ae2 proceso constructivo - etabs

7/25/2019 AE2 Proceso Constructivo - ETABS

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AE2Simulacin del Proceso Cosntructivo WESBPg. 1

Modelar o Simular el Proceso Constructivo en el Anlisis por Cargas de

Gravedad es una Opcin del Programa(ETABS o SAP) y se hace con

la finalidad de disminuir la distorsin de las Fuerzas Internas productodel acortamiento diferente entre elementos verticales: para evitar la

distorsin de los momentosen Vigas y Columnas.

Sin Proceso Constructivo Con Proceso Constructivo

Se hace para compensar las deformaciones axiales diferencialesde

las Columnas.

Las Losas de techo (aligerados o losas macizas) son elementos

axialmente rgidos (diafragmas rgidos en su plano); y como

estas Losas se construyen simultneamente con las Vigas, se

crea un monolitismo entre ambas y como debe existir

compatibilidad de deformacin axial, entonces, las Vigas

tampoco se deforman axialmente (

= 0).


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En cambio, las Losas no son rgidas para cargas transversales a

su plano (peso propio, sobrecarga, etc), por lo que, los elementos

verticales (Columnas, Placas, Muros de Albailera, etc), pueden

deformarse axialmente.

De modo que cuando se modela un nudo (en el plano) con 3 GDL,

se est cometiendo un error, en vista que las vigas no se deforman

axialmente.

Una manera de atenuar este error, consiste en magnificar el rea

axial de las vigas, usando un factor de rea grande (del orden de10), pero en las barras verticales, este factor debe ser 1.

FA: Factor de rea

El peso propio constituye un porcentaje importante de la carga

gravitacional total, pero ste no acta de una sla vez (al 100%),

sino ms bien, lo hace paulatinamente conforme el edificio se va

construyendo.

En cambio, la S/C se aplica despus que el edificio ya se termin de

construir; as mismo, se supone que la carga ssmica acta sobre el

edificio ya terminado, debido a que es poco probable que ocurra un

terremoto durante el proceso de construccin.


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El no considerar el Proceso Constructivo en el clculo de los

esfuerzos, puede conducir a serios errores.

Para evitar esto -cuando se analiza un edificio elevado (>10 pisos)-,

debera considerarse el Proceso Constructivo.

Esto se puede hacer en dos etapas:

Caso A. Las solicitaciones actan sobre la estructura ya construida

(S/C, Sismo, etc)

Caso B. Las solicitaciones actan sobre la estructura en su etapa

constructiva (P.P., etc)

En ambos casos, el efecto de la deformacin axial de las

Columnas incide en mayor grado en las Vigas extremas del

prtico, dado que stas soportarn mayores desplazamientos

verticales relativos() entre sus extremos.

Configuracin Deformada por Carga Axial


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Este problema podra atenuarse si el rea de las columnas fuese

proporcional a la magnitud de la carga axial (tributaria), en cuyocaso, los nudos extremos de las vigas descenderan igualmente,

puesto que las columnas se acortaran la misma cantidad

(

=Ph/EA), con lo que prcticamente no habra desplazamiento

vertical relativo entre extremos de vigas (esto arquitectnicamente

es imprctico).

Lo mismo ocurre cuando los prticos estn sujetos a Carga

Ssmica, en cuyo caso, la carga axial en las columnas externas es

elevada, mientras que en las columnas internas es pequea, al

tratar de autocancelarse las fuerzas cortantes que provienen de lasvigas que estn ubicadas en ambos lados de la columna en

estudio.

Configuracin Deformada por Carga Ssmica


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Caso A :

Solicitaciones actuando sobre la estructura ya construida(S/C, Sismo, etc)

Para resolver manualmente este problema, en estructuras

pequeas puede aplicarse cualquier mtodo, aunque como

se sabe, el efecto de la deformacin axial sobre los esfuerzos,

es despreciable, a menos que exista concentracin de carga

hacia el lado de una de las columnas.

Aplicacin secuencial de un mtodo de solucin


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Puesto que este mtodo puede resultar laborioso, se recomienda

para fines de un anlisis manual, seguir el sgte. procedimiento:

Proceso Aproximado de Correccin de Momentos en Vigas

por efecto de la Deformacin Axial en Columnas

Caso A : Solicitaciones actuando sobre la estructura ya

construida (S/C, Sismo, etc)

Estimar la carga axial Pmediante el metrado de cargas

Calcular la deformacin axial neta (=Ph/EA) en cada

Columna y referirla a la base (suelo) para obtener el

Desplazamiento Vertical Total de los nudos (Dt)

Hallar el Desplazamiento Relativo entre extremos de vigas

(di j) y calcular los momentos de empotramiento uij= - (6 EI/

L) di j , luego, resolver la viga, empleando un modelo

simplificado.

Ejemplo. Evaluar la Correccin de Momentos por Deformacin Axial de

las Columnas, para la viga del 2 nivel del Prtico mostrado.

Se trabaja con una Columna de seccin pequea (0.25 x 0.25m) y con

una Viga de peralte elevado (0.75m para L = 6.0m), para magnificar

los efectos de la deformacin axial :


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dB= 2 x d

A=

dBA= dB

dA= + 0.000936m


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Entonces, el Desplazamiento Relativo dBA resulta :

dBA= dBdA= + 0.000936m = di j; uij= (-6EI / L) . di j

lo que produce los momentos de empotr amiento (uij) siguientes :

uAB=uBA = (- 6EIv/L).dBA = (- 6x2x106x0.008789)/6x0.000936 = - 2.74tn-m

Los momentos totales resultan (considerando la deformacin

axial y la S/C de 3 ton/m):

MAB= - 0.36 - 1.17 = - 1.53 tn-m y MBA= - 1.55 + 12.91 = 11.36 tn-m.

Estos valores difieren de los obtenidos mediante la solucinmatricial, pero esto se debe a que los efectos hiperestticos

producidos por los momentos flectores son importantes (las

columnas tienen -en este caso-, poca rigidez en flexin con

relacin a las vigas, haciendo que MABsea mucho menor que

MBA ) y modifican sustancialmente a las cargas del metrado.

Para mejorar este hecho, podra seguirse un proceso iterativo,

corrigiendo las cargas del metrado contemplando esta vez los

momentos flectores de las vigas.


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Solucin matricial, Viga del 2 Nivel del Prtico del Ejemplo

Caso B. Solicitaciones actuando sobre la estructura en su

etapa constructiva (P.P., etc)

El p.p. no acta de una sola vez sobre la estructura ya

construida, sino que lo hace en forma paulatina, conforme el

edificio se va construyendo.

No todos los programas consideran el efecto del proceso

constructivo. No considerar este efecto hace que se presenten

diagramas de momento flector irreales particularmente en

los pisos superiores de los edificios elevados ( >de 10 pisos).

En la figura anterior, ntese cmo la mayor deformacin axial

de la columna central, jalaal DMF, aumenta MABy decrece

MBA, con respecto al caso que no se considere la

deformacin axial de las columnas.


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Superposicin de Cargas Sin Contemplar el Proceso Constructivo

Superposicin de Cargas Contemplando el Proceso Constructivo

Slo coinciden en el caso C). En los dems estados, las

deformaciones (rotaciones y desplazamientos verticales)

producidos por los pisos construidos no generan esfuerzos

sobre los pisos superiores que recin se van a construir.

Esto se debe a 2 razones:

A. Las columnas se construyen alineadas verticalmente (a

plomo), por lo que la rotacin del nudo intermedio inferior

se corrige.

B. Las vigas se encofran tratando de mantener su

horizontalidad, esto es, la prdida de altura producto de la

deformacin axial de la columna se compensa.


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Aplicar superposicin de estados para contemplar el

proceso constructivo es tedioso, incluso empleando

programas de prticos planos, ya que los modelos cambian

de uno a otro estado.

Se recomienda seguir el sgte. proceso aproximado -utilizado

por los programas automticos-, para solucionar la viga del 2

piso, pero suponiendo que las cargas actuantes son

permanentes (cp) de igual magnitud que las S/C anteriores,para comparar resultados.

Mtodo Aproximado para Contemplar el Proceso Constructivo.

Ejemplo: Caso B

Luego de efectuar el metrado de cargas por nivel (Pi), se procede

con la evaluacin de los desplazamientos verticales absolutos de

cada eje de columna. Para la Columna Externa, se tiene:


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Clculo de Desplazamientos (m) respecto al Suelo en Columna Externa

El desplazamiento vertical del 3 nivel es menor que el del 2 nivel.

As mismo, como la columna interna tiene el doble de carga que la

externa y la misma seccin transversal, su desplazamiento a la

altura del 2 nivel es: 2 x 0.0007196 = 0.0014392m, con lo que :

Para la Colum na Externa, se tiene:

dBA = 0.0014392 0.0007196 = 0.0007196m. ( uij= - 6 EI dij / L )

As: uAB(dcp) = - 6 x 2x106x 0.008789 x 0.0007196 / 6 = - 2.11

Comparacin de Desplazamientos Verticales (m) en Columna Externa


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Cuando se usan programas automticos para resolver

prticos planos, previamente deben calcularse una carga

equivalente F(+ hacia abajo) que aplicada de una sola vezsobre la estructura ya construida, reproduzca los

desplazamientos generados durante el proceso constructivo.

El efecto del Proceso Constructivo resulta importante en la

mitad superior de los edificios de ms de 10 pisos. De no

considerarse este efecto, podran obtenerse DMF errneos,

como los de la figura siguiente.

Ntese la inversin de momentos en el nudo central superior

y la recarga de momentos en los nudos extremos, como si la

mayor deformacin axial de la columna, interna jalaalDMF.

DMF tpico de prticos elevados, cuando NOse considera el Proceso Constructivo


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Simulacin del Proceso Constructivo

Los Programas automticos (ETABS, SAP, etc) consideran la

secuencia constructiva como un anlisis esttico no lineal

porque la estructuras pueden estar sometidan a deformaciones

inelsticas.

Por medio del anlisis de secuencia constructivase contempla el

efecto del f luj o plstico y la retraccin de fragua, as como las

deformaciones producidas al aplicar la carga secuencialmente.

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