Manual de Modelado de Edificio en Etabs -Javier Guevara Davila

8/10/2019 Manual de Modelado de Edificio en Etabs -Javier Guevara Davila

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MODELADO DE EDIFICIO EN ETABS PROGRAMACION DIGITAL APLICADA

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1) CONSIDERACIONES INICIALES

Fig 1.1.-Estructura a analizar y disear

Se analizara la estructura dual tridimensional de concreto armado. El proyectoconsiste en una estructura de 5 niveles cuyas dimensiones geomtricas en planta yelevacin se presentan en la fig 1.2 y 1.3.

1.1. Planos estructurales

Se presentan a continuacin los esquemas en planta y elevaciones que nosservirn para el dibujo del modelo.


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Fig 1.2-Vista en planta


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Fig 1.3-Vista en altura


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1.2. Datos iniciales

a) Configuracin Estructural

Tiene una configuracin regular en planta, para evitar irregularidad geomtricavertical o por discontinuidad en los sistemas resistentes, los elementosestructurales verticales (columnas y muros estructurales), se modelarn sin cambiode seccin en toda la altura del edificio. Los elementos de accesibilidad vertical,como escaleras o ascensores, se han tomado en cuenta para el modelo.

b) Sistema Estructural

Se defini como un Sistema Estructural de Concreto Armado Dual (prticos +

muros estructurales).

c) Materiales de elementos estructurales

-Columnas: Concreto Armado , fc = 210 Kg/cm2.

-Vigas: Concreto Armado , fc = 210 Kg/cm2.

-Losas Maciza: Concreto Armado , fc = 210 Kg/cm2.

-Acero: Grado 60 fy= 4200 Kg/cm2.

d) Sobrecarga de Diseo

-Entrepisos: 200 Kg/m2-Azoteas: 100 Kg/m2.

e) Cargas Muertas

Piso Terminado de concreto: 0.05 cm x 2000 Kg/m2=100 Kg/m.

Tabiqueria equivalente: 150 Kg/m.

f) Dimensiones de elementos estructurales

-Columna 1 = 0.30 m x 0.30 m

-Columna 2 = 0.30 m x 0.30 m


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-Columna 3 = 0.30 m x 0.30 m

-Columna 4 = 0.25 x 0.25

-Columna 5 = 0.35 x 0.25

-Vigas 101= 0.30 m x 0.50 m

-Vigas 102= 0.25 m x 0.40 m

-Espesor de Losa Maciza= 0.15 m

-Espesor de Placa o Muro estructural= 0.25 m


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2) DEFINICIONES

En este parte del manual se estudiar el men Define, que permite crear las diversassecciones a usar, espesores de losas y muros estructurales, materiales, casos de cargasespectro de respuesta, combinaciones de carga.

Se inicia el Etabs, y se tendr acceso a la ventana principal del programa.

Procedemos a crear un nuevo modelo, usamos New_Model, o la combinacin de teclasCtrl+N.

Luego, se cargar el cuadro de dilogo Model Initialization , que no s servir para generary definir la grilla en tres dimensiones para usar en el dibujo del modelo.


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Elegimos la opcin Use Built- in Settings With y en el Display de units escogemos laopcin Metric SI, para que las unidades sean las del Sistema Internacional de Unidades, yhacemos click en OK.

2.1. EJES Y NIVELES

Grid Dimensions (Plan)

En la direccin X y Y tenemos ocho y nueve ejes respectivamente, estos valores losingresamos en Number Line X Direction y Number Line Y Direction. El espaciamientoen ambas direcciones los dejamos en siete y ocho respectivamenet, luego podemos editara sus respectivas distancias. Luego selec cionamos Custom Grid Spacing.

Story Dimensions

El nmero de niveles lo especi ficamos en Number of Stories, en nuestro caso seis. EnTypical Story Height ingresamos el valor de tres, que es la altura que ms presenta en


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los niveles superiores. En Bottom Story Height escribimos el valor de la altura del primernivel. Luego seleccionamos Custom Story data.

El siguiente paso ser editar los ejes en la s direcciones X y Y, o como denominaremosla grilla del modelo. Hacemos click en Edit Grid, para poder editar las distancias de losejes, el que lo haremos en el cuadro de dil ogo Define Grid Data. A l lado derecho enDisplays Grid as tenemos dos opciones para editar las separaciones entre ejes.

Por defecto las distancias se presentan acumuladas (opcin Ordinates), pero msconveniente es trabajar con las distancias entre ejes, tal como se nos presentan en losplanos, por lo que seleccionamos la opcin Spacing.

Ingresamos las distancias entre ejes en las direccione s X y Y. Con las diferentesopciones para los ejes, podemos indicar al programa que se nos oculten, su ubicacin seaa la derecha o izquierda o arriba o abajo, si deseamos que se consideren como ejessecundarios, y tambin los nombres de cada eje. Una vez realizados los cambios hacemosclick en el botn OK para aceptar los cambios.


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Se editan las alturas de los niveles haciendo click en el botn Edit Story Data. Seingresan los valores correctos y se hace click en OK para aceptar los cambios realizados.

Que un nivel se seleccione con YES en la columna Master Story quiere decir que loselementos que dibujemos en el nivel, se copien o borren automticamente en los nivelesque tengan seleccionado dicho nivel en la columna Similar To.

Volviendo al cuadro New Model Quick Templates, seleccionamos el botn Grid Only.Las otras opciones en Add Structural Objects nos permiten crear modelos automticospara otros sistemas estructurales. Se hace click en , y el programa nos presentar en lapantalla principal el dibujo de la grilla en planta y en 3D.


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Cerramos la ventana Model Explorer haciendo clic en el botn X, por no ser de muchautilidad en estos primeros pasos del modelamiento del edificio.


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Configuramos las unidades para que estn en aquellas que nos parezcan ms fciles detrabajar, aparte de ser las ms comunes al momento de establecer las diferentespropiedades y dimensiones de los materiales y elementos estructurales que utilizaremos.

Hacemos click en Units (parte inferior-derecha de la pantalla de trabajo) y elegimos la

opcin Consistent Units

En el cuadro de Consistent Units cambiamos las unidades como se muestra acontinuacin.

2.2. Materiales

El Etabs trae por defecto materiales de acuerdo a sus mdulos de diseo, se puedenconfigurar otros materiales conociendo sus propiedades.

Para configurar un material ingresamos por el men Define/Materials Properties.

En el cuadro Define Materials hacemos click en el botn Add New Material para

agregar como material un concreto que tenga como propiedad una resistencia a lacompresin igual de 210 Kg/cm2.


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En la ventana Add New Material Property configuramos las opciones como se muestraen la imagen siguiente

Las propiedades que se necesitan modificar para configurar un nuevo material para elmodelo con el que estamos trabajamos, tendr las siguientes propiedades:


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En el cuadro de Modify / Show Material Property Design Data hacemos click ycambiamos el Specified Concrete Compressive Strengt, fc a 2100 ton/m2, la cual esnuestra resistencia de 210 kg/cm2.Hacemos click en OK.

En la ventana Material Property hacemos click, con lo que guardamos nuestro material.

Para el material Acero grado 60 seguimos los msmos pasos, los cuales resumir con lassiguientes imgenes:


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Hacemos click en OK y el material queda guardado.


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2.3. Secciones para columnas y vigas

Una vez que se ha definido un nuevo material, procedemos a definir las secciones queusaremos en el modelo, como son las columnas y las vigas. El Etabs nos permite definirestos elementos con objetos Frame.

En el modelo a dibujar tenemos 3 tipos de columnas, procederemos a definir la columnaC1. Ingresamos por el men Define/ Section Properties/Frame Sections, una vez en elcuadro Frame Properties en la seccin Click To, y hacemos click en Add NewProperties.

En la ventana Frame Property Shape Type, vamos al cuadro Section Shape y elegimos laopcin concrete rectangular.

Elegimos la opcin marcada con rojo y automticamente se nos abrir el formulario paradefinir una nueva seccin rectangular. Se debe de elegir como material el que hemos


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definido en el paso previo, una vez introducidas las dimensiones de la columna C1 (0.30 mx 0.30 m), hacemos click en el botn Modify/Show rebar

Cuando tengamos el cuadro de dilogo Reinforcement Data, verificamos que en DesignType est seleccionado Column, que la configuracin del refuerzo sea rectangular(Configuration of Reinforcement), de elegir una configuracin del refuerzo en formacircular la opcin de estribos en espira l se activa, en Cover to Rebar Center ingresamo sel valor del recubrimiento (en este modelo 5 cm), en Check/Design se nos pide indicar siqueremos que el programa nos disee la seccin o que nos revise una configuracin dada.Una vez realizados los cambios hacemos click en el botn, para volver al cuadro de dilogoanterior.


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Nuevamente click en el botn y habremos finalizado con la creacin de la columna C1.

De igual manera se procede con la creacin de las columnas C2 y C3.

Para el caso de las vigas, se tendrn dos tipos.

La viga V101 tendr una seccin 0.30 m x 0.5 0 m, y la usaremos en la direccin X; la vigaV102 la usaremos en la direccin Y y tendr como dimensiones 0.25 m x 0.40 m.

Para crear los dos tipos de secciones para las vigas se procede de manera similar a cmose hizo con las columnas. La variacin est en que cuando se tenga que definir los datos yforma del refuerzo, haciendo click en Modify/Show rebar, en Design Type debemos deseleccionar Beam, veremos que al cambiar a un diseo de seccin como viga, el cuadrotam bin cambia. En Concrete Cover to Rebar Center ingresamos los valores delrecubrimiento, 6 cm. Haciendo click en, aceptamos el cambio de tipo de diseo de laseccin.


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Veremos que cuando se define una viga, el programa no asigna las varillas de refuerzocomo en el caso de las columnas. Nuevamente click en y habremos definido la seccin V1.

De la misma manera se procede con la viga V102. Cuando se tengan los 2 tipos de

secciones definidas, hacemos click en, para aceptar y salir del cuadro Frame Properi es.

2.4. Seccin para losa maciza

Definiremos para la losa maciza una seccin con espesor de 0.15m.

Por el men Define/ Section Properties/Slab Section ingres amos al formulario paradefinir los elementos, que estarn formados por elementos finitos tridimensionales tipoShell. En el cuadro Slab Properties , en la seccin Click to elegimos Add NewProperty . En las propiedades del cuadro Wall/Slab Property Data elegimos en material elconcreto que hemos definido anteriormente, en la seccin Modeling type ingresamostanto para Shell-Thin. Haciendo click en OK habremos definido la seccin a usar en la losamaciza.


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Cuando se tenga la seccion hacemos click en OK para cerrar el cuadro Slab Properties yvolver a la pantalla principal del Etabs.

2.5. Seccin para muros estructurales

Definiremos para el muro estructural una seccin con espesor de 0.25m.

Por el men Define/ Section Properties/Wall Section ingres amos al formulario paradefinir los elementos, que estarn formados por elementos finitos tridimensionales tipoShell. En el cuadro Wall Properties , en la seccin Click to elegimos Add NewProperty . En las propiedades del cuadro Wall/Slab Property Data elegimos en material elconcreto que hemos definido anteriormente, en la secci n Modeling type ingresamostanto para Shell-Thin. Haciendo click en OK habremos definido la seccin a usar en la losamaciza.

Cuando se tenga la seccion hacemos click en OKpara cerrar el cuadro Wall Properties y volver a la pantalla princi pal del Etabs.


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3) DIBUJO DEL MODELO DE EDIFICIO

El dibujo del edificio en ETABS puede ser variado, debido a la gran diversidad de opcionesy botones que brinda el programa, de las cuales propondr el siguiente procedimiento, acontinuacin.

3.1. Dibujo de columnas

Antes que todo vamos al botn One Story y cambiamos esa opcin a Similar Storiespara que las secciones que dibujemos se realicen en todos los pisos que tengamos, aexcepcin de la base que sirve para la cimentacin.

Vamos al men Draw/Draw Beam /Colum/Brace Objects/Quick Draw Colums.

Del cuadro Properties of Object, en la seccin Property elegimos nuestra seccin COL1.


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Para dibujar a seccin COL 1 vamos a la primera ventana de trabajo del ETABS (Plan View)y hacemos click en el nodo 8A y el programa dibujara la COL 1 en el centro del nodo.

Realizamos el mismo procedimiento para el resto de columnas 1, quedando el modelo dela siguiente forma.


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Hacemos el mismo procedimiento para el resto de columnas cambiando del cuadroProperties of Object, en la seccin Property la seccin COL 2 y luego COL 3, quedandoel modelo de la siguiente manera.


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Para ver los elementos dibujados en 3d, vamos al icono Set Display Option ,cambiamos la opcin View by colors of a Section Properties, marcamos las opcionesExtrude Frames y Extrude Shells, y damos Apply, quedando el modelo de la siguientemanera.


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3.2. Dibujo de vigas

Vamos al men Draw/Draw Beam /Colum/Brace Objects/Draw Beams/Colums/Brace

Del cuadro Properties of Object, en la seccin Property elegimos nuestra seccin VIG101.


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Para dibujar a seccin VIG 101 vamos a la primera ventana de trabajo del ETABS (PlanView) y hacemos click en el nodo 8A y luego en el nodo 8E, as el programa dibujara la VIG101, tomando como limites los dos nodos mencionados.

Realizamos el mismo procedimiento para el resto de VIGAS 101, quedando el modelo dela siguiente forma.


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Hacemos el mismo procedimiento para el resto de vigas cambiando del cuadro Propertiesof Object, en la seccin Property la seccin VIGA 102, quedando el modelo de lasiguiente manera.

3.3. Dibujo de losas

Vamos al men Draw/Draw Floor/Wall Objects /Draw Rectangular Floor


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Del cuadro Properties of Object, en la seccin Property elegimos nuestra seccin LOSA15.

Para dibujar la seccin LOSA 15 vamos a la primera ventana de trabajo del ETABS (PlanView) y hacemos click en el nodo 8A y luego en el nodo 7E, as el programa dibujara laLOSA 15, tomando como limites los dos nodos mencionados.

Realizamos el mismo procedimiento para el resto de LOSA 15, quedando el modelo de lasiguiente forma.


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Agregamos al 5to piso la losa entre los ejes 32 y DF los cuales confinan los murosestructurales del ascensor.


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3.4. Dibujo de muros estructurales

Vamos al men Draw/Draw Floor/Wall Objects /Draw Walls(Plan)

Del cuadro Properties of Object, en la seccin Property elegimos nuestra seccinMURO 25.

Para dibujar la seccin LOSA 15 vamos a la primera ventana de trabajo del ETABS (PlanView) y hacemos click en el nodo 8A y luego en el nodo 7A, as el programa dibujara elMURO 25, tomando como limites los dos nodos mencionados.


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Realizamos el mismo procedimiento para el resto de MUROS 25, quedando el modelo dela siguiente forma.


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Para ver el resultado general del dibujo del modelado de edificio vamos al iconoTransparency Toggle, hacemos click y se muestra el edificio de la siguiente manera.

Como parte final del dibujo del modelo selecciono las vigas que estn sobre los muros decorte y las elimino, quedando como resultado, la estructura que se muestra acontinuacin.


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4) RESTRICCIONES Y ELEMENTOS FINITOS

4.1. Asignacin de Restricciones

Al dibujar las columnas, se aprecia que en el nivel Z=0, el programa automticamente

dibuja apoyos en las bases, pero es necesario hacer el cambio a estos apoyos. Los apoyosen la base son comnmente modelados como apoyos empotrados.

Para cambiar el tipo de apoyos se tiene que trabajar con los puntos de apoyo que tienenlos elementos verticales en la base. Se seleccionan todos los puntos y por medio del menAssign/Joint /Restraints asignamos el tipo de soporte que se desea. En el cuadroAssings Restraints podemos seleccionar si queremos realizar r estricciones aldesplazamiento o al giro de los apoyos.

Como se quieren modelar apoyos con hiptesis de empotramiento perfecto, simplementeseleccionamos las seis restricciones.


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Hacemos click en el botn y habremos finalizado con asignar los apoyos al modelo.

APOYOS EMPOTRADOS


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4.2. Asignacin de Diafragmas Rgidos

El modelo por cargas concentradas en los entrepisos nos permite calcular con hiptesisque todos los puntos en un nivel dado tengan los mismos desplazamientos.

Entonces debemos de asignar diafragmas rgidos al modelo. El Etabs permite asignardiafragmas rgidos a los puntos del entrepiso o a las losas.

Seleccionamos las losas del modelo e ingres amos por el men Assigns/ShellArea/Diaphragms. Por defecto e l programa nos mues tra el D1 ya creado que es undiafragma rgido. Podemos aadir un diafragma distinto para cada nivel o usar un solo tipopara todo el modelo.

Hacemos click en Apply y volviendo a la pantalla principal se nos presentarn los centrosde masa donde se concentra la masa para el clculo ssmico.


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Continuamos con el mismo procedimiento, hasta asignar los diafragmas rgidos en los 5pisos de la edificacin modelada.


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4.3. Asignacin de la Malla de Elementos Finitos

El mtodo de los elementos finitos, es un mtodo aproximado para el anlisis estructural,a menores dimensiones de los elementos es mejor la precisin. No se puede recomendarla dimensin de estos elementos, ya que el proceso de ir remallando en elementos ms

pequeos sobrecarga la computadora y toma ms tiempo de ejecucin. El proceso declculo es iterativo en el que se necesita medir el error y la convergencia a valorespropuestos, al llegar a estos valores se asume que el modelo tiene una buena precisin,entonces no podemos decir que si los elementos son de un metro se tiene una buenaaproximacin.

Para losas:

Seleccionamos todas las losas del primer a quinto piso haciendo solo click en ellas y vamosa Assign/Shell/Floor Auto Mesh Options

Activamos la opcin Mesh Object Into, y colocamos una malla de elementos de 4 x 4,creando asi nuestra malla de elementos finitos para losas. Notese que se colocaelementos de 4x4 para no volver pesado el programa y no sufra lags al momento de seguirmodelando la estructura.


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A continuacin el programa nos entregar la visualizacin de la malla creada.


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Para muros estructurales:

Seleccionamos todas las losas del primer a quinto piso haciendo solo click en ellas y vamosa Assign/Shell/Wall Auto Mesh Options

Activamos la opcin Mesh Object Into, y colocamos una malla de elementos de 4 x 4,creando asi nuestra malla de elementos finitos para losas. Notese que se colocaelementos de 4x4 para no volver pesado el programa y no sufra lags al momento de seguirmodelando la estructura.


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A continuacin el programa nos entregar la visualizacin de la malla creada.

4.4. Asignacin de elementos Pier a muros estructurales

Para la visualizacin de las fuerzas cortantes en los muros estructurales, los muros decorte tendrn que ser asignados como elementos Pier.

Para ello selecciono uno de mis muros de corte y voy al men Shell/Pier Label, como semuestra a continuacin:


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En el cuadro que se presenta seleccionamos la opcin P1, y damos OK, siendo asignadonuestro muro de corte.

Hacemos lo mismo para el resto de nuestros muros de corte, obteniendo el siguientecuadro de elementos Pier de todos nuestros muros:

Para que se visualicen los diagramas de corte, las columnas que confinan a los murosdeben tambin ser asignados como elementos Pier, por lo cual realizamos el mismoprocedimiento anterior para su asignacin.

Para ello selecciono uno de mis muros de corte y voy al men Frame/Pier Label, yseguimos los pasos anteriores.


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5) CARGAS DE GRAVEDAD, ANALISIS SISMICOESTATICO Y DINAMICO

5.1. Asignacin de Cargas Estticas

Las cargas por peso propio de los elementos estructurales que aportan rigidez al sistema,acabados, tabiquera mvil, sobrecargas, segn las normas de diseo se combinan confactores de mayoracin. Es la razn para que se tengan distintos casos de carga.

Para definir los casos de carga ingresamos por el m en Define/ Load Patterns . Pordefecto el programa define dos tipos de carga: DEAD en donde se acumularn todas lascargas provenientes de los elementos estructurales que se pueden dibujar en el Etabs,LIVE que nos servir para las sobrecargas.

En el cuadro Define Load Patterns , vemos que los casos de carga se organizan con tipos.El valor que se debe de ingresar en la c olumna Self Weight Multiplier para el casoDEAD es uno, esto indicar al program a que en dicho caso de carga se ingresen lospesos de los elementos estructurales que se puedan dibujar, si consideramos en el caso decargas LIVE un valor de uno el programa en dich o caso entregar el peso de loselementos estructurales, es la razn por la que slo un caso de carga debe de ser asignadocon un valor de uno (100% del peso de los elementos), de lo contrario se estaraduplicando el peso, a no ser que por alguna razn o normativa se tenga que consideraruna combinacin de los pesos propios en otros casos de carga.

Adems de las cargas consideradas, agregamos dos cargas vivas ms con los nombres deLIVE 1 y LIVE 2, para realizar la alternancia de cargas en las losas y as conseguir los

esfuerzos mximos.


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5.2. Anlisis ssmico Esttico

Para el mtodo de Fuerzas Horizontales Equivalentes definimos cuatro casos de carga, yaque la excentricidad de las fuerzas aplicadas puede ser positivas o negativas, para cadadireccin de anlisis se tendrn dos casos.

De igual manera que para los casos de cargas muertas y sobrecargas en azoteas, primeroingresamos un nombre el primero lo lla maremos SISMOXXPOS, en Type elegimosSEISMIC, al elegir este tipo que es una carg a lateral, se nos desbloquea la columna AutoLateral Load y seleccionamos User Coeficients. Luego click en Add new load paraaadir el caso de sismo en la dire ccin X con una excentricidad positiva. Hacemos clicken Modify Lateral Load para poder editar este caso de carga. En el cuadro User DefinedSeismic Loading, elegimos en la seccin Direction and Eccentricity; en Ecc. Ratio (AllDiaph.) verificamos que el valor sea 0.05 (5%) para el clculo de la excentricidad; en la

seccin Factors, en Base Shear Coeficient, C ingresamos el valor pico de la aceleracin,que para nuestro caso es 0.2333 g, el valor de Build Height Exp. K lo dejamos en uno yaque la distribucin de las fuerzas ssmicas tendr una variacin lineal. Hacemos click en yhabremos editado el primero de los casos ssmicos para el anlisis esttico.

La distribucin de las fuerzas en los entrepisos y el valor de K se pueden apreciar en lasiguiente figura:

Los tres casos restantes se realizan de la misma manera, se debe de tener en cuenta ladireccin y la excentricidad para cada caso y el valor en Base Shear Coeficient, C de 0.2333g.


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Los cuatro casos para el anlisis esttico por fuerzas equivalentes quedaran de laSiguiente manera:

SISMO XX POS

SISMO XX NEG

SISMO YY POS

SISMO YY NEG


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Hacemos click en OK y nuestras cargas han sido creadas.

5.3. Asignacin de cargas

En este modelo slo se presentan cargas distribuidas aplicadas a las losas de entrepisos.

El resumen de las cargas es el que se indica en la tabla siguiente:

DEAD LIVE

1er nivel 250 kg/cm2 200 kg/cm22do nivel 250 kg/cm2 200 kg/cm23er nivel 250 kg/cm2 200 kg/cm24to nivel 250 kg/cm2 200 kg/cm25to nivel 100 kg/cm2 100 kg/cm2

Seleccionamos la losa del quinto nivel, medi ante el men Assign/Shell Load/Uniformpodemos ingresar los valores a cada caso de carga. Ingresaremos el valor de las cargasmuertas en el quinto nivel, en la seccin Load Pattern Name del cuadro Shell Load

Asignament-Uniform seleccionamos Dead , revisamos las un idades y en la seccinUniform Load ingresamos el valor de 0.25 en Load, en Direction verif icamos que seaGravity para que las cargas estn aplicadas en direccin de la gr avedad ( -Z). Hace mosclick en OK y habremos introducido las cargas muertas en el quinto nivel, siguiendo elmismo procedimiento se ingresan el resto de cargas en sus respectivos casos.


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El Etabs a medida que se vaya ingresando las cargas, nos permitir visualizar el valor de losmismos.

Para el quinto nivel, como ya no se cuenta con tabiquera sobre ella, debido al modeloarquitectnico, la carga muerta cambia de 0.25 t/m2 a 0.10 t/m2.Por lo queseleccionamos las losas del quinto nivel en One Story y seguimos los pasos anteriorespara asignar la carga, con la salvedad de cambiar en el cuadro de Load el valor de 0.25 a

0.10, dndole click en OK y teniendo ya todas nuestras cargas muertas sobre la estructura.


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Para las cargas vivas se sigue el mismo procedimiento explicado para cargas muertas.

Para el caso de alternancia de cargas, se seleccionan las losas en forma de damero y seasignaran las cargas igual que el procedimiento de asignacin de cargas muertas,cambiando la carga DEAD por las cargas LIVE 1 y LIVE 2 respectivamente.


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Fig-Seleccin de losas por piso en forma de damero


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Fig-Cargas LIVE 1 asignadas en forma de damero.

El mismo procedimiento se realiza para las cargas LIVE 2.

5.3. Calculo de la Masa de la edificacin para el Anlisis Esttico y Dinmico

El Etabs hace el clculo de los distintos casos de carga, pero segn las normas de DiseoSsmico, se toman los casos de carga con porcentajes de participacin. En el caso de NTEE-030, se tiene los siguientes requisitos:

Para el modelo consideraremos el 100% de la carga muerta (DEAD y el 25% de las cargasvivas (LIVE)


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Para asignar estos porcentajes para su clculo en el Etabs ingresamos mediante el menDefine/Mass Source. En el cuadro de dilogo Define Mass Source elegimos la opcinSpecified Load Patterns y agregamos la combinacin

Peso de la estructura= 100% DEAD + 25% LIVE

De la siguiente manera:

Hacemos click en Ok y el programa ya habr calculado el peso de la edificacin, que nosservir para el clculo de fuerzas ssmicas estticas y dinmicas.

5.4. Anlisis ssmico DinmicoLa incorporacin del Espectro de Diseo obedece estrictamente a la aplicacin del Artculo

18.2 en su tem b., el cual depende de varios factores, tal como se indica en la frmula:= /

= es el factor de zona, el cual lo encontramos en la Tabla N1 de la E.030. Para propsitosde este ejemplo, se supuso que el Edificio ser construido en Lambayeque, entonces:

= .


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= es el factor de uso, depende de la categora de la Edificacin, en este caso del Tipo C, yde acuerdo con la Tabla N3 presentada anteriormente =

=es el factor de suelo, que tiene que ver con el estudio de suelos, de acuerdo a lascondiciones locales establecidas en la Tabla N2, se supuso para este ejemplo un suelo

tipo S3, por lo tanto,

= .

= es el coeficiente de reduccin de fuerza ssmica, que depende del sistema estructural ymaterial predominante, como la mayor parte del sistema est compuesto por muros, seiniciar el anlisis considerando que se trata de un sistema de MUROS ESTRUCTURALES.

R=6


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= es el factor de amplificacin ssmica, que depende del periodo de la Estructura y delSuelo. Como este valor depende de un periodo de tiempo T(s) y, el Espectro de Diseo setraza en funcin del tiempo, entonces, se puede generar una Tabla de Valores de Sa/g Tiempo con Sa/g dependiente de C, entonces el Espectro de Diseo quedara graficado talcomo se indica en la Figura siguiente, para los factores determinados anteriormente:

ESPECTRO DE DISEO- NTE E.030

Z 0.4U 1S 1.4Tp 0.9R 6ZUS/R 0.08

T Sa C0.01 0.23333333 2.50.02 0.23333333 2.50.03 0.23333333 2.50.04 0.23333333 2.50.05 0.23333333 2.50.06 0.23333333 2.50.07 0.23333333 2.50.08 0.23333333 2.50.09 0.23333333 2.5

0.1 0.23333333 2.50.2 0.23333333 2.50.3 0.23333333 2.50.4 0.23333333 2.50.5 0.23333333 2.50.6 0.23333333 2.50.7 0.23333333 2.50.8 0.23333333 2.50.9 0.23333333 2.51 0.21 2.252 0.105 1.1253 0.07 0.754 0.0525 0.56255 0.042 0.456 0.035 0.3757 0.03 0.321428578 0.02625 0.281259 0.02333333 0.25

10 0.021 0.225


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Para ingresar este espectro al ETABS debemos

seguir los siguientes pasos:

1. Copiar las columnas de T y ZUCS/R de tal manera que estn juntas, tal como se

muestra2. Copiar y pegar esta tabla en un bloc de notas, y guardar el archivo.

3. En el ETABS, seguir la ruta que se indica en la Figura 6-2, luego, en la ventana quese abre, donde dice ASCE7- 10 desplegar y buscar la opcin que dice From File,as como en la Figura 6-3 para tener la opcin de poder importar el espectro desde

el archivo guardado anteriormente.

4. Luego le damos clic en el botn Add New Function, y en la ventana del espectrocargamos el archivo de formato .txt dndole clic en el botn Browse y cargamosel archivo de formato *.txt tal como se muestra en la Figura 6-4, dndole clicfinalmente en el botn Abrir


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5. Finalmente veremos la grfica del Espectro de Diseo que ha sido importado alprograma, la cual debe visualizarse asi como se observa en la Figura 6-5. Luegoaceptamos todo dndole clic en OK.

ASIGNACION DEL CORTANTE DINAMICO

Para determinar el Cortante Dinmico, producto de las aceleraciones espectrales y formas

modales, aplicando combinaciones modales y direccionales de CQC y ABS. Seguimos laruta que se muestra en la Figura y en seguida se abrir la ventana Load Cases donde seencuentran los casos de carga que hemos generado, producto de los patrones de cargadefinidos anteriormente.


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En esta ventana vamos a generar los casos de carga Dinmicos del Tipo ResponseSpectrum, para cada direccin de Anlisis.


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SISMO XX DIN

SISMO YY DIN

Luego, aceptamos cada caso de carga generado mediante el botn, quedando los casos decarga Estticos y Dinmicos.


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+

5.5. Definicin de Combinaciones de Carga

Luego de haber cargado la estructura con los sistemas de cargas actuantes, deberealizarse las combinaciones de carga con la finalidad de ejercer los mximos efectos

sobre la estructura, se usaran las siguientes combinaciones de carga:

SISMO=SXX +SYY

1.4D + 1.7L

1.25D + 1.25L + SISMO

Para definir las combinaciones de carga a utilizarse, nos vamos a Define/ LoadCombination


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Luego de seleccionada la opcin Load Combination aparecer la siguiente ventana dedefinicin de combinaciones, como la que se muestra a continuacin.

En esta ventana debe hacerse click en Add New Combo, la cual mostrara la ventana paragenerar las combinaciones de carga de diseo, tal como se muestra. Primero se debeescribir el nombre de la combinacin. Finalmente, se debe ingresar cada uno de lostrminos que forman la combinacin. Se da como ejemplo la COMB1

NOTA: La combinaciones que da la norma E.060 Concreto Armado son del tipolineal y las combinaciones de sismo y envolvente de diseo son del tipo envelope.Cambiar dichos trminos en el cuadro Load Combination Type

Se sigue el mismo procedimiento para todas las combinaciones restantes.


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Se creara una combinacin aparte para observar el peso del edificio, la cual sedenominara PESO DE LA ESTRUCTURA. Esta tendr los siguientes datos:

Adems se creara una combinacin que indique el valor de los desplazamientos

modificados por piso del edificio, la cual denominaremos DESPLAZAMIENTOS. Estatendr los siguientes datos, no olvidar que esta combinacin es del tipo ENVELOPE:

El valor Scale factor sali de 0.75R: 0.75 x 6 = 4.50

Teniendo todas nuestras combinaciones damos click en OK y ya estar definida porcompleto la estructura.


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6) ANALISIS Y REVISION DE RESULTADOS

Hasta lo realizado en los tems anteriores, es lo necesario para preparar el modelo antesde ejecutar el clculo.

En este parte del manual sealaremos los pasos y consideraciones para correr el modelo.

6.1. Anlisis del modelo

Antes de realizar el anlisis es necesario revisar si est presente algn error en el modelo,ingresamos por el men Analyze/Check Model. Y marcamos todas las opciones, click enOK y el programa revisar si se presenta algn error (warning), de ser el caso nos indicarque error hay que corregir.

Como paso siguiente nos queda correr el modelo, hacemos click en el cono omediante el men Analyze/Run Analysis o tambin por medi o de la tecla F5. Se

mostrar un cuadro de dilogo donde se muestra el anlisis. Cuando el programa finalizael proceso de anlisis, mostrar en la ventana el modelo deformado.


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6.2. Visualizacin de desplazamientos

Para visualizar los desplazamientos vamos a Display/ Show Tables.

En este cuadro vamos a Analisys/Results/ Displacements/Diaphragm Drifts/OK y semostraran las ventanas que se muestran a continuacin.


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Aparecer el siguiente cuadro:

En la opcin Load Case/ Load Comb escogemos la combinacin Desplazamientos yobservaremos las derivas de piso corregidas por el valor 0.75R, las cuales se muestran acontinuacin.

Comparamos con el valor de la Norma E.030 Diseo Sismorresistente, el cual dice que la

deriva mxima de piso es 0.007, para que nuestra estructura cumpla con losdesplazamientos permisibles y pase a la etapa de diseo. Al observar los desplazamientosen la opcin Drift, estos son mayores que los de la norma y por tanto se tiene quecorregir la estructuracin aumentando las longitudes de los muros de corte o de losdems elementos estructurales.


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Para esto se propone el cambio del modelo a la siguiente estructuracin:

Se agreg muros en la caja de escaleras y se cambi las de columnas a 0.40 x 0.40 m

Se tienen los siguientes desplazamientos, con la nueva estructuracin:


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Las derivas de piso cumplen lo establecido a la norma y ya se puede disear la estructura.

6.3. Visualizacin de graficas de axiales, cortantes y flectores

Para ver los diagramas de fuerzas internas de la estructura vamos al icono Display Frame

En Load Combination elegimos nuestro combinacin Envolvente y luego en Componentelegimos cualquier opcin de fuerza interna q deseemos observar: axial (fuerzas decompresin o tension),shear 2-2(fuerzas cortantes), momento 3-3(momentosflectores).En Include elegimos la opcin Frames.

Damos click en OK, y se visualizara los resultados en cualquier tipo de ventana (3d, plantao elevacin) que nosotros deseemos.

Diagrama de fuerzas axiales

Diagramas de fuerzas axiales


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Diagrama de fuerzas cortantes

Diagrama de momentos flectores

Para visualizar con mayor detalle las fuerzas en los elementos, debe hacerse click derechosobre cualquier elemento y se obtendr el cuadro que visualiza resultados de fuerzas conmayor detalle.


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7) DISEO DE LA ESTRUCTURA

7.1. Definicin de cdigos de diseo

Vamos al men Design/Concrete Frame Design/ View-Revise Preferences, como se

muestra en la imagen:

Cambiamos los factores 11 y 13 de la ventana, los cuales son los factores de resistencia decompresin y torsiion. Luego hacemos click en OK.


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7.2. Seleccin de las combinaciones de diseo

Vamos al men Design/Concrete Frame Design/Select Design Combinations, como semuestra en la imagen:

En la ventana de Design Load Combination Selection hago click en la combinacinENVOLVENTE, que ser nuestra combinacin de diseo. Luego hacemos click en yhabremos elegido nuestra combinacin de diseo. Para terminar hacemos click en Ok.


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7.3. Calculo de cuantas de refuerzo en elementos estructurales

Seleccionamos toda la estructura y vamos al men Design/Concrete Frame Design/StartDesign/Check, como se muestra en la imagen:

El programa mostrara las cuantas de acero de todos los elementos determinados por elprograma. Las cantidades parecern pequeas debido a que estn m2, por lo que enUnits cambiamos las unidades de m a cm, para obtener los valores correctos para lascuantas de diseo.


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7.4. Diseo de columnas con el Section Designer

Vamos a Define/Section Properties/Frame Section, como muestra la imagen:

Luego hacemos click en Add New Property, en el cuadro siguiente hacemos click enSection Designer, para podar disear nuestra columna


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Para el diseo de la columna 2, colocamos los siguientes datos:

Hacemos click en Section Designer y pasamos al diseo en s de nuestra columna.

Hacemos click en Draw Rectangle y luego click en el centro de coordenadas.


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Hacemos click en Reshape Object y luego en el centro de coordenadas.


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Asignamos las siguientes caractersticas a nuestra columna, las cuales se muestran acontinuacin. Luego obtenemos el dibujo de nuestra seccin inicial.


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Hacemos click en el punto indicado y colocamos las caractersticas de nuestro modelado acada una de las barras de la seccin dibujada.


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Cambiamos el espaciamiento de las barras de acero para que puedan entrar 4 barrassegn el diseo realizado para la columna.


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Cambio el tipo de barra a los aceros faltantes y obtenemos el diseo completo de lacolumna requerida.

Se sigue el mismo procedimiento para el resto de columnas C1, C3, CL as min para luegoasignar cada columna a su respectivo nudo, de acuerdo a la cuantia de acero necesaria.


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7.5. Diseo de muros de corte con el Section Designer

Para observar los Piers, vamos al men / Other Assignments / Pier Assignments/Labels, luego de ello en elevaciones, los prticos quedaran de la siguiente manera:

Vamos a Design/Shear Wall Design/Select Design Combinations y seleccionamos laenvolvente como combinacin de diseo:


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Luego para el diseo del muro se sigue el siguiente procedimiento, abreviado enimgenes, debido a que se siguen pasos muy similares al diseo de una columna.


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Imagen del muro al inicio del Section Designer


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Imagen del muro luego de haberlo diseado en el Section Designer.


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Luego de haber efectuado el diseo del muro se pasa al chequeo de cuantias ycomprobamos si el muro es o no lo suficientemente resistente a ala accin de las cargasaplicadas sobre el, si no lo es se pasara a cambiar el refuerzo del acero.

Se realiza el mismo diseo de muros para el resto de elementos Piers de la estructura

realizada.

Manual de Modelado de Edificio en Etabs -Javier Guevara Davila

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