1 DISEÑO DE ESTRUCTURAS CON SAP 2000
1. ENTORNO DEL PROGRAMA
La figura muestra la ventana de trabajo principal del programa SAP 2000.
. La barra de Menú, contiene las herramientas y operaciones que puede realizar el programa.
. La barra de Herramientas, contiene los iconos de acceso directo a las operaciones más comunes que puede realizar el programa.
1.1. PLANTILLAS DE MODELOS
Barra de herramientas principal Barra de Menú
Ventana Activa
Coordenadas Globales
Unidades de trabajo
Se accede desde el menú File en New Model, o desde la barra de herramientas . Desde donde se muestra la siguiente ventana:
En el que se pueden encontrar vigas, cerchas 2D y 3D, marcos, estructuras aporticadas,
2 1.2. SISTEMAS DE COORDENADAS
SISTEMA GLOBAL DE COORDENADAS
El sistema de coordenadas globales se encuentra representado en el programa por X, Y, Z de 3 ejes rectangulares que satisfacen la regla de la mano derecha.
SISTEMA DE COORDENADAS LOCALES
Cada elemento del programa como nudos, líneas y áreas tiene su propio sistema local de coordenadas usados para definir sus propiedades, cargas y respuesta de cada elemento.
Los ejes locales se defines por los números 1, 2, 3, formando planos a 90° entre sí, los cuales se representan por los colores, Rojo = 1, Blanco = 2, Celeste = 3.
Los ejes locales se defines por los números 1, 2, 3, formando planos a 90° entre sí, los cuales se representan por los colores, Rojo = 1, Verde = 2, Celeste = 3. (Versión 15)
2. CREACIÓN DE MODELOS 2.1. Modelo 1: Tijeral
Luz libre L= 42.18 m Separación entre tijerales: 12.00 m Peralte en la cumbrera: 4.00 m (a ejes)
Peralte de la primera montante: 2.50 m (a ejes) 1 2 3 1 2 3
3 2.2. Modelo 2: Edificio concreto armado de 04 niveles
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2.4. Modelo 4: Importar modelo de autocad.
3. DEFINICIÓN DE MATERIALES Y SECCIONES 3.1. Materiales
Ingresar al menú DefineMaterials… como se muestra en la figura siguiente.
En la opción add new material… creamos nuevos materiales según las especificaciones técnicas de cada uno de ellos, también podremos encontrar materiales con sus especificaciones de diseño como es el caso del acero.
e=0.25 e=0.1
D=12.00
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3.2. Secciones
La creación de secciones se realiza a través del menú DefineSection Properties”…….”
Entre las que podemos encontrar: Frame Sections… (Secciones tipo línea-Columnas, Vigas,etc.); Tendon Sections…; Cable Sections…; Area Sections…; etc. Como se muestra en la figura siguiente.
4. DEFINICIÓN DE CARGAS ESTATICAS Y DINAMICAS 4.1. Definición de cargas
Las cargas estáticas se definen desde el menú DefineLoad Partterns… (Para el caso de cargas estáticas de gravedad, viento, sismo, entre otros)
Las cargas dinámicas se definen desde el menú DefineFunctions… (Para el caso de cargas dinámicas, como el caso de espectros de aceleración u registros sísmicos tiempo historia, entre otros)
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4.2. Asignación de cargas
La asignación de cargas se realiza desde el menú ASSIGN, las cargas pueden ser aplicadas a puntos, a elementos línea y a elementos área, según se indica en las figuras siguientes:
7 5. DISEÑO DE LA SECCIÓN DE UN CANAL
5.1. Definición de ejes para el modelo estructural
Datos: Peso específico: 1.8 t/m3 = 22° f’c = 210 kg/cm2 fy = 4200 kg/cm2 Cap. Portante: 1 kg/cm2 FSD = 1.5 FSV = 1.75 Balasto = 5000 T/m3
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5.2. Materiales
Concreto f’c = 210 Kg/cm2
5.3. Definición de secciones
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10 FONDO DE CANAL Y MURO
Shell thin: El elemento thin como su nombre lo indica se usa para elementos de espesor pequeño, generalmente L/h>20, siendo L la longitud en dirección a la flexión del elemento y h la altura, en losas armadas en dos direcciones se debe usar la longitud menor. Cuando se usa shell thin el programa no contempla en el análisis las deformadas por corte.
Shell thick: En este caso el programa considera las deformaciones por corte, se puede usar para losas de cualquier espesor pero generalmente para elementos gruesos.
En conclusión puedes usar un elemento shell, bien sea thin o thick dependiendo del espesor de tu losa. Para que la carga sea transmitida sobre las vigas debes discretizar tu losa en elementos finitos lo suficientemente pequeños como para obtener una deformada adecuadamente realista.
11 5.5. Definición de cargas
Las cargas utilizadas serán la Presión de terreno, la presión del agua, el peso propio y la sobrecarga.
5.6. Asignación de cargas
Las cargas definidas son el peso propio como carga muerta, carga viva y presión del terreno Presión del Terreno:
Nudos patrones: Define Joint Partterns”Nombre”Add New Pattern Name.
Asignación de nudos patrones: Assign – Joint Patterns; se indica la función de empuje de la tierra.
Fuente: Principios de Ingenieria de Cimentaciones 6ta Edición. Braja M. Daz.
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Asignación de Cargas de Presión al muro: Assign Area Loads Surface Pressure (All)…, como se muestra en la siguiente figura.
Carga viva:
La presión por sobrecarga es 1 t/m2:
Z= 2.08 m P = 0 CZ + D = 0 C*2.08 + D= 0 ….(1) Z= 0.00 m P = 2.08 C*0 + D= 2.08 ….(2) C = - 1 y D = 2.08
13 Carga del agua sobre el fondo de canal:
Peso xm2 = 1 t/m3 x 1.78 m = 1.78 t/m2
5.7. Asignación de los Apoyos
Al tener la estructura sobre terreno, para similar este utilizaremos resortes (Springs), que están definidos en función del coeficiente de balasto, el ángulo de fricción y el área de influencia del nudo.
Kz = Kb*(área de influencia) Kx = Kb*(1-sen)*(área de influencia)
Ky = Kb*(1-sen)*(área de influencia) (solo verificaremos en Z para el centro, bordes y esquinas)
Kz centro = 5000* 0.3583 Kz bordes = 5000* 0.3583/2 Kz esquina = 5000* 0.3583/4
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5.8. Análisis del modelo
5.9. Visualización de resultados
16 6. DISEÑO DE UN MURO DE CONTENCIÓN
Se realizará el análisis de un muro de contención sujeto a la presión del terreno, el material a utilizar será de C°A°, la altura del terreno a contener es de 5.0 m. El coeficiente de balasto del suelo es de 2500 t/m3, el ángulo de fricción es 30°. El peso específico del suelo es 1800 Kg/cm3.
Según lo anterior tenemos el espesor del muro del orden 0.1H: Para 1.50m o MENOS 15cm Para 2 o 2.5m 20 a 25cm Para 3 o 3.5m 30 a 35cm. Para 4 o 4.5m 40 a 45cm. Para 5 o 6m 50 a 60cm. 6.1. Materiales
LOS DIMENSIONAMIENTOS RECOMENDADOS SON LOS SIGUIENTES: La zapata debe tener una longitud del orden de 0.4 a 0.6 de la altura del muro. La zona posterior (talón) debe ser el doble de la zona anterior (punta). La profundidad de cimentación debe ser de mínimo 1m.
El peralte de la zapata debe ser del orden de 0.1 la altura del muro, recomendándose 60cm para muro mayores a 3 o 4m.
17 6.2. Definición de secciones
Las secciones a utilizar son Shell Thick, al tener una altura de 5m entonces el espesor en la base debe ser de 0.5 m y la cumbre de 0.25. La zapata debe ser entre 0.4*5 y 0.6*5 (2 m - 3 m), el peralte de la zapata lo tomamos como 0.1H (0.1*5 = 50cm, para muros mayores de 3 o 4m se recomienda 60 cm). La sección utilizada será la siguiente:
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6.3. Modelo Estructural
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6.4. Definición de cargas
Las cargas presentes en este tipo de estructuras son el peso propio de la estructura, la sobrecarga, el empuje activo y pasivo, las fuerzas de rozamiento, carga dinámica debido a sismo.
Por lo que las condiciones de carga presentes en este tipo de estructuras se muestran en el gráfico siguiente:
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Peso propio: La carga considerada como “DEAD” la que considera el peso de la pantalla y la zapata.
Corresponde a la sumatoria de las fuerzas en Z: Fz = 9.09 T
El peso del terreno será (PT) siendo una carga muerta:
Área en la base: 2.0 m Altura: 5.0 m
La carga vivas es producida por sobre carga (S/C) en la zapata y en la cara interna de la pantalla:
S/Czapata = 0.25 T/m2
S/Cpantalla = 0.25 T/m2 ho = Ws/c / ho = 0.25/1.8 = 0.1388 m
Empuje activo bajo condición estática y sísmica:
KA KP KAE KPE 30° 0.333 3.00 0.434 2.57 P.T = 2.0x5.0x1.8 = 18 T P.T/m2 = 9 T/m2 Condición Sísmica = 1/2 (1 − ) Condición Estática = 1/2
21 Por lo tanto el empuje debido a la condición estática será:
= 1/2(0.333)(1.8)5.6 = 9.399 T, aplicado a H/3 = 1.867
Por lo tanto el empuje debido a la condición sísmica será:
= 1/2(0.434)(1.8)(5.6) (1 − 0.133) = 10.620T
Empuje sísmico adicional: ( − ) = 1.221 T, aplicado a 0.6H = 3.36 m
Fuerza de inercia en la pantalla y zapata provocada por la condición sísmica: Pzapata x kh = 4.32 * 0.2= 0.864 T
Ppantalla x kh = (9.09 – 4.32)* 0.2= 0.954 T
Ptotal x kh = 9.09 * 0.2= 1.818 T, aplicado en el H = 1.77 m
Fuerza de Rozamiento: F = P (1-kv)
F = 0.55*9.09*(1-0.133) = 4.33 T
22 6.5. Asignación de cargas
Definidos los casos de carga procedemos a asignar las cargas al modelo para su análisis.
Para lo cual dividimos los elementos área para crear la malla de elementos finitos como se muestra:
Además agregamos las restricciones a la zapata e este caso será elementos spring: Kz = Kb * Área influencia
Kx = Kb * (1 -sen) * Área de influencia Ky = Kb * (1 -sen) * Área de influencia
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El peso del terreno será (PT) Sobre carga (S/C)
Presión del terreno C.E. Presión del terreno C.S
24 6.6. Análisis del modelo
