DISEO ZAPATA EN SAP- TRADUCCION POR LARRY BOCANEGRA GOMEZ

Zapata de 2.00 x 2.00, Pedestal de 0.60 x 0.60 x 1.50 mts, carga de 80.000 kg y My =

35000 kg-mt, Se va a disear una zapata cuadrada, abrimos el SAP y escogemos las

unidades en Kg-m, vamos a file y seleccionamos New Model,

aqu seleccionamos la opcin Grid Only, y en cuadro Quick Gird Only, establecemos

los siguientes parmetros, en la seccin Numbers of Grid Lines X = 4; Y = 4, Z= 2, el resto

lo dejamos igual, damos OK con el botn derecho del mouse

Vamos a define y marcamos Coordynate Systems Grid y en el cuadro que aparece

marcamos Modify/Show/System

Modificamos en X1 = 0.7, X2 = 0.6, X3 = 0.7 y X4 = 0 dem para

Y1 = 0.7, Y2 = 0.6, Y3 = 0.7 y Y4 = 0

Z1 = 1.5

El bublle Size = 0.7

Marcamos Ok en ambos cuadros y nos ubicamos en el plano Z = 0

La idea es generar unas areas en Z= 0, principalmente generamos toda el rea de la

zapata, podemos definir el material fc = 4000 psi (280 k) es importante establecer el rea

por lo que generamos shell y establecemos un shell thin = 0.40 Mts (espesor)

En Z= 0, y marcamos Quick Draw Area Element y marcamos cada uno de los nueve

cuadrados que forman la zapata en Z= 0, despus vamos a definir el material, marcando en

define y seleccionamos fc= 4000 psi (280 kg/cm2) o 28 Mpa. Definido el material damos

OK,

Es importante el definir el rea a usar, vamos a define y marcamos Section Proprieties y

escogemos Area Section, marcamos shell y vamos a definir los parmetros de esta

elemento, y establecemos un Shell thin, y marcamos en Section Name Z40, en Membrane

damos el valor de 0.40 y en Bending el mismo valor 0.40. Recordemos que estamos

trabajando en Kg-m

Renombramos el rea de la zapata en Z= 0, ya sea por ventana o escogindola toda,

Vamos a Assign y escogemos Area y despus Section, all escogemos Z40, y damos OK,

importante especificar que el material es Concreto 4000 PSI,

Marcamos el cuadro de central de la zapata y vamos a Edit, all escogemos Edit Areas y

Divide Areas, en el cuadro que nos sale en Divide Area Into this number of Objects,

marcamos 6 en cada uno de los cuadros, damos Ok, y observamos que el cuadro

Central de la zapata se dividi en cuadros de 6 x 6. Creando un Mesh, Marcamos all,

seleccionando todas las areas marcadas, vamos al men Edit y a Extrude y en Extrude

Area Solid, para crear el pedestal, marcamos User Define, marcamos en dx= 0 ,dy= 0, y

dz= 0.15 y en Number el 10, esto es con el fin de crear el pedestal, damos Ok y en el

cuadro en 3D, podemos visualizar el pedestal. Vamos a Set Play Options y marcamos

Extrude View, ya tenemos el pedestal creado y la zapata de 2 x 2

Las areas que conforman la zapata hay que dividirlas para eso nos vamos al cuadro de la

pantalla en 2D y escogemos la opcin Edit, all marcamos previa escogencia de los

Cuadros de las zapata la opcin Edit Areas y Divide Areas, marcando 6 x 6 tal y cual como

lo hicimos la primera vez, para delimitar la zona de pedestal.

El paso siguiente es establecer los casos de cargas, las cargas de anlisis y luego los

vnculos, vamos a Assign y escogemos Joint Forces, all en el cuadro con el signo +,

incorporamos las siguientes cargas define, Load case definiendo las cargas, dejamos la

carga muerta y creamos Axial Other y My Other, Momento alrededor del eje Y, una

vez creadas las cargas , la idea es ingresar la carga axial y el momento en la parte superior

del pedestal, para eso vamos View a 3d y marcamos XZ y OK en el dibujo en 3d escogemos

los nodos superiores, otra manera es ir a XY y subiendo hasta Z = 1.50 , y seleccionamos

los nudos de la parte superior, los cuales e remarcan en la ventana en 3D. Marcndose 49

puntos, como la carga axial es de 80 Ton, aqu en el cuadro de joint

Forces en Z, escribimos -80000 Kg, dividido entre 49, le quitamos los decimales y

escribimos -1633 kg, esta es la carga por nodo, ahora necesitamos incorporar el momento

alrededor del eje y de 35000 Kg-M, dividimos esta cifra entre la dimensin del pedestal en

el eje y, la cual es de 0.60 con el fin de establecer una carga puntual en cada nodo que

haga un par de esfuerzos totales en las caras del pedestal. (se marcaran solamente los

nodos de las caras, una de ellas es positiva y la otra con signo negativo, al introducir las

cargas)

Tenemos 35000/0.60 = 58333 entre 7 nodos (Son los nodos de la cara del pedestal)= 8334

kilos por nodo, vamos a Assign, joint forces y marcamos My e incorporamos 8334 kg.

Vamos a define, Section Proprieties y escogemos Solid Property Data, marcamos en

Property Name = PED y en Material Name 4000 PSI.

Vamos a al cuadro en donde esta la vista en 2D y marcamos View, all nos ubicamos en 3D y

marcamos XZ, estando en este cuadro por ventaneo marcamos los nodos de la prte inferior,

observamos que en el cuadro en 3D, la zapata muestra todos los nodos marcados. El

objetivo de asignarle a esta area de la zapata Z=0, vamos a Assign, Area Spring con el

fin de crear vnculos elsticos que simulan la rigidez del suelo a travs del modulo de

balasto, en el cuadro Assign Spring To Area Objects face, marcamos 3 kg/ cm3, que

corresponde al modulo de balasto en el Spring Stiffiness per unit area, en simple

Spring resisits, marcamos por Compresion Only, y en Area Object face, marcamos

Bottom, en Parallel to area Object local axis, marcamos 3, esto quiere decir que la

rigidez es paralela al eje local.

Ahora vamos a definir los casos de Analisis, vamos a Define, Analysis Case, el anlisis

modal, lo podemos borrar, no nos interesa, Ahora adicionamos un nuevo caso de carga y

vamos a Vamos a Analisis Case y borramos el caso Modal, incorporamos un nuevo caso de

carga no lineal, lo llamamos COM1, en donde adicionamos la parte AXIAL y la parte MY, de

una combinacin no lineal, inmediatamente vamos a Results saved y Modific Show, y en

el cuadro Results Saved for NonLinear Static Analisis Cases, activamos Multiple State

Podemos observar que las cantidades de 10 y 100 estn por defecto, ahora activamos los

parmetros no lineales los mantenemos por defecto igualmente, ya que son los que tiene la

estructura. damos Ok, y salimos de los cuadros, Es importante aclarar que en el modelo 3D,

en cada esquina vamos a incorporar un resorte que haga estable la estructura en 3d, vamos

a Assign y Joint, Spring y aqu escribimos en los ejes locales (X, Y) de 1.0 kg en el modo

Global, con el nico motivo de establecer una estabilidad en la estructura.

Corremos el modelo y le decimos que no corra el peso propio y le damos run, lo importante

de hacer un anlisis no lineal, es que el programa desvincula los anlisis elsticos que se

generan en traccin, para ello podemos ver (Display)como seria la fuerza Show forces

stresses y en Joint Reaccion Forces, o sea las fuerzas en las juntas debido a la

combinacin, Step 1 , notamos que en seguida se desincorpora toda una rea que estaba

a traccin, dejando solo los elementos que estn a compresin

Sin embargo si vamos pasando los pasos vemos como se modifican los elementos.

resultantes en la zapata (usando las flechas hacia la derecha) logramos llegar al paso 10 de

uno en uno

Podemos establecer que el programa nos muestre los esfuerzos en las areas, (Display) por

ejemplo los momentos mximos, Shell, Member Force Diagram, en esa combinacin,

paso 10, ahora vamos a XY y observamos los esfuerzos en planta

En toda la zona hacemos un corte, Draw, Draw Section Cut y hacemos un corte por la

seccin media de la zapata, y vemos como es la forma del diagrama.

Para ver el esfuerzo que acta sobre el suelo se debe hacer los siguiente, la deformada ante

la combinacin Deformed Shape, en la parte axial, hemos trabajado con 80.000 kilos, para

un esfuerzo de (80.000/(200x200)) = 2 Kg / cm2 en el suelo, vamos a ver si para la parte

AXIAL, damos OK, y tocamos uno de los nodos de la zapata, y con el botn derecho del

mouse, en el nodo de la zapata aparece el cuadro Joint Desplacment, en donde vemos

que el esfuerzo es de -0.67 cm, el cual multiplicado por el modulo del balasto nos da -0.67

cm x 3.0 Kg/cm3 = -2.01 Kg/cm2, que es lo esperado

Ahora, para la compresin total, Display, Deformed Shape, COM1, en el paso 10 y damos

Ok, vamos a la grilla de la zapata y marcamos con la punta del mouse un nodo y

Accionamos el botn izquierdo y leemos (kgf-cm) y nos da 1.36 el cual multiplicado por 3

= 4.08 Kg/cm2, lo otro bsico es el diseo de la zapata, para ello vamos a display Show

forces stresses, shell, aqu marcamos Concrete Design, para la COM1, aqu es

importante establecer opciones en donde Top Face y Bottom Face, estn asociadas al rea

de acero, por ejemplo si le ponemos Visible Face, es la cara de arriba, en este caso vamos

a tomar el Absolute Maximun, ya que no importa si est arriba o abajo, Ast1 y Ast2, son

asociados al rea de acero del eje local o del eje local 2, vamos a tomas Ast1 y el resultado

que nos va a arrojar van a ser de cargas inducidas, es una cuanta de cm2 por cm y me

acerco haciendo un show sobre la zapata, marcando en la zona del pedestal vemos 0.157,

valor que multiplicado por 100 da un rea de acero de 15.76 cm2, otra opcin es hacer una

seccin de corte, tomamos Display XXXXXX y marcamos en la zapata varios cuadros y anexo

los nodos, y hacer un grupo, el cual llamaremos GE, la idea es integrar las fuerzas y que

momentos y que cortantes estn en ese lugar, vamos a Define y marcamos Section Cut,

marcamos SCUT1 para el grupo GE, marcamos fuerzas para diseo, Design (P, V2, V3, T,

M2, M3), y el elemento es tipo Slab, damos OK, dos veces, ahora vamos a hacer un

Display y nos colocamos en Kg-m Y presionamos Show tables, abrimos Structure

Output, abrimos other Output Item, tomamos Section Cut, marcamos Select Analisis

Case y lo tomamos para la fuerza de combinacin.

En la tabla vemos V2 = 22603 Kg, M3 = 1669 kg-m, y con esto podemos hacer el diseo