manual de diseno y analisis asistido por computadora
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Conocimiento, Investigación y Desarrollo del Potencial Humano al servicio de la formación Académica
IVAN FRANKLIN GUERRERO ANAGUA Cel. 79716232 e-mail: [email protected] Cochabamba – Bolivia
@ivan_civ
Sociedad Estudiantil Científica
De Ingeniería Civil
S.E.C.I.C.
ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
ASISTIDO POR COMPUTADORA
El presente texto guía no pretende ser el manual de usuario del programa si no ser una base de referencia
para el aprendizaje de manejo de los programas en base a prácticas, el autor no se responsabiliza por el
uso que se le dé al programa o al texto guía.
Texto guía para el diseño Hormigón Armado usando SAP2000, ETABS y el Modulo Cypecad 3D.
Entorno y Herramientas de los programas
SAP 2000
Al entrar al programa se nos presenta una pantalla de fondo negro con dos ventanas separadas
verticalmente. Allí en la parte inferior derecha se despliega un menú con las unidades a utilizar en la
generación del modelo estructural, mientras que en la parte superior izquierda existe, o bien, genera un
nuevo modelo. Por otra parte, en la superior se encuentra el menú Help (Ayuda)
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Lista General del menú de Pantalla
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ETABS
La interfaz gráfica de usuario de ETABS se muestra en la Figura incluye la ventana principal, barra de
título principal, barra de título de la pantalla, la barra de menús, barras de herramientas, pantalla ventanas,
barra de estado, las coordenadas de posición del puntero del ratón y la corriente unidades. Cada uno de
estos elementos se describe en la lista con viñetas que sigue
Cuando iniciamos un modelo por defecto nos aparece las plantillas tipo las cuales nos facilita el ingreso
de datos en ETABS
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CYPE CAD
En la siguiente figura se observa la ventana inicial donde se indica los programas que conforman el
Programa Cypecad los cuales están instalados.
Cypecad: Programa de análisis y diseño de estructuras o edificaciones.
Metal: Programa de análisis y diseño de estructuras metálicas.
Infraestructura Urbana: Programa de análisis y diseño de redes de agua potable, alcantarillado, etc
Elementos estructurales: Dimensionamiento de escaleras, ábacos, etc.
Elementos de contención: Dimensionamiento de muros de contención
Instalaciones: Análisis y diseño de instalaciones de agua, desagües y eléctricos en edificaciones..
Obra Civil: Análisis y diseño de alcantarillas cajón.
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Un solo programa para realizar diseño, calculo y dimensionado de estructuras de H°A°, metálicas elementos
estructurales, elementos de contención infraestructuras urbanas, alcantarillas cajón, entre los más importantes
además se complementa con un generador de precios y presupuestos.
En el presente curso por la gran amplitud del programa solo se verá la parte de análisis y diseño completo de
estructuras de Hormigón Armado
El programa Cypecad ofrece el la posibilidad de análisis y diseño en conjunto, pudiendo extraerse planos detallados
de la estructura analizada
El Cypecad puede obtener los planos de dimensiones y armado de las plantas, vigas, pilares, pantallas y muros por
plotter, impresora y ficheros DXF, así como los listados de datos y resultados del cálculo, expresados en informes
dados por el programa.
Análisis: El análisis de las solicitaciones se realiza mediante un cálculo espacial en 3D, por métodos
matriciales de rigidez, formando todos los elementos que definen la estructura: pilares, pantallas H.A., muros,
vigas y forjados.
MODULO CYPECAD
Para el diseño, calculo y dimensionado de cualquier estructura de H°A° el procedimiento general es la siguiente:
1.- Una vez ingresado al programa Cypecad en la primera ventana que aparece será la ENTRADA DE PILARES
donde se introducen datos como ser:
¾ Elección de la norma de diseño de H°A°, barras de acero corrugado, perfiles de acero y si
tiene la norma de diseño en madera.
¾ Numero de plantas, cargas por plantas, alturas entre plantas, etc...
¾ Ingreso de columnas.
¾ Líneas de contorno y de replanteo (ejes).
¾ En esta ventana se debe importa las plantillas en formato dxf o dwq si es que se tiene.
2.- ENTRADA DE VIGAS: esta ventana es la más principal del programa, en esta se ingresan todos los datos
necesarios para el armado de la estructura y cargado de la misma:
¾ Ingreso de las vigas y secciones.
¾ Ingreso de las losas (paños)
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¾ Ingreso de elementos de fundación.
¾ Análisis de la estructura y correspondiente diseño.
3.- RESULTADOS: En esta ventan se visualiza y se extraen los resultados del análisis y diseño de la
estructura:
¾ Vista en pantalla de esfuerzos en las columnas, envolvente en las vigas,
deformaciones, etc.
¾ Despliegue de errores en fundaciones, vigas, columnas, muros, losas y edición del armado.
¾ Extracción de planos y detalles constructivos.
¾ Extracción de informes de cálculo.
4.- ISOVALORES: Ventana exclusiva para la observación de imágenes de los isovalores en las losas macizas,
(diagramas de deformaciones y esfuerzos).
5.- DEFORMADA: Ventana donde muestra la deformación de la estructura para los distintos estados de carga.
Esta secuencia se sigue para cualquier estructura estructura ingresada al programa.
METODOLOGÍA.-
Para lograr mejores resultados en el curso, la mejor metodología que se sugiere para este tipo de cursos es la de
práctica en un porcentaje mayor de tiempo, de tal manera el texto es básicamente de desarrollo de cada uno de
los módulos prácticos el cual comienza con modelos de edificación y que concluye con el análisis
tridimensional de puente
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MODULO I PARTE 1
DEFINICION DE PLACAS
TIPO SHELL Y MENBRANE DATOS DEL EJEMPLO
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Para la mejor comprensión del módulo se definirá ciertos conceptos ligados al diseño estructural
Losas: Las losas se dividen en dos grandes grupos: perimetralmente apoyadas y planas. Las losas apoyadas
perimetralmente son aquellas que están apoyadas sobre vigas o muros en sus cuatro lados, y que por
tanto trabajan en dos direcciones, a diferencia de las losas en una dirección que, estructuralmente
sólo se apoyan en dos extremos. Las losas planas, son aquellas que se apoyan directamente sobre las
columnas, sin existir ninguna trabe entre columna y columna. Este sistema estructural fue
ampliamente utilizado en el mundo, sobre todo después del esquema de la famosa Casa Domino de
Le Corbusier. Pero, sus principales desventajas, es el enorme punzonamiento o cortante que se
produce en el apoyo entre columna y losa (que se puede disminuir con el uso de capiteles), y la
relativa independencia de las columnas, que al no formar un marco rígido se pandean y/o flexionan a
diferentes ritmos cada una.
Grados de Libertad: Se define como grados de libertad el número mínimo de parámetros necesarios para describir de
manera única la figura deformada de la estructura. Estos parámetros corresponden a las rotaciones y
traslaciones libres en cada uno de los nudos de la estructura.
Los grados de libertad máximos de un nudo (reticulada 3D) son:
- Desplazamiento X
- Desplazamiento Y
- Desplazamiento Z
- Giro X
- Giro Y
- Giro Z
Los otros tipos de estructuras, reticulada 2D, articuladas y emparrillados son casos especiales de la
reticulada 3D.
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Método matricial de rigidez: En este método, la matriz de rigidez conceptualmente relaciona los desplazamientos de una serie de
puntos o nodos, con los esfuerzos puntuales efectivos en dichos puntos. Desde un punto de vista
operativo relaciona los desplazamientos incógnita de una estructura con las fuerzas exteriores
conocidas, lo cual permite encontrar las reacciones, esfuerzos internos y tensiones en cualquier punto
de la estructura.
Método de elementos finitos: La idea general del método de los elementos finitos es la división de un continuo en un conjunto de
pequeños elementos interconectados por una serie de puntos llamados nodos.
Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo regirán también el del elemento. De esta
forma se consigue pasar de un sistema continuo (infinitos grados de libertad), que es regido por una
ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferenciales, a un sistema con un número de grados
de libertad finito cuyo comportamiento se modela por un sistema de ecuaciones, lineales o no.
El método de los elementos finitos supone, para solucionar el problema, el dominio discretizado en
subdominios denominados elementos. El dominio se divide mediante puntos (en el caso lineal),
mediante líneas (en el caso bidimensional) o superficies (en el tridimensional) imaginarias, de forma
que el dominio total en estudio se aproxime mediante el conjunto de porciones (elementos) en que se
subdivide. Los elementos se definen por un número discreto de puntos, llamados nodos, que
conectan entre si los elementos. Sobre estos nodos se materializan las incógnitas fundamentales del
problema. En el caso de elementos estructurales estas incógnitas son los desplazamientos nodales, ya
que a partir de éstos podemos calcular el resto de incógnitas que nos interesen: tensiones,
deformaciones,... A estas incógnitas se les denomina grados de libertad de cada nodo del modelo.
Los grados de libertad de un nodo son las variables que nos determinan el estado y/o posición del
nodo.
Puntos claves que se deben considerar
1) Al plantear un análisis por el método de elementos finitos (MEF) automáticamente se entiende que
se trabajará con un elemento tipo Shell o tipo plate.
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2) Al plantear un análisis por el método de áreas tributarias automáticamente se entiende que se
trabajará con un elemento tipo membrana.
3) El MEF considera 6 grados de libertad por cada nodo. Estos son: Desplazamientos en x, y, z; y
rotaciones en dichos ejes. En este método se trabaja con rigidices.
4) Si se tiene un elemento Shell (análisis por elementos finitos) apoyado en cuatro nodos entonces se
generará una matriz de rigidez de 24x24 (6 grados de libertad por cada nodo).
5) Las cargas aplicadas a un elemento tipo Shell pueden ser en cualquier dirección.
6) Para el caso del elemento tipo plate las cargas deben ser aplicadas perpendicularmente al plano
que contienen al elemento. En este análisis (tipo plate) se consideran 3 grados de libertad, los cuales
son: desplazamiento en el eje z y rotaciones alrededor de los ejes que contienen el plano.
7) Si se está trabajando una placa como elemento tipo plate, y ésta se desarrolla en el plano xy
entonces los grados de libertad de dicha placa son: desplazamiento en z (se puede mover
perpendicularmente al plano que la contiene) y rotaciones alrededor de los ejes x e y.
8) Los muros siempre deben ser modelados como elementos tipo Shell porque puede darse el caso en
que se lleguen acciones para las que no hayan ecuaciones suficientes para resolverla mediante el
análisis como membrana.
9) Cuando se define una losa como elemento tipo Shell o tipo plate siempre se debe hacer la malla de
elementos finitos; de lo contrario la losa no se apoyará sobre las vigas, únicamente reposará en las
esquinas y se estaría mal diseñando.
10) El elemento membrana debe ser usado únicamente para losas que estén apoyadas en cuatro lados.
De lo contrario se distorsionarán los resultados.
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Desarrollo del Ejemplo1
Definición del Modelo Estructural
Deformación por D+L
VIGA 25x50
COLUMNAS 30x30
LOSA e=15cm
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Losa tipo Shell análisis por elementos finitos Losa tipo Menbrane distribución de Carga a las vigas en
Trapecios y Triángulos
Se puede que concluir que cuando se utiliza membrane no se considera la rigidez de la losa sin embargo
en Shell si lo hace por ende la flexión reduce
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MODULO I PARTE 2
DISEÑO DE VIGA Y COLUMNA DE HºAº
Diseño por CYPECAD
Nombre Representativo
Destino donde se guarda el archivo
Esta opción nos permite modelar una Estructura a
partir de un dibujo cad(dwg. o dxf) TENER
ENCUENTA QUE ESTEN BIEN DEFINIDAS LAS CAPAS
Y POLYLINEAS DE COLUMNAS Y VIGAS
Q= Carga Viva Sobre la Losa en [t/m2]
CM= Carga Muerta Sobre la Losa en [t/m2]
Ver el Grafico para colocar las dimensiones
de las estructura
COTA DE FUNDACION
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AÑADIR EL FORMATO CAD DE LA PLANTA
INDICAR LA NORMA DE DISEÑO
PESTAÑA DONDE SE INGRESA EL qadm
del suelo para diseñar fundaciones
Seleccionar el Layer del dibujo de vigas Elegir el tipo de viga y
darle las dimensiones
Seleccionar el Layer del dibujo de columnas
ESCOGER EL DIBUJO EN PLANTA PARA CADA GRUPO
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MODELO CREADO (SE PUEDE OBSERVAR QUE
LAS VIGAS NO ESTAN BIEN ALINEADAS NI EN EJE)
ESTA OPCION NOS PERMITE ALINEAR VIGAS
ESTA PESTAÑA NOS PERMITE INGRESAR EL TIPO
DE LOSA Y LAS DIMENSIONES DE LA MISMA
CALCULAMOS LA OBRA SIN
DIMENSIONAR FUNDACIONES
ESTA PESTAÑA NOS PERMITE MODIFICAR
EL ARMADO DE LA VIGA
ESTA PESTAÑA NOS PERMITE Y DARLE LA ESCALA
CORRESPONDIENTES Y EXPORTAR LOS PLANOS
ESTRUCTURAL A UN FORMATO CAD
PLANO DE VIGA Y COLUMNA ABIERTO EN AUTOCAD ESTA PESTAÑA NOS PERMITE MODIFICAR LA HOJA DE LOS
PLANOS ESTRUCTURAL Y EXPORTALOS A UN FORMATO CAD
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MODULO II PARTE 1
DISEÑO DE FUNDACIONES AISLADAS DATOS DEL EJEMPLO