CONSTRUCCIÓN CIVIL

SEDE TALCA

SAP 2000

TECNOLOGÍA DE INFORMACIÓN PARA LA CONSTRUCCIÓN

PROFESOR: MANUEL NORAMBUENA CÁCERES

ALUMNO

WILLIAM ENRIQUE RAMÍREZ TAPIA

FECHA: 26/11/2012 2º Semestre 2012

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INTRODUCCIÓN En los últimos años, el desarrollo de los equipos y sistemas de computo ha permitido una comunicación mucho más rápida, directa y sencilla entre el usuario y los computadores logrando la posibilidad de desarrollar programas que, utilizando las características de los computadores de hoy en día, nos permitan usarlos más eficientemente y entre otras cosas facilitándonos la posibilidad de explorar varias alternativas de solución de problemas estructurales o bien considerar más variables en el comportamiento de las estructuras con el objeto de lograr un mejor modelo estructural. Tomando en cuenta lo anterior, en el presenten informe se analizará el software SAP 2000 que es el resultado de un trabajo desarrollado en los Estados Unidos de Norteamérica cuyo principal objetivo fue desarrollar un programa para Análisis y Diseño de Estructuras en donde el usuario tenga gran versatilidad en el manejo del mismo a través de una interacción directa en la mayor parte de la ejecución de los módulos que componen el programa y junto con la sencillez y facilidad de uso son algunas de sus principales características.

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OBJETIVOS Objetivo general. Dar a conocer en que consiste el programa computacional o software SAP 2000, considerando aspectos de relevancia con respecto al mismo, y de esta manera poder proporcionar una idea lo más clara posible en relación al tema. Objetivos específicos.

Identificar el origen del software SAP 2000.

Dar a conocer en que consiste el software SAP 2000.

Identificar las versiones disponibles de SAP 2000.

Nombrar los requisitos mínimos para utilizar el software.

Identificar el distribuidor de CSI (Computers and Structures, Inc.) en Chile.

Identificar posibles programas o software con características similares a SAP 2000.

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ORIGEN DEL SOFTWARE SAP 2000 El origen del programa computacional o software SAP 2000 tiene lugar en CSI (Computers and Structures, Inc.), empresa fundada en 1975 de origen norteamericano, CSI es reconocido mundialmente como el líder pionero en herramientas de software para la ingeniería estructural y terremotos. El software de CSI es utilizado por miles de empresas de ingeniería en más de 160 países para el diseño de proyectos importantes como la torre Taipei 101 en Taiwán o el estadio de los juegos olímpicos del 2008 en Beijing. Esta empresa está respaldada por más de tres décadas de investigación y desarrollo, por lo tanto es una excelente alternativa para lo profesionales del diseño y el análisis estructural. Uno de los principales productos de CSI (Computers and Structures, Inc.) es sin duda el software SAP 2000, programa computacional que es muy utilizado en estructuras tales como: presas, torres de comunicación, estadios, plantas industriales y edificios.

Imagen N º 1. Última versión SAP 2000

Fuente: www.csiberkeley.com

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SOFTWARE SAP 2000 SAP 2000 es un programa computacional mediante el cual puede realizarse el Análisis y Diseño de estructuras bajo uno o varios sistemas de carga formados por un conjunto de fuerzas estáticas y/o dinámicas aplicadas a la estructura. Consta básicamente de una serie de menús que se despliegan en la pantalla al inicio del programa y por lo general después de terminada la ejecución de cada una de las opciones, con ellas, el usuario puede introducir y/o modificar datos, o bien almacenarlos para su procesamiento posterior, analizar la estructura, ver resultados en la pantalla o imprimirlos, ver resultados de diseño, etc.

Imagen N º 2. Menú principal.

Fuente: SAP 2000.

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Elementos de un modelo en SAP 2000 Los elementos de un modelo estructural (nudos, barras, losas, muros, etc.) son representados en SAP 2000 mediante objetos, así los puntos representan nudos, las líneas representan barras y conjuntos de líneas dan lugar a elementos planos que, usualmente varios de ellos pueden representar losas, muros, etc. Mediante la interfaz gráfica propia de SAP 2000 el usuario “dibuja” esos objetos(puntos, líneas, conjuntos de líneas, etc.) para después asignarles propiedades, por ejemplo, asignarle restricciones a puntos con lo que se están definiendo apoyos, propiedades geométricas y mecánicas a líneas para especificar barras, asignar fuerzas a puntos (nudos) y a líneas (barras), etc.

Sistema coordenado global En general, cada estructura puede tener varios sistemas coordenados que permitan la ubicación de puntos, las direcciones de las cargas, desplazamientos, fuerzas internas, esfuerzos, etc. Por lo que es importante el entendimiento de los diferentes sistemas coordenados utilizados por el programa para poder definir apropiadamente el modelo así como interpretar correctamente los resultados. En el modelo, todos los sistemas coordenados se definen con respecto a un sistema coordenado global X-Y-Z, estos tres ejes serán mutuamente perpendiculares. SAP2000 siempre asume que el eje Z (+) es vertical y hacia arriba, los sistemas coordenados locales para nudos, elementos, etc. Se definen con respecto a esa dirección positiva, la carga de peso propio siempre actúa en la dirección Z (-). El plano X-Y es horizontal y el X-Z vertical, para mayor información, el usuario puede consultar el capítulo “Coordinate Systems” del manual de SAP2000 y la ayuda en línea de la interfaz gráfica del programa. Sistema coordenado local Cada parte del modelo estructural (nudo, barra, placa, sólido, etc.), tiene su propio sistema coordenado local que se utiliza para definir propiedades y cargas así como para referenciar la respuesta estructural de esa parte. Los ejes coordenados locales se identifican con los números 1, 2 y3, en general estos ejes pueden variar de nudo a nudo, de barra a barra, etc., pero, normalmente el sistema coordenado local de los nudos es el mismo que el sistema coordenado global X-Y-Z, es decir, 1 y X, 2 e Y así como 3 y Z son iguales, respectivamente.

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Imagen N º 3. Ejes globales en un modelo en SAP 2000.

Fuente: SAP 2000.

Imagen N º 4. Ejes locales en un modelo en SAP 2000.

Fuente: SAP 2000.

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El elemento barra En general, el elemento barra se usa para modelar vigas, columnas, barras de armaduras y diagonales tanto en estructuras planas como tridimensionales, para este elemento (frame) SAP 2000 utiliza una formulación viga-columna que incluye efectos de flexión biaxial, torsión, deformación axial y de cortante en dos direcciones, por lo que se pueden modelar marcos y armaduras (planas y tridimensionales) así como retículas planas. El elemento barra se modela como una línea recta conectada por solo dos puntos denominados I y J respectivamente, los cuales no pueden estar en la misma posición. Cada barra tiene su propio sistema coordenado local que permite definir sus propiedades geométricas y cargas así como interpretar los resultados (fuerzas internas). Cada elemento barra puede ser cargado con su peso propio, una o varias cargas concentradas y distribuidas, SAP 2000 posee comandos que permiten especificar, por ejemplo; la dimensión finita de las uniones viga-columna (end offsets), la liberación a algún elemento mecánico en sus extremos (end releases) y entre otras. Como se mencionó anteriormente, cada elemento barra tiene su propio sistema coordenado local que se utiliza para definir las propiedades de sus sección transversal, cargas y resultados, los ejes de ese sistema local se identifican como 1, 2 y 3, el eje 1 está dirigido a lo largo del elemento, los otros dos forman un plano perpendicular al elemento con una orientación específica, en la mayoría de las estructuras la ubicación de los ejes locales es muy sencilla y, generalmente, queda determinada por la relación entre el eje local 1 y el eje global Z (orientación por default), así se tiene que:

El plano local 1 – 2 es vertical y paralelo al eje Z.

El eje local 2 es positivo en la dirección de Z (+) a menos que el elemento sea vertical, en cuyo caso, ele eje 2 se toma horizontal en la dirección de X (+).

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Sobre la interfaz grafica El programa SAP 2000 posee una interfaz gráfica como una opción que le permite al usuario modelar, analizar, diseñar y desplegar tanto datos como resultados de una estructura, una vez que se cuenta con los datos de geometría, propiedades de los materiales de los cuales están hechos los elementos estructurales así como las cargas y desde luego un completo y correcto entendimiento del problema, se esta en condiciones de utilizar el programa, para ello habrá necesidad de modelar a los elementos anteriores. Una vez definido el modelo que se utilizará para esos elementos se introducirá el modelo completo utilizando, por ejemplo, la interfaz gráfica. La estructura idealizada estará formada principalmente por:

Elementos barra (FRAME) usados para representar a las vigas, columnas, diagonales, etc.

Elementos placa (SHELL) usados para representar muros, losas, rampas, etc.

Elementos sólidos (SOLID) usados para modelar estructuras continuas tridimensionales.

Nudos (JOINTS) que representan la conexión entre los elementos barra, placa y sólido.

Propiedades físicas y elásticas de los materiales.

Apoyos y resortes que representan las restricciones de desplazamiento del nudo.

Cargas (concentradas, uniformes, etc.) que representan a las acciones (peso propio, viento, sismo, ocupación, etc.).

Imagen N º 5. Interfaz de SAP 2000.

Fuente: www.csiberkeley.com

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Tipos de fuerzas y combinaciones Es necesario tener completamente identificados comúnmente los sistemas o conjuntos de fuerzas (condiciones de carga) bajo los que se realizará el análisis (Por ejemplo: peso propio, carga viva, sismo, viento, etc.) y para cada condición de carga las características de las fuerzas que forman parte de ese sistema de fuerzas (tipo, magnitud, dirección, etc.). Por ejemplo, una condición de carga puede ser la carga muerta la cual puede estar formada, por ejemplo, por: fuerzas uniformes en algunas barras simulando el peso de los muros divisorios, fuerzas concentradas simulando el peso de tanques, etc. Otra condición de carga puede ser el sismo que, por ejemplo, puede ser representado por una serie de fuerzas estáticas (sismo estático) aplicadas en determinados nudos. Una condición más puede ser la carga viva, idealizada como una fuerza por unidad de área actuando en una determinada zona de la estructura (Por ejemplo: azotea, entrepiso, rampas, escaleras, etc.). Sobre el análisis de un modelo en SAP 2000 Una vez que se han especificado las opciones de Análisis (información con respecto a tipos de apoyo, características físicas, elásticas, geométricas etc.) se puede solicitar la ejecución del mismo, por ejemplo, haciendo clic en el cuadro Run Now de la opción Run Analysis del menú Analyze con lo que el análisis se efectúa y los resultados de esta fase se muestran mediante la aparición de una ventana que en su extremo derecho se observa una barra de desplazamiento vertical que permite ver el contenido de la pantalla en ella, al final, se muestra el botón OK haciendo clic en él se despliega, en la mayoría de los casos, la configuración deformada de la estructura para la primera condición de carga con lo que se está en posibilidad de tener acceso a varias opciones del menú Display las cuales nos mostrarán de manera gráfica y numérica algunos resultados del Análisis (desplazamientos, elementos mecánicos, etc.).

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Imagen N º 6. Ventana después de seleccionar la opción Run del menú Analyze.

Fuente: SAP 2000.

Mediante la barra de desplazamiento vertical, en la ventana de la imagen numero 6 (Imagen anterior), se puede realizar la revisión de la información generada por la opción de análisis, de ella, por ejemplo, es convenienteverificar que el modelo posee el número de grados de libertad (número de ecuaciones de equilibrio) consistente con el número de nudos, grados de libertad activos y apoyos que tiene la estructura, el número de elementos, número de condiciones de carga, etc.

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Sobre el diseño en un modelo en SAP 2000 Con respecto al diseño como primer paso se seleccionará el tipo de diseño y características a utilizar, por ejemplo, en el caso de diseño de concreto se tendrán que especificar algunas características de refuerzo. Enseguida se puede especificar el tipo de diseño, cuando éste es tipo viga el diseño se realizará para flexión y cortante y, para tipo columna se considerará flexo compresión. Se puede especificar una configuración circular o rectangular para el refuerzo longitudinal y el tipo de refuerzo transversal (espiral o estribos rectos) así como las características del refuerzo longitudinal (recubrimiento, número de varillas y su diámetro Como segundo paso se deberá especificar las combinaciones de carga que se utilizarán para verificar el diseño activando las que se deseen para ser usadas en el diseño. El programa permitirá mostrar una información detallada acerca de las características de diseño del elemento, se puede mostrar información diversa de la ventana arrastrando el ratón (botón izquierdo hacia alguna zona especifica de la ventana, ver imagen N º 7).

Imagen N º 7. Detalle de los resultados de diseño de un elemento de concreto.

Fuente: SAP 2000

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Importar y exportar En relación a la importación SAP 2000, permite ingresar los datos de un archivo generado con AutoCAD, o bien para SAP90. Con respecto a la exportación SAP 2000 proporciona la flexibilidad de poder enviar los datos de la estructura existente a una archivo para SAP2000 con extensión .S2K el cual puede ser modificado por ciertos procesadores de texto (por ejemplo: WordPad, Microsoft Word) y poder ser utilizado nuevamente por SAP2000, o bien enviarlos a un archivo .DXF y poder ser interpretado por AutoCAD por ejemplo. Interacción con Excel La geometría generada con los comandos del editor gráfico del ambiente SAP2000 puede ser exportada a Excel, por ejemplo, seleccionando nudos y/o elementos y luego mediante la opción copiar del menú editar almacenar en el buffer para, una vez “abierto” Excel y posicionado el cursor en la celda a partir de la cual se colocará la información almacenada simplemente elegir la opción pegar del programa.

Imagen N º 8. Datos de la geometría exportados a Excel.

Fuente: SAP 2000.

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La operación inversa también es posible, par ello se tendrá que construir una serie de datos (celdas y columnas) de estructura muy similar a la que se muestra en la imagen anterior, para después, seleccionar el bloque de datos en Excel luego la opción copiar, enseguida cambiarse a SAP2000 y usar paste del menú edit. Otras alternativas para exportar datos y resultados directamente a Excel (a través de SAP2000) se encuentran en algunas opciones del menú desplegable de SAP2000. Relación con AutoCAD La geometría de la estructura puede ser generada por AutoCAD, por ejemplo, realizando el dibujo de las barras (líneas) en una capa (Layer) de nombre Sap frames (Imagen N º 9). La geometría así generada se deberá exportar a un archivo extensión dxf, para ello se utiliza la opción Guardar como del menú guardar de AutoCAD (Imagen N º 10).

Imagen N º 9. Geometría generada en AutoCAD.

Fuente: SAP 2000.

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Imagen N º 10. Exportando la geometría generada con AutoCAD a un archivo extensión dxf.

Fuente: SAP 2000.

VERSIONES DE SAP 2000 SAP 2000: Ofrece análisis estático y análisis dinámico modal espectral para elementos y placas. También diseña elementos de acero y concreto, y esta limitado a 1,500 nodos. SAP 2000 Plus: Ofrece las mismas características que la versión standar, y además análisis dinámico historial y análisis de elementos planos, sólidos. También incluye análisis de puentes y sin límites en el número de nodos. SAP 2000 Advanced: Expande las opciones del Plus con análisis dinámico historial de tiempo no lineal (amortiguadores o disipadores, aisladores de base) y ofrece además análisis Pushover 3-D estático no lineal. SAP 2000 Ultimate: Además de incluir todo lo anterior, tiene integrado dos módulos: Modulo de oleaje alejado de la costa, y el modulo de construcción en etapas.

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REQUISITOS MÍNIMOS DEL SISTEMA PARA PODER UTILIZAR SAP 2000 Sistema operativo Microsoft® Windows XP, Microsoft® Windows Vista, o Microsoft® Windows 7, 32 o 64-bit. Procesador Intel Pentium 4 o AMD Athlon 64. Memoria 2 GB para Windows XP, 4 GB para Windows Vista/7 Disco Duro Será necesario 6 GB de espacio en Disco Duro para instalar el programa. Tarjeta de video Que soporte resolución de 1024 por 768 y colores de 16 bits para el modo de grafico estándar

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REPRESENTANTE DE CSI (COMPUTERS AND STRUCTURES, INC.) EN CHILE MicroGeo S.A. Fundada en enero de 1982, con el objetivo de entregar al mercado soluciones tecnológicas a través de la comercialización y arriendo de instrumentos topográficos para el mercado de la ingeniería, arquitectura y construcción, Microgeo S. A. se ha caracterizado por su alto desempeño comercial siendo líder a nivel nacional y Latino Americano en la introducción de soluciones para el mercado CAD En el año 1985 introduce en forma innovadora soluciones para el mercado CAD (diseño asistido por computadora), agregando a su oferta: software CAD, plotters, mesas digitalizadoras, scanners de gran formato, computadores especializados de alto rendimiento, y en general todos los elementos de software, hardware, servicios y capacitación para el mercado del diseño asistido por computador CAD. El año 2002, Microgeo fue adquirido por Sonda S.A., empresa líder a nivel Latino Americano en proyectos y servicios relacionados con tecnologías de la información (TI). MicroGeo brinda capacitaciones con respecto a los software que distribuye, ya sean de Autodesk, CSI, entre otros, contando con un calendario de capacitación. MicroGeo S.A. se encuentra ubicada en la siguiente dirección: País: Chile Compañía: MicroGeo S.A. Localización: Camino El Cerro # 5154, Huechuraba, Santiago. Sitio Web: www.microgeo.cl Correo electrónico de contacto: Rodrigo.herrera@microgeo.cl

Imagen N º 11. Logo empresarial

Fuente: www.microgeo.cl

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SOFTWARE SIMILARES A SAP 2000 DE CSI. Etabs Etabs es un software de análisis estructural, cuyo origen también es CSI, desarrollado específicamente para el modelamiento y diseño de estructuras como edificios de oficinas o habitacionales. Existen dos versiones del programa diferenciadas en su capacidad de análisis:

Etabs Plus

Etabs Non Linear

Imagen N º 12. Software Etabs de la empresa CSI.

Fuente: www.microgeo.cl

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CSI Bridge Design CSI Bridge Design es un nuevo producto, generado por la empresa CSI y que está enfocado al análisis estructural, sísmico, diseño y evaluación de puentes simples y complejos. Todas las operaciones se integran en una interfaz única que proporciona un ambiente fácil e intuitivo de usar. Este programa se encuentra disponible en los siguientes niveles:

CSI Bridge Plus

CSI Bridge Advanced

Imagen N º 13. Software CSI Bridge Design de la empresa CSI.

Fuente: www.microgeo.cl

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Robot AutoDesk Proporciona a los ingenieros de estructuras funciones avanzadas de análisis y simulación de construcción para estructuras grandes y complejas, para muchos profesionales es lo mas parecido a SAP 2000. El software de análisis estructural dinamiza el flujo de trabajo y la interoperabilidad con Revit AutoDesk para ampliar el proceso BIM (Building Information Modeling), lo que permite a los ingenieros realizar análisis y simulación completos para gran variedad de estructuras en mucho menos tiempo.

Imagen N º 14. Software Robot de AutoDesk.

Fuente: www.autodesk.es

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CONCLUSIÓN Después de la realización del presente informe y de la investigación de los diversos objetivos fijados, se puede decir que la empresa CSI (computers and structures, inc.) es una empresa líder a nivel mundial en lo que respecta a la generación de software de análisis y diseño estructural. Uno de los programas computacionales de más renombre que esta empresa desarrolla es sin lugar dudas el software SAP 2000, software para análisis y diseño estructural, considerado por muchos profesionales como el mejor programa de análisis y diseños estructural. CSI (computers and structures, inc.) tiene distribuidores en muchos países, y por lo tanto en Chile no podría ser distinto, la empresa que tiene la tarea de distribuir el software en Chile es la empresa MicroGeo S.A., ubicada en la ciudad de Santiago de Chile. Es posible también optar a capacitaciones que son brindadas por esta empresa (MicroGeo), lo cual permite un acercamiento con el programa, capacitaciones que son esenciales para quienes comienzan a relacionarse con estos tipos de software, software que cada día como podrán darse cuenta se modernizan a un ritmo bastante rápido.

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BIBLIOGRAFÍA

CSI (computers and structures, inc.) < http://www.csiberkeley.com/sap2000 >. [Fecha de consulta: 08 de noviembre 2012]

Empresa MicroGeo S.A. < http://microgeo.cl/empresa/ >. [Fecha de consulta: 13 de noviembre 2012]

Software CSI distribuidos por MicroGeo S.A. < http://microgeo.cl/productos/analisis-estructural/ >. [Fecha de consulta: 15 de noviembre 2012]

Autodesk Robot Structural Analysis Professional < http://usa.autodesk.com/robot-structural-analysis-professional/ >. [Fecha de consulta: 17 de noviembre 2012]

YouTube, SAP 2000 principiantes 1 < http://www.youtube.com/watch?v=TxuKS3EfzXI >. [Fecha de consulta: 23 de noviembre 2012]

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