ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
2014 - I
Página 1
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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….
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 2
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 3
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 4
ANALISIS ESTRUCTURAL II
2014 - I
Ing. Santos Chacaltana V.
Es aquí en esta ventana el área de trabajo del SAP2000, para ello procederemos a conocer parte de esta ventana.
Muestra la totalidad de la interface gráfica. Contiene todas las herramientas y operaciones que puede realizar el programa. Están la principal con estas se realiza las operaciones más comunes y las laterales usado para modificaciones en la geometría de la estructura. Muestra la geometría del modelo de distintos planos y vistas. 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. 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.
Clic en el menú ventana:
, y luego clic en la pestaña
. Al hacer esto nos saldrá la siguiente
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 5
ANALISIS ESTRUCTURAL II
2014 - I
Ing. Santos Chacaltana V.
Es aquí donde nosotros debemos elegir las unidades y también el tipo de estructura que se querrá modelar, para nuestro caso, usaremos las unidades: ; 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. 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
Al hacer clic en la opción 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.
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 procederemos a colocar 3, ya que este valor representa el número de tramos. Mientras que en procederemos a colocar 6, y luego activaremos la opción quedándonos de la siguiente manera:
Luego de haber realizado los pasos anteriores daremos clic en que se muestra a continuación.
saliéndonos la ventana
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 6
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
En la ventana 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
Al activar a ctivar esta opción, procederemos a modificar mo dificar las dimensiones de la viga. vi ga. 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 y en la ventana que queda también se procederá a dar clic en Realizado el paso anterior el SAP2000 nos mostrará la siguiente ventana:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 7
ANALISIS ESTRUCTURAL II
2014 - I
Ing. Santos Chacaltana V.
Luego de ya haber definido las dimensiones se procederá a modificar los apoyos de la viga vi ga 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: Hacer clic
Luego de esto nos saldrá la siguiente ventana, en la cual en el área de debemos de activar la casilla con la opción de la manera como se muestra a continuación.
Realizado el paso anterior haremos clic en Ahora seleccionaremos sel eccionaremos el nudo 1 y 4 haciendo clic cli c sobre estos y luego nos dirigiremos al a l menú Estando ahí seleccionaremos la ficha y luego en guiándonos de la imagen que se muestran a continuación.
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
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 8
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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:
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
Como se dijo anteriormente, primero definiremos lo que es el material para lo cual haremos ha remos clic en la opción , al hacerlo el SAP2000 nos presentará la siguiente ventana.
Aquí estando seleccionado daremos clic en 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:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 9
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
Luego de eso damos clic en y nuevamente en Ok. 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 y luego la opción
En la ventana daremos clic en la opción . 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.
Hacemos clic en la opción , 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:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 10
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
Luego de esto haremos clic en , 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 en esa y en las demás ventanas posteriores.
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 , y luego a la opción y posteriormente a la opción .
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 11
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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 dándonos a entender que las propiedades anteriormente creadas han sido asignadas satisfactoriamente a nuestra viga. 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: 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 Para crear los casos de cargas debemos de hacer clic en el menú , luego clic en la opción Realizando estos pasos el SAP2000 nos mostrara la siguiente ventana:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 12
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
En la ventana anteriormente a nteriormente mostrada podemos observar que el Sap2000 tiene por defecto ya creado un tipo de carda denominado , 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 , y en el factor de multiplicación o también denominado , lo cambiaremos a cero; este c ambio 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 , es ahí donde deberemos digitar VIVA. Ahora nos dirigiremos al recuadro en blanco que se encuentra debajo de , y es ahí donde debemos de colocar el valor de cero. Luego de hacer hac er eso daremos clic en 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 escribiendo ahí la palabra VIVA, luego nos dirigermos a la lista de opciones que se encuentra debajo de daremos clic en el botón del triángulo invertido y elegiremos el tipo de carga Luego haremos clic en 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 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, 1.5WD+1.8WL, para ello nos dirigiremos al menú menú , luego clic en la opción Al hacer esto el Sap2000 nos mostrara otra ventana en la cual nosotros debemos de crear la combinación de carga antes mencionada .
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 13
ANALISIS ESTRUCTURAL II
2014 - I
Ing. Santos Chacaltana V.
En la ventana que nos apareció debemos de hacer clic en otra ventana que es al siguiente:
, donde luego se nos mostrara
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 ca rgas 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 l a 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 s olo que en vez de colocar 1.5 se colocará 1.8; debiéndonos quedar de la siguiente manera: FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 14
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
Luego de haber creado nuestra combinación de carga solo nos queda dar clic en Ok. Ya tenemos todos casi listo, ahora solo asi gnaremos 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.
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 15
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
Ahora si procederemos procederemos a analizar nuestra viga para 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.
Luego procederemos a chequear los diagramas de fuerza cortante y momento flector de la viga analizada.
Ahora procederemos a calcular el acero de la nuestra viga, para lo cual antes de eso 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 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 no sotros debemos elegir la combinación con c on la cual se diseñará nuestra viga, en este caso debemos elegir la combinación de carga creada anteriormente.
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 16
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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. Ahora para iniciar con co n el diseño dis eño de nuestro viga nos dirigiremos nuevamente al menú Design Des ign , luego a Concreto Frame Design y haremos clic en Start Design/Sheck of Structure.
Luego de esto el Sap2000 comenzara a realizar el diseño de nuestra viga al finalizar nos saldrá un dibujo como este:
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 17
ANALISIS ESTRUCTURAL II Ing. Santos Chacaltana V.
2014 - I
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.
Podemos observar en el recuadro que el área de acero calculada por el sap2000 es muy cercano al calculado manualmente. De esta manera concluimos conc luimos este pequeño manual de diseño de vigas en Sap2000, cualquier duda hacerlas llegar al correo
[email protected] correo
[email protected]
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – VIII “B”
Página 18
