETABS una vista tridimensional y en planta del edificio dando cuenta de la geometría del mismo. 65 CAPITULO III a) b) Fig. 3.2 Edificio modelado en ETABS. a) Vista en planta b) Vista en 3-D. 3.1.3. Consideraciones para el diseño y predimensionamiento de los elementos estructurales El proceso de estructuración consiste en definir la ubicación y características de los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, además resulte fácil y confiable reproducir el comportamiento real de la estructura. Para ello se tendrán en cuenta varias normas cubanas para el diseño de edificaciones. Mediante el predimensionamiento se brindará las dimensiones mínimas a las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta ante solicitaciones por cargas laterales y de gravedad. 3.1.3.1. Materiales Los materiales a emplear son Hormigón de f´c=25MPa y módulo E=23500MPa y acero de refuerzo con fy=300MPa para el refuerzo principal y secundario, teniendo en cuenta la NC 207-2003: “Requisitos generales para el diseño y construcción de estructuras de hormigón”. (NC 207, 2003) 66 CAPITULO III 3.1.3.2. Consideraciones para la concepción del edificio En un edificio alto donde la esbeltez general supera el valor de 3, el criterio que prima en el diseño es la deformación y no la resistencia. Fig. 3.3 Razón para determinar el criterio que prima. En nuestro caso L2 > L1 y la relación entre la altura y el ancho menor es: 42.5 m / 29 m = 0.9 (Prima el criterio de resistencia) Para el caso de estudio del edificio de hormigón armado se ha acudido a la solución de pórticos o entramados de vigas y columnas con presencia de tímpanos (ver figura 3.4) que aportan rigidez al mismo en ambas direcciones (X y Y). a) Espesor mínimo del tímpano: 67 CAPITULO III Fig. 3.4 Tímpanos de hormigón armado. t ≥ lv / 25 t ≥ lv / 25 = 5 / 25 = 0.20 m t ≥ lh / 25 t ≥ lh / 25 = 4 / 25 = 0.16 m Los tímpanos presentes tendrán un espesor de 0.20 m producto a la relación mencionada anteriormente, siendo analizadas dos distancias entre apoyos tal y como se muestra. b) Escaleras: Para la ubicación y concepción de las escaleras se tuvo en cuenta la NC 927-2012: “Edificaciones – Escaleras – Requisitos generales” (NC 927, 2012) teniendo en cuenta que, dadas las condiciones de simetría, funcionabilidad y diseño del edificio se ubicará una escalera, además se tuvo en cuenta una cantidad de habitantes de 1 a 250 para un edificio no residencial. 3.1.3.3. Predimensionamiento de elementos estructurales El predimensionamiento de los elementos estructurales tales como: vigas, columnas y losas se muestra a continuación: a) Vigas de sección rectangular 68 CAPITULO III Se modelarán dos secciones de vigas. En la dirección X corresponderán a las vigas con un peralto igual a 0.60 m mientras que en la dirección Y 0.50 m con un ancho de 0.30 m y 0.25 m respectivamente tal y como se muestra en la tabla 3.1. Elemento Predimensionamiento b Vigas de sección rectangular Vigas en X: 0.30 x 0.60 (m) h Vigas en Y: 0.25 x 0.50 (m) Tabla 3.1 Predimensionamiento de vigas. b) Columnas de sección cuadrada Se modelarán tres secciones de columnas. Las columnas exteriores tendrán una sección transversal de 0.35 m x 0.35 m, mientras que las interiores serán de 0.4 m x 0.4 m tal y como se muestra en la tabla 3.2. Elemento Predimensionamiento b Columnas de sección cuadrada h Columnas esquinas: 0.45 x 0.45 (m) Columnas laterales: 0.50 x 0.50 (m) Columnas interiores: 0.6 x 0.6 (m) Tabla 3.2 Predimensionamiento de columnas. c) Losas planas en dos direcciones Dado que las losas estarán apoyadas en las dos direcciones y la relación largo-ancho es menor que 2, entonces trabajarán en dos direcciones y tendrán un espesor igual a 0.20 m en los entrepisos, mientras que la losa de cubierta tendrá un espesor de 0.15 m tal y como se muestra en la tabla 3.3. 69 CAPITULO III Elemento Predimensionamiento h Losas planas Espesor de losa de entrepiso: h=0.20 m Espesor de losa de cubierta: h=0.15 m Tabla 3.3 Predimensionamiento del espesor de las losas. 3.2. Condiciones de apoyo Para el soporte de la estructura se considerarán apoyos empotrados en todas las bases de las columnas tratándose de un suelo firme tipo A-1-1. 3.3. Metrado de cargas verticales Para el metrado de las cargas verticales se tuvo en cuenta la solución de entrepiso y cubierta, así como la función de los locales del edificio. 3.3.1. Cálculo de la carga muerta Solución de entrepiso Material Enrajonado (Relleno de mejoramiento) Mortero de Cemento Portland Losas hidráulicas (Mosaico) Densidad Unidad Espesor (cm) CM (kN/m2) 0.18 kN/m2/cm 7 1.26 20 kN/m3 2 0.4 0.23 kN/m3/cm 1.5 0.345 Total 2.005 Tabla 3.4 Cálculo de la carga muerta de entrepiso.. Solución de cubierta 70 CAPITULO III Material Enrajonado (Relleno de mejoramiento) Mortero de Cemento Portland Soladura (losas de barro) Densidad Unidad Espesor (cm) CM (kN/m2) 0.18 kN/m2/cm 5 0.9 20 kN/m3 2 0.4 0.2 kN/m2/cm 1.5 0.3 Total 1.6 Tabla 3.5 Cálculo de la carga muerta de cubierta. 3.3.2. Cálculo de la carga viva Carga viva de entrepiso Tipo de local Oficinas con acceso al público CV (kN/m2) 4 Tabla 3.6 Carga viva de entrepiso. Carga viva de cubierta Tipo de cubierta CV (kN/m2) Desagüe con tragante pero no accesible al 2 público Tabla 3.7 Carga viva de entrepiso. 3.4. Metrado de las cargas laterales 3.4.1. Cálculo de la carga de viento 71 CAPITULO III Para la edificación se tomará en cuenta un tiempo de recurrencia de 50 años y estará situada en una zona tipo 3 presentando un terreno tipo A con una alta exposición al viento dadas las características del sitio. q = q10 * Ct * Ch * Cr * Cs * Cra * Cf (kN/m2) q10 = presión básica del viento a 10 metros de altura, en kN/m2 Zona III: Para la región oriental (ver figura 3.5) q10 = 0.9 kN/m2 Fig. 3.5 Tipos de zonas sísmicas en Cuba. Ct = coeficiente de tiempo o recurrencia (Tabla B-1 del anexo) Ct = 1.00 Ch = coeficiente de altura (Tabla B-2 del anexo) Ch = (z/10 )0.32 Cr = coeficiente de ráfaga (Tabla B-3 del anexo) Para una altura de 21.5 m el coeficiente de ráfaga para un terreno tipo A es 1.137. Cs = coeficiente de topografía o sitio (Tabla B-4 del anexo) Cs = 1.00 Cf = coeficiente de forma (Tabla B-5 del anexo) El coeficiente de forma en barlovento es de 0.8 y en sotavento es de -0.448. B/L= 23/29 = 0.79 72 CAPITULO III H/L= 21.5/29 = 0.74 Cra = coeficiente de reducción por área expuesta Fig. 3.6 Gráfica determinación del coeficiente de reducción por área expuesta. El coeficiente de reducción por área expuesta es de 0.77. 73 CAPITULO III 3.4.2. Cálculo de la carga de sismo Para la determinación de las cargas de sismo se siguió la metodología de cálculo para un análisis estático equivalente. (AEE) propuesto en la NC 46-1999: “Construcciones sismo resistentes .Requisitos básicos para el diseño y construcción” (NC 46, 1999) Se observa que según criterios para clasificar la zona sísmica, la edificación se encuentra ubicada en la zona 5 de la zonificación sísmica del país, considerada de un alto peligro sísmico. 1) Determinar la zona sísmica donde se ubicará la obra. La edificación se ejecutará en la provincia de Santiago de Cuba que clasifica como 3 de riesgo sísmico alto que puede ocasionar daños graves en las construcciones debiéndose tomar medidas sismorresistentes en las estructuras y obras en función de la importancia de las mismas. Aceleración horizontal máxima del terreno A= 0.30 g 2) Determinar el Nivel de Ductilidad de la obra (ND). El edificio constituye una obra de importancia secundaria (Tabla B-6 del anexo) I= 1.0 Nivel de ductilidad ND-3 (Tabla B-7 del anexo) 74 CAPITULO III 3) Evaluar la configuración geométrica del edificio. El edificio analizado presenta una configuración regular por lo que se empleará para el cálculo de la carga de sismo el Método del Pórtico Equivalente, además la edificación no supera los 80 m (21.5 m) de altura y tiene un periodo fundamental inferior a 2s. 4) Cálculo del peso de la estructura (ver Anexo C) Carga total de cubierta= 5924.22 kN Carga total de entrepiso= 6877.645 kN Carga total del 1er piso= 7922.605 kN Peso total de la estructura 𝑾𝒕 = 𝟒𝟏𝟑𝟓𝟕. 𝟒𝟏 3.4.3. Análisis estático equivalente La componente horizontal o cortante total en la base debido a la acción sísmica que actúan sobre un edificio se determinará por la fórmula: V A IC W Rd (kN) Rd (Estructura tipo II y ND 3) = 5 (Tabla B-8 del anexo) Cálculo del coeficiente sísmico espectral (C) C 1 ( Fa 1 ) C Fa T C Fa 2 T T T1 para 0 T T1 (adimesion al) para T1 T T2 (adimensio nal) p para T T2 (adimesiona l) El suelo clasifica como S1 (Tabla B-9 del anexo) Exponente de la rama descendente del espectro (Tabla B-10 del anexo) Fa = 2.5 T1 = 0.15 75 CAPITULO III T2 = 0.4 p = 0.8 donde: F - es el coeficiente de amplificación que depende del perfil del suelo, adimensional. T1, T2 - son los períodos de esquina del espectro correspondiente en segundos. T - es el período de la estructura en segundos. P - es el exponente que define la rama descendente del espectro en función del perfil del suelo que aparece en la tabla. Cálculo del período fundamental de vibración (Se obtuvo del análisis modal del edificio) 𝑇𝑥 = 0.485 𝑠 𝑇𝑦 = 0.275 𝑠 Como en la dirección X el período fundamental de vibración T > T2 entonces T C Fa 2 T p Como en la dirección Y el período fundamental de vibración 0 T T1 entonces C = Fa = 2.5 Coeficiente sísmico espectral en X: 0.4 C 2.5 0.485 0.8 2.14 Coeficiente sísmico espectral en Y: Fa = 2.5 Sustituyendo para el cálculo del cortante en la base En la dirección X V 0.3 x 1 x 2.14 41357.41 5310.29kN 5 76 CAPITULO III En la dirección Y V 0.3 x 1 x 2.5 41357.41 6203.611kN 5 Fuerza horizontal adicional concentrada en el último nivel del edificio (Ft) Ft = 0,07 x T x V (kN) Ft < 0,25 V Ft = 0 para T 0,7 seg En ambas direcciones Ft = 0 ya que Tx y Ty son menores que 0.7 s. Sustituyendo los valores para el cálculo de la fuerza sísmica en X y en Y Fx (V Ft )Wx hx n W h i 1 Pisos (kN ) i i Ftx Vx (kN) Vy (kN) Cubierta 5310.29 6203.61 0 Fty Wi (kN) Hi (m) 0 5924.22 1.75 (kN) (kN) Wi*Hi ∑ Wi*Hi Fx (kN) Fy (kN) 10367.385 150228.743 366.47 428.12 5 5310.29 6203.61 0 0 6877.645 3.5 24071.7575 150228.743 850.89 994.03 4 5310.29 6203.61 0 0 6877.645 3.5 24071.7575 150228.743 850.89 994.03 3 5310.29 6203.61 0 0 6877.645 3.5 24071.7575 150228.743 850.89 994.03 2 5310.29 6203.61 0 0 6877.645 3.5 24071.7575 150228.743 850.89 994.03 1 5310.29 6203.61 0 0 7922.605 5.5 43574.3275 150228.743 1540.27 1799.38 Tabla 3.10 Cálculo de la carga sísmica. 3.5. Combinaciones de carga Combinaciones de carga para el ELU (según la NC 450:2006) - 1.4CP 77 CAPITULO III - 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC - 1.2CP+1.6CUC+0.8WX - 1.2CP+1.6CUC+0.8WY - 1.2CP+0.5CUEP+0.5CUC+1.4WX - 1.2CP+0.5CUEP+0.5CUC+1.4WY - 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX - 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY - 0.9CP+1.4WX - 0.9CP+1.4WY - 0.9CP+1.4SX - 0.9CP+1.4SY donde: CP: carga permanente CUEP: carga de uso en entrepiso CUC: carga de uso en cubierta WX/Y: carga de viento en las direcciones de “X” y “Y”, respectivamente SX/Y: carga de sismo en las direcciones de “X” y “Y”, respectivamente 3.6. Análisis realizados 3.6.1. Análisis P-Delta Para el análisis de los esfuerzos tanto en los elementos Frame como en los Shell se tuvo en cuenta un análisis P-Delta (estático no lineal) de 2do orden considerando la reducción de la rigidez lateral en los esfuerzos de compresión y su aumento en los esfuerzos de tracción, de ahí su uso para el posterior diseño de los elementos. Se fijó especial atención a los elementos que reciben las máximas solicitaciones de momento y axial en vigas y columnas, así como los mayores esfuerzos en los tímpanos causados principalmente por la acción de las cargas laterales. 78 CAPITULO III Fig. 3.7 Casos de carga definidos para un análisis estático no lineal (P-Delta). a) Vigas a) b) Fig. 3.8 Gráficos de momentos en vigas. a) Vigas en X. B) Vigas en Y. Vigas en X Las vigas con mayores valores de momento se muestran en la siguiente figura: 79 CAPITULO III a) b) Fig. 3.9 Vigas más esforzadas en la dirección X. a) Mayor momento negativo. B) Mayor momento positivo. Vigas en Y Las vigas con mayores valores de momento se muestran en la siguiente figura: a) b) Fig. 3.10 Vigas más esforzadas en la dirección Y. a) Mayor momento negativo. B) Mayor momento positivo. 80 CAPITULO III Observe que los mayores valores de momento en vigas se deben a combinaciones de carga que involucran cargas verticales y peso propio. b) Columnas Fig. 3.11 Diagramas de fuerza axial en columnas. Columnas esquinas Las columnas más esforzadas se muestran en la siguiente figura: a) b) Fig. 3.12 Mayor esfuerzo axial en las columnas de las esquinas. a) Valores de axial para la combinación mostrada. b) Columna más esforzada. 81 CAPITULO III Observe que, para la combinación de carga mostrada, debido a la acción del sismo, la estructura se comprime en las columnas de la derecha provocando así el máximo axial de la estructura en las columnas del 1er piso. Columnas laterales Las columnas más esforzadas se muestran en la siguiente figura: a) b) Fig. 3.13 Mayor esfuerzo axial en las columnas laterales. a) Valores de axial para la combinación mostrada. b) Columna más esforzada. Columnas interiores Las columnas más esforzadas se muestran en la siguiente figura: 82 CAPITULO III a) b) Fig. 3.14 Mayor esfuerzo axial en las columnas interiores. a) Valores de axial para la combinación mostrada. b) Columna más esforzada. Note que los mayores axiales en las columnas laterales e interiores son provocados por la amplificación de las cargas verticales y por el peso propio de la estructura. c) Muros de corte Para el análisis de los muros de corte se tuvo en cuenta el mayor momento en los mismos ya que estos esfuerzos se muestran más críticos que los cortantes, mostrándose en la figura 3.14 que, el mismo se produce en los muros del 1er piso del edificio para un caso de combinación de carga que incluya la acción sísmica. a) b) Fig. 3.15 Solicitaciones de momento en muros. a) Solicitación máxima de momento para la combinación mostrada. b) Muro más esforzado. 83 CAPITULO III Fig. 3.16 Esfuerzos cortantes en muros producidos por la acción del viento. Note que los mayores cortantes en muros por la acción del viento se producen en el último piso, ya que la carga lateral del viento es mayor en el tope del edificio. d) Losas El análisis de las losas no se tuvo en cuenta, ya que el programa no realiza el diseño de las mismas. Note solamente los valores de momentos dados por la gama de colores presentados en las isozonas en las losas provocados por un caso de combinación de cargas, a saber, 1.2CP + 1.6CU entrepiso + 0.5CU cubierta. (ver figura 1.15) a) b) Fig. 3.17 Esfuerzos de momentos en losas de entrepiso. a) Momentos M 11. b) Momentos M 22. 84 CAPITULO III a) b) Fig. 3.18 Secciones de corte. a) Corte 1-1. b) Corte 2-2. 3.6.2. Análisis por etapas de construcción Para que se muestren las fuerzas internas en los elementos de la estructura, tomando en cuenta que el edificio ha sido cargado en diferentes etapas durante su construcción, se debe definir un caso de secuencia constructiva incluyendo el peso propio del edificio. Después de realizar el análisis se nota una diferencia en cuanto a las envolventes de los momentos por etapas de construcción con relación a las envolventes provocadas por el peso propio en un análisis estático lineal. Tal y como se muestra en la figura 3.21: a) b) 85 CAPITULO III Fig. 3.19 Comparación de los momentos en vigas. a) Análisis estático lineal. b) Análisis por etapas de construcción. 3.7. Diseño de los elementos estructurales Para el diseño de los objetos estructurales se tuvieron en cuenta las vigas, columnas y muros de corte más esforzados según el análisis P-Delta realizado. 3.7.1. Diseño de vigas a) Vigas en X Para el diseño de las vigas en la dirección X se tomaron los análisis de las vigas más esforzadas realizándose una envolvente de los momentos máximos de ambas vigas y redefiniendo la cantidad de barras de acero correspondientes a las áreas de acero calculadas por el programa (ver figura 3.22). Los diseños realizados por el programa para las vigas analizadas se encuentran en el anexo D-1 y D-2. a) b) Fig. 3.20 Áreas de acero calculadas por el ETABS para las vigas más esforzadas en mm2 y su redistribución. De los diseños realizados por el programa, se obtuvo aproximadamente las ubicaciones de los puntos teóricos de corte del acero superior e inferior, teniendo en consideración que se correrá tanto arriba como abajo. Con las recomendaciones de la norma, se obtuvieron los puntos finales de corte. El diseño final de las mismas se presenta a continuación: 86 CAPITULO III a) b) c) Fig. 3.21 Diseño final de las vigas en la dirección X. a) Refuerzo longitudinal. b) Corte 1-1. c) Corte 2-2. Note que en la sección 1 la cuantía del acero superior es mayor que la inferior, esto se debe a la redistribución de las áreas de acero, quedando las mismas como se muestra en la figura 3.22. b) Vigas en Y Para el diseño de las vigas en la dirección Y se tomaron los análisis de las vigas más esforzadas realizándose una envolvente de los momentos máximos de ambas vigas y redefiniendo la cantidad de barras de acero correspondientes a las áreas de acero calculadas por el programa (ver figura 3.24). Los diseños realizados por el programa se encuentran en el anexo D-3. 87 CAPITULO III a) b) Fig. 3.22 Áreas de acero calculadas por el ETABS para las vigas más esforzadas en mm2 y su redistribución. De los diseños realizados por el programa, se obtuvo aproximadamente las ubicaciones de los puntos teóricos de corte del acero superior e inferior, teniendo en consideración que se correrá tanto arriba como abajo. Con las recomendaciones de la norma, se obtuvieron los puntos finales de corte. El diseño final de las mismas se presenta a continuación: a) 88 CAPITULO III b) c) Fig. 3.23 Diseño final de las vigas en la dirección X. a) Refuerzo longitudinal. b) Corte 1-1. c) Corte 2-2. 3.7.2. Diseño de columnas c) Columnas de las esquinas Para el diseño de las columnas de las esquinas se tuvo en cuenta el análisis de la columna más esforzada, teniendo en cuenta las solicitaciones máximas y se realizó una redistribución de la cantidad de barras de acero correspondientes a las áreas de acero calculadas por el programa (ver figura 3.27). El diseño realizado por el programa se encuentra en el anexo D-4. Fig. 3.24 Áreas de acero calculada por el ETABS para la columna más esforzada en mm2. El diseño final de las mismas se presenta a continuación: Fig. 3.25 Diseño final de las columnas de las esquinas. d) Columnas laterales 89 CAPITULO III Para el diseño de las columnas laterales se tuvo en cuenta el análisis de la columna más esforzada, teniendo en cuenta las solicitaciones máximas y se realizó una redistribución de la cantidad de barras de acero correspondientes a las áreas de acero calculadas por el programa (ver figura 3.27). El diseño realizado por el programa se encuentra en el anexo D5. Fig. 3.26 Áreas de acero calculada por el ETABS para la columna más esforzada en mm2. Según el área de acero calculada por el programa (25 cm2) la sección requería solamente de 9 barras de 19 mm, pero por cuestiones de simetría se le añadió una barra más, quedando el diseño tal y como se muestra en la figura 3.29. Fig. 3.27 Diseño final de las columnas laterales. e) Columnas interiores Para el diseño de las columnas interiores se tuvo en cuenta el análisis de la columna más esforzada, teniendo en cuenta las solicitaciones máximas y se realizó una redistribución de la cantidad de barras de acero correspondientes a las áreas de acero calculadas por el programa (ver figura 3.27). El diseño realizado por el programa se encuentra en el anexo D6. 90 CAPITULO III Fig. 3.28 Áreas de acero calculada por el ETABS para la columna más esforzada en mm2. El diseño final de las mismas se presenta a continuación: Fig. 3.29 Diseño final de las columnas interiores. 3.7.3. Diseño de los muros de corte Para el diseño de los muros se tuvo en cuenta el comportamiento de los mismos a flexocompresión para un caso de carga estático no lineal. Al analizar los esfuerzos en ellos se llegó a la conclusión de que las solicitaciones de momento fueron más críticas que los de cortante y axial. En el caso de los mismos se realizó una redistribución de los aceros de acuerdo al área calculada por el programa la cual se presenta en el anexo D-7. Fig. 3.30 Áreas de acero calculada por el ETABS para el muro con mayor esfuerzo cortante en 91 CAPITULO III mm2. El diseño final de los muros se presenta a continuación: Fig. 3.31 Diseño final de muros de corte. Note que el programa diseña los muros como si fueran columnas, por lo tanto, se realiza un acomodamiento de los aceros en forma de malla para el refuerzo de los muros quedando representado de la siguiente forma: Fig. 3.32 Representación del refuerzo longitudinal en muros. 92 CAPITULO III Fig. 3.33 Representación del refuerzo transversal en muros. 3.8. Conclusiones parciales del capítulo: Al usar un programa computacional de análisis y diseño se reduce el tiempo de creación del modelo y se pueden realizar modificaciones de manera rápida. Sin embargo, la veracidad de los resultados está en función de un modelo que se aproxime al comportamiento de la estructura real. ETABS resulta ser la herramienta ideal para analizar estructuras regulares, ya que brinda facilidades al manejar las herramientas y aplicaciones en todos los puntos de la etapa de modelación, no queriendo decir que su aplicación en edificios irregulares no sea eficiente. Como era de esperarse, las dimensiones de los elementos estructurales del proyecto obtenidas a partir de un análisis de predimensionamiento, no siempre son las dimensiones requeridas en el análisis estructural, ya que intervienen otros factores y requerimientos a cumplir que modifican dichas dimensiones; sin embargo, sirven como punto de partida para realizar un correcto análisis de la estructura. En nuestro caso las cuantías de acero calculadas automáticamente por el programa son pequeñas con relación al predimensionamiento de los elementos. Esto se debe a que el área de hormigón se lleva la mayor cantidad de los esfuerzos generados que recibe el elemento, por lo que se debe tener en cuenta un buen predimensionamiento, pues ayuda 93 CAPITULO III en gran medida a minimizar los futuros cambios que se le tengan que hacer al edificio, serán menos las correcciones y el proyecto en su totalidad será más consistente. En la mayoría de las vigas, las cargas gravitacionales gobernaron el diseño, salvo en las vigas que recibieron el mayor esfuerzo de momento negativo, recibiendo parte de las fuerzas provocadas por la acción lateral del sismo. En el caso de las vigas, el programa calcula las cargas por el criterio del área tributaria, por lo cual es posible utilizar los resultados del diseño automático (que se muestra como áreas o cuantías de acero) para obtener directamente y de manera rápida el acero de refuerzo en estos elementos. Es de vital importancia que, en edificios ubicados en zonas de alto riesgo sísmico, se cumplan con todos los requisitos recomendados por los códigos nacionales e internacionales para el diseño de los elementos estructurales. Lamentablemente en nuestro país, muchos de esos requisitos son obviados por falta de conocimiento o por creer que son de poca importancia en el momento de un desastre natural. Es necesario profundizar en el análisis sísmico de las estructuras para proveer de edificios seguros y evitar desgracias. 94 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES GENERALES Teniendo en cuenta todos los aspectos abordados, el software ETABS provee al usuario de ser una herramienta de gran utilidad para la modelación, el análisis y el diseño de edificios, concluyendo que: El software abarca gran parte de los análisis y diseños de estructuras y agrega una interfaz gráfica fácil y completa, vinculada con poderosas herramientas, ofreciéndole al ingeniero estructural un programa de análisis y diseño de edificaciones sin igual en eficiencia y productividad. ETABS presenta varias opciones y ventajas con relación a la familia de CSI, ya que: - Tiene la posibilidad de modelar columnas compuestas desde un editor predeterminado. - Posee la simplicidad de discretizar la estructura en elementos macroscópicos. - Posibilita el análisis de la retracción a través de la modelación de la estructura por etapas de construcción. Calcula automáticamente los centros de masa y rigidez y las masas de entrepiso. La obtención de los resultados de los análisis y diseños con ETABS se realiza de manera fácil, utilizando directamente los datos de salida para el diseño del proyecto estructural. En nuestro país es desconocido el uso del programa para la realización automatizada de los proyectos de estructuras, no siendo así en el resto del mundo. Para la definición y asignación de las cargas laterales de viento y sismo se hace tedioso su cálculo ya que la norma cubana no está incluida dentro del programa. La realización del trabajo conllevó a la confección de una guía tipo manual para todo aquel estudiante o profesional que esté interesado en el análisis y diseño automatizado de estructuras, presentando la funcionabilidad de los comandos para la versión de ETABS 15.0.0. 95 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Debido a las facilidades de manejo del ETABS y a sus características para el análisis y el diseño estructural, se debe introducir el mismo en la Ingeniería Civil Cubana e impartirlo en cursos de pre y posgrado como parte del programa educacional. 96 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES Realizar de trabajos como este que abarquen otros softwares de análisis y diseño automatizado de estructuras para establecer comparaciones entre los mismos en cuanto a capacidades avanzadas de manejo para la modelación, análisis y diseño de edificios. Continuar los estudios investigativos sobre el software en posteriores trabajos pudiendo realizar proyectos estructurales que presenten: edificios altos regulares e irregulares con propiedades asimétricas en planta y definiendo otros tipos de análisis para determinar su comportamiento, a saber, Time History Analysis, Pushover y Buckling. Realizar con ETABS el análisis y diseño de naves industriales y estructuras metálicas para la puesta en práctica del diseño de conexiones metálicas y placas base. Introducir el ETABS en el sistema educacional, realizando la impartición de cursos sobre el software en pre y posgrado. 97 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA 1. Albarracin Ñiquen , P. J. & Gallo Liendo, E. J., 2010. Diseño Sísmico de un edificio aporticado de siete pisos deseñado con el reglamento nacional de construcciones y aceptando una deriva máxima de 1%. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú. 2. Allauca Sanchez, L. Y. & Oue, T., 2006. Desempeño sísmico de un edificio aporticado de cinco pisos diseño con las normas peruanas de edificaciones. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú. 3. Alves González, J. J. & Lares Fernández, P., 2011. Análisis dinámico de una estructura irregular empleando el programa de cálculo estructural ETABS, Caracas, Venezuela: s.n. 4. Armenta Villa, J., Mendoza Juárez, E. A. & Ramírez Hernández, A., 2007. Análisis comparativo (STAAD Pro 2006 vs. ETABS V.9.0) de superestructura para diseño de edificios de 8 niveles con columns de sección compuesta y trabes metálicas ubicado en la zona IIIa según RCDF 2004, México: s.n. 5. Arquigrafico, Available at: 2014. Arquigrafico. [En línea] http://www.arkigrafico.com/etabs-uno-de-los-mejores-programas-de- diseo-y-analisis-de-estructuras/ [Último acceso: 3 febrero 2016]. 6. Barrientos Opazo, C. A., 2004. DISEÑO EN FERROCEMENTO DE UN EDIFICIO, Valdivia: s.n. 7. Benítez Villatoro, A. J., Campos Rivera, H. L. & Ortega Rivera, J. R., 2005. 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Al entrar al menú File, se presentan las siguientes opciones activas: ANEXOS Fig. A-2 Comandos accesibles del Menú File al abrir el programa. 2. Iniciar un nuevo modelo Si se elige iniciar un nuevo modelo, se tiene la opción de comenzar con las definiciones y/o preferencias que trae consigo el programa por defecto o de algún archivo existente, es decir, sus materiales, secciones, combinaciones, colores, etc. Por otra parte, se pueden elegir por el usuario las unidades con las que desea trabajar, la base de datos de secciones del acero, así como los códigos de diseño del mismo y los del hormigón. ANEXOS Fig. A-3 Iniciando un Modelo Nuevo. Una vez seleccionada alguna de las opciones se presenta una ventana con una serie de plantillas predeterminadas con el fin de generar la edificación correspondiente a partir de variables debidamente definidas. a) ANEXOS b) Fig. A-4 Definición de un Modelo Nuevo. a) Plantillas rápidas para un Modelo Nuevo. b) Definición de la Grid. Para definir una identificación particular de los ejes en X y Y se tiene el siguiente formulario: Fig. A-5 Definición de la Grid en X y Y. Para definir distancias y/o aplicaciones particulares entre los ejes en X y Y, se tiene el siguiente cuadro: ANEXOS Fig. A-6 Opciones para modificar la Grid. Visible: Permite definir si la grid se quiere mostrar en el modelo estructural. Bubble Loc: Permite cambiar la orientación del eje. Display grid data as ordinates: Permite editas los ejes de la grid. Display grid data as spacing: Permite editar el espaciamiento entre los ejes de la grid. Fig. A-7 Modificación de las alturas de los pisos. Para definir alturas y/o aplicaciones particulares entre los pisos del modelo estructural, se tiene el siguiente cuadro: ANEXOS Fig. A-8 Opciones para modificar las alturas de los pisos. Master Story: Piso Maestro (Nivel de Referencia). Similar To: Indica que el piso es similar a alguno definido como Piso Maestro. Esto implica que al cambiar cualquier aspecto en el Piso Maestro automáticamente se modifica en sus similares. Fig. A-9 Plantillas predeterminadas. Blank: No se visualiza la grid. Grid Only: Plantilla de grid (3D). Steel Deck: Estructura de pórticos en acero ANEXOS Staggered Truss: Estructura de acero utilizando armaduras espaciales. Flat Slab: Estructura de concreto armado utilizando losas macizas sobre capiteles. Flat Slab with Perimeter Beams: Estructura de concreto armado utilizando losas macizas sobre capiteles y vigas perimetrales. Waffle Slab: Estructura de concreto armado utilizando losas reticulares y capiteles. Two Way or Ribbed Slab: Estructura de concreto armado con vigas en dos direcciones y losa nervada. 2.1. Steel Deck: Estructura de Pórticos en Acero En esta opción puede generarse una estructura de pórticos ortogonales en acero y correas uniformemente espaciadas. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, tipo de rigidez en las uniones de elementos resistentes, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de vigas, vigas secundarias y columnas, definir diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. ANEXOS Fig. A-10 Propiedades estructurales y geométricas para Steel Deck. Fig. A-11 Definición de los voladizos de la losa. Fig. A-12 Propiedades de los elementos de la estructura. ANEXOS Fig. A-13 Definición de vigas secundarias y momentos. Fig. A-14 Definición del sistema de cargas y diafragmas. Fig. A-15 Representación gráfica del Modelo generado. 2.2. Staggered Truss: Estructura de Acero con Armaduras Especiales ANEXOS En esta opción puede generarse una estructura de acero con un sistema de vigas y cerchas en direcciones ortogonales y vigas secundarias uniformemente espaciadas. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de vigas, vigas secundarias, cordones, diagonales, montantes, columnas, definición de diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. Fig. A-16 Propiedades estructurales y geométricas para Staggered Truss. Fig. A-17 Definición de las cerchas de la armadura. ANEXOS Fig. A-18 Propiedades de los elementos de la estructura. Fig. A-19 Representación gráfica del Modelo generado. 2.3. Flat Slab: Estructura de Concreto Armado utilizando Losas Macizas sobre Capiteles ANEXOS En esta opción puede generarse una estructura de concreto armado con la base de una losa maciza y columnas con capiteles. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de columnas, losa y capiteles, definición de diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. Fig. A-20 Propiedades estructurales y geométricas para Flat Slab. ANEXOS Fig. A-21 Representación gráfica del Modelo generado. 2.4. Flat Slab with Perimeters Beams: Estructura de Concreto Armado utilizando Losas Macizas sobre Capiteles y Vigas Perimetrales En esta opción puede generarse una estructura de concreto armado a base de una losa maciza, columnas, capiteles y vigas perimetrales. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de columnas, losa, vigas y capiteles, definición de diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. ANEXOS Fig. A-22 Propiedades estructurales y geométricas para Flat Slab with Perimeters Beams. Fig. A-23 Representación gráfica del Modelo generado. ANEXOS 2.5. Waffle Slab: Estructura de Concreto Armado utilizando Losas Reticulares y Capiteles En esta opción puede generarse una estructura de concreto armado a base de una losa reticular, capiteles, columnas y vigas. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de columnas, loseta, nervios, vigas y capiteles, definición de diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. Fig. A-24 Propiedades estructurales y geométricas para Waffle Slab. ANEXOS Fig. A-25 Representación gráfica del Modelo generado. 2.6. Two Way or Ribbed Slab: Estructura de Concreto Armado con Vigas en dos Direcciones y Losas Nervadas En esta opción puede generarse una estructura de concreto armado a base de una losa maciza o loseta con nervios en una dirección, columnas y vigas. Adicionalmente, puede darse la condición de considerar voladizos en ambas direcciones, establecer el tipo de vinculación en el nivel base, predimensionado de columnas, losa o loseta, nervios y vigas, definición de diafragma rígido y el sistema de cargas a considerar. ANEXOS Fig. A-26 Propiedades estructurales y geométricas para Two Way or Ribbed Slab. Fig. A-27 Representación gráfica del Modelo generado. 3. Lista general de Menú en pantalla ANEXOS Fig. 28 Lista general de Menú de pantalla. Fig. A-29 Pantalla de inicio. Opción de Selección y aplicación múltiple: Permite hacer cambios, selecciones y asignaciones utilizando diferentes opciones. One Story: Aplica sólo al Piso donde se encuentra ubicado All Stories: Aplica a todos los Pisos del modelo. Similar Stories: Aplica a los Pisos Similares ANEXOS 3.1. Menú File: Archivos Fig. A-30 Comandos accesibles del Menú File. ANEXOS 3.1.1. Import: Importar Fig. A-31 Despliegue de las opciones del comando Import. 3.1.2. Export: Exportar Fig. A-32 Despliegue de las opciones del comando Export. ANEXOS 3.1.3. Print graphics: Imprimir Gráficos Fig. A-33 Comando Print Graphics. (Vista preliminar) 3.1.4. Create report: Crear Reporte Fig. A-34 Despliegue de las opciones del comando Create Report. 3.1.5. Capture Picture: Capturar Imagen Fig. A-35 Despliegue de las opciones del comando Capture Picture. ANEXOS 3.2. Menú Edit: Edición Fig. A-36 Comandos accesibles del Menú Edit. 3.2.1. Paste: Pegar Fig. A-37 Comando Paste... Generalmente tiene la misma función que en Windows, con algunos comportamientos especiales del programa ETABS. Solo se activa en el Plano o en la Vista de Plano en ANEXOS Perspectiva. Este comando permite pegar el objeto copiado dadas unas coordenadas especificadas. 3.2.2. Replicate: Replicar Fig. A-38 Comando Replicate. (Linear: Lineal) ANEXOS Fig. A-39 Comando Replicate. (Radial: Radial) ANEXOS Fig. A-40 Comando Replicate. (Mirror: Espejo) Fig. A-41 Comando Replicate. (Story: Piso) Replicate reproduce uno o más objetos y la mayoría de sus tareas. Note que los objetos reproducidos no reemplazan a los objetos que hayan sido colocados en ese punto si así lo desea el usuario. ANEXOS Fig. A-42 Opción Modify/Show Replicate Options for Assigns. ANEXOS 3.2.3. Edit Story and Grid System: Editar Pisos y el Sistema de Grid Fig. A-43 Comando Edit Story and Grid System. ANEXOS Fig. A-44 Opción Modify/Show Story Data… Esta opción le permite al usuario cambiar los niveles del piso, altura, designación del piso maestro, empalmar puntos y altura, etc. Además, permite al usuario cambiar la elevación base del piso o nivel. ANEXOS Fig. A-45 Opción Modify/Show Grid System… 3.2.4. Add Grid Lines at Selected Point: Agregar Ejes a Puntos Seleccionados Fig. A-46 Comando Add Grid Lines at Selected Point. 3.2.5. Grid Options: Opciones de la Grid Fig. A-47 Opciones de la grid. ANEXOS Glue Joints to Grid: Pegar Nodos a la Grid Este comando permite pegar objetos punto que descansan directamente en esas líneas de la cuadricula. Cuando un objeto punto es pegado a la grid y la línea de la cuadrícula se mueve, dicho objeto se mueve con ella. Los objetos línea y área que se insertan en un objeto punto cuando se mueve este permanecen adheridos a dicho objeto y se mueven o cambian su tamaño junto con él. Lock Onscreen Grid System Edit: Bloqueo en Pantalla de la Grid Este comando permite asegurar la edición de la grid en pantalla. 3.2.6. Merge Joints: Unir Nodos Fig. A-48 Comando Merge Joints… Este comando permite fusionar los puntos dentro de una distancia tolerante del punto que haya seleccionado. El usuario especifica dicha tolerancia en la figura mostrada. ANEXOS 3.2.7. Aligned Joints/Frames/Edges: Alinear Nudos, Barras y Ejes Fig. A-49 Comando Aligned Joints/Frames/Edges. 3.2.8. Move Joint/Frames/Shells: Mover Nodos/Barras/Áreas Fig. A-50 Comando Move Joints/Frames/Shells. ANEXOS 3.2.9. Edit Frames: Editar Barras Fig. A-51 Despliegue de las opciones del comando Edit Frames. Divide Frames: Dividir Barras Fig. A-52 Comando Divide Frames. Join Frames: Unir barras ANEXOS Fig. A-53 Comando Modify/Show Frame Type. 3.2.10. Edit Shell: Editar Áreas Fig. A-54 Despliegue de las opciones del comando Edit Shell. Divide Shells: Dividir Áreas ANEXOS Fig. A-55 Comando Divide Shells… Expand/Shrink Shells: Expandir/Encoger Áreas Fig. A-56 Comando Expand/Shrink Shells… Chamfer Slab Corners: Chanflear las Esquinas de las Losas Fig. A-57 Comando Chamfer Slab Corners… ANEXOS Modify/Show Slab Edge Type: Modificar Tipo de Losa Fig. A-58 Comando Modify/Show Slab Edge Type… 3.2.11. Edit Links: Editar Vínculos Fig. A-59 Comando Reverse Link Connectivity. 3.3. Menú View: Ver ANEXOS Fig. A-60 Comandos accesibles del Menú View. ANEXOS 3.3.1. Set 3D View: Vistas en 3D Fig. A-61 Comando Set 3D View… ANEXOS 3.3.2. Set Plan View: Vistas en el Plano Fig. A-62 Comando Set Plan View… ANEXOS 3.3.3. Set Elevation View: Vista en Elevación Fig. A-63 Comando Set Elevation View… ANEXOS 3.3.4. Set Buildings View Limits: Vista de Límites del Edificio Fig. A-64 Comando Set Building View Limits… 3.3.5. Set Display Options: Opciones de Vistas en Pantalla En este caso, se selecciona aquello que se desea aplicar y/o observar en pantalla. Fig. A-65 Comando Set Display Options… ANEXOS Fig. A-66 Opción View by Colors of. Fig. A-67 Opción General. 3.3.6. Change Axes Location: Cambiar la Localización de los Ejes ANEXOS Fig. A-68 Comando Change Axes Location… 3.4. Menú Define: Definir ANEXOS Fig. A-69 Comandos accesibles del Menú Define. 3.4.1. Materials Properties: Propiedades de los Materiales Fig. A-70 Comando Material Properties… ANEXOS Fig. A-71 Opción Modify/Show Material… para todos los materiales. ANEXOS Fig. A-72 Opción Modify/Show Material Property Design Data… para el acero. Fig. A-73 Opción Modify/Show Material Property Design Data… para el hormigón. ANEXOS 3.4.2. Section Properties: Propiedades de las secciones Fig. A-74 Despliegue de las opciones del comando Section Properties. Frame Sections: Secciones de Barras Fig. A-75 Comando Frame Sections… ANEXOS Fig. A-76 Opción Modify/Show Property… ANEXOS Fig. A-77 Opción Show Section Propeties… Slab Sections: Secciones de Losas Fig. A-78 Comando Slab Sections… ANEXOS Fig. A-79 Opción Modify/Show Property… Deck Sections: Secciones de Losas Nervadas ANEXOS Fig. A-80 Comando Deck Sections… Fig. A-81 Opción Modify/Show Property… Wall Sections: Secciones de Muros ANEXOS Fig. A-82 Comando Wall Sections… Fig. A-83 Opción Modify/Show Property… Reinforcig Bar Sizes: Barras de Refuerzo ANEXOS Fig. A-84 Comando Reinforcing Bar Sizes… Link/Support Properties: Propiedades de los Enlaces/Apoyos Fig. A-85 Comando Link/Support Properties… ANEXOS Fig. A-86 Opción Modify/Show Property… Frame/Wall Nonlinear Hinges: Rótulas No Lineales de Barras y Muros Fig. A-87 Comando Frame/Wall Nonlinear Hinges… ANEXOS Fig. A-88 Opción Add New Property… Fig. A-89 Opción Modify/Show Property… Panel Zone: Zona del Panel ANEXOS Fig. A-90 Comando Panel Zone… ANEXOS Fig. A-91 Opción Modify/Show Property… 3.4.3. Spring Properties: Propiedades de los Resortes (Apoyos elásticos a tierra) Fig. A-92 Despliegue de las opciones del comando Spring Properties. Point Springs: Apoyos Elásticos en Puntos Fig. A-93 Comando Point Springs… ANEXOS Fig. A-94 Opción Modify/Show Property… Line Springs: Apoyos Elásticos en Líneas Fig. A-95 Comando Line Springs… ANEXOS Fig. A-96 Opción Modify/Show Property… Area Springs: Apoyos Elásticos en Áreas Fig. A-97 Comando Line Springs… ANEXOS Fig. A-98 Opción Modify/Show Property… Soil Profiles: Perfiles de Suelo Fig. A-99 Comando Soil Profiles… ANEXOS Fig. A-100 Opción Modify/Show Property… 3.4.4. Diaphragms: Diafragmas Fig. A-101 Comando Diaphragms… ANEXOS Fig. A-102 Opción Modify/Show Diaphragm. 3.4.5. Pier labels: Etiquetas de Muro Pier Fig. A-103 Comando Pier Labels… Un muro pier permite obtener las fuerzas internas en secciones horizontales de muros formados por objetos de área verticales (tipo muro), o por una combinación de objetos de área y de línea verticales. Los muros pier pueden ser bidimensionales, si están formados por objetos contenidos en un solo plano vertical, o tridimensionales, si los objetos que los forman están contenidos en dos o más planos verticales. Cuando se trata de muros pier tridimensionales, el plano del muro pier es paralelo a la porción de muro de mayor longitud, pero si las porciones de muro son de la misma longitud, será paralelo a la que se dibujó primero. ANEXOS 3.4.6. Spandrel labels: Etiquetas de Muros Spandrel Fig. A-104 Comando Spandrel Labels… Un muro spandrel puede estar formado por objetos de área verticales (elementos de cáscara tipo muro) o por una combinación de objetos de áreas y de líneas horizontales. Cada elemento dentro de un muro spandrel está asociado al nivel de piso más alto que este elemento interseca o toca. Si no intersecará ningún nivel, éste pertenecerá al nivel de piso inmediato superior. A diferencia de los muros pier, un muro spandrel puede contener objetos de área de dos niveles de piso adyacentes. ANEXOS 3.4.7. Group Definitions: Definiciones de Grupo Fig. A-105 Comando Group Definitions… 3.4.8. Section Cuts: Cortes de Sección Fig. A-106 Comando Section Cuts… 3.4.9. Functions: Funciones ANEXOS Fig. A-107 Despliegue de las opciones del comando Functions. Response Spectrum: Espectro de Respuesta Fig. A-108 Comando Response Spectrum… Fig. A-109 Opción Add New Function… ANEXOS Fig. A-110 Opción Convert to User Defined. Time History: Cronología ANEXOS Fig. A-111 Comando Time History… Fig. A-112 Opción Add New Function… ANEXOS Fig. A-113 Opción Convert to User Defined. 3.4.10. Generalized Displacements: Desplazamientos Generalizados ANEXOS Fig. A-114 Comando Generalized Displacements… Fig. A-115 Opción Add Gen Displ… 3.4.11. Mass Source: Fuente de Masa Fig. A-116 Comando Mass Source… ANEXOS Fig. A-117 Opción Modify/Show Mass Source… 3.4.12. P-Delta Options: Opciones P-Delta Fig. A-118 Comando P-Delta Options… ANEXOS 3.4.13. Modal Cases: Casos Modales Fig. A-119 Comando Modal Cases… Fig. A-120 Opción Modify/Show Case… ANEXOS Fig. A-121 Opción Design… 3.4.14. Load Patterns: Patrones de Carga Fig. A-122 Comando Load Patterns… Usted puede agregar los patrones de carga siguiendo los siguientes pasos: 1. Teclee el nombre del compartimiento de la carga en la opción Load. El programa no permite la duplicidad de nombres. 2. Seleccione un tipo de carga desde la opción Type. 3. Teclee un multiplicador de peso propio en la opción de edición Self-Weight Multiplier (ver la explicación que se presenta a continuación) 4. Si la carga especificada es de sismo o viento (Seismic or Wind), seleccione una opción en Auto Lateral Load. 5. De click en el botón de Add New Load. Self-Weight Multiplier (Multiplicador de Peso Propio) ANEXOS El peso propio de la estructura se determina multiplicando el peso por volumen de unidad de cada objeto que tiene propiedades estructurales por el volumen del objeto. El peso por volumen de unidad se especifica en las propiedades del material. Una porción del peso propio de la estructura puede ser aplicada a cualquier compartimiento de carga estática. El multiplicador de peso propio controla que porción de peso propio contenga un compartimiento de carga. Un multiplicador de peso propio de un valor de 1 incluye el peso propio completo de la estructura y del compartimiento. Un multiplicador de peso propio de 0.5 incluye una mitad del peso propio de la estructura en ese compartimiento de carga. Normalmente en un multiplicador de peso propio de 1 de un compartimiento de carga estática solo se puede especificar, usualmente en el compartimiento de carga muerta. Todos los casos de compartimientos de otras cargas estáticas tienen multiplicadores de peso propio de cero. Note que un multiplicador de peso propio de 1 está incluido en dos diferentes compartimientos de carga que se combinan en una carga, los resultados de dicha combinación se basan en un análisis en el cual se ha aplicado a la carga el doble peso propio de la construcción. 3.4.15. Shell Uniform Load Sets: Conjuntos de Cargas Uniformes de las Áreas Fig. A-123 Comando Shell Uniform Load Sets… ANEXOS Fig. A-124 Opción Modify/Show Load Set… 3.4.16. Load Cases: Casos de Carga Fig. A-125 Comando Shell Uniform Load Sets… ANEXOS Fig. A-126 Opción Modify/Show Case… Fig. A-127 Opción Design… ANEXOS 3.4.17. Load Combinations: Combinaciones de Carga Fig. A-128 Comando Load Combinations… Fig. A-129 Opción Modify/Show Combo… ANEXOS Fig. A-130 Opción Add Default Design Combos… 3.5. Menú Draw: Dibujar Fig. A-131 Comandos accesibles del Menú Draw. ANEXOS 3.5.1. Draw Beam/Column/Brace Objects: Dibujar Vigas/Columnas/Arriostres Fig. A-132 Despliegue de las opciones del comando Draw Beam/Column/Brace Objects. Dibujar Columnas En el dibujo de columnas, después de accionado el comando, aparecerá en la esquina inferior izquierda la caja de las propiedades del objeto a dibujar. Estas propiedades proveen de varias definiciones de parámetros y controles de dibujo. Revise los parámetros y controles que se muestran en esta caja antes de dibujar las columnas para asegurar que son los que usted requiere. Cambie cualquier entrada de la caja dando click sobre ella y haciendo una nueva selección desde la caja o tecleando nueva información en la caja de edición, como corresponda. Fig. A-133 Caja de propiedades del objeto para el dibujo de columnas. Después de revisar los parámetros de propiedades del objeto, de click en la parte izquierda de la Vista del Plano en la intersección de las líneas de la cuadricula donde usted quiera la columna. Una columna en forma de “I” deberá aparecer en un punto de la Vista del Plano. Continué con dicha operación para nuevas columnas. Alternativamente, dibuje las columnas pendientes en una sola acción haciendo un cuadro de selección alrededor de las intersecciones en las q usted precise de columnas. Para ello, de click izquierdo al mouse sobre y hacia la izquierda de la primera intersección de la ANEXOS cuadricula y después, mientras sigue presionando el botón izquierdo del mouse, arrastre el mouse hasta la parte inferior derecha de la última intersección de la cuadricula. Un cuadro de selección similar al descrito se muestra en la figura 134 y deberá expandirse alrededor de las líneas de las intersecciones de las cuadriculas conforme el mouse se arrastra por el modelo. Suelte el botón del mouse y el programa dibujará los objetos columna en las intersecciones de la cuadrícula. Fig. A-134 Cuadro de selección para el dibujo rápido de columnas. Dibujar Vigas En el dibujo de columnas, como se ha explicado anteriormente, después de accionado el comando aparecerá en la esquina inferior izquierda la caja de las propiedades del objeto a dibujar. La caja de propiedades del objeto provee varias definiciones de parámetros. Cambie cada entrada en la caja dando click en ella, haciendo la selección desde la caja o tecleando nueva información en la caja de edición, como corresponda. ANEXOS Fig. A-135 Caja de propiedades del objeto para el dibujo de vigas. Después de haber revisado los parámetros de las propiedades del objeto a dibujar, de un click izquierdo en la Vista de Plano en una línea de la cuadricula donde deba ser colocada una viga. Una viga se dibuja junto con la línea de la cuadricula seleccionada. Repitiendo este proceso se colocarán las demás vigas. Alternativamente, dibuje las vigas pendientes en una sola acción haciendo un cuadro de selección alrededor de las intersecciones en las q usted precise de vigas. Para ello, de click izquierdo al mouse sobre y hacia la izquierda de la primera línea de la cuadricula y después, mientras sigue presionando el botón izquierdo del mouse, arrastre el mouse hasta la parte inferior derecha de la última línea de la cuadricula. Un cuadro de selección similar al mostrado anteriormente se formará y deberá expandirse alrededor de las líneas de las cuadriculas conforme el mouse se arrastra por el modelo. Suelte el botón del mouse y el programa dibujará los objetos viga en las líneas de la cuadrícula. Dibujar Vigas Secundarias Para insertar las vigas secundarias, de click izquierdo en la cuadricula de la esquina limitada por líneas en las cuales serán colocadas las vigas. De forma similar a las columnas y a las vigas primarias, las vigas secundarias pueden dibujarse pasando el cursor sobre las esquinas. Nótese que se debe fijar el parámetro de la Orientación aproximada para que quede fijada la dirección del tramo. ANEXOS Fig. A-136 Caja de propiedades del objeto para el dibujo de vigas secundarias. Fig. A-137 Dibujo rápido de vigas secundarias. 3.5.2. Draw Floor/Wall Objects: Dibujar Pisos/Muros Fig. A-138 Despliegue de las opciones del comando Draw Floor/Wall Objects. Dibujar Pisos ANEXOS En el dibujo de los pisos, después de accionado el comando, aparecerá en la esquina inferior izquierda la caja de las propiedades del objeto a dibujar. De formar similar a las columnas y las vigas, estas propiedades del objeto proveen de la oportunidad de revisar y cambiar los parámetros para el área. Para cambiar cualquier entrada de la caja solo de click sobre ella y haga una nueva selección desde la caja o teclee la nueva información en la caja de edición, como corresponda. Fig. A-139 Caja de propiedades del objeto para el dibujo de los pisos. De click izquierdo en una columna para iniciar el área del piso en esa columna. Después moviendo el cursor, alrededor del perímetro del objeto del piso, de click en otra de las intersecciones de las columnas para dibujar la línea exterior del edificio. Presione la tecla Enter en el teclado para completar el piso. Alternativamente usted puede dibujar el piso de forma rápida dando haciendo click entre cuatro columnas con el comando del dibujo rápido de los pisos. Dibujar Muros En el dibujo de muros, como se ha explicado anteriormente, después de accionado el comando aparecerá en la esquina inferior izquierda la caja de las propiedades del objeto a dibujar. De formar similar a los pisos, estas propiedades del objeto proveen de la oportunidad de revisar y cambiar los parámetros para el área. Para cambiar cualquier entrada de la caja solo de click sobre ella y haga una nueva selección desde la caja o teclee la nueva información en la caja de edición, como corresponda. ANEXOS Fig. A-140 Caja de propiedades del objeto para el dibujo de los muros. De click izquierdo en una columna para iniciar el área del muro en esa columna. Después moviendo el cursor, hacia la próxima columna, de click en otra de las intersecciones para dibujar el muro, realice esta operación hasta haber completado el mismo. Presione la tecla Enter en el teclado para completar el dibujo del muro. Alternativamente usted puede dibujar el muro de forma rápida dando haciendo click entre dos columnas con el comando del dibujo rápido de los muros. 3.5.3. Draw Section Cut: Dibujar Corte de una Sección Esta opción permite obtener los diagramas de solicitaciones en grupos de columnas, vigas y losas, para una determinada carga o combinación. Para obtener una sección de corte primero se debe ver en pantalla los diagramas de solicitaciones (el que se requiera) para cualquier régimen de cargas, y luego, ir al menú Draw / Draw Section Cut y pasar una línea que corte los elementos involucrados. 3.5.4. Draw Developed Elevation Definition: Definir el Desarrollo de Elevaciones Dibujar una elevación definida por el usuario. En esta opción se puede seleccionar una ruta en planta que permita obtener un pórtico de manera arbitraria. ANEXOS Fig. A-141 Comando Draw Developed Elevation Definition… Una vez que se coloca la etiqueta que identifica la vista a generar, se procede a ir marcando punto a punto la ruta para definir una elevación de manera particular. Luego para seleccionar dicha vista se debe ir al menú View / Set Elevation View. 3.5.5. Draw Wall Stacks: Dibujar Muros Este comando permite el dibujo de muros en el modelo realizado en la vista en planta, elevación y 3D. El comando permite varios surtidos de perfiles de muros para facilitar el trabajo y hacerlo de manera más rápida. ANEXOS Fig. A-142 Comando Draw Wall Stacks… 3.5.6. Auto Draw Cladding: Revestimiento Automático de la Estructura El comando permite recubrir completamente la estructura modelada sin asignarle ninguna propiedad al revestimiento proporcionado. ANEXOS 3.5.7. Snap Options: Opciones de Precisión Fig. A-143 Comando Snap Options… 3.6. Menú Select: Seleccionar Fig. A-144 Comandos accesibles del Menú Select. ANEXOS 3.6.1. Select: Seleccionar Fig. A-145 Despliegue de las opciones del comando Select. Opciones de Selección Pointer: Se selecciona el objeto dando click izquierdo en un objeto. Para las selecciones puede auxiliarse de las opciones de One, Similar y All Stories respectivamente para disminuir el trabajo. Window: Dibuje un recuadro o ventana alrededor de uno o más objetos para seleccionarlos. Para dibujar una ventana alrededor de un objeto, primero posicione el cursor debajo de los límites del objeto; por ejemplo: en la parte inferior izquierda del objeto. Después presione y mantenga así el botón izquierdo del mouse. Mientras realiza lo anterior jale el cursor a la parte superior derecha del objeto que quiere seleccionar. Suelte el botón del mouse para completar la selección. -Durante la selección con la ventana note lo siguiente: Conforme se arrastra el mouse, aparece un cuadro de selección editable. Este cuadro es un rectángulo que cambia de forma conforme se arrastra el mouse. Una esquina del cuadro se encuentra en el punto en donde se oprimió el botón del mouse por primera vez. La esquina diagonalmente opuesta del cuadro estará en la posición del cursor del ANEXOS mouse. Será seleccionado cualquier objeto visible dentro del cuadro cuando se suelte el botón del mouse. Siempre y cuando usted se quede debajo de los límites del objeto que quiere seleccionar, se puede comenzar desde cualquier punto, por ejemplo: debajo del lado derecho, debajo del lado izquierdo, o debajo del lado derecho del objeto que se quiere seleccionar. En todos los casos, deberá arrastrar el cursor diagonalmente a través del objeto que desea seleccionar. Intersecting Line: Dibuje una línea a través de uno o más objetos para seleccionarlos. Posicione su cursor en uno de los lados del objeto (s) que desea seleccionar. Presione y mantenga así el botón izquierdo del mouse. Mientras hace lo anterior, arrastre el mouse a través del objeto que desea seleccionar. Suelte el botón del mouse para completar la selección. -Note lo siguiente sobre el método de línea de Intersección: Mientras arrastra el mouse aparecerá una línea discontinua editable. Esta línea es punteada y cambia de orientación conforme usted mueve el mouse. Se extiende desde el punto en el cual se presionó el mouse por primera vez hasta la posición en que se encuentra. Cuando se suelte el botón del mouse se seleccionará cualquier objeto visible que se intersecte (o sea cruzado) con la línea. Después de usar este método para hacer selección, el programa regresa al modo de seleccionar. Coordinate Specification: Coordenadas Específicas. Fig. A-146 Despliegue de las opciones del comando Coordinate Specification. En el Plano XY ANEXOS De click en cualquier punto y en todos los objetos (punto, línea y área) cuando son iguales en el plano XY mientas los puntos sean seleccionados también. El objeto deberá reposar totalmente en el plano asociado que ha sido seleccionado. En el Plano XZ De click en un punto y en todos los objetos (punto, línea y área) que se encuentren en el mismo plano global XZ mientras el punto también es seleccionado. El objeto debe reposar totalmente en el plano asociado que ha sido seleccionado. En el Plano YZ De click en un punto y en todos los objetos (punto, línea y área) que se encuentren en el mismo plano global YZ mientras el punto también es seleccionado. El objeto debe reposar totalmente en el plano asociado que ha sido seleccionado. Properties: Propiedades. Fig. A-147 Despliegue de las opciones del comando Properties. Por Secciones de Barras Seleccione una propiedad de un objeto barra de la estructura desde las cajas de secciones de selección que han sido asignadas y esa propiedad de sección de la estructura será seleccionada. Por Secciones de Losas, Losas Nervadas y Muros ANEXOS Seleccione una sección del muro, losa o losa nervada desde el nombre de la caja de sección de selecciones y todos los objetos del área que hayan sido propiamente asignados con esa sección serán seleccionados. Por Propiedades de los Enlaces Seleccione un enlace de propiedades nombrado en la caja de propiedades de selección y todos los objetos de línea que hayan sido asignados al enlace propiamente, serán seleccionados. Por Secciones de Apoyos en Objetos Puntos, Líneas y Áreas Seleccione un objeto de puntos o líneas. Las opciones para objetos tipo líneas son columnas, vigas, refuerzos o apoyos, líneas inútiles o dimensionales (cortas). Seleccione un objeto tipo área con apoyos elásticos desde la caja de selección de objeto y todos los objetos de ese tipo serán seleccionados. Las opciones para los objetos del tipo área son: pisos, muros, rampas o áreas nulas. Labels: Etiquetas Fig. A-148 Despliegue de las opciones del comando Labels. Etiquetas Pier Seleccione Pier desde la caja de selección y cualquier área que tenga dicha forma y se le haya designado ese nombre será seleccionada. ANEXOS Etiquetas Spandrel Seleccione Spandrel desde la caja de selección y cualquier forma que haya sido asignada bajo ese nombre será seleccionada. Groups: Grupos Seleccione el nombre de cualquier colección de objetos que hayan sido definidos como un grupo desde la caja de selección de grupos y el grupo será seleccionado. 3.6.2. Deselect: Deseleccionar Fig. A-149 Despliegue de las opciones del comando Deselect. Deseleccione objetos uno a uno dando click izquierdo en los objetos seleccionados. Alternativamente, use Select menú > y el comando Deselect y sus sub-comandos para una rápida y especifica acción de deseleccionar. Este comando provee acceso similar al descrito en el subepígrafe 3.6.1, solo que, en lugar de seleccionar, este comando deselecciona los objetos. Por ejemplo, se asume que usted quiere seleccionar todos los objetos en su modelo, excepto esos que se encuentran situados en el plano XZ. Haga esto de forma rápida y sencilla usando Select menú > y el comando Select All y después usando Select menú > Deselect > y el comando XZ Plane. Coordinate Specification: Coordenadas Específicas ANEXOS Fig. A-150 Despliegue de las opciones del comando Coordinate Specification. Properties: Propiedades Fig. A-151 Despliegue de las opciones del comando Properties. Labels: Etiquetas Fig. A-152 Despliegue de las opciones del comando Labels. ANEXOS 3.6.3. Invert Selection: Invertir Selección Cambie la selección que está siendo seleccionada en ese momento, los objetos ya no serán seleccionados y los objetos ya no estarán seleccionados y todos los objetos que no estaban seleccionados se seleccionan. 3.6.4. Get Previous Selection: Obtener Selección Previa En Select menú > y el comando Get Previous Selection seleccione el objeto seleccionado anteriormente. Por ejemplo, asuma que ha seleccionado algunos objetos tipo líneas dando click en ellos y asignándoles una parte de las propiedades de la estructura. Use el comando Get Previous Selection o el botón Get Previous Selection para seleccionar la misma línea de objetos y asignarles otra cosa. 3.6.5. Clear Selection: Quitar Selección La opción Select menú > y el comando Clear Selection se asocia con el botón Clear Selection, limpia los objetos que se encuentran seleccionados. Es un comando de todo o nada. Usted no puede limpiar una opción selectivamente usando este comando. 3.7. Menú Assign: Asignar Fig. A-153 Comandos accesibles del Menú Assign. ANEXOS 3.7.1. Joint: Nodo Fig. A-154 Despliegue de las opciones del comando Joint. Restraints: Restricciones Fig. A-155 Comando Restraints… Springs: Apoyos Elásticos ANEXOS Fig. A-156 Comando Springs… La forma para agregar y modificar los resortes elásticos de la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.3. Diaphragms: Diafragmas ANEXOS Fig. A-157 Comando Diaphrams… La forma para agregar y modificar los diafragmas de la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.4. Aditional Mass: Masas Adicionales ANEXOS Fig. A-158 Comando Aditional Mass… Joint Floor Meshing Options: Opciones del Mallado de los Nodos del Piso Fig. A-159 Comando Joint Floor Meshing Options… Nota: Los objetos de los nodos fijados a los elementos estructurales (losas, vigas, apoyos, etc.) están siempre incluidos en el mallado del análisis, incluso si ellos están excluidos. ANEXOS 3.7.2. Frame: Barra Fig. A-160 Despliegue de las opciones del comando Frame. Section Property: Propiedad de la Sección ANEXOS Fig. A-161 Comando Section Property… La forma para agregar y modificar secciones a los objetos barra de la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.2. Poperty Modifiers: Modificar Propiedades ANEXOS Fig. A-162 Comando Property Modifiers… Releases/Partial Fixity: Restricción o Liberación de fuerzas / Rigidez parcial en Juntas a través de Resortes Fig. A-163 Comando Releases/Partial Fixity… ANEXOS End Lenght Offsets: Longitud Rígida en los Extremos de un Elemento Esto permite definir la luz libre de cada elemento. Fig. A-164 Comando End Length Offsets… Insertion Points: Punto de Intersección Permite modificar la orientación de un elemento respecto a sus ejes locales (Excentricidades). ANEXOS Fig. A-165 Comando Insertion Points… Fig. A-166 Algunos puntos notables. Local Axes: Ejes Locales ANEXOS Fig. A-167 Comando Local Axes… Output Stations: Número de Puntos de Análisis Fig. A-168 Comando Output Stations… Tension/Compression Limits: Límites de Tracción y Compresión ANEXOS Fig. A-169 Comando Tension/Compression Limits… Line Springs: Resortes en Líneas Fig. A-170 Comando Line Springs… La forma para agregar y modificar los vínculos elásticos en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.3. Additional Mass: Masas Adicionales ANEXOS Fig. A-171 Comando Additional Mass… Pier Label: Etiqueta de Muros Pier Fig. A-172 Comando Pier Label… La forma para agregar y modificar las etiquetas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.5. Spandrel Label: Etiqueta de Muros Spandrel ANEXOS Fig. A-173 Comando Spandrel Label… La forma para agregar y modificar las etiquetas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.6. Frame Auto Mesh Options: Opciones de Discretización en Barras Fig. A-174 Comando Frame Auto Mesh Options… Frame Floor Meshing Options: Opciones del Mallado de las Barras del Piso ANEXOS Fig. A-175 Comando Frame Floor Meshing Options… Moment Frame Beam Connection Type: Condiciones del Momento en los Extremos de Vigas Fig. A-176 Comando Moment Frame Beam Connection Type… Column Splice Overwrite: Sobre-Escritura del Empalme de Columna ANEXOS Fig. A-177 Comando Column Splice Overwrite… Nonprismatic Property Parameters: Parámetros No Prismáticos Fig. A-178 Comando Nonprismatic Property Parameters… Material Overwrite: Sobre-Escritura del Material ANEXOS Fig. A-179 Comando Material Overwrite… La forma para agregar y modificar los materiales en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.1. ANEXOS 3.7.3. Shell: Área Fig. A-180 Despliegue de las opciones del comando Shell. Slab Section: Sección de la Losa ANEXOS Fig. A-181 Comando Slab Section… La forma para agregar y modificar las secciones de losas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.2. Deck Section: Sección de Losa Nervada ANEXOS Fig. A-182 Comando Deck Section… La forma para agregar y modificar las secciones de losas nervadas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.2. Wall Section: Sección de Muro ANEXOS Fig. A-183 Comando Wall Section… La forma para agregar y modificar las secciones de muros en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.2. Openings: Aperturas Fig. A-184 Comando Openings… Stiffness Modifiers: Modificar Parámetros de Rigidez ANEXOS Fig. A-185 Comando Stiffness Modifiers… Diaphragms: Diafragmas Fig. A-186 Comando Diaphragms… ANEXOS La forma para agregar y modificar los diafragmas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.4. Local Axes: Ejes Locales Fig. A-187 Comando Local Axes… Area Springs: Resortes en Áreas Fig. A-188 Comando Area Springs… La forma para agregar y modificar los vínculos elásticos en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.3. Aditional Mass: Masas Adicionales ANEXOS Fig. A-189 Comando Additional Mass… Pier Label: Etiquetas Pier Fig. A-190 Comando Pier Label… La forma para agregar y modificar las etiquetas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.5. Spandrel Label: Etiquetas Spandrel ANEXOS Fig. A-191 Comando Spandrel Label… La forma para agregar y modificar las etiquetas en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.6. Floor Auto Mesh Options: Opciones de Discretización Automática en Pisos ANEXOS Fig. A-192 Comando Floor Auto Mesh Options… Default: Por defecto, si se elige esta opción se obtiene discretización automática de los objetos de área seleccionados. For Defining Rigid Diaphragm and Mass Only: Si se elige esta opción se obtiene discretización automática de los objetos de área definidos como diafragmas rígidos a fin de considerar la masa de los mismos sin transferencia de la carga vertical. No Auto-Meshing: Si se elige esta opción no se obtiene una discretización automática de los objetos de área. Usa los objetos de área sólo como elementos estructurales. Mesh Object Into (X) by (X) Elements: Si se elige esta opción se obtiene una discretización automática de los objetos de área considerando la división que se le desee dar. Auto Cookie Cut Object into Structural Elements: Si se elige esta opción se obtiene una discretización automática de los objetos de área considerando varias opciones. Se puede escoger una o varias de las opciones que se muestran a continuación: o Mesh at beam and other meshing lines: Discretizar en vigas y otras líneas existentes. o Mesh at Vertical/Inclined Wall Edges: Discretizar en Muros existentes. o Mesh at Visibles Grid: Discretizar en las líneas de gris visibles. o Futher Mesh Where Needed to Maximun Element Size of (X): Dividir utilizando un tamaño máximo de (X), es decir, al discretizar el objeto de área se limita a cualquier elemento generado a un tamaño máximo de (X) cm, m, ft, etc. Wall Auto Mesh Options: Opciones de Discretización Automática en Muros. ANEXOS Fig. A-193 Comando Wall Auto Mesh Options… Default: Si se elige esta opción no se obtiene ninguna discretización. Mesh Object into (A) vertical and (B) Horizontal: Si se elige esta opción se obtiene una subdivisión en A x B elementos. Donde A representa el número de elementos verticales y B el número de elementos horizontales. Auto Rectangular Mesh: Si se elige esta opción se obtiene discretización rectangular automática de los muros seleccionados. Auto Edge Constraint: Unión Automática Entre los Objetos Lineales. Fig. A-194 Comando Auto Edge Constraint… ANEXOS Material Overwrite: Sobre-Escritura del Material Fig. A-195 Comando Material Overwrite… La forma para agregar y modificar los materiales en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.1. 3.7.4. Link: Enlace Fig. A-196 Despliegue de las opciones del comando Link. Link Properties: Propiedades de los Enlaces ANEXOS Fig. A-197 Comando Link Properties… La forma para agregar y modificar las conexiones en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.2. Local Axes: Ejes Locales Fig. A-198 Comando Local Axes… ANEXOS 3.7.5. Joint Loads: Cargas en Nodos Fig. A-199 Despliegue de las opciones del comando Join Loads. Force: Fuerza Fig. A-200 Comando Force… Ground Displacement: Desplazamientos del Suelo ANEXOS Fig. A-201 Comando Ground Displacement… Temperature: Temperatura Fig. A-202 Comando Temperature… 3.7.6. Frame Loads: Cargas en Barras Fig. A-203 Despliegue de las opciones del comando Frame Loads. ANEXOS Point: Puntual Fig. A-204 Comando Point… Distributed: Distribuida Fig. A-205 Comando Distributed… Temperature: Temperatura ANEXOS Fig. A-206 Comando Temperature… Open Structure Wind Parameters: Parámetros de Viento de la Estructura Abierta Fig. A-207 Comando Open Structure Wind Parameters… 3.7.7. Shell Loads: Cargas en Áreas Fig. A-208 Despliegue de las opciones del comando Shell Loads. Uniform Load Sets: Conjuntos de Cargas Uniformes ANEXOS Fig. A-209 Comando Uniform Load Sets… La forma para agregar y modificar los conjuntos de cargas uniformes en la opción “Modify/Show Definitions…” se encuentra representada en el subepígrafe 3.4.15. Uniform: Uniforme Fig. A-210 Comando Uniform… Temperature: Temperatura ANEXOS Fig. A-211 Comando Temperature… Wind Pressure Coefficient: Coeficiente de Presión del Viento Fig. A-212 Comando Wind Pressure Coefficient… ANEXOS 3.8. Menú Analysis: Análisis Fig. A-213 Comandos accesibles del Menú Analysis. ANEXOS 3.8.1. Check Model: Chequear Modelo Fig. A-214 Comando Check Model… ANEXOS 3.8.2. Set Active Degress of Freedom: Activar Conjunto de Grados de Libertad Fig. A-215 Comando Set Active Degress of Freedom… 3.8.3. Set Load Cases to Run: Conjunto de Casos de Carga para Correr el Modelo Fig. A-216 Comando Set Load Cases to Run… ANEXOS 3.8.4. Advanced SAPFire Options: Opciones Avanzadas del SAPFire Fig. A-217 Comando Advanced SAPFire Options… 3.8.5. Automatic Rectangular Mesh Options for Floors: Opciones del Mallado Rectangular Automático para Pisos Fig. A-218 Comando Automatic Rectangular Mesh Options for Floors… ANEXOS 3.8.6. Automatic Rectangular Mesh Options for Walls: Opciones del Mallado Rectangular Automático para Muros Fig. A-219 Comando Automatic Rectangular Mesh Options for Walls… ANEXOS 3.9. Menú Display: Mostrar Fig. A-220 Comandos accesibles del Menú Display. 3.9.1. Load Assigns: Cargas asignadas Fig. A-221 Despliegue de las opciones del comando Load Assigns. Joint: Nodo ANEXOS Fig. A-222 Comando Joint… Frame: Barra Fig. A-223 Comando Frame… Shell: Área ANEXOS Fig. A-224 Comando Shell… ANEXOS 3.9.2. Deformed Shape: Deformada del Modelo Fig. A-225 Comando Deformed Shape… 3.9.3. Force/Stress Diagrams: Diagramas de Fuerza y Tensión Fig. A-226 Despliegue de las opciones del comando Force/Stress Diagrams. Support/Spring Reactions: Reacciones de los Apoyos ANEXOS Fig. A-227 Comando Support/Spring Reactions… Frame/Pier/Spandrel/Link Forces: Fuerzas de las Barras/Muros/Dinteles/Conexiones ANEXOS Fig. A-228 Comando Frame/Pier/Spandrel/Link Forces… Shell Stresses/Forces: Fuerzas y Esfuerzos en Áreas ANEXOS Fig. A-229 Comando Shell/Stresses Forces… Fig. A-230 Componente “Resultant Forces” del comando Shell/Stresses Forces… ANEXOS a) b) ANEXOS c) Fig. A-231 Representación de las fuerzas y esfuerzos en los objetos área. a) Representación de fuerzas. b) Representación de momentos y principales fuerzas y cortantes. c) Representación del Momento máximo y mínimo. (Hernández, 2008) F11: Fuerza por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. F22: Fuerza por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2. F12: Fuerza por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2 y en las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. FMAX: Fuerza Máxima principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde la fuerza F12 se hace cero. FMIN: Fuerza Mínima principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde la fuerza F12 se hace cero. ANEXOS M11: Momento por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. M22: Momento por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2. M12: Momento Torsor por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2 y en las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. MMAX: Momento Máximo principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde el momento M12 se hace cero. MMIN: Momento Mínimo principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde el momento M12 se hace cero. V13: Corte por unidad de longitud fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) en dirección 3. V23: Corte por unidad de longitud fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie de las caras 2 (Positiva y negativa) en dirección 3. VMAX: Corte Máximo por unidad de longitud fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie en dirección 3. Fig. A-232 Componente “Shell Stresses” del comando Shell Stresses/Forces… ANEXOS a) ANEXOS b) Fig. A-233 Representación de las fuerzas y esfuerzos en los objetos área. a) Ejemplos de esfuerzos en objetos área. b) Representación de esfuerzos en objetos área. (Hernández, 2008) S11: Esfuerzo por unidad de área actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. S22: Esfuerzo por unidad de área actuando en la mitad de la superficie de las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2. S12: Esfuerzo por unidad de área actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) alrededor del eje 2 y en las caras 2 (Positiva y negativa) alrededor del eje 1. ANEXOS SMAX: Esfuerzo Máximo principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde la esfuerzo S12 se hace cero. SMIN: Esfuerzo Mínimo principal por unidad de longitud actuando en la mitad de la superficie. Por definición se orienta donde la esfuerzo S12 se hace cero. S13: Esfuerzo de Corte por unidad de área fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie de las caras 1 (Positiva y negativa) en dirección 3. S23: Esfuerzo de corte por unidad de área fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie de las caras 2 (Positiva y negativa) en dirección 3. SMAX: Esfuerzo de Corte Máximo por unidad de área fuera del plano del Shell actuando en la mitad de la superficie en dirección 3. 3.9.4. Energy/Virtual Work Diagram: Diagrama de Trabajo Virtual Fig. A-234 Comando Energy/Virtual Work Diagram… ANEXOS 3.9.5. Story Response Plots: Gráfica de Respuesta del Modelo Fig. A-235 Comando Story Response Plots… ANEXOS 3.9.6. Save Named Display: Guardar Exhibición del Modelo Fig. A-236 Comando Save Named Display… 3.9.7. Show Named Display: Mostrar Exhibición del Modelo Fig. A-237 Comando Show Named Display… ANEXOS 3.9.8. Show Tables: Mostrar Tablas Fig. A-238 Comando Show Tables… ANEXOS 3.10. Menú Design: Diseñar Fig. A-239 Comandos accesibles del Menú Design. 3.10.1. Steel Frame Design: Diseño de Elementos en Acero Fig. A-240 Despliegue de las opciones del comando Steel Frame Design. ANEXOS View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias Fig. A-241 Comando View/Revise Preferences… View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Permite revisar las sobre escrituras, que son parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados por el programa. Overwrites se aplica a los elementos que han sido asignados específicamente a la barra. Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ANEXOS Fig. A-242 Comando Select Design Groups… Designa que un grupo es usado como un grupo de diseño. Trabaja solamente cuando la auto selección de secciones ha sido asignada a objetos barra. A todos los objetos barra en el grupo se les dará la misma sección de diseño. Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ANEXOS Fig. A-243 Comando Select Design Combinations… Permite revisar las combinaciones del diseño predeterminado de la barra de acero definidas por el programa, o designación que el usuario especifique para diseñar esas combinaciones. Facilita la revisión o modificación de las cargas. Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo Inicia el proceso de diseño. Si los elementos de la barra han sido seleccionados antes de dar click a este comando, solo los elementos de la barra seleccionados serán ingresados. Después del uso de este comando precede un análisis de la edificación. Interactive Design: Diseño Interactivo Permite al usuario revisar los resultados del diseño para cualquier elemento barra y después, de forma interactiva, cambiar las sobre-escrituras del diseño y de forma inmediata ver los resultados. Display Design Info: Mostrar Información de Diseño ANEXOS Fig. A-244 Comando Display Design Info… Permite revisar algunos de los resultados del diseño de barra y diseñar de forma directa en programa del modelo. Los ejemplos de los resultados pueden exhibirse incluyendo las secciones del diseño, longitud suelta, factores de longitud efectivos, tensiones permisibles e información y cocientes. Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección Remueve las listas de auto-selección hechas a elementos de la barra. De forma típica, se usa al final del proceso interactivo del diseño, para que al final de haber usado las secciones de la barra que fueron asignadas, no de la auto selección de secciones. Solo funciona con una selección específica del usuario. Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño Permite al usuario cambiar la sección del diseño asignando propiamente uno o más elementos barra y después volver a ejecutar el diseño sin antes re- ejecutar el análisis. Solamente funciona con una selección especificada por el usuario. Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis ANEXOS Ajusta una sección del diseño para uno o varios elementos barra, remontándose al último análisis de dicha sección. Solo funciona con una selección hecha por el usuario de forma específica Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño Verifica que el último análisis realizado en la sección que se está trabajando sea la misma para los elementos barra de acero de todo el modelo. Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen Reporta si las piezas estructurales han pasado la revisión de la capacidad de tensión. Un análisis y una revisión del diseño de la estructura deben ser completadas antes de usar este comando. Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras Reajusta las sobre-escrituras de todas las secciones con diseño de barra de acero regresándolas a sus valores predeterminados. Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño Cancela todo el resultado del diseño de la barra de acero, pero no el diseño de la sección que se está realizando. ANEXOS 3.10.2. Concrete Frame Design: Diseño de Elementos en Concreto Fig. A-245 Despliegue de las opciones del comando Steel Frame Concrete. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias ANEXOS Fig. A-246 Comando View/Revise Preferences… View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Permite revisar las sobre-escrituras, mismas que son parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados del programa. Las sobre-escrituras se aplican solo sobre los elementos de la barra que han sido asignados específicamente. Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño ANEXOS Fig. A-247 Comando Select Design Groups… Señala que un grupo será usado como un grupo de diseño. Funciona solo cuando las secciones auto-seleccionadas han sido asignadas a objetos barra. Cuando se agrupan, a todas las vigas en el grupo se les dará el mismo tamaño, pero los conectores y combinaciones constantes pueden ser distintos. Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ANEXOS Fig. A-248 Comando Select Design Combinations… Permite revisar las combinaciones de carga del diseño de la barra de concreto definidas por el programa, o designar un diseño especificado por el usuario de combinaciones de carga. Facilita la revisión o modificación de cargas durante el diseño. Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo Inicia el proceso del diseño. Si los elementos de la barra han sido seleccionados antes de usar este comando, solo los elementos barra serán designados. Este comando debe ser precedido por un análisis de edificación. Interactive Design: Diseño Interactivo Permite al usuario revisar los resultados del diseño para cualquier elemento barra y después, de forma interactiva, cambiar las sobre-escrituras del diseño y de forma inmediata ver los resultados. Display Design Info: Mostrar Información de Diseño ANEXOS Fig. A-249 Comando Display Design Info… Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño Permite al usuario cambiar la propiedad del diseño de una o más secciones y después volver a ejecutar el diseño sin volver a ejecutar el análisis. Esta función solo sirve en una selección especificada por el usuario. Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis Ajusta el diseño de una sección para uno o más elementos de la barra regresando al último análisis usado en dicha sección. Esta función solo esa disponible para selecciones que el usuario ha especificado. Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño Verifica que el último análisis de la sección diseño y el diseño de la sección sean iguales para todos los elementos del modelo. Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras Reajusta las sobre-escrituras para todas las secciones barra junto con el procedimiento del diseño de la barra de concreto, restituyendo los valores originales. Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño Borra todos los resultados del diseño de concreto, pero no la sección de diseño en uso. (Por ejemplo, el siguiente análisis de la sección). ANEXOS 3.10.3. Composite Beam Design: Diseño de Vigas Compuestas Fig. A-250 Despliegue de las opciones del comando Composite Beam Design. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias ANEXOS Fig. A-251 Comando View/Revise Preferences… View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Permite revisar las sobre-escrituras, que son parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados del programa. Las sobre- escrituras se aplican solo a las vigas que son específicamente asignadas. Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño Señala que un grupo será usado como grupo de diseño. Funciona solamente cuando se ha auto-seleccionado una sección. Al agruparse se da a todos los objetos del grupo el mismo diseño. Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ANEXOS Permite revisar los valores predeterminados de las combinaciones de carga para barras de concreto definidas por el programa, o los diseños que hizo el usuario respecto de diseños para combinaciones de carga. Facilita la revisión o modificación de las cargas durante el diseño. Note al accionar el comando que los diseños separados de combinaciones de carga se especifican para cargas de construcción y son especificadas considerando la fuerza y la carga final considerando la desviación. Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo Inicia el proceso del diseño. Si los elementos barra han sido seleccionados antes de usar este comando, solo los elementos barra serán designados. Interactive Design: Diseño Interactivo Permite al usuario revisar los resultados del diseño para cualquier viga compuesta y después hacer el cambio de forma interactiva, se hará una sobre-escritura en el diseño e inmediatamente se puede ver el resultado. Display Design Info: Mostrar Información de Diseño Permite revisar algunos de los resultados de la viga compuesta designándolos directamente en el modelo del programa. Los ejemplos de los resultados que pueden ser exhibidos incluyen etiquetas y los nombres de los grupos de diseño, secciones diseñadas junto con las disposiciones de las conexiones, combinaciones y reacciones del final e información de cocientes y tensión. Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección Remueve las listas de auto selección de las vigas seleccionadas. De forma típica, se usa cerca de terminar el proceso interactivo de diseño, así que al final de que se realizó la interacción usando secciones asignadas de las vigas, no auto seleccionar secciones. Solo funciona en secciones especificadas por el usuario. Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño Permite al usuario cambiar el diseño de una sección propiamente asignada a una o más vigas y después volver a ejecutar el diseño sin antes re-ejecutar el análisis. Solo funciona en selecciones especificadas por el usuario. ANEXOS Reset Design Section to Last Analysis: Borrar las Secciones de Diseño del Ultimo Análisis Ajusta el diseño de una o más barras regresando al último análisis usado en dicha sección. Esta función solo esa disponible para selecciones que el usuario ha especificado. Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño Verifica que el último análisis usado de esa sección y el diseño que está siendo usado sean los mismos para todas las vigas compuestas del modelo. Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen Reporta si los miembros o piezas estructurales han pasado la revisión de tensión/capacidad. Se debe completar un análisis y un ingreso/revisión de la estructura antes de usar este comando. Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras Reajusta las sobre-escrituras que se han hecho en el proceso de diseño de las vigas compuestas regresándolas a sus valores predeterminados. Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño Borra todos los resultados del diseño de la viga compuesta pero no el diseño de la sección en curso (como el análisis de la sección siguiente). ANEXOS 3.10.4. Composite Column Design: Diseño de Columnas Compuestas Fig. A-252 Despliegue de las opciones del comando Composite Column Design. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias ANEXOS Fig. A-253 Comando View/Revise Preferences… Nota: Los demás comandos para el diseño de columnas compuestas son similares a los de las vigas compuestas y pueden ser visualizados en el subepígrafe anterior. ANEXOS 3.10.5. Steel Joist Design: Diseño de Armadura de Acero Fig. A-254 Despliegue de las opciones del comando Steel Joist Design. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias ANEXOS Fig. A-255 Comando View/Revise Preferences… View/Revise Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Permite revisar las sobre-escrituras que especifican cuales son los parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados del programa. Las sobre-escrituras se aplican solo a las viguetas de acero que han sido específicamente asignadas. Select Design Groups: Seleccionar Grupos de Diseño Señala que un grupo será usado como grupo de diseño. Funciona solamente cuando se ha auto-seleccionado una sección. Al agruparse se da a todos los objetos del grupo el mismo diseño. Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ANEXOS Permite revisar las combinaciones de las cargas del diseño de la vigueta de acero que han sido definidas en el programa, o los diseños de combinaciones de carga que el usuario realizó de forma específica. Facilita la revisión o modificación de las cargas durante el diseño. Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo Inicia el proceso del diseño. Si los elementos barra han sido seleccionados antes de usar este comando, solo los elementos barra serán designados. Interactive Design: Diseño Interactivo Permite al usuario revisar los resultados del diseño para cualquier vigueta de acero y después cambiar las sobre-escrituras de ésta de forma interactiva, e inmediatamente ver los resultados. Display Design Info: Mostrar Información de Diseño Permite revisar algunos de los resultados del diseño de la vigueta de acero directamente en el modelo del programa. Los ejemplos de los resultados que pueden ser exhibidos incluyen las rótulas de las viguetas y algunos nombres de grupos de diseño, designación de secciones junto con sus reacciones y los cocientes de información del diseño. Make Auto Select Section Null: Anular una Auto Selección Remueve las listas de auto selección desde las viguetas seleccionadas. Se usa típicamente casi al final de que se ejecutó la interacción del diseño usando las secciones de las viguetas con las que se está trabajando, no con auto-selecciones. Solo funciona con selecciones especificadas por el usuario. Change Design Section: Cambiar la Sección de Diseño Permite al usuario cambiar el diseño de una sección propiamente asignada a una o más viguetas y después volver a ejecutar el diseño sin antes re-ejecutar el análisis. Solo funciona en selecciones especificadas por el usuario. Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño Verifica que el último análisis de esa sección y el diseño de la sección en curso sea la misma para todas las viguetas de acero del modelo. ANEXOS Verify All Members Passed: Verificar Todos los Elementos que Satisfacen Reporta si una vigueta de acero ha pasado las revisiones tensión/capacidad. Debe existir un análisis previo de Ingreso/Revisión de la estructura antes de usar este comando Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras Reajusta las sobre-escrituras en todas las viguetas de acero, restituyendo los valores predeterminados en su proceso de diseño Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño Borra todos los resultados del diseño de viguetas, pero no el diseño en curso de la sección (el análisis de la siguiente sección). 3.10.6. Shear Wall Design: Diseño de Muros de Corte Fig. A-256 Despliegue de las opciones del comando Shear Wall Design. Las fuerzas en muros pier resultan en la parte superior e inferior de los elementos del muro pier. También el diseño de muros pier es solamente realizado en estaciones ubicadas en la parte superior e inferior del muro pier. El diseño de muros pier es realizado en la parte superior e inferior de cada pier. ANEXOS Las fuerzas en muros spandrel son expuestas en los extremos izquierdo y derecho de los elementos de muros spandrel, también, el diseño de muros spandrel es solamente realizado en estaciones ubicadas en los extremos izquierdo y derecho de los elementos del muro spandrel. El diseño de muros spandrel es realizado en el lado izquierdo y derecho de cada spandrel. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias Fig. A-257 Comando View/Revise Preferences… Define General Pier Sections: Definir Secciones Generales Tipo Pier Permite al usuario definir una sección pier usando una sección utilitaria de diseño. Assign Pier Sections: Asignar Secciones Pier Permite al usuario asignar a un muro pier una de tres tipos de secciones. ANEXOS View/Revise Pier Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Pier. Permite revisar las sobre-escrituras pier, que son parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados del programa. Esta función se aplica solo a muros pier que hayan sido específicamente asignados. View/Revise Spandrel Overwrites: Ver/Revisar Sobre-Escrituras Spandrel Permite revisar las escrituras en spandrel, que son parámetros que el usuario especifica para cambiar los valores predeterminados del programa. Esta función se aplica solo a los muros spandrel que hayan sido específicamente asignados. Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño Permite revisar las combinaciones de las cargas del diseño de muros que han sido definidas en el programa, o los diseños de combinaciones de carga que el usuario realizó de forma específica. Facilita la revisión o modificación de las cargas durante el diseño. Start Desig/Check: Comenzar el Diseño/Chequeo Inicia el proceso de diseño. Si el muro pier o spandrel ha sido seleccionado antes de usar este comando, solo las piezas seleccionadas serán designadas. Se requiere de un análisis previo al usar este comando. Interactive Design: Diseño Interactivo Permite al usuario revisar los resultados del diseño para cualquier muro pier o spandrel y después de forma interactiva cambiar el diseño de la sobre-escritura y ver inmediatamente los resultados. Display Design Info: Mostrar Información de Diseño Permite revisar algunos de los resultados del muro constante designando directamente en el modelo del programa. Los ejemplos de los resultados pueden exhibirse, incluyendo sus requerimientos de refuerzo, requerimientos de cociente y límites de capacidad. Verify Analysis vs Design Section: Verificar el Análisis vs Sección de Diseño Verifica que el último análisis de esa sección y el diseño de la sección en curso sea la misma para todos los muros del modelo. ANEXOS Reset All Overwrites: Reiniciar Todas las Sobre-Escrituras Restaura las sobre-escrituras para todos los muros pier o spandrel a sus valores iniciales. Delete Design Results: Borrar los Resultados de Diseño Cancela todos los resultados de los muros constantes. 3.10.7. Steel Connection Design: Diseño de Conexiones de Acero Fig. A-258 Despliegue de las opciones del comando Steel Connection Design. View/Revise Preferences: Ver/Revisar Preferencias ANEXOS Fig. A-259 Comando View/Revise Preferences… Select Design Combinations: Seleccionar Combinaciones de Diseño ANEXOS Fig. A-260 Comando Select Design Combinations… 3.10.8. Set Lateral Displacement Targets: Límites de los Desplazamientos Laterales Fig. A-261 Despliegue de las opciones del comando Set Lateral Displacement Targets... A través de este formulario el programa diseña toda la estructura utilizando un parámetro de autoselección en los diferentes elementos de la misma, considerando las derivas o desplazamientos máximos previamente establecidos en las juntas correspondientes, y a su vez cumpliendo con los criterios de resistencia y flechas permitidas. Es decir, la estructura ANEXOS queda diseñada para cumplir con la resistencia requerida, flechas máximas permitidas y el desplazamiento máximo establecido. 3.10.9. Set Time Period Targets: Límites de los Períodos de las Formas Modales Fig. A-262 Despliegue de las opciones del comando Set Time Period Targets... A través de este formulario el programa diseña toda la estructura utilizando un parámetro de autoselección en los diferentes elementos de la misma, considerando los modos de vibración previamente establecidos para cada forma modal, y a su vez cumpliendo con los criterios de resistencia y flechas permitidas. Es decir, La estructura queda diseñada para cumplir con la resistencia requerida, flechas máximas permitidas y los períodos máximos establecidos para cada forma modal. Anexo B: Tablas para el cálculo de la carga de sismo Valores del Coeficiente de Recurrencia, Ct Tiempo de recurrencia (años) Coeficiente de recurrencia 100 1.15 50 1.00 ANEXOS 25 0.90 10 0.75 5 0.70 Tabla B-1 Valores del coeficiente de recurrencia. Tipo de terreno Expresión para e Ch A ( z/10 )0.32 B 0.65 · ( z/10 )0.44 C 0.30 · ( z/10 )0.66 Tabla B-2 Determinación del coeficiente de altura. Valores del Coeficiente de Ráfaga. Tipo de terreno Altura en metros A B C Memos que 10 1,22 1,46 1,90 10 1,18 1,36 1,72 20 1,14 1,28 1,54 30 1,12 1,24 1,44 40 1,10 1,21 1,38 ANEXOS 50 1,09 1,18 1,32 Tabla B-3 Determinación del coeficiente de ráfaga. Valores del Coeficiente de Sitio, Cs Topografía Coef. De sitio Sitio normal 1,00 Sitio expuesto 1,10 Tabla B-4 Determinación del coeficiente de sitio. Tabla 6. Valores del coeficiente de forma, C3 H/L B/L ≤0.5 1 ≥2 ≤1 -0.4 -0.5 -0.6 ≥2 -0.5 -0.6 -0.6 Tabla B-5 Determinación del coeficiente de forma C3. CARACTERÍSTICAS DE LOS EDIFICIOS Y OBRAS SEGÚN SU I IMPORTANCIA 1. Edificios y obras de excepcional importancia Las construcciones cuya rotura tengan consecuencias catastróficas tales Se fijarán por la autoridad ANEXOS como las instalaciones termoeléctrica Construcciones relacionadas con competente sustancias de gran. Toxicidad y similares. 2. Edificios y obras de especial importancia. Mínimo 1,25 Los edificios cuyas roturas tienen gran trascendencia tales como edificios monumentales, edificios que guardan obras artístico culturales de gran valor y similares. 1,25 Los edificios y obras cuya indestructibilidad e indispensable para garantizar las medidas mínimas destinadas a erradicar las consecuencias de terremotos intensos tales como hospitales policlínicos y obras relacionadas con la salud, así como algunas obras energéticas y similares. Muros de contención grandes que soportan estructuras u obras Importantes o instalaciones, donde la falla podría tener consecuencias desastrosas, tales como destruir instalaciones vitales de servicio o causar pérdidas de vida 3. Edificios y obras de importancia secundaria. 1,0 Edificios y obras residenciales, escolares, públicas e industriales. Construcciones agropecuarias de larga permanencia del personal. Muros de contención de por lo menos 6 m de altura no ubicados en localidades como las consideradas en el grupo 2, pero donde su reemplazo podría ser difícil o costoso, y donde otras consecuencias podrían ser serias 4. Edificios y obras de importancia secundaria. Los edificios y obras cuya rotura presente poco peligro para la vida y salud de las personas y ocasionen pequeños daños materiales 0,6 ANEXOS Edificios industriales de una planta con un número de trabajadores no mayor de 50 y que no contengan instalaciones muy costosas, pequeños talleres y otros. Construcciones agropecuarias de corta permanencia del personal. No se calculan 5. Edificios y obras no importantes Los edificios provisionales de bajo costo cuya rotura no presente por sismo peligrosidad para la vida y salud de las personas, Estructuras para abrigo provisional de animales. Muros de contención no incluidos en los grupos 2 y 3 Tabla B-6 Coeficiente de importancia de las obras (I). Importancia de la Obra Zona Sísmica 1 1y2 2 3 ND3 ND3 ND2 ND3 ND1 3 ND2 ND2 ND3 ND3 ND3 4 ND1 ND1 ND2 5 ND1 ND1 ND1 Tabla B-7 Nivel de ductilidad de la obra. ANEXOS Tipo Sistema estructural ND Rd I Estructuras de hormigón armado cuyos pórticos dúctiles especiales en 3 6 2 4,5 1 2,5 3 5 2 3,75 1 2 3 4 2 3 1 1,5 3 4 2 4 1 4 ambas direcciones (X, Y) resistan el 100 % de la fuerza horizontal considerándose que actúan independientemente de cualquier otro elemento rígido. Estructuras de pórticos de acero II Estructuras de hormigón armado con pórticos dúctiles especiales y diafragmas de rigidez espaciales en ambas direcciones (X, Y) diseñados según los siguientes criterios: a) Los pórticos y diafragmas de rigidez resistirán la fuerza considerando la interacción entre pórticos y diafragmas de rigidez. b) los pórticos tendrán una capacidad para resistir no menos del 25% de la fuerza horizontal, actuando independientemente. III Estructuras de hormigón armado constituidas por diafragmas de rigidez o pórticos diagonalizados que resisten el 100 % de la fuerza horizontal. Estructuras del tipo II cuyos pórticos no tienen capacidad para resistir el 25 % de la fuerza horizontal, pero contribuyen a resistir las cargas gravitacionales. Estructuras de madera o acero no incluidos en otros casos IV Estructuras de grandes paneles. ANEXOS V VI VII Estructuras de muros de mampostería reforzada. 3 3,5 2 3,5 1 3,5 3 2,5 2 2,5 Estructura de muros de mampostería sin confinar, construcciones de adobe 3 1 2,5 1,5 Estructura de muros de mampostería confinada con refuerzo interior y otras no contempladas es esta clasificación. Tabla B-8 Valores del coeficiente de reducción por ductilidad (Rd). 2 1,5 Estructuras que actúan esencialmente como voladizos aislados, libres o articulados en su extremo superior y empotrado en la base que resisten la Perfil fuerza lateral con una o varias columnas tales como tanques elevados Descripción chimeneas y silos 1 1,5 tipo S1 Roca de cualquier tipo, sedimentaria o cristalina (este tipo de material puede Estructuras que actúan esencialmente como voladizos caracterizarse por una velocidad de propagación de una onda de cortante mayor de 800 m/s). Estructuras que no posean diafragmas horizontales con la rigidez y Suelos rígidos de un espesor menor de 60 m hasta la base rocosa, siempre y cuando los resistencia necesarias para distribuir eficazmente las fuerzas sísmicas entre estratos superiores estén compuestos por depósitos estables de arenas, gravas o arcillas los diversos miembros verticales. duras (este material puede caracterizarse por una velocidad de propagación de una onda de cortante entre 450 m/s y 750 m/s). Estructuras cuyo comprendidos sistema sismoentre resistente en pórticos rígidos Sus períodos están 0,3 s y consiste 0,5 s. S2 formados por elementos prefabricados que no tengan secciones capaces de Depósitos estables de suelos no cohesivos o arcillas duras cuando su profundidad hasta deformarse inelásticamente en ambas direcciones (X, Y) la base rocosa excede los 60 m y los estratos superiores están compuestos por arenas, gravas o arcillas duras (este material puede caracterizarse por una velocidad de Otras estructuras contempladas esta 240 clasificación. propagación de unanoonda de cortanteenentre m/s y 450 m/s). Sus períodos están comprendidos entre 0,5 s y 0,8 s. ANEXOS S3 Depósitos de arcillas blandas o medias y arenas con espesores de 10 m o más con o sin presencia de capas intermedias de arenas u otra clase de suelos no cohesivos (este material puede caracterizarse por una velocidad de propagación de una onda de cortante menor de 240 m/s). Sus períodos están comprendidos entre 0,8 s y 1,2 s. S4 Depósitos de arcilla blanda con espesores mayores de 12 m (este material puede caracterizarse por una velocidad de propagación de una onda cortante menor que 150 m/s). Sus períodos serán mayores de 1,2 s. Tabla B-9 Perfiles de suelo. Perfil de suelo Fa T1 T2 p S1 2.5 0.15 0.4 0.8 S2 2.5 0.15 0.6 0.7 S3 2 0.2 1 0.6 S4 2 0.2 1.5 0.5 Tabla B-10 Exponente de la rama descendente del espectro.. Anexo C: Cálculo del peso de la estructura Las cargas de uso se muestran en las tablas 3.6 y 3.7 del Capítulo 2. Cargas características ’ ANEXOS Carga temporal (CT) de larga duración 0.8 Carga temporal (CT) de corta duración 0.6 en edificios públicos Tabla C-1 Coeficientes para la minoración de las cargas de uso. a) Cargas de uso de cubierta Área en planta = 627 m2 La carga sería: 2 kN/m2 x 627 m2 x 0,5 = 627 kN b) Cargas de uso de entrepiso (50% LD+50% CD) Área en planta: = 577 m2 La carga sería: (4 x 0.5 kN/m2 x 577 m2 x 0,8) + (4 x 0.5 kN/m2 x 577 m2 x 0,6) = 1615.6 kN c) Cargas permanentes de cubierta Vigas en la dirección X (0.30 m x 0.60 m = 0.18 m2) Vigas en la dirección Y (0.25 m x 0.50 m = 0.125 m2) Densidad del hormigón armado = 24 kN/m3 Dirección Cantidad de vigas Longitud (m) Carga (kN) X 24 6 622.08 4 5 86.4 18 5 270 12 4 144 Y Tabla C-2 Carga de las vigas de cubierta. ANEXOS Columnas esquinas (0.45 m x 0.45 m = 0.2025 m2) Columnas laterales (0.50 m x 0.50 m = 0.25 m2) Columnas interiores (0.60 m x 0.60 m = 0.36 m2) Tipo de columna Cantidad de Altura/2 (m) Carga (kN) columnas Esquinas 4 1.75 34.02 Laterales 16 1.75 168 Interiores 16 1.75 241.92 Tabla C-3 Carga de las columnas de cubierta. Solución de cubierta Cubierta (Área= 627 m2) Material Losa de hormigón armado Enrajonado (Relleno de mejoramiento) Mortero de Cemento Portland Soladura (losas de barro) Densidad Unidad Espesor (cm) Carga (kN) 24 kN/m3 15 2257.2 0.18 kN/m2/cm 5 564.3 20 kN/m3 2 250.8 0.2 kN/m2/cm 1.5 188.1 Tabla C-4 Carga de la solución de cubierta. Muros (Espesor= 0.20 m) ANEXOS Longitud (m) Cantidad de muros Altura/2 (m) Carga (kN) 9 4 1.75 302.4 5 4 1.75 168 Tabla C-5 Carga de los muros de cubierta. Carga total de cubierta= 5924.22 kN d) Cargas permanentes de entrepiso Vigas en la dirección X (0.30 m x 0.60 m = 0.18 m2) Vigas en la dirección Y (0.25 m x 0.50 m = 0.125 m2) Densidad del hormigón armado = 24 kN/m3 Dirección Cantidad de vigas Longitud (m) Carga (kN) X 24 6 622.08 4 5 86.4 18 5 270 12 4 144 Y Tabla C-6 Carga de las vigas de entrepiso. Columnas esquinas (0.45 m x 0.45 m = 0.2025 m2) Columnas laterales (0.50 m x 0.50 m = 0.25 m2) Columnas interiores (0.60 m x 0.60 m = 0.36 m2) Tipo de columna Cantidad de Altura/2 (m) Carga (kN) 3.5 68.04 columnas Esquinas 4 ANEXOS Laterales 16 3.5 336 Interiores 16 3.5 483.84 Tabla C-7 Carga de las columnas de entrepiso. Para el 1er piso Tipo de columna Cantidad de Altura (m) Carga (kN) columnas Esquinas 4 5.5 106.92 Laterales 16 5.5 528 Interiores 16 5.5 760.32 Tabla C-8 Carga de las columnas de entrepiso. Solución de entrepiso (Área= 577 m2) Material Losa de hormigón armado Enrajonado (Relleno de mejoramiento) Mortero de Cemento Portland Losas hidráulicas (Mosaico) Densidad Unidad Espesor (cm) Carga (kN) 24 kN/m3 20 2769.6 0.18 kN/m2/cm 7 727.02 20 kN/m3 2 230.8 0.23 kN/m2/cm 1.5 199.065 Tabla C-9 Carga de la solución de entrepiso.. Muros (Espesor= 0.20 m) ANEXOS Longitud (m) Cantidad de muros Altura/2 (m) Carga (kN) 9 4 3.5 604.8 5 4 3.5 336 Tabla C-10 Carga de los muros de entrepiso. Para el 1er piso Longitud (m) Cantidad de muros Altura (m) Carga (kN) 9 4 5.5 950.4 5 4 5.5 528 Tabla C-11 Carga de los muros de entrepiso. Carga total de entrepiso= 6877.645 kN Carga total del 1er piso= 7922.605 kN Peso total de la estructura Peso cub + 4 x Peso entrepiso+ Peso 1er piso = 5924.22 + 4 x 6877.645 + 7922.605 𝑾𝒕 = 𝟒𝟏𝟑𝟓𝟕. 𝟒𝟏 Anexo D: Diseños de vigas, columnas y muros de corte D-1: Diseño de la viga B-10 (X) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Beam Section Design Beam Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story5 B10 Vigas en X 6000 1 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) bf (mm) ds (mm) dct (mm) dcb (mm) 300 600 300 0 50 50 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.75 0.6 0.85 Flexural Reinforcement for Major Axis Moment, Mu3 End-I End-I Middle Middle End-J End-J Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar mm² % mm² % mm² % Top (+2 Axis) 649 0.36 210 0.12 550 0.31 Bot (-2 Axis) 424 0.24 550 0.31 312 0.17 Flexural Design Moment, Mu3 (Part 1 of 2) ANEXOS End-I End-I Middle Middle Design Mu Station Loc Design Mu Station Loc kN-m mm kN-m mm Top (+2 Axis) -127.8945 250 -31.9736 4000 Combo 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bot (-2 Axis) 63.9473 Combo 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 250 82.529 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Flexural Design Moment, Mu3 (Part 2 of 2) End-J End-J Design Mu Station Loc kN-m mm -94.627 5700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 47.3135 5700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 End-I Middle End-J Rebar Av /s Rebar Av /s Rebar Av /s mm²/m mm²/m mm²/m 250 0 43.47 Design Shear Force for Major Shear, Vu2 3500 ANEXOS End-I End-I Middle Middle End-J End-J Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc kN mm kN mm kN mm 125.0677 500 0.0598 2000 110.1739 5700 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Torsion Reinforcement Shear Longitudinal Rebar At /s Rebar Al mm²/m mm² 0 0 Design Torsion Force Design Tu Station Loc Design Tu Station Loc kN-m mm kN-m mm 10.8975 500 10.8975 500 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC D-2: Diseño de la viga B-11 (X) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Beam Section Design Beam Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story5 B11 Vigas en X 6000 1 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) bf (mm) ds (mm) dct (mm) dcb (mm) 300 600 300 0 50 50 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.75 0.6 0.85 Flexural Reinforcement for Major Axis Moment, Mu3 End-I End-I Middle Middle End-J End-J Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar mm² % mm² % mm² % Top (+2 Axis) 368 0.2 301 0.17 943 0.52 Bot (-2 Axis) 416 0.23 499 0.28 550 0.31 Flexural Design Moment, Mu3 (Part 1 of 2) ANEXOS End-I End-I Middle Middle Design Mu Station Loc Design Mu Station Loc kN-m mm kN-m mm Top (+2 Axis) 0 300 -45.5975 4000 Combo 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bot (-2 Axis) 62.6457 Combo 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 1500 74.9961 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Flexural Design Moment, Mu3 (Part 2 of 2) End-J End-J Design Mu Station Loc kN-m mm -182.3901 5700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 91.195 5700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 End-I Middle End-J Rebar Av /s Rebar Av /s Rebar Av /s mm²/m mm²/m mm²/m 0 0 250 Design Shear Force for Major Shear, Vu2 2500 ANEXOS End-I End-I Middle Middle End-J End-J Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc kN mm kN mm kN mm 95.1733 300 0.068 4000 125.7566 5700 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX Torsion Reinforcement Shear Longitudinal Rebar At /s Rebar Al mm²/m mm² 0 0 Design Torsion Force Design Tu Station Loc Design Tu Station Loc kN-m mm kN-m mm 15.1246 5700 15.1246 5700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SX D-3: Diseño de la viga B-40 (Y) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Beam Section Design Beam Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story5 B40 Vigas en Y 5000 1 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) bf (mm) ds (mm) dct (mm) dcb (mm) 250 500 250 0 50 50 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.75 0.6 0.85 Flexural Reinforcement for Major Axis Moment, Mu3 End-I End-I Middle Middle End-J End-J Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar Rebar Area Rebar mm² % mm² % mm² % Top (+2 Axis) 222 0.18 150 0.12 463 0.37 Bot (-2 Axis) 190 0.15 319 0.26 302 0.24 Flexural Design Moment, Mu3 (Part 1 of 2) ANEXOS End-I End-I Middle Middle Design Mu Station Loc Design Mu Station Loc kN-m mm kN-m mm Top (+2 Axis) -27.4721 300 -18.6154 3500 Combo 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bot (-2 Axis) 23.5888 Combo 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 1000 39.3003 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Flexural Design Moment, Mu3 (Part 2 of 2) End-J End-J Design Mu Station Loc kN-m mm -74.4617 4700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 37.2308 4700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 End-I Middle End-J Rebar Av /s Rebar Av /s Rebar Av /s mm²/m mm²/m mm²/m 208.33 0 208.33 Design Shear Force for Major Shear, Vu2 2000 ANEXOS End-I End-I Middle Middle End-J End-J Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc Design Vu Station Loc kN mm kN mm kN mm 27.709 500 0.0437 3500 67.8241 4700 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Torsion Reinforcement Shear Longitudinal Rebar At /s Rebar Al mm²/m mm² 0 0 Design Torsion Force Design Tu Station Loc Design Tu Station Loc kN-m mm kN-m mm 8.5488 4700 8.5488 4700 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC D-4: Diseño de las columnas (Esquina) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Column Section Design Column Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story1 C3 Col esq 4000 0.843 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) dc (mm) Cover (Torsion) (mm) 450 450 60 27.3 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.85 0.6 0.85 Longitudinal Reinforcement Design for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Rebar Area Rebar mm² % Top 2025 1 Bottom 2025 1 Column End Design Axial Force & Biaxial Moment for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm Column End Controlling Combo ANEXOS Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm kN kN-m kN-m mm Top -293.9006 -1.6243 11.1502 3400 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Bottom -274.0718 10.0297 7.8768 0 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 Rebar Av /s Design Vu2 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 2.3464 3400 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Bottom 0 2.3464 0 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Minor Shear, Vu3 Rebar Av /s Design Vu3 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 3.4653 3400 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Bottom 0 3.4653 0 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY Column End Controlling Combo D-5: Diseño de las columnas (Laterales) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Column Section Design Column Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story1 C31 Col lat 4000 0.731 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) dc (mm) Cover (Torsion) (mm) 500 500 60 27.3 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.85 0.6 0.85 Longitudinal Reinforcement Design for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Rebar Area Rebar mm² % Top 2500 1 Bottom 2500 1 Column End Design Axial Force & Biaxial Moment for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm Column End Controlling Combo ANEXOS Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm kN kN-m kN-m mm Top 461.7327 1.1099 44.5783 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 486.2127 -0.6909 -27.7502 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 Rebar Av /s Design Vu2 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 21.2445 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 0 21.2445 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Minor Shear, Vu3 Rebar Av /s Design Vu3 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 0.5289 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 0 0.5289 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo D-6: Diseño de las columnas (Interiores) ETABS 2015 Concrete Frame Design ACI 318-14 Column Section Design Column Element Details (Envelope) Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type ANEXOS Level Element Section ID Length (mm) LLRF Type Story1 C5 Col int 4000 0.432 Sway Special Section Properties b (mm) h (mm) dc (mm) Cover (Torsion) (mm) 600 600 60 27.3 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 Design Code Parameters ΦT ΦCTied ΦCSpiral ΦVns ΦVs ΦVjoint 0.9 0.65 0.75 0.85 0.6 0.85 Longitudinal Reinforcement Design for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Rebar Area Rebar mm² % Top 3600 1 Bottom 3600 1 Column End Design Axial Force & Biaxial Moment for Pu - Mu2 - Mu3 Interaction Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm Column End Controlling Combo ANEXOS Design Pu Design Mu2 Design Mu3 Station Loc kN kN-m kN-m mm kN kN-m kN-m mm Top 2558.8518 10.7673 85.0562 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 2594.103 -6.6101 -86.228 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Major Shear, Vu2 Rebar Av /s Design Vu2 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 1.2163 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 0 1.2163 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo Shear Reinforcement for Minor Shear, Vu3 Rebar Av /s Design Vu3 Station Loc mm²/m kN mm Top 0 5.0927 3400 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Bottom 0 5.0927 0 1.2CP+1.6CUEP+0.5CUC Column End Controlling Combo D-7: Diseño de los muros de corte ETABS 2015 Shear Wall Design ACI 318-14 Pier Design Pier Details Story ID Pier ID Centroid X (mm) Centroid Y (mm) Length (mm) Thickness (mm) LLRF Story1 P7 29000 4500 9000 200 0.508 Material Properties Ec (MPa) f'c (MPa) Lt.Wt Factor (Unitless) fy (MPa) fys (MPa) 23500 25 1 413.69 413.69 ANEXOS Design Code Parameters ΦT ΦC Φv Φv (Seismic) IPMAX IPMIN PMAX 0.9 0.65 0.75 0.6 0.04 0.0025 0.8 Pier Leg Location, Length and Thickness Station Location ID Left X1 mm Left Y1 mm Right X2 mm Right Y2 mm Length mm Thickness mm Top Leg 1 29000 0 29000 9000 9000 200 Bottom Leg 1 29000 0 29000 9000 9000 200 Flexural Design for Pu, Mu2 and Mu3 Required Station Required Current Location Rebar Area (mm²) Reinf Ratio Reinf Ratio Top 4500 0.0025 0.0021 Bottom 4500 0.0025 0.0021 Flexural Combo 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4S Y 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4S Y Pu kN Mu2 kN-m Mu3 kN-m Pier Ag mm² 0 0 0 1800000 0 0 0 1800000 Shear Design ID Rebar mm²/m Shear Combo Pu kN Mu kN-m Vu kN ΦVc kN ΦVn kN Top Leg 1 500 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 0 0 0 269.0324 1385.9831 Bottom Leg 1 500 1.2CP+0.5CUEP+0.2CUC+1.4SY 0 0 0 269.0324 1385.9831 Station Location
