diseño de vigas en sap 2000

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ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V. 2014 - I FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B” Página 1

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La vida nos enseña a valorar poco a poco lo que tenemos

a lado, es por ello que el presente trabajo es dedicado a

mis padres, hermanos y demás familiares que hacen posible

que hoy me desenvuelva como estudiante en la Facultad de

Ingeniería Civil. También al docente del curso de Análisis Estructural

por su manera y método de enseñanza el cual nos permite

aprender más sobre sobre esta gran área….

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INTRODUCCION

El SAP 2000 es un programa de cálculo estructural reconocido mundialmente, el cual en esta

oportunidad diseñaremos una viga de tres tramos y de paso calcularemos el acero requerido en

compresión. Esperando que el presente manual se encargue de despejar alguna duda en cuanto refiere

a la modelación y el diseño de la viga, le invitamos a proseguir con su lectura.

Atte.

A.E.O

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En el presente trabajo se modelará una viga que ha sido realizada en clases de Análisis Estructural, a

cargo del Ing. Santos Chacaltana Vásquez, la cual posee las siguientes dimensiones y cargas:

Primeramente pasaremos a conocer las partes y menús que nos ofrece el SAP2000, previamente abriremos

el programa desde el icono mostrado en el escritorio:

Daremos doble clic a este icono para que así podamos entrar al programar. Al hacerlo, esperamos unos

cuantos minutos y se nos abrirá la ventana principal del SAP2000 la cual se muestra a continuación:

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Es aquí en esta ventana el área de trabajo del SAP2000, para ello procederemos a conocer parte de esta

ventana.

Ventana Principal.- Muestra la totalidad de la interface gráfica.

Barra de Menú.- Contiene todas las herramientas y operaciones que puede realizar el programa.

Barra de herramientas.- Están la principal con estas se realiza las operaciones más comunes y las laterales usado para modificaciones en la geometría de la estructura.

Ventanas.- Muestra la geometría del modelo de distintos planos y vistas.

Vistas en 2D y 3D.- La vista en 2D consiste en un plano X-Y, X-Z o Y-Z de una coordenada. La vista en 3D muestra el modelo en perspectiva o con un ángulo definido.

Pan, Zoom.- Herramientas semejantes a las del AutoCAD, Pan; mueve dinámica la estructura alrededor de la ventana. Zoom; reduce y amplia un vista para mayor detalle. Luego de conocer las partes de la ventana principal del SAP2000, procederemos a comenzar con el modelamiento de la viga.

1- Clic en el menú FILE, y luego clic en la pestaña New Model. Al hacer esto nos saldrá la siguiente

ventana:

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2- Es aquí donde nosotros debemos elegir las unidades y también el tipo de estructura que se querrá modelar, para nuestro caso, usaremos las unidades: Tonf,m,C ; donde nos indica que la unidad de la fuerza es la Tonelada-fuerza, la unidad de dimensión es el metro y la unidad de temperatura es el °C.

3- Como paso siguiente procederemos a elegir en la parte inferior el tipo de estructura que se desea modelar, en nuestro caso es una viga para lo cual hacemos clic en Beam.

4- Al hacer clic en la opción Beam, se nos presentará la siguiente ventana, en la cual debemos de colocar las dimensiones de la viga y también el número de tramos por el que está compuesta.

5- Para nuestro caso el número de tramos es de 3 y las longitudes que se tienen son de 6,5 y 6 metros respectivamente. En el recuadro en blanco a lado de Number of Spans, procederemos a colocar 3, ya que este valor representa el número de tramos. Mientras que en Span Length, procederemos a colocar 6, y luego activaremos la opción Use Custom Grid Spacing and Locate Origin, quedándonos de la siguiente manera:

6- Luego de haber realizado los pasos anteriores daremos clic en Edit Grid, saliéndonos la ventana que se muestra a continuación.

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7- En la ventana Define Grid Data System, que se mostró en el paso anterior, procederemos a configurar las dimensiones de nuestra viga y también a corregir la nomenclatura de los nudos. Para lo cual debemos de activar en el lado derecho, la opción Spacing.

8- Al activar esta opción, procederemos a modificar las dimensiones de la viga. Como sabemos las dimensiones son de 6,5 y 6 metros los cuales serán colocados en la tabla de la parte izquierda, de paso aprovecharemos para editar la nomenclatura de los nudos de la viga. A continuación se muestra la tabal donde se realizaran estas modificaciones

Reconociendo el lugar en donde se modificará se procederá a editar esta tabla para ingresar los datos de nuestra viga, debiéndonos quedar de la siguiente manera:

Luego de esto se procederá a dar clic en el botón OK y en la ventana que queda también se procederá a dar clic en Ok.

9- Realizado el paso anterior el SAP2000 nos mostrará la siguiente ventana:

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10- Luego de ya haber definido las dimensiones se procederá a modificar los apoyos de la viga ya que en nuestro caso los apoyos mostrados con el SAP2000 no concuerdan con el de nuestra viga. Para esto primero haremos visible la nomenclatura de los nudos para lo cual debemos hacer clic en el icono siguiente:

Luego de esto nos saldrá la siguiente ventana, en la cual en el área de Joints, debemos de activar la casilla con la opción Labels, de la manera como se muestra a continuación. Realizado el paso anterior haremos clic en Ok.

11- Ahora seleccionaremos el nudo 1 y 4 haciendo clic sobre estos y luego nos dirigiremos al menú Assign. Estando ahí seleccionaremos la ficha Joints y luego en Restraints, guiándonos de la imagen que se muestran a continuación.

12- Nos saldrá la siguiente ventana en la cual debemos de seleccionar el primer icono que es el de empotramiento así como se muestra, y luego dar clic en Ok.

Hacer clic

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13- Luego seleccionamos el nudo 2 y 3 realizamos los pasos anteriores para poder definir el tipo de nudo que en esta oportunidad son apoyos fijos. Debiendo quedar la viga de la siguiente manera:

14- Luego de ya haber definido las dimensiones de la viga procederemos a definir el material y

sección de la viga. Para lo cual accederemos al menú Define.

Como se dijo anteriormente, primero definiremos lo que es el material para lo cual haremos clic en la opción Materials, al hacerlo el SAP2000 nos presentará la siguiente ventana.

15- Aquí estando seleccionado 4000Psi, daremos clic en Modify/Show Material, donde se nos abrirá una ventana en donde debemos colocar datos tales como el F’c, modulo de elasticidad y Peso Específico del Concreto. Luego de haber colocado estos datos la ventana debe quedarnos de la siguiente manera:

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16- Luego de eso damos clic en Ok y nuevamente en Ok. 17- Terminado el paso anterior debemos de definir la sección de la viga la cual tendrá una sección de

30x60 cm, para esto nuevamente en el menú Define, seleccionaremos la opción Section Properties y luego la opción Frame Section.

18- En la ventana daremos clic en la opción New Propertie. En esta ventana elegiremos el tipo de sección con la que trabajaremos donde para nuestro caso la sección es rectangular y el material es de concreto.

19- Hacemos clic en la opción Rectangular, luego nos saldrá otra ventana en la cual debemos de elegir el tipo de material de la sección además de colocar sus dimensiones las cuales han sido presentadas anteriormente. Luego de la modificación la ventana nos tendrá que quedar de la siguiente manera:

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Luego de esto haremos clic en Concrete Reforcement, donde nos saldrá otra ventana en la cual elegiremos si la sección funcionara como viga o como columna para lo cual debemos configurar como la siguiente imagen y dar clic en Ok en esa y en las demás ventanas posteriores.

20- Ahora debemos asignar la sección creada a todos los tramos de nuestra viga para lo cual seleccionamos los tres tramos y nos dirigimos al menú Asign, y luego a la opción Frame y posteriormente a la opción Frame Section.

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21- Nos saldrá otra ventana en donde seleccionaremos VIGA, de la lista que se muestra en esa ventana y luego daremos clic en Ok. Con esto ya nuestra viga tendrán las propiedades y sección definidas correctamente.

Al concluir el paso anterior el SAP2000 debe de mostrarnos la viga con las siguientes características:

Si nos damos cuenta, cada tramo de nuestra viga lleva el sobrenombre VIGA, dándonos a entender que las propiedades anteriormente creadas han sido asignadas satisfactoriamente a nuestra viga.

22- Ahora procederemos a crear los tipos de cargas que intervendrán en el análisis estructural de nuestra viga. Como se vio anteriormente la carga distribuida que se asignó a nuestra viga es de W= 6.89 tn/m, valor que viene de la fórmula: W=1.5 WD + 1.8 WL, entonces nos damos cuenta que se tendrá que crear un caso de carga para el tipo Viva y otro para el tipo Muerta. El valor que se le asignará para el tipo de cargas respectivamente son: WD= 2.66 tn/m ……… Carga Muerta WL= 1.61 tn/m ……… Carga Viva

23- Para crear los casos de cargas debemos de hacer clic en el menú Define, luego clic en la opción Load Patterns. Realizando estos pasos el SAP2000 nos mostrara la siguiente ventana:

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En la ventana anteriormente mostrada podemos observar que el Sap2000 tiene por defecto ya creado un tipo de carda denominado DEAD, que no es más que la carga muerta. Lo que haremos nosotros será modificar este tipo de carga para lo cual lo cambiaremos de nombre a MUERTA, y en el factor de multiplicación o también denominado Sell Weight Multiplier, lo cambiaremos a cero; este cambio es debido ya que estando en 1 el Sap2000 multiplicará por dos el valor de la carga muerta, es por esto que debemos de cambiarlo a cero. Para realizar dichas modificaciones lo que se tendrá que hacer es ubicar el cursor en recuadro en blanco que se encuentra debajo de Load Pattern Name, es ahí donde deberemos digitar VIVA. Ahora nos dirigiremos al recuadro en blanco que se encuentra debajo de Sell Weight Multiplier, y es ahí donde debemos de colocar el valor de cero. Luego de hacer eso daremos clic en Modify Load Pattern. Realizando las modificaciones antes mencionadas la ventana nos debe quedar de la siguiente manera: Ahora ya modificado la carga muerta procederemos a crear la carga VIVA, para lo cual nos dirigiremos al recuadro en blanco debajo de Load Pattern Name, escribiendo ahí la palabra VIVA, luego nos dirigermos a la lista de opciones que se encuentra debajo de Type, daremos clic en el botón del triángulo invertido y elegiremos el tipo de carga Live. Luego haremos clic en Add New Load Pattern. Para esta la ventana nos deberá quedar de la siguiente manera: Luego de haber creado los dos tipos de cargas procederemos a dar clic en Ok.

24- Luego de haber creado los casos de cargas lo que no faltaría crear son las combinaciones de cargas,

para ello se tomara en cuenta el reglamento ACI-318, en el que nos dice que W= 1.5WD+1.8WL, para ello nos dirigiremos al menú Define, luego clic en la opción Load Combination. Al hacer esto el Sap2000 nos mostrara otra ventana en la cual nosotros debemos de crear la combinación de carga antes mencionada .

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En la ventana que nos apareció debemos de hacer clic en Add New Combo, donde luego se nos mostrara otra ventana que es al siguiente: En esta ventana debemos de crear nuestra combinación con los criterios establecidos por el ACI-318 para lo cual en la parte inferior observamos que hay una lista despegable , es aquí donde nosotros debemos de elegir el tipo de carga que agregaremos para nuestro caso las cargas a agregar son la carga MUERTA y la carga VIVA. A lado derecho de esta lista despegable tenemos el siguiente recuadro: Es aquí donde colocares el factor de escala que, revisando al formula anterior, para la carga MUERTA es de 1.5 mientras que para la carga viva es de 1.8. Ahora procederemos a crear nuestra combinación de carga. De la lista despegable, seleccionaremos el tipo de carga MUERTA, luego en el recuadro que se encuentra debajo de Scale Factor, colocaremos 1.5, debiéndonos quedar de la siguiente manera:

Luego daremos clic en el botón Add, que se encuentra al lado derecho. Se procederá de la misma manera para la carga VIVA, solo que en vez de colocar 1.5 se colocará 1.8; debiéndonos quedar de la siguiente manera:

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Luego de haber creado nuestra combinación de carga solo nos queda dar clic en Ok.

25- Ya tenemos todos casi listo, ahora solo asignaremos tanto la carga VIVA como la carga MUERTA a nuestra viga para lo cual seleccionamos todos los tramos y nos dirigimos al menú Assign, luego a la opción Frame Loads, y por ultimo damos clic en Distributed.

Al hacer clic el SAP2000 no mostrará una ventana en la que elegiremos el tipo de carga a aplicar y también el valor de la carga. Empezaremos aplicando la carga MUERTA, que tiene un valor de 2.66 tn/m. para lo cual debemos de configurar la ventana de la siguiente manera:

Los mismos pasos se hará para la carga VIVA que tiene un valor de 1.61 tn/m. Luego de realizar estos pasos, estamos listos para poder realizar el análisis a nuestra viga, para lo cual nos dirigiremos al menú Analize y luego haremos clic en Set Analisys Option. Aquí se nos mostrara una ventana en la cual debemos de elegir el plano en el cual será analizada la viga, ya sea si será teniendo en cuanta los tres ejes o solo se hará en dos ejes. Tratándose de una viga, se procederá a elegir la opción XZ Plane y luego haremos clic en Ok.

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26- Ahora si procederemos a analizar nuestra viga para lo cual nos dirigimos al menú Analize, luego haremos clic en Run Analisys, en donde se nos mostrara otra ventana en la cual solo bastara dar clic en el botón Run. Al hacer esto el Sap2000 nos pedirá que guardemos nuestro archivo, para lo cual elegiremos una carpeta dentro de nuestro computador y también un nombre. Terminado esto el programa comenzará con el análisis.

27- Luego procederemos a chequear los diagramas de fuerza cortante y momento flector de la viga analizada.

28- Ahora procederemos a calcular el acero de la nuestra viga, para lo cual antes de eso hemos realizado un cálculo manual para poder encontrar el valor del As de la viga. El valor de acero en compresión que requerirá nuestra viga es de As= 5.68 cm2

29- Nos dirigiremos al menú Design , luego a Concreto Frame Design y haremos clic en Select Design Combo. Nos aparecerá una ventana en la cual nosotros debemos elegir la combinación con la cual se diseñará nuestra viga, en este caso debemos elegir la combinación de carga creada anteriormente.

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De la lista de Combinaciones mostradas en esta ventana procederemos a seleccionar la combinación creada por nosotros que lleva el nombre de COMB1 haciendo clic sobre esta y luego haremos clic en el botón Add. Luego para finalizar haremos clic en Ok.

30- Ahora para iniciar con el diseño de nuestro viga nos dirigiremos nuevamente al menú Design , luego a Concreto Frame Design y haremos clic en Start Design/Sheck of Structure.

31- Luego de esto el Sap2000 comenzara a realizar el diseño de nuestra viga al finalizar nos saldrá

un dibujo como este:

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En este dibujo podemos observar el área de acero requerido para los distintos momentos que presenta esta viga. Para una mejor visualización de resultados seleccionaremos el primer tramo de la viga y daremos un clic derecho. Al hacer esto aparecerá la siguiente ventana:

Luego en esta ventana haremos clic en Summary al aparecerá el resumen de todo el proceso de diseño de la viga.

32- Podemos observar en el recuadro que el área de acero calculada por el sap2000 es muy cercano al

calculado manualmente. De esta manera concluimos este pequeño manual de diseño de vigas en Sap2000, cualquier duda hacerlas llegar al correo [email protected]