Caiza Ejemplo de Análisis y Diseño Estruct...
EJEMPLOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL USANDO SAFE V8.04 Pablo Caiza Sánchez Centro de Investigaciones Científicas CEINCI-ESPE
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Introdu!"n. El propsito de este !anual es desarrollar e"e!plos de uso del progra!a S#$Ev%.&'. En pri!er lugar se realiza el análisis ( dise)o de una losa de hor!ign ar!ado. Se sigue la !etodología presentada en el *utorial del propio progra!a. No se pretende crear un !odelo co!plicado+ sino !ás bien !ostrar los diferentes ele!entos ,ue pueden ser !odela !odelados dos con S#$E. S#$E. Poster Posterior ior!e !ente nte se ep eplic licará ará la ep eport ortaci acin n de datos datos desde desde E*#S a S#$E ( el dise)o de losas alivianadas bidireccionales ( unidireccionales. $inal!ente ( con el fin de dar un vistazo al uso del progra!a para ci!entaciones se !odelarán un plinto aislado ( una zapata co!binada.
Pro#$to A% Lo&' d$ (or)!*"n 'r)'do '+o#'d' &o,r$ d!-$r$nt$& $$)$nto&. Se desea el análisis ( dise)o de una losa de cubierta hecha en hor!ign ar!ado. /a losa es irregular con unas di!ensiones generales de 012& !etros. Se halla apo(ada sobre una serie de vigas+ colu!nas ( !uros ( tiene una gran abertura interior para las escaleras de acceso+ co!o se observa en la $igura 0.
3ista en planta de la losa F!*ur' / 3ista
/as distancias entre e"es se resu!en en la *abla 0. T',' / 4istancias entre e"es EJES DISTANCIA )1 #- '.1 -C 1.1 C-4 2.1 4-E 2.1 0-2 '.1 2-5 5.1 5-' '.& '-1 '.1 1-6 5.1
/a losa es !aciza de 01 c!s+ slo ha( vigas ( colu!nas en el perí!etro ( las pri!eras son de 2151 c!s+ en tanto ,ue las segundas son todas de 2121 c!s pero tienen ábac ábacos os++ es deci decirr engr engros osa! a!ie ient ntos os en su parte parte supe superi rior or ,ue ,ue aseg asegur uran an una una buen buenaa trans!isin de cargas+ de '&'& c!s ( un grosor de 21 c!s. En la parte central el apo(o de la losa está dado por paredes con un espesor de 21 c!s. 7n 8lti!o dato adicional es ,ue el alto del piso deba"o de la losa es de 5.& !etros. *odo lo anterior se resu!e en la *abla 2 a continuacin. T',' 2 Características geo!9tricas de los ele!entos estructurales. ELEMENTO CARACTER3STICAS 3iga 2151 c!s Colu!na 2121 c!s ( 5.& ! de alto :baco '&'&c!s ( espesor de &.21 ! /osa ;aciza+ 01 c!s de espesor
!2 !ás el peso propio+ ( carga te!poral de 21& ?g>!2. Estos valores se resu!en en la *abla 5. T',' T',' Cargas e!pleadas. C#!2 A peso propio 21& =g>!2
P'&o /% E)+$5'r un nu$6o )od$o Es necesario realizar las siguientes tareasB - Co Colo loca carr las las unid unidad ades es de !edi !edida da.. - 4efinir 4efinir la !alla !alla en dond dondee se colocará colocaránn los diferente diferentess ele!ent ele!entos os estruct estructurale urales. s. - uardar el !odelo. /./ Coo'r '& un!d'd$& un!d'd$& d$ )$d!d'. /as unidades nor!al!ente usadas son *oneladas ( !etros. No &$ d$,$ &u,$&t!)'r ' !)+ort'n!' d$ $&t$ +'&o . Es !u( co!8n co!8n++ por por e"e! e"e!pl plo+ o+ conf confun undi dirr !etr !etros os con pulgadas ( *oneladas *oneladas con libras. Si el pro(ectista lograra al final obtener alg8n resultado+ 9ste es co!pleta!ente irreal. En la es,uina inferior derecha de la pantalla+ pantalla+ ca!bie las unidades unidades a *on-!. *on-!.
/.2 D$-!n!r D$-!n!r ' ' )''. )''. Nor!al!ente esta !alla !alla está for!ada por los los e"es de la estructura. estructura. Para definirla use la siguiente secuencia de co!andosB ;en8 $ileD+ opcin Ne ;odelD. /lene la ventana ,ue se abre co!o se indica en la $igura 2B
F!*ur' 2 Cuadro inicial para definir la !alla
/os dos pri!eros datos+ en el área Nu!ber of rid /inesD+ son el n8!ero de líneas Fo e"esG de la !alla tanto en la direccin H co!o en la . /os siguientes datos+ en el área rid SpacingD+ son el espacia!iento entre líneas. Puesto ,ue estos espacia!ientos en realidad no son constantes+ a continuacin deberá editar la !alla. Presione el botn en la parte inferior de esta pantalla Edit ridJD. #parece el cuadro ,ue se indica en la $igura 5.
F!*ur' Edicin de la !alla
Kbserve Kbserve ,ue al presionar presionar las opciones opciones H ridD o ridD del área 4ispla( 4ispla(D+ D+ se !uestran las coordenadas de los e"es en direccin H o . Si desea ver el espacia!iento entre e"es+ eli"a la opcin SpacingD en el área 4ispla( rid asD. ;odifí,uelas co!o se indica en la *abla *abla 0. $inal!ente se puede indicar el nivel de referencia F,ue coincide con el centro de gravedad de los ele!entos dibu"adosG llenando el ca!po LD del área 4atu!D.
#l ter!inar sus ca!bios presione el botn K=D. El progra!a !ostrará en la pantalla dos ventanas. En la iz,uierda habrá una vista en planta+ en la derecha derecha una vista 54. /a ventana de la iz,uierda iz,uierda está activa+ activa+ se nota por,ue el color de la barra título en su parte superior es !ás intenso. Puede ca!biar entre ventanas si!ple!ente haciendo clic sobre ellas. Note final!ente ,ue el n8!ero de ventanas se ca!bia usando el !en8 KptionsD+ la opcin MindosD.
/. 7r','r 7r','r $ )od$o )od$o.. Para evitar p9rdidas de infor!acin se reco!ienda ,ue el !odelo se guarde a !enudo. 7se el !en8 $ileD+ la opcin SaveD. En la pantalla ,ue se abre indi,ue la carpeta en ,ue se guardará el archivo Fen caso necesario cree una nuevaG (+ guarde su traba"o ba"o el no!bre ;odelo0D. P'&o 2% D$-!n!r +ro+!$d'd$&. 4eben definirse las siguientes propiedadesB - /osa /osas+ s+ ába ábaco coss de colu colu!n !nas as ( colu colu!n !nas as.. - 3igas. 2./ D$-!n!!"n d$ o&'& 9,'o& d$ ou)n'& # ou)n'&. Para definir las propiedades de losas+ ábacos de colu!nas ( colu!nas use el !en8 4efineD+ la opcin Slab PropertiesD. #parece #parece el cuadro indicado en la $igura '.
F!*ur' 4 Cuadro inicial para definir las propiedades de losas+ ábacos ( colu!nas
Para Para hacer hacer !odif !odifica icacio ciones nes en la losa losa den deno!i o!inad nadaa S/#0 S/#0D+ D+ aseg8 aseg8res resee ,ue est9 est9 re!arcada ( luego presione el botn ;odif(>Sho Propert(D. /lene el nuevo cuadro co!o se indica en la $igura 1.
F!*ur' : Cuadro de propiedades de las losa.
Kbserve ,ue ha( un ca!po+ pen8lti!o a la iz,uierda+ deno!inado *(peD ,ue en este !o!ento tiene la opcin SlabD. Note ,ue ade!ás de SlabD FlosaG+ ha( las opciones 4ropD FábacosG+ Colu!nD Fcolu!naG+ MaffleD Flosas con nervios en dos direccionesG+ o d$ o&'&. *raba"e con una pantalla con dos ventanas Frevisar el !en8 KptionsD+ la opcin MindosDG. #seg8rese ,ue la ventana iz,uierda está activa ( en ella use una vista en planta Frevisar el !en8 3ieD+ la opcin Set Structural /a(erDG.
interseccionesD+ deno!inada snap to points>intersectionsD est9 activada F!en8 4raD+ opcin Snap toD+ subopcin PointsDG. 4e esta !anera podrá posicionar con precisin los ob"etos área. Para dibu"ar losas use el !en8 4raD+ la opcin 4ra #rea Kb"ectsD. /lene el cuadro ,ue aparece co!o se indica en la $igura 02.
F!*ur' /2 Cuadro de propiedades del ob"eto área ,ue será usado para la losa
Para ca!biar el ca!po *(pe of #reaD+ haga clic sobre el ca!po de edicin in!ediata!ente a la iz,uierda ( eli"a la opcin necesaria de la lista ,ue aparece. En el ca!po Propert(D esco"a /KS#+ ,ue es el no!bre con el ,ue se defini previa!ente a la losa del e"e!plo. El dibu"o debe hacerlo haciendo clic sobre las es,uinas de la losa+ siguiendo la direccin del relo". Presione la tecla EscD para salir de esta opcin de dibu"o. Note ,ue la losa obtenida debe a!pliarse un poco para to!ar en cuenta el ancho de los ábacos de las colu!nas. Para hacerlo apunte con el !ouse a una de las es,uinas ( presione su botn derecho. #parecerá un cuadro con las propiedades del punto en la es,uina co!o se ve en la $igura 05.
F!*ur' / Cuadro de infor!acin sobre el ob"eto punto
;odifi,ue las coordenadas HD o D en el área Identification and /ocationD para to!ar en cuenta el ta!a)o de las colu!nas. o d$ 9,'o&. 7se el !en8 4raR+ la opcin o d$ ou)n'&. El dibu"o de colu!nas es necesario sobre todo para asegurar ,ue los ábacos ( losas conectadas a ellas tengan las luces correctas. 7se el !en8 4raR+ la opcin 4ra o d$ 6!*'&. 7se el !en8 4raR+ la opcin 4ra /ine Kb"ectsD. /lene el cuadro ,ue aparece co!o se indica en la $igura 20.
F!*ur' 2/ Propiedades del ob"eto línea
Presione el botn iz,uierdo del !ouse al inicio ( al final de cada viga. Para ter!inar una viga e ir a otra ubicacinB doble clic. Sie!pre cree las vigas de iz,uierda a derecha ( de aba"o hacia arriba. #l ter!inar presione la tecla EscD para salir de esta opcin de dibu"o.
:.< D!,u>o d$ ',$rtur'&. 7se el !en8 4raR+ la opcin 4ra !2 !ás el peso propio de vigas+ colu!nas ( losas. /a carga viva es de &.2&& *>!2. /as cargas sís!icas son estáticas con un coeficiente sís!ico de &.02. El !odelo usado se puede visualizar en la $igura 55.
F!*ur' ;odelo desarrollado en E*#S
7na vez co!pleto el !odelo debe correrse. # continuacin ( para eportar las losas a S#$E+ use el !en8 $ileD+ la opcin @E+ort ( la subopcin Save Stor( as S#$E.f2? *et $ileJD. Kbtendrá un cuadro en el ,ue deberá indicar ,u9 losa desea eportar ( ba"o ,u9 condiciones. Puesto ,ue la estructura se corri+ eli"a la opcin Eport $loor /oads plus Colu!n and Mall 4istortions. Esto per!itirá incluir el efecto sobre la losa de por e"e!plo distorsiones por cargas sís!icas. Posterior!ente se abrirá un nuevo cuadro en el ,ue se deberá indicar el no!bre del archivo ,ue se crea. En este e"e!plo+ la losa bidireccional se graba ba"o el no!bre ;od2#.f2? ( la losa unidireccional ba"o ;od2.f2?.
P'&o /% L' o&' ,!d!r$!on' !)+ort'd' d$&d$ ETAS En el progra!a S#$E para i!portar la losa bidireccional use el !en8 $ileD+ la opcin I!portD+ la subopcin S#$E 36>v.$2= $ileJD. En el !odelo i!portado+ se debe revisar en pri!er lugar las características de la losa. 7se el !en8 4efineD+ la opcin SlabD. Kbtiene un pri!er cuadro en el ,ue+ luego de
resaltar la losa deno!inada /KS#ID+ debe presionar el botn ;odif(>Sho PropertiesD. Se abre el cuadro indicado en la $igura 5'.
F!*ur' 4 Propiedades iniciales de la losa bidireccional
Para !odificarlo+ ca!bie la opcin SlabD a Maffle ( llene los otros ca!pos co!o se indica en la $igura 51.
F!*ur' : Propiedades finales de la losa bidireccional
Para salir de estos cuadros ( aceptar su traba"o presione dos veces el botn K=D. Puede correr el progra!a ( posterior!ente realizar el dise)o. Kbtendrá pantallas co!o las ,ue se indican en las $iguras 56 ( 5.
F!*ur' ; #r!ado por fran"as horizontales
F!*ur' < #r!ado por fran"as verticales
P'&o 2% L' o&' un!d!r$!on' !)+ort'd' d$&d$ ETAS 7se las !is!as secuencias de co!andos ,ue para la losa bidireccional. Cuando obtenga el cuadro de propiedades de la losa !odifí,uelo co!o se indica en la $igura 5%.
F!*ur' 8 Propiedades de la losa unidireccional
/os resultados tanto en direccin H co!o en se observan en las $iguras 5O ( '&.
F!*ur' = #r!ado por fran"as horizontales
F!*ur' 40 #r!ado por fran"as verticales
/as diferencias son ta!bi9n evidentes en las defor!adas de las $iguras '0 ( '2.
F!*ur' 4/ 4efor!ada losa bidireccional
F!*ur' 42 4efor!ada losa unidireccional
Pro#$to C% P!nto '!&'do Se desea el análisis ( dise)o de un plinto aislado de 0.'&0.'& !etros+ espesor &.51 !. El plinto sirve de base a una colu!na centrada de &.5& ! de lado. Se conoce ade!ás ,ue el suelo tiene un esfuerzo ad!isible de 21 *>!2. /as cargas se resu!en en la *abla 1. C#Sho Propert(JD. El cuadro ,ue se abre debe ser igual al de la $igura '6.
F!*ur' 4; Propiedades del suelo de apo(o
Para salir aceptando su traba"o presione dos veces el botn K=D.
P'&o % Mod!-!'!"n d$ o& $&t'do& d$ 'r*'. Para au!entar los estados de carga sis!o en H+ ( sis!o en use el !en8 4efineD+ la opcin Static /oad CasesJD ( llene el cuadro ,ue se abre co!o se indica en la $igura '.
F!*ur' 4< Estados de carga
Para colocar las cargas+ por e"e!plo por sis!o en H+ !ar,ue el nudo del centro del plinto ( use el !en8 #ssignD+ la opcin Point /oadsJD. /lene el cuadro ,ue se abre co!o se indica en la $igura '%.
F!*ur' 48 Cargas para sis!o en H
Para salir aceptando su traba"o presione el botn K=D. Siga un procedi!iento si!ilar para las cargas sis!o en . uarde su traba"o con el no!bre ;odelo5D.
P'&o 4% Contro d$ t$n&!on$& $n $ &u$o. Para evitar la posibilidad de ,ue se presente tensin en el suelo+ lo ,ue no es posible+ use el !en8 #nal(zeD+ la opcin Set KptionsJD ( llene el cuadro ,ue se abre co!o se indica en la $igura 'O.
F!*ur' 4= Kpciones de análisis
Co!o el !odelo está listo puede analizarlo ( posterior!ente dise)arlo. Kbtendrá resultados co!o los !ostrados en la $igura 1&.
F!*ur' :0 #r!adura longitudinal en sentido H Para obtener el n8!ero de hierros de un diá!etro dado+ use el !en8 4esignD+ la opcin 4ispla( Slab 4esign InfoJD. /lene el cuadro ,ue se abre co!o se indica en la $igura 10.
F!*ur' :/ Kpciones de visualizacin del ar!ado longitudinal
Para obtener la relacin entre el cortante actuante ( el resistente alrededor de la colu!na use el !en8 4esignD+ la opcin 4ispla( Punching Shear
