MANUAL PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN PUENTE Y UNA CASA A TRAVÉS DEL SOFTWARE ANSYS
PRESENTADO POR:
CARLOS ANDRÉS MARTINEZ DUQUE MARÍA MANUELA MONTEMIRANDA VÉLEZ
UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA SECCIONAL PEREIRA
FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA CIVIL DICIEMBRE DE 2019
MANUAL PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN PUENTE Y UNA CASA A TRAVÉS DEL SOFTWARE ANSYS
PRESENTADO POR:
CARLOS ANDRÉS MARTINEZ DUQUE MARÍA MANUELA MONTEMIRANDA VÉLEZ
Proyecto de grado presentado como prerrequisito para obtener el Título de INGENIERO CIVIL
DOCENTE ASESOR:
ADÁN SILVESTRE GUTIÉRREZ
UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA SECCIONAL PEREIRA
FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA CIVIL DICIEMBRE DE 2019
Nota de aceptación
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Director de Investigación Ing. Daniel Aristizábal __________________
Jurado ________________
Pereira, diciembre de 2019
Dedicatoria
El presente manual de diseño lo dedicamos principalmente a Dios, por ser el inspirador y promotor de este gran logro, quien es una guía en el caminar de mi vida, bendiciéndome y dándome fuerzas para continuar con mis metas. A nuestros padres, por su amor, su apoyo, consejos y sacrificio en todos estos años. A los profesores por el conocimiento brindado a lo largo de la carrera profesional y nos dieron las competencias para desarrollar estos diseños.
A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito en especial a aquellos que nos abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos.
Agradecimientos
“En primer lugar, agradecemos a Dios, el cual permitió e hizo posible que esta meta se hiciera realidad; a nuestras familias las cuales nos impulsaron y apoyaron a lograr este objetivo.
También agradecemos al Ingeniero y docente Adán Silvestre Gutiérrez por guiar el desarrollo de este trabajo y por su constante acompañamiento en el desarrollo del trabajo de investigación.
A todos los docentes que hicieron parte de nuestro proceso formativo, ya que cada uno nos aportó distintos conocimientos para la realización del mismo; a nuestros compañeros por permitir el desarrollo y cumplimiento de esta meta tan representativa, que con dedicación y esfuerzo pudimos sacar este proyecto adelante.”
Tabla de contenido
Resumen ... 12
Abstract ... 13
2.0 Introducción ... 14
3.0 Objetivos ... 16
3.1 Objetivo general ... 16
3.2 Objetivos específicos ... 16
4.0 Marco referencial ... 17
4.1 Marco teórico ... 17
4.1.1 Software ... 17
4.1.2 ANSYS (Swanson Analysis Systems, Inc.)... 18
4.2 Marco conceptual ... 21
4.2.1 Conceptos generales de diseño ... 21
4.2.2 Elementos de una cubierta ... 22
4.2.3 El acero como material estructural ... 22
4.2.4 Economía en el diseño estructural ... 22
4.2.5 Criterios de diseño estructural ... 23
4.3 Marco de antecedentes ... 25
4.3.1 La nueva Planta Central Cervecera de Colombia, ubicada en Sesquilé (Cundinamarca) ... 25
4.3.2 La Torre Atrio, ubicada en Bogotá ... 26
4.3.3 Pabellón Verde, ubicada en Medellín ... 26
4.4 Marco legal (Normativo) ... 27
5.0 Especificaciones generales ... 29
5.1 Especificaciones del puente ... 29
5.2 Especificaciones de la casa ... 31
6.0 Paso a paso del modelado del puente por medio de ANSYS WORKBENCH ... 32
6.1 Asignación de cargas ... 51
7.0 Paso a paso del modelado de la casa por medio de ANSYS WORKBENCH ... 57
7.1 Análisis estructural ... 57
7.2 Asignación de cargas ... 74
8.0 Conclusiones ... 77 9.0 Bibliografía ... 78
Contenido de imágenes
Imagen 1. Logo del software ANSYS ... 18
Imagen 2. Dimensiones ... 29
Imagen 3. Cercha ... 30
Imagen 4. Vía primaria ... 30
Imagen 5. Vía primaria ... 30
Imagen 6. Planta de la casa ... 31
Imagen 7. Programa WORKBENCH ... 32
Imagen 8. Pantalla inicial del programa ... 32
Imagen 9. Nuevo diseño ... 33
Imagen 10. Plano XY ... 33
Imagen 11. Unidades... 34
Imagen 12. Grilla ... 34
Imagen 13. Espaciamiento de grilla ... 34
Imagen 14. Draw... 35
Imagen 15. Cercha ... 35
Imagen 16. Cercha del puente ... 36
Imagen 17. Sketch 1 ... 36
Imagen 18. Modelo ... 37
Imagen 19. Diseño de cercha... 37
Imagen 20. Cercha duplicada ... 38
Imagen 21. Cuadrícula ... 38
Imagen 22. Vigas longitudinales ... 39
Imagen 23. Sketch 2 ... 39
Imagen 24. Material de la viga ... 40
Imagen 25. Plano ZX ... 40
Imagen 26. Sketch 3 ... 41
Imagen 27. Plano ZX ... 41
Imagen 28. Sketch 4 ... 42
Imagen 29. Perfil de vigas longitudinales y transversales ... 42
Imagen 30. Perfiles ... 43
Imagen 31. Perfil de la cercha ... 43
Imagen 32. Perfil... 44
Imagen 33. Perfil de cada elemento ... 44
Imagen 34. Losa... 45
Imagen 35. Para cargar modelo ... 45
Imagen 36. Conexiones de los perfiles ... 46
Imagen 37. Esconder superficie ... 46
Imagen 38. Seleccionar bordes ... 47
Imagen 39. Apply ... 47
Imagen 40. Para mostrar la losa ... 48
Imagen 41. Cara de la superficie ... 48
Imagen 42. Elementos del puente ... 48
Imagen 43. Gravedad terrestre estándar ... 49
Imagen 44. Fuerza ... 49
Imagen 45. Restricción en los apoyos ... 50
Imagen 46. Bordes exteriores ... 50
Imagen 47. Carga estructural ... 51
Imagen 48. Carga de carril de diseño ... 52
Imagen 49. Magnitud ... 52
Imagen 50. Carga de camión de diseño ... 52
Imagen 51. Coordenadas ... 53
Imagen 52. Cargas en la losa ... 53
Imagen 53. Análisis estructural ... 54
Imagen 54. Tensión elástica ... 54
Imagen 55. Mayor esfuerzo en la placa ... 55
Imagen 56. Elementos estructurales ... 55
Imagen 57. Deformación de la estructura ... 56
Imagen 58. Columnas y vigas ... 57
Imagen 59. Line from Sketches ... 57
Imagen 60. XY Plane ... 58
Imagen 61. Sketch 1 ... 58
Imagen 62. Apply ... 59
Imagen 63. ZX Plane ... 59
Imagen 64. Generar vigas y columnas ... 60
Imagen 65. FD1 ... 60
Imagen 66. ZX Plane ... 61
Imagen 67. FD 1 ... 61
Imagen 68. Cuadrícula ... 62
Imagen 69. Vigas perimetrales ... 62
Imagen 70. Sketch 2 ... 63
Imagen 71. Plano ZX ... 63
Imagen 72. Rectángulo... 64
Imagen 73. Surfaces from Skatches ... 64
Imagen 74. Sketch 3 ... 64
Imagen 75. Tipo de perfil ... 65
Imagen 76. Dimensiones del perfil ... 65
Imagen 77. Perfil... 66
Imagen 78. Perfil en la estructura ... 66
Imagen 79. Modelo ... 67
Imagen 80. Región de contacto manual ... 67
Imagen 81. Superficie del modelo ... 68
Imagen 82. Borde ... 68
Imagen 83. Elementos estructurales ... 69
Imagen 84. Hide Line Bodies ... 69
Imagen 85. Comando de superficie ... 70
Imagen 86. Cara de superficie ... 70
Imagen 87. Mostrar elementos estructurales ... 71
Imagen 88. Malla ... 71
Imagen 89. Gravedad terrestre estándar ... 72
Imagen 90. Dirección vertical ... 72
Imagen 91. Soporte fijo ... 73
Imagen 92. Apoyo de las columnas ... 73
Imagen 93. Aplicar la carga ... 74
Imagen 94. Superficie ... 74
Imagen 95. Magnitud ... 75
Imagen 96. Deformación total ... 75
Imagen 97. Beam Tool ... 75
Imagen 98. Deformación en la estructura ... 76
Contenido de tablas
Tabla 1. Norma Colombiana de Diseño de Puentes –LRFD-CCP ... 27 Tabla 2. NSR-10 ... 28
Resumen
La necesidad de tener nuevos sistemas o softwares gratuitos o de fácil acceso en las universidades o instituciones educativas, tanto para los estudiantes como para los docentes, ha generado que se limiten o no se expongan más métodos de enseñanzas por falta de conocimiento o discernimiento de estos mismos.
Debido a esta situación, el presente manual se realiza con el fin de brindar a los estudiantes, y aquellos que requieran de éste, una guía para la realización de diseños estructurales en su vida académica, utilizando un software llamado ANSYS; el cual cuenta con una licencia educativa gratis, lo que proporciona a los estudiantes acceder fácilmente a ella y poder realizar sus trabajos y demás afines; además, los profesores pueden usar también esta licencia para dictar sus clases. Por lo que se propone, este manual explica detalladamente el uso del software colocando como ejemplo el diseño de un puente y una casa de un piso, ambos en estructura metálica, definido por un paso a paso de la realización y su análisis estructural, aprovechando al máximo las ventajas que ofrece este programa para el diseño y modelo de estructuras proponiendo su uso en la universidad.
Palabras claves: Software, ANSYS, diseño de estructuras, ingeniería, manual.
Abstract
The need to have new systems or software’s free or easily accessible in universities or educational institutions, both for students and teachers, has generated that they limit or not expose more teaching methods due to lack of knowledge or discernment of these same.
Due to this situation, this manual is made in order to provide students, and those who require this, a guide for the realization of structural designs in their academic life, using software called ANSYS; which has a free educational license, which provides students with easy access to it and to perform their work and other related; In addition, teachers can also use this license to teach their classes. For what is proposed, this manual explain the use of the software, using as an example the design of a bridge and a floor house, both in a metal structure, defined by a step-by-step of the realization and its structural analysis, taking advantage of the maximum advantages offered by this program for the design and model of structures that propose its use in the university.
Keywords: Software, ANSYS, structure design, engineering, manual.
2.0 Introducción
En el campo de la ingeniería, los softwares se han convertido en la herramienta indispensable de trabajo para el ingeniero; siglos atrás no era tan sencillo realizar el diseño de una estructura o cualquier otro tipo de modelo ingenieril, se puede tardar días, semanas o quizás meses. Con el avance de la tecnología es posible realizar por medio de softwares un diseño en solo horas gracias a su funcionalidad y sistema de método de elementos finitos el cual consiste en la aproximación de soluciones de ecuaciones diferenciales parciales muy complejos utilizado en diversos problemas de ingeniería y física.
El método puede ser aplicado en la resolución y diagnóstico de problemas de análisis estructural para la obtención de desplazamientos, deformaciones y tensiones; también permite representar diferentes escenarios y evaluar el rendimiento de productos con aplicación de criterios de resistencia, rigidez o fatiga.
También las variaciones del método de los elementos finitos permiten hacer análisis térmico, acústico, dinámico, electromagnético y de flujos de los casos más simples de comportamiento linear a no linear, como cuando se tienen grandes desplazamientos o contacto entre las partes de un conjunto.
Comúnmente los softwares más usados para el diseño y simulación computacional de estructuras en la ingeniería para el análisis con base en el método de elementos finitos para el desarrollo de representación geométrica conocidos como CAD (Computer-Aided Design), entre otros simuladores que tienen un gran uso tanto en la parte educativa como laboral para el diseño y análisis de estructuras y elementos de ingeniería. Lo más ideal para el ingeniero es poder trabajar en un software que pueda facilitar su acceso, ya que muchos tienen una
licencia muy costosa y se dificulta poder obtenerla por su alto costo, sobre todo se convierte más inaccesible para los estudiantes y se dificulta obtenerlo.
Para los estudiantes el software es un instrumento útil e indispensable para realizar sus proyectos o trabajos académicos ya que les permite modelar y analizar los elementos estructurales, además de la gran ventaja de poder contar con un software asequible de obtener para el desarrollo de los modelos estructurales.
El presente manual pretende dar a conocer el software ANSYS y sus características, con un ejemplo de diseño estructural para conocer su manejo, a fin de ser usado por los estudiantes en la realización de sus trabajos académicos, entre otras cosas reconociendo sus grandes ventajas para su uso de la ingeniería.
Basados en la NSR-10 y en la Norma Colombiana de diseño de puentes -LRFD-CCP 14 se realiza el diseño estructural de un puente y una casa de una planta, ambos en estructura metálica, explicando el diseño estructural en el programa ANSYS WORKBENCH de cada uno, paso a paso y el manejo del mismo.
Este programa permite acceder a su licencia académica de manera gratuita, lo que permite al estudiante de ingeniería realizar sus proyectos y en este caso realizar este manual usando esta licencia académica, además en el portal web de ANSYS se pueden encontrar tutoriales y foros donde explican o resuelven dudas que se puedan tener sobre el programa.
3.0 Objetivos
3.1 Objetivo general
Dar a conocer paso a paso el diseño estructural con el software ANSYS WORKBENCH tomando como ejemplo el diseño de un puente y una casa de una planta en estructura metálica.
3.2 Objetivos específicos
o Diseñar con el software ANSYS WORKBENCH una casa de una planta y un puente en estructura metálica basados en la norma NSR-10 y en Norma Colombia de diseño de puentes -LRFD-CCP 14.
o Realizar un paso a paso del diseño estructural de la casa y el puente en el programa ANSYS WORKBENCH.
o Conocer las características, ventajas y manejo del software ANSYS WORKBENCH para el diseño estructural.
4.0 Marco referencial
4.1 Marco teórico
4.1.1 Software
Software es todo equipo o soporte lógico (intangible) de un sistema informático que abarca el conjunto de los componentes que son necesarios para la realización de tareas específicas.
En contraposición está el hardware que se refiere a las partes físicas. Dicho de otra manera, se trata de las aplicaciones o programas que únicamente funcionan en un ordenador ( (Xeral, 2017).
4.1.1.1 Clasificación
Son tres los grandes grupos en los que se divide este concepto informático (Xeral, 2017):
Software de sistema. Elementos que permiten el mantenimiento del sistema en global:
sistemas operativos, controladores de dispositivos, servidores, utilidades, herramientas de diagnóstico, de corrección y optimización.
Software de programación. Diferentes alternativas y lenguajes para desarrollar programas
de informática: editores de texto, compiladores, intérpretes, enlazadores, depuradores, entornos de desarrollo integrados (IDE).
Software de aplicación. Permite a los usuarios llevar a cabo una o varias tareas específicas
en cualquier campo de actividad: aplicaciones ofimáticas, para control de sistemas y automatización industrial, software educativo, software empresarial, bases de datos, telecomunicaciones (Internet), videojuegos, software médico, software de diseño asistido (CAD), software de control numérico (CAM).
4.1.1.2 Procedimientos
Mediante la ingeniería de software se obtienen mejores resultados de desarrollo y uso. Entre los objetivos fundamentales se destacan (Xeral, 2017):
Mejorar el diseño de aplicaciones o software para adaptarse a las necesidades de las organizaciones o finalidades para las que fueron creadas.
Promover la calidad al desarrollar aplicaciones complejas
Conseguir mayor exactitud en los costos de proyectos y tiempo de desarrollo.
Aumentar la eficiencia de los sistemas.
Detectar posibles mejoras para un mejor funcionamiento a través de pruebas.
Actualmente el software es muy necesario porque está dentro de cualquier equipo de cómputo independientemente del sector de actividad. Lo más importante es que los productos informáticos:
Cumplan con sus funciones.
No produzca daños en caso de errores.
No desperdicien los recursos.
Cuenten con una interfaz de usuario y documentación adecuadas.
4.1.2 ANSYS (Swanson Analysis Systems, Inc.)
Imagen 1. Logo del software ANSYS Fuente: ANSYS
Es un programa de diseño asistido por computadora, fundado por el Dr John Swanson en 1970. ANSYS desarrolla, comercializa y presta soporte a la ingeniería a través de software de simulación para predecir cómo funcionará y reacciona determinado producto bajo un entorno real. ANSYS continuamente desarrolla tecnología enfocada en la simulación y a través del tiempo ha adquirido otros softwares para ofrecer un paquete de aplicaciones que pueden ser unificadas para los problemas más complejos. Además, presta soporte a la industria. ANSYS® Academic Research Mechanical, Release 18.1, Sistema de ayuda, Guía de análisis de campo acoplado, ANSYS, Inc.
ANSYS ofrece un paquete de software integral que abarca todo el rango de la física, brindando acceso a prácticamente cualquier campo de simulación de ingeniería que requiera un proceso de diseño (Lozano, 2017)
4.1.2.1 Características - Integrado
Permite la asociación de diferentes tecnologías para el desarrollo de un producto sin abandonar una única plataforma. Además, su integración permite la asociación con los softwares más avanzados de CAD. Por último, su sistema de integración permite incluirse sin dificultad en sistemas de documentación propios de cada empresa.
- Modular
ANSYS permite que los clientes instalen una única aplicación para la solución de un problema específico. A medida que el usuario avanza en la solución, este puede necesitar análisis más complejos, hasta llegar al proceso de validación. Los distintos módulos de ANSYS permiten solucionar los problemas por partes.
- Extensible
ANSYS propone “aplicaciones verticales” o adaptaciones más específicas según las requiera el cliente. Estas adaptaciones pueden automatizar procesos que realiza normalmente un cliente hasta aplicaciones más complejas que se adaptan a determinados sectores industriales.
4.1.2.2 Licencia
El software de simulación de ingeniería académica ANSYS es utilizado por miles de universidades en todo el mundo para que estudiantes de pregrado aprendan principios de física, para que investigadores resuelvan problemas complejos de ingeniería y para estudiantes de posgrado que produzcan datos para sus tesis de maestría o disertaciones doctorales. Además, los estudiantes pueden aprovechar las descargas gratuitas para tareas fuera del aula, proyectos finales y más. ANSYS® Academic Research Mechanical, Release 18.1, Sistema de ayuda, Guía de análisis de campo acoplado, ANSYS, Inc. (Version, 2019)
4.2 Marco conceptual
4.2.1 Conceptos generales de diseño
Las propiedades de los materiales estructurales tienen una influencia esencial en el comportamiento de la estructura que forman. Se pueden diferenciar, en forma general, dos tipos de ellos:
4.2.1.1 Materiales dúctiles
Son los que presentan excesivas deformaciones antes que se presente la fractura del miembro;
la fluencia incontrolada anuncia la inminente falla. Las estructuras tienen entonces tanta capacidad para absorber energía, como ductilidad tengan sus componentes (Huaman, 2015)
4.2.1.2 Materiales frágiles
Estos materiales presentan poca capacidad de absorción de energía, debido a que no ocurren grandes deformaciones sin que se presente la falla, algunos ejemplos típicos son el vidrio, la roca, el yeso, etc. La ausencia de deformaciones apreciables hace que existan, en las estructuras hechas con materiales frágiles, fallas inesperadas, repentinas y por ello, lamentables.
Entre los materiales estructurales actuales, el acero es el metal más importante y su producción en perfiles de distintas formas y placas, así como el avance en el estudio del comportamiento estructural lo han hecho el material de trabajo de muchas edificaciones y el más versátil (Huaman, 2015).
4.2.2 Elementos de una cubierta
Los elementos que componen una cubierta metálica son conocidos en el campo industrial con algunos sinónimos que dependen del tipo de estructura y los materiales utilizados de una cubierta elaborada mediante perfiles estructurales.
4.2.3 El acero como material estructural
El conocer acerca de las características elásticas, inelásticas, de fractura y de fatiga de un metal es necesario para la fabricación de un miembro estructural, y es requerido para un cierto diseño estructural. La elasticidad es la capacidad de un metal de regresar a su forma original después de ser cargado y luego descargado. La ductilidad es la capacidad de un cuerpo de deformarse sin fracturarse en el rango inelástico, cuando se carga más allá del punto de fluencia, la ductilidad del acero estructural le permite experimentar grandes alargamientos inelásticos. Finalmente, la probeta se fractura cuando alcanza la resistencia última de rotura.
4.2.4 Economía en el diseño estructural
Debido al incremento y competitividad en la industria de la construcción, los costos de los materiales y mano de obra van en aumento, el ingeniero estructural está obligado a buscar la máxima economía en el diseño, que esté relacionada con la seguridad y la vida útil de la estructura. En el caso de estructuras de hormigón armado el diseñador se preocupa de diseñar la estructura para que falle primero el acero y luego el concreto, dando así cumplimiento a uno de los principios de la Ingeniería estructural que es la seguridad, ya que este evita que la estructura colapse y se puedan salvar vidas humanas. El transporte tiene gran influencia en la economía, las conexiones pueden ser fabricadas en un taller lo que abarata costos cuando se fabrican durante el montaje. Por ejemplo, un taller construido sobre una vía
navegable tiene una gran ventaja al construirse un puente sobre el río. En caso de grandes puentes, puede construirse un taller provisional, cerca de la obra para evitar el transporte de los elementos del puente. La disposición de los miembros de una estructura también es afectada por la economía, la mejor manera es proporcionar una trayectoria más directa posible para transmitir la fuerza del punto de carga a la cimentación de una estructura.
Las técnicas de construcción de los puentes, materiales usados y estructuras han evolucionado en el tiempo para lograr reducir los costos, mejorar su peso, flexibilidad mecanismo y forma; sin sacrificar su belleza y función. Los modernos puentes de acero aprovechan los últimos avances en la fabricación automatizada y en las técnicas de construcción. Dichos avances son capaces de proporcionar soluciones económicas a las demandas de seguridad, construcción rápida, estética, profundidad de construcción superficial, mantenimiento mínimo y flexibilidad en el uso futuro.
La alta relación resistencia/peso del acero minimiza el peso estructural de las superestructuras y, por lo tanto, minimiza los costos de la estructura, siendo particularmente beneficioso en condiciones de terreno deficiente. El peso mínimo también es un factor importante en el coste de transporte y manejo de los componentes.
4.2.5 Criterios de diseño estructural
Las técnicas de construcción de los puentes, materiales usados y estructuras han evolucionado en el tiempo para lograr reducir los costos, mejorar su peso, flexibilidad mecanismo y forma; sin sacrificar su belleza y función. Los modernos puentes de acero aprovechan los últimos avances en la fabricación automatizada y en las técnicas de construcción. Dichos avances son capaces de proporcionar soluciones económicas a las
demandas de seguridad, construcción rápida, estética, profundidad de construcción superficial, mantenimiento mínimo y flexibilidad en el uso futuro.
La alta relación resistencia/peso del acero minimiza el peso estructural de las superestructuras y, por lo tanto, minimiza los costes de la estructura, siendo particularmente beneficioso en condiciones de terreno deficiente. El peso mínimo también es un factor importante en el coste de transporte y manejo de los componentes.
El diseño estructural de puentes y de edificios se puede realizar por dos métodos de diseño : el método basado en fuerzas y el método basado en desplazamientos; el primero se basa en la rigidez elástica de los elementos y en el amortiguamiento, en este caso no se contempla el posible desplazamiento al momento de limitar los daños de la estructura, ni la relación entre el factor de reducción y el desplazamiento máximo, y se calcula el periodo de la estructura asumiendo que no cambia con la resistencia; el segundo método toma la estructura como un oscilador equivalente de un sólo grado de libertad, basado en el desplazamiento, en este método se obtiene la fuerza basal, la rigidez y resistencia requerida en función del desplazamiento máximo.
La principal ventaja del método basado en desplazamientos es que utiliza el desplazamiento como medida de demanda sísmica y como indicador del nivel de daño. Las principales desventajas que presenta el método de diseño basado en fuerzas es que este trabaja en el periodo inicial elástico de las estructuras, a pesar de que normalmente no se comporta de forma elástica; se trabaja la misma ductilidad para diferentes estructuras a diferencia del método basado en desplazamientos, en el cual se calcula la ductilidad correspondiente para cada estructura; y por último que el daño que se presenta en el periodo inelástico no se asocia
a las fuerzas. A pesar de que el método estructural basado en desplazamientos tiene ventajas sobre método de diseño estructural basado en fuerzas, no se encuentra estipulado en la mayoría de los códigos de diseño, por lo que aún se trabaja con el método de diseño basado en fuerzas.
4.3 Marco de antecedentes
Dentro del ámbito de la construcción, en los últimos años se ha venido mostrando un gran interés por investigar sobre materiales que proporcionen mejoras considerables para el desarrollo de nuestra sociedad, Con los nuevos productos y las nuevas formas de construir se dan respuestas a nuevos requisitos (mayores exigencias de calidad, mayor confort, etc.), pero también se hacen propuestas que modifican los hábitos mismos de la sociedad. Un ejemplo claro es la introducción del acero en Colombia en 1923 en la región de Pacho, ubicada en el departamento de Cundinamarca, la industria siderúrgica del país –y por supuesto de Boyacá–
comenzó la sofisticación para producir toda clase de aceros con el fin de proveer materiales de vanguardia a iniciativas de renovación urbana, concesiones viales de cuarta generación (4G), desarrollos portuarios y de vivienda, entre otros sectores. Unas de las principales obras construidas con acero en Colombia (Acero, 2018):
4.3.1 La nueva Planta Central Cervecera de Colombia, ubicada en Sesquilé (Cundinamarca)
Es un proyecto en el cual el cliente hizo unos requerimientos específicos con el fin de que el acero fuera el material más adecuado para resolver los retos planteados. Tiene un área de 75.000 metros cuadrados, aproximadamente, y un peso total de 11.400 toneladas. De esta forma, se convierte en uno de los proyectos industriales más grandes del país, y, además de
la magnitud, sobresale la calidad de la fabricación. De hecho, fue identificada como “una estructura que es ejemplo de la capacidad técnica constructiva y de volumen de las empresas de acero del país” (Construcción, 2019).
4.3.2 La Torre Atrio, ubicada en Bogotá
Esta construcción, que recibió el premio en la categoría edificios, fue diseñada por la reconocida firma de arquitectos urbanistas Rogers Stirk Harbour + Partners, que ha liderado el desarrollo urbanístico de ciudades como Londres, Shanghái y Sidney, entre otras. En el desarrollo de la obra ubicada en el Centro Internacional de Bogotá, también participó la firma colombiana El Taller de Mazzanti, que aportó a la valoración de la concepción arquitectónica y estructural. También estuvieron QBO Constructores, Arpro y el Grupo A, entre otros. Es una obra emblemática desde lo técnico, que resalta el detalle y la calidad de ejecución de la estructura de acero (Construcción, 2019).
4.3.3 Pabellón Verde, ubicada en Medellín
En la categoría general fue galardonada esta obra del Consorcio Inhierro e Industrias Ceno ubicada en Medellín, que, además, fue concebida como una mezcla entre dos tipos de sistemas estructurales usados como expresión de la arquitectura. Así se logró –según el acta del premio– “la comunión perfecta entre materiales”. Agrega, además, que “en la zona del segundo piso, que es utilizada como recinto ferial, la idea era crear un volumen que pareciera haberse posado sobre el soporte inferior, como si un gran barco fuera puesto en un pedestal a modo de escultura” (Construcción, 2019).
4.4 Marco legal (Normativo)
Las normas por las que se rige el manual de diseños son especificadas por la Norma Sismo Resistente (NSR-10), y la Norma Colombiana de Diseño de Puentes –LRFD-CCP, el cual se enumeran a continuación:
Tabla 1. Norma Colombiana de Diseño de Puentes –LRFD-CCP
NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES –LRFD-CCP
NORMA SECCIÓN DESCRIPCIÓN
SECCIÓN 2 CARACTERÍSTICAS
GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN
2.5.2.6.2 CRITERIOS PARA
DEFLEXIÓN
Los criterios de esta sección permiten el uso de prácticas del
pasado para el control de deflexiones.
SECCIÓN 3 CARGAS Y FACTORES
DE CARGA
3.6.1.1.1
NÚMERO DE CARRILES DE DISEÑO
Esta sección pretende que los puentes deben construirse para acomodar el carril de diseño y las
bermas apropiadas.
3.6.1.1.2
PRESENCIA MÚLTIPLE DE CARGA VIVA
Las ecuaciones se basan en la evaluación de varias combinaciones de carriles
cargados con sus factores apropiados de presencia múltiple.
3.6.1.2.2
CAMIÓN DE DISEÑO
Determina el peso y
espaciamiento de los ejes y ruedas del camión.
3.6.1.2.4
CARGAS DE CARRIL DE DISEÑO
Consiste en la carga uniformemente distribuida en la
dirección longitudinal.
3.6.1.6
CARGAS PEATONALES
Esta sección describe las cargas que deben aplicarse a las aceras, teniendo en cuenta el carril para
vehículos.
SECCIÓN 4 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN ESTRUCTURAL
4.7
ANÁLISIS DINÁMICO
Esta sección describe métodos de análisis apropiados para el diseño
y evaluación de puentes.
Fuente: Propia
Tabla 2. NSR-10
NORMA SISMO RESISTENTE (NSR-10)
NORMA SECCIÓN DESCRIPCIÓN
TÍTULO B CARGAS
B.3.4.3 TABLA B.3.4.3-1
Valores mínimos alternativos para cargas muertas de elementos no
Estructurales.
B.3.4.1 TABLA B.3.4.1-4
Cargas muertas mínimas de elementos no estructurales
horizontales – cubiertas.
B.3.4.1 TABLA B.3.4.1-1
Cargas muertas mínimas de elementos no estructurales
horizontales – cielo raso.
B.4.8.2 CARGA POR EMPOZAMIENTO DE
AGUA
B.4.8.2.3
Para cubiertas en estructura metálica
Fuente: Propia
5.0 Especificaciones generales
Se desea realizar el diseño estructural de un puente y una casa de una planta en el software ANSYS WORKBENCH 2019 R3, con el fin de conocer sus características y manejo.
5.1 Especificaciones del puente
Tiene una longitud de 16m y un ancho de 8.6m, donde 6m es el ancho libre de la calzada, como se ve en la imagen; además cuenta con una losa de 20 cm de espesor.
Imagen 2. Dimensiones Fuente: Propia
El puente a diseñar en estructura metálica cuenta con una cercha tipo armadura Pratt y un perfil tipo channel C4x5.4 tomado del Manual de fabricante de METAZA (perfiles comerciales de Colombia), con una altura del perfil L/16 (L= Luz de la viga) como se puede ver a continuación con sus cotas,
Imagen 3. Cercha Fuente: Propia
El puente se diseña para una vía primaria de alto flujo vehicular y carga máxima de un camión de diseño 2S1 como lo indica INVIAS con cargas en el primer eje de 40KNy los otros dos ejes de 160KN, como se muestra en la imagen con sus respectivas cotas
Imagen 4. Vía primaria Fuente: Propia
Imagen 5. Vía primaria Fuente: Propia
El puente debe llevar un arriostramiento entre las vigas longitudinales y transversales con varilla de 1’, lo cual no funciona como elemento estructural sino para dar rigidez. En el
programa no es posible diseñar las riostras debido a que el número de elementos máximos es de 35, y este sobrepasa el número permitido por el software de licencia estudiantil.
5.2 Especificaciones de la casa
Se propone construir una vivienda de interés social de 70 m2 en estructura metálica con un perfil IPE 200 fabricado por METAZA para las vigas y columnas, con la siguiente distribución:
Imagen 6. Planta de la casa Fuente: Propia
La casa cuenta con un cielo raso en tablero de yeso de 8 mm con un peso de 6.2 kg/m2 y una cubierta corrugada de 24.4 kg/m2.
Una vez instalado el programa de la página web de ANSYS y obtenido las especificaciones del puente y de la casa, se procede a realizar el diseño siguiendo los pasos mencionados a continuación.
6.0 Paso a paso del modelado del puente por medio de ANSYS WORKBENCH
A continuación, se muestra el paso a paso del diseño y modelado del puente metálico por medio del software ANSYS WORKBENCH:
1.0 Para comenzar se busca el programa en el pc y se abre WORKBENCH 2019 R2,
Imagen 7. Programa WORKBENCH Fuente: Propia
2.0 A continuación, se muestra la pantalla inicial del programa donde se debe crear el nuevo archivo o proyecto:
Imagen 8. Pantalla inicial del programa Fuente: Propia
3.0 Seguido esto se busca en el cuadro de dialogo “Toolbox” el comando Static Structural y con click izquierdo arrastrar a la ventana principal. En Engineering Data se tienen las propiedades físicas del material, el programa ya tiene un tipo de acero preestablecido el cual sirve para este diseño, por lo que se deja así. Se da click derecho en Geometry y click izquierdo en New Design Modeler geometry, como se ve a continuación,
Imagen 9. Nuevo diseño Fuente: Propia
4.0 En esta nueva pestaña se realiza el modelo de la estructura, primero se debe dar click en XY plane,
Imagen 10. Plano XY Fuente: Propia
5.0 El paso siguiente es configurar las unidades con las que se van a trabajar, dando click en Units,
Imagen 11. Unidades Fuente: Propia
6.0 A continuación, dar click en Sketching, Settings y en Grid para poner la grilla en la ventana y seleccionar show in 2D y Snap como se ve a continuación,
Imagen 12. Grilla Fuente: Propia
7.0 En seguida, en Major Grid Spacing es el espaciamiento de la cuadrícula para este ejemplo se usará de 1m,
Imagen 13. Espaciamiento de grilla Fuente: Propia
8.0 Después de haber dado dimensiones a la cuadrícula, seleccionar Generate para generar la cuadrícula en la ventana donde se va trabajar el modelo como se ve en la imagen y dar click en Draw, en las opciones que despliega seleccionar Line para empezar a dibujar la cercha,
Imagen 14. Draw Fuente: Propia
9.0 Con las cotas ya dadas anteriormente se dibuja la cercha que llevará el puente como se ve en la imagen y seleccionar Generate,
Imagen 15. Cercha Fuente: Propia
10.0 Seguido a esto se debe dar click en el comando Concept y seleccionar Line from sketches,
Imagen 16. Cercha del puente Fuente: Propia
11.0 A continuación, se abre la pestaña con el + que dice XY Plane, se selecciona Sketch 1, click en apply y Generate,
Imagen 17. Sketch 1 Fuente: Propia
12.0 Después se crea el modelo en el menú Create y seleccionando Pattern, dar click en Sketch 1,
Imagen 18. Modelo Fuente: Propia
13.0 Se selecciona la cercha, se da click en apply y así queda diseñada la cercha como se puede ver en la imagen
Imagen 19. Diseño de cercha Fuente: Propia
14.0 A continuación se da click en ZX Plane y seleccionar Direction, dar click en la flecha que está en el plano Z para que se duplique la cercha ya creada en ese sentido, después seleccionar Pattern1 y volver a da click en la flecha del plano Z, seguido a esto en el cuadro de diálogo “Modeling” se ingresa el ancho del puente, en este caso 8.6m en FD1 offset, se
da click nuevamente en la dirección y seleccionar Generate, así ya se tienen las dos cerchas del puente,
Imagen 20. Cercha duplicada Fuente: Propia
15.0 El siguiente paso a realizar, es crear las vigas longitudinales, para eso se debe ubicar el modelo en el plano ZX dando click en ZX Plane y nuevamente se dimensiona la cuadrícula ya que se está trabajando en un nuevo plano, como se ve en la imagen,
Imagen 21. Cuadrícula Fuente: Propia
16.0 A continuación, se dibujan las vigas longitudinales dando click en el comando Draw y seleccionando Line y Generate,
Imagen 22. Vigas longitudinales Fuente: Propia
17.0 Nuevamente se selecciona el comando concept y line from sketches se da click en sketch 2 y apply,
Imagen 23. Sketch 2 Fuente: Propia
18.0 A continuación, se selecciona Add Frozen en Operation para que la viga tenga un material independiente en toda la estructura y Generate,
Imagen 24. Material de la viga Fuente: Propia
19.0 Se vuelve a crear un nuevo plano ZX para crear las vigas transversales y seleccionar Generate. Se dimensiona nuevamente la cuadrícula y se genera,
Imagen 25. Plano ZX Fuente: Propia
20.0 De esta manera queda creadas las vigas transversales, click en generate y en el comando concept seleccionar line from sketches y sketch 3, apply. Nuevamente en Options seleccionar Add Frozen y Generate,
Imagen 26. Sketch 3 Fuente: Propia
21.0 Se vuelve a generar otro plano ZX con dimensiones (esto se debe hacer siempre que se creen nuevos elementos en el modelo). Ahora se va a crear la losa la cual lleva el puente, en el cuadro de diálogo Draw seleccionar rectangle, se dibuja la losa y click en Generate,
Imagen 27. Plano ZX Fuente: Propia
22.0 En el comando concept seleccionar Surfaces From Sketches y sketch 4, aplicar. En Operation seleccionar Add Material y en Thickness ponemos 0.20 (espesor de la losa), click en Generate,
Imagen 28. Sketch 4 Fuente: Propia
23.0 A continuación, se va elegir el perfil que llevarán las vigas longitudinales y transversales, dando click en el comando Concept, la opción Cross Section y seleccionar I Section (la cual es la forma de sección que se optó a usar para el diseño del puente) cómo se logra ver en la imagen,
Imagen 29. Perfil de vigas longitudinales y transversales Fuente: Propia
24.0 De esta manera se crean los perfiles de las vigas con sus respectivas dimensiones ya dichas en las especificaciones del puente, tomadas de la ficha técnica de vigas IPE de Metaza, y click en Generate,
Imagen 30. Perfiles Fuente: Propia
25.0 Ahora se crea el perfil de la cercha, dando click en el comando Concept, Cross Section y seleccionar Channel Section,
Imagen 31. Perfil de la cercha Fuente: Propia
26.0 De esta manera se crea el perfil de la cercha con sus respectivas dimensiones ya dichas en las especificaciones del puente, tomadas de la ficha técnica de Canales Tipo U de Metaza, y click en Generate,
Imagen 32. Perfil Fuente: Propia
27.0 Ahora se debe asignar el perfil ya creado a cada elemento del modelo, en el cuadro de diálogo Modeling se muestran todos los elementos creados, allí se selecciona cada uno y se asigna su respectivo perfil, como se ve en la imagen,
Imagen 33. Perfil de cada elemento Fuente: Propia
28.0 De igual manera se asigna a la losa la superficie sólida ya creada anteriormente y click en Generate,
Imagen 34. Losa Fuente: Propia
29.0 Ya terminada la geometría el paso a seguir es cargar el modelo, para ello se cierra la ventana y en el cuadro de diálogo hacer doble click izquierdo en Model,
Imagen 35. Para cargar modelo Fuente: Propia
30.0 Teniendo la nueva ventana abierta con el modelo, en el cuadro de diálogo Model seleccionar Connections, Insert, Connection Group (Para crear las conexiones de los perfiles),
Imagen 36. Conexiones de los perfiles Fuente: Propia
31.0 A continuación, se debe dar click derecho en el modelo y seleccionar la opción Hide y Surface Bodies (Para esconder la superficie creada y que solo se puedan ver los perfiles) y click en No Selection, al lado de Contact,
Imagen 37. Esconder superficie Fuente: Propia
32.0 Ahora se debe seleccionar el comando Selection Filter: Edges (para seleccionar bordes) el cual está representado por un cuadro con una flecha como se ve en la imagen, y se seleccionan todos los perfiles del modelo,
Imagen 38. Seleccionar bordes Fuente: Propia
33.0 Seguido a esto se da click en apply,
Imagen 39. Apply Fuente: Propia
34.0 Ahora dar click derecho al modelo y seleccionar la opción Show all bodies (para ver nuevamente la losa) y seleccionar nuevamente Hide, Line Bodies para que solamente quede la losa y en target dar click en No Selection,
Imagen 40. Para mostrar la losa Fuente: Propia
35.0 Ahora se debe dar click en el comando Selection Filter: Faces (para seleccionar una cara de la superficie) y seleccionar la losa, después click en apply,
Imagen 41. Cara de la superficie Fuente: Propia
36.0 Nuevamente con click derecho en el modelo, seleccionar show all bodies para ver los elementos del puente, después seleccionar el comando Mesh para generar la malla y click en Solve,
Imagen 42. Elementos del puente Fuente: Propia
37.0 A continuación dar click en Static Structural, Insert y seleccionar Standard Earth Gravity (Gravedad Terrestre estándar) para aplicar la fuerza por gravedad,
Imagen 43. Gravedad terrestre estándar Fuente: Propia
38.0 Seguido a esto en la opción Direction dar click en -Y, para cambiar el sentido de la fuerza, ya que va aplicada verticalmente hacia abajo,
Imagen 44. Fuerza Fuente: Propia
39.0 El siguiente paso es dar la restricción a la estructura en los apoyos extremos del puente, dando click en Static Structural, insert y seleccionar Fixed Support,
Imagen 45. Restricción en los apoyos Fuente: Propia
40.0 Nuevamente dar click en el comando Selection Filter: Edges y seleccionar los bordes exteriores, donde irá apoyado el puente, dar click en apply,
Imagen 46. Bordes exteriores Fuente: Propia
6.1 Asignación de cargas
1.0 Ahora se asignará la carga a la estructura, para ello se debe dar click en Static Structural, Insert, Force,
Imagen 47. Carga estructural Fuente: Propia
2.0 A continuación, se debe dar click en el comando Selection Filter: Faces y seleccionar la losa, para aplicar la carga de carril de diseño distribuida en la losa y click en apply,
Imagen 48. Carga de carril de diseño Fuente: Propia
3.0 Seguido al paso anterior darle dirección vertical a la fuerza y agregar la magnitud, en este caso de 164800 N, el programa se encarga de distribuirla en la losa,
Imagen 49. Magnitud Fuente: Propia
4.0 Ahora en la barra Geometry seleccionar Point para cargar el puente con el camión de diseño,
Imagen 50. Carga de camión de diseño Fuente: Propia
5.0 A continuación, se deben ingresar las coordenadas y el peso en Kg de los ejes equivalentes del camión de diseño, como se ve en la imagen,
Imagen 51. Coordenadas Fuente: Propia
6.0 Teniendo todas las cargas aplicadas en la losa, como se ve en la imagen, dar click en solve,
Imagen 52. Cargas en la losa Fuente: Propia
7.0 Después de estar cargado el puente se realiza el debido análisis estructural para mirar la deformación del mismo, dar click en Solution, Insert y Deformation Total,
Imagen 53. Análisis estructural Fuente: Propia
8.0 Ahora para mirar la tensión elástica equivalente que se genera en la estructura, dar click en Solution, Insert, Strain y Equivalent (von-Mises),
Imagen 54. Tensión elástica Fuente: Propia
9.0 A continuación, para mirar el mayor esfuerzo que se genera en la placa, dar click en Solution, Insert, Stress y Equivalent (von-Mises),
Imagen 55. Mayor esfuerzo en la placa Fuente: Propia
10.0 Para analizar el esfuerzo generado en los elementos estructurales (cercha y vigas), dar click en Toolbox, beam tool y seleccionar Solve,
Imagen 56. Elementos estructurales Fuente: Propia
11.0 A continuación se puede ver la deformación de la estructura con colores indicando la menor y máxima deformación, siendo azul la mínima y rojo máximo como se ve en la imagen,
Imagen 57. Deformación de la estructura Fuente: Propia
7.0 Paso a paso del modelado de la casa por medio de ANSYS WORKBENCH
7.1 Análisis estructural
Como ya se había explicado anteriormente, se deben realizar los mismos pasos iniciales hasta las dimensiones de la cuadrícula.
1.0 A continuación, se dibujan las columnas y vigas de la parte delantera de la casa, con el comando Draw y Line, después click en Generate,
Imagen 58. Columnas y vigas Fuente: Propia
2.0 Seguido a esto se debe dar click en el comando Concept y seleccionar Line from Sketches,
Imagen 59. Line from Sketches Fuente: Propia
3.0 Después se abre la pestaña con el + que dice XY Plane, se selecciona Sketch 1, click en apply y Generate,
Imagen 60. XY Plane Fuente: Propia
4.0 Ahora dar click en Create y seleccionar Pattern, Sketch 1 y apply,
Imagen 61. Sketch 1 Fuente: Propia
5.0 Seleccionar el modelo y click en apply como se ve en la imagen,
Imagen 62. Apply Fuente: Propia
6.0 Se debe seleccionar Direction, dar click en ZX Plane y en apply,
Imagen 63. ZX Plane Fuente: Propia
7.0 A continuación, para generar las demás vigas y columnas, se crea un offset dando click en FD1, Offset y asignar 3.5m y Generate,
Imagen 64. Generar vigas y columnas Fuente: Propia
8.0 Se vuelve a realizar el procedimiento y esta vez en FD1, Offset asignar 7m y Generate,
Imagen 65. FD1 Fuente: Propia
9.0 Ahora se crea un nuevo plano, dar click en ZXPlane y en New Plane como se ve en la imagen,
Imagen 66. ZX Plane Fuente: Propia
10.0 A continuación, en Transform 1 (RMB) seleccionar Offset Z y en FD1, Value 1 asignar 2.5m y click en Generate,
Imagen 67. FD 1 Fuente: Propia
11.0 Se debe crear nuevamente la cuadrícula para el nuevo plano y click en Generate,
Imagen 68. Cuadrícula Fuente: Propia
12.0 A continuación, se van a crear las vigas perimetrales superiores de la casa a 2.5m de altura. Dar click en Draw, Line y Generate, como se ve en la imagen,
Imagen 69. Vigas perimetrales Fuente: Propia
13.0 Nuevamente click en Concept y Line from Sketches, seleccionar Sketch 2, apply y Generate,
Imagen 70. Sketch 2 Fuente: Propia
14.0 Ahora se vuelve a crear un plano ZX, en el comando Transform 1 (RMB) seleccionar Offset Z y en FD1, Value 1 asignar 2.5m y click en Generate. Crear nuevamente la cuadricula,
Imagen 71. Plano ZX Fuente: Propia
15.0 A continuación, en el comando Draw seleccionar Rectangle y dibujar un rectángulo en toda la superficie de la casa y click en Generate,
Imagen 72. Rectángulo Fuente: Propia
16.0 Seguido a esto, dar click en Concept y seleccionar Surfaces From Skatches,
Imagen 73. Surfaces from Skatches Fuente: Propia
17.0 Seleccionar en + Plane5 Sketch 3, click en apply. En opetarion seleccionar Add Frozen y en Thickness (>=0) asignar 0.10 m y dar click en Generate,
Imagen 74. Sketch 3 Fuente: Propia
18.0 Ahora se asignan el tipo de perfil que llevará la estructura, dar click en Concept, Cross Section y seleccionar I Section,
Imagen 75. Tipo de perfil Fuente: Propia
19.0 A continuación, se asignan las dimensiones que lleva el perfil, tomadas de la ficha técnica vigas IPE de Metaza,
Imagen 76. Dimensiones del perfil Fuente: Propia
20.0 En la pestaña Modeling dar click en + 2 Parts, 2 Bodies y seleccionar en Cross Section IPE 200 (el perfil que se creó en el paso anterior),
Imagen 77. Perfil Fuente: Propia
21.0 En el cuadro de diálogo View, seleccionar Cross Section Solids para observar el perfil en la estructura como se ve en la imagen,
Imagen 78. Perfil en la estructura Fuente: Propia
22.0 Ya terminada la geometría, cerrar la ventana y dar doble click en Model,
Imagen 79. Modelo Fuente: Propia
23.0 Teniendo abierta la nueva ventana de trabajo con el modelo, dar click en Connections, Insert y seleccionar Manual Contact Region (Región de Contacto Manual),
Imagen 80. Región de contacto manual Fuente: Propia
24.0 Ahora, dar click en contact, seleccionar la estructura y hacer click en Hide y Surface Bodies (para esconder la superficie del modelo),
Imagen 81. Superficie del modelo Fuente: Propia
25.0 Seguido a esto dar click en el comando Edge (para seleccionar un borde) como se ve en la imagen,
Imagen 82. Borde Fuente: Propia
26.0 Seleccionar todos los elementos estructurales del modelo y dar click en apply,
Imagen 83. Elementos estructurales Fuente: Propia
27.0 Hacer click en Target No Selection y seleccionar el modelo y hacer click en show all bodies (para ver la superficie) y nuevamente seleccionar la estructura y hacer click en Hide Line Bodies (para esconder los elementos),
Imagen 84. Hide Line Bodies Fuente: Propia
28.0 Después hacer click en Selection Filter: Faces (para seleccionar una cara de la superficie),
Imagen 85. Comando de superficie Fuente: Propia
29.0 Seleccionar la superficie y hacer click en apply,
Imagen 86. Cara de superficie Fuente: Propia
30.0 Hacer click derecho y seleccionar Show all bodies (para poder ver todos los elementos estructurales nuevamente),
Imagen 87. Mostrar elementos estructurales Fuente: Propia
31.0 Seguido a esto hacer click en Mesh (para generar la malla) y seleccionar solve,
Imagen 88. Malla Fuente: Propia
32.0 Ahora se debe hacer click derecho en Static Structural, Insert y seleccionar Standard Earth Gravity (Gravedad terrestre estándar),
Imagen 89. Gravedad terrestre estándar Fuente: Propia
33.0 En la opción Direction, elegir -Y para darle dirección vertical hacia abajo a la fuerza aplicada por la gravedad,
Imagen 90. Dirección vertical Fuente: Propia
34.0 Nuevamente hacer click derecho en Static Structural, insert y seleccionar Fixed Support (soporte fijo) para restringir las columnas,
Imagen 91. Soporte fijo Fuente: Propia
35.0 Seleccionar Selection Filter: Points y dar click en todos los apoyos de las columnas como se ve en la imagen y hacer click en apply,
Imagen 92. Apoyo de las columnas Fuente: Propia
7.2 Asignación de cargas
1.0 Otra vez dar click derecho en Static Structural, Insert y seleccionar Force (para aplicar la carga),
Imagen 93. Aplicar la carga Fuente: Propia
2.0 Hacer click en Selection Filter: Faces, seleccionar la superficie y dar click en apply,
Imagen 94. Superficie Fuente: Propia
3.0 A continuación, asignarle la magnitud a el vector en Newtons, en este caso de 14560N y la dirección verticalmente hacia abajo,
Imagen 95. Magnitud Fuente: Propia
4.0 Hacer click derecho en Solution, Insert, Deformation Total,
Imagen 96. Deformación total Fuente: Propia
5.0 Después hacer click en Toolbox y seleccionar Beam Tool, seguido a esto click en Solve,
Imagen 97. Beam Tool Fuente: Propia
6.0 Dando click en Total Deformation se puede ver la deformación en la estructura con colores indicando la menor y máxima deformación, siendo azul la mínima y rojo máximo como se ve en la imagen,
Imagen 98. Deformación en la estructura Fuente: Propia
8.0 Conclusiones
- El software ANSYS WORKBENCH es una excelente herramienta para realizar el diseño de estructuras con diferentes materiales, en este caso un puente y una casa en estructura metálica ambos.
- La licencia académica de ANSYS WORKBENCH solo permite modelar con 35 elementos máximo, por lo que no fue posible diseñar arriostramiento a la estructura porque sobrepasaba el límite.
- Se logró realizar un análisis estático estructural, obteniendo las deformaciones máximas generadas en las estructuras conociendo sus cargas, cumpliendo con los límites especificados en la norma para la construcción de casas y puentes.
- Se conocieron las características del programa, como su facilidad de manejo para modelar estructuras, cuenta con los diferentes tipos de perfiles y con las especificaciones del material que se vaya usar con su indicado peso, el cual lo tiene en cuenta a la hora de realizar la simulación. En general es un software muy completo y accesible de usar.
9.0 Bibliografía
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o Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente: NSR-10 Título F - Estructuras Metálicas. Secretaría de la Comisión: Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS).
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o Norma Colombiana de Diseño de Puentes CCP 14. Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica - AIS. Presidente AIS: Eduardo Castell Ruano.
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o AASHTO [American Association of State Highway and Transportation Officials] AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2012-2014) Washington D.C.
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