Manual de Uso - ETABS

Modelo Computacional Geometría

ÍNDICE

1.- Selección de unidades de medida

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2.- Crear archivo nuevo

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2.1.- Crear grilla

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2.2.- Definir materiales

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2.3.- Definición de elementos estructurales

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2.4.- Dibujo del modelo

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2.5.- Replicar Plantas

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2.6.- Empotramiento de columnas

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2.7.- Unir losa con vigas, columnas y muros

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3.- Diafragma rígido

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4.- Ingreso de Cargas

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5.- Ingreso de Sobrecargas

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6.- Ingreso de Combinaciones de carga

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7.- Malla de elementos finitos

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8.- Run

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9.- Resultados

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1) Selección de unidades de medida:

El software computacional que se utilizara en la siguiente modelación es ETABS versión 9. Lo primero que debemos hacer es escoger nuestras unidades de medida, para nuestro caso utilizaremos Ton-m, esto se realiza en la ventana que se encuentra en la esquina inferior derecha, tal como se puede apreciar en las figuras 1 y 2

Figura 1

Figura 2

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2) Crear archivo nuevo: Para esto nos dirigimos a “Archivo” y seguimos los siguientes pasos, una vez que estemos en “Archivo”, seleccionamos “Nuevo Modelo”, lo que nos desplegara una ventana de “Inicialización de Modelo Nuevo” donde seleccionamos la opción “.edb x defecto”, esto se puede ver en la figura 3

Archivo-Nuevo Modelo-.edb x defecto

Figura 3

Esto desplegara una nueva ventana donde debemos escoger las características de la grilla.

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2.1.-Crear grilla:

Ahora procedemos a crear la grilla del edificio, para esto en sector de “Dimens. Malla (Planta)” seleccionamos la cantidad de ejes de la grilla y el espaciamiento entre ellos para la vista en planta. Mientras que en “Altura de Pisos” seleccionamos las características verticales de la grilla. Además debemos seleccionar “Solo Malla” para nuestro caso, ya que luego a medida que desarrollemos el modelo agregaremos los elementos estructurales, luego que hemos definido estos parámetros pulsamos “Ok”, esto se puede apreciar en la figura 4.

Figura 4.

A continuación se muestra como queda finalmente nuestra grilla para el edificio a modelar.

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Figura 5. Sin embargo esta figura muestra un modelo a priori, el siguiente paso es editar la grilla para adecuarla a nuestras necesidades.

Editar grilla: Para esto apretamos el botón derecho del mouse y seleccionamos “Editar Datos de la Malla” y seleccionamos “Modif. /Mostrar Sistema”, tal como se muestra en la figura 6.

Figura 6.

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Una vez realizado el procedimiento anteriormente descrito se desplegara la ventana que se puede apreciar en la figura 7, en dicha ventana, según sea la elección que realicemos “Ord.” o “Espacio” ingresaremos ya sea las coordenadas de los ejes (figura 7) o los espaciamientos entre ellos y apretamos Ok.

Una vez editada la grilla, finalmente se obtiene la siguiente grilla para nuestro edificio (Figura 8).

Figura 7.

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Figura 8. 2.2.- Definir materiales:

Para nuestro caso el edificio será construido en hormigón armado, para definir el material y sus características utilizamos “Definir” y luego seleccionamos “Propiedades Material”, lo cual despliega una ventana (Figura 9) en donde debemos elegir el material que queremos definir, este puede ser hormigón (CONC), acero (STEEL) u otro (OTHER).

Para el caso del hormigón como anteriormente se dijo elegimos “CONC” y luego seleccionamos “Modificar/Mostrar Material” (Figura 9), lo que desplegara una nueva ventana donde podemos modificar las propiedades del hormigón (Figura 10). Se modificó el f´c a 2000 ya que el hormigón a utilizar es un H25, y los fy se cambiaron por 4200 (por ser un acero A630-420H).

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Figura 9.

Figura 10. Procedemos de manera análoga para introducir las propiedades del acero, pero en lugar utilizar CONC ahora seleccionamos STEEL. Para introducir las propiedades de la albañilería se sigue el mismo procedimiento, pero en la figura 9 debemos seleccionar “Agregar material nuevo” y se procede a ingresar las propiedades de la albañilería

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Figura 11. Finalmente se obtienen los siguientes materiales:

Figura 12.

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2.3.- Definición de elementos estructurales:

Como los materiales ya están definidos procederemos a definir las secciones que utilizaremos en el modelo, en nuestro caso usaremos: vigas, columnas, muros y losas.

Vigas:

Para definirlas debemos utilizar el comando “Definir” – “Sección tipo Marco”, luego podemos agregar o editar las secciones propuestas por el programa, en este caso crearemos una nueva viga de sección rectangular seleccionando de la lista desplegable “Add Rectangular”.

Figura

Figura 13.

Inmediatamente se abre una nueva ventana que nos permite definir las propiedades de nuestra viga, primero seleccionamos el material creado previamente e ingresamos las dimensiones de la viga (30 cm de ancho y 60 cm de alto) y luego presionamos el botón “REFUERZO”, en esta sección seleccionamos el tipo de elemento (viga o columna) y también ingresamos los valores utilizados para el recubrimiento del refuerzo (en este caso 2,5 cm).

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Figura 12

Figura 14.

Figura 15. - Columnas: Para el diseño de este tipo de elemento se hace de la misma forma que para vigas, es decir se utiliza “Definir” – “Sección tipo Marco”, y se crea una nueva sección rectangular con “Add Rectangular”, en esta ventana se ingresan las dimensiones (40 x 40 cm) y luego se selecciona el botón “REFUERZO”

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Figura 16.

Aquí se elige la opción “Columna” y en “Datos del Refuerzo” se selecciona “Rectangular” para que el refuerzo transversal se haga mediante estribos. También es posible editar el número de barras en cada dirección, sin embargo dejaremos los valores por defecto en esta opción.

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Figura 17.

- Losas:

Para definir losas utilizaremos los comandos “Definir” – “Sección Muro/Losa/Deck”, luego podemos modificar la losa por defecto o crear una nueva, en este caso crearemos una nueva losa, seleccionando de la primera lista desplegable la opción “Add New Slab”

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Figura 18.

Luego en esta ventana seleccionaremos el tipo de material, el espesor y en el tipo de losa se utilizará “Membrana”, ya que con ésta opción la losa descarga en todos sus bordes, no solo en los nodos. Al igual que los casos anteriores, algunas propiedades pueden ser modificadas seleccionando modificadores, por ejemplo si hacemos el supuesto que la losa no aporta rigidez lateral, le colocamos valores bajos a los modificadores de flexión, no se le coloca 0 ya que esto arrojaría error.

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Figura 19.

- Muros: Se utilizan los mismos comandos que para losas, sin embargo en la primera lista desplegable se selecciona “Add New Wall”, se abre una nueva ventana donde podemos definir el nombre del muro, el material, el espesor y el tipo. Cuando hayamos definido estas características presionamos OK para regresar a la pantalla principal de ETABS.

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Figura 20

Figura 21.

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2.4.- Dibujo del modelo:

Para realizar el dibujo existen diversas opciones en ETABS para realizarlo, por lo que no detallaremos todas las opciones sino la que nosotros utilizamos para dibujar el modelo. En primer lugar seleccionaremos el piso donde queremos dibujar los objetos y luego, como todos los demás son iguales, replicaremos el dibujo en los demás pisos:

Existen dos tipos de elementos que debemos representar: “Objetos Línea” (vigas y columnas) y “Objetos Área” (muros y losas).

- Vigas:

Utilizaremos el comando “Dibujar Líneas” del costado izquierdo, se abrirá una pequeña ventana donde seleccionamos el elemento que queremos dibujar, en este caso V 30x60, también podemos elegir una opción para crear la viga paralela a algún eje específico y también definir si transmite momentos o no. Luego se dibuja la viga seleccionando en el punto inicial y final del elemento.

- Muros:

Ahora procedemos a hacer los muros, según sea el caso, podemos definir nuevos ejes o bien trazar muros paralelos para así obtener una referencia para hacer los muros. Para esto utilizaremos el botón “Dibujar Muros”, que nos permite hacer el muro seleccionando el punto inicial y final de éste. Para dibujar muros a cierta distancia de un eje podemos ingresar el valor de esta distancia en la sección “Desviac planta normal”.

Figura 22. NOTA: En primer lugar debemos definir nuestro muro como un “PIER”, para eso seleccionamos todas las secciones del muro y usamos el comando: “Asignar” – “Shell Area” – “Identificación del pier” y le asignamos un nombre este nuevo PIER: MURO1 etc

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Figura 23.

Figura 24.

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Y se obtiene:

Figura 25. Para el resto de los muros se sigue el mismo procedimiento. - Columnas:

- Losas:

Utilizando el botón “Crear Columnas en Región Con Clic”, del costado izquierdo, se abrirá una pequeña ventana donde seleccionamos el elemento que queremos dibujar, hecho esto podemos dibujar columnas en el eje global Z clickeando en cada punto donde deseamos crear una columna.

Se selecciona el botón “Crear Áreas con Clicks”, el cual nos permite dibujar la losa haciendo click en un punto interior de un área delimitada por las intersecciones de la grilla.

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Figura 26. 2.5.- Replicar Plantas:

Esto se utiliza en el caso que se desee modelar un edificio con la misma configuración en todos o algunos niveles. Para esto se utilizará el comando “Seleccionar Todo” – “Editar”- “Replicar”, se abrirá una ventana donde seleccionaremos los pisos en donde queremos replicar la planta dibujada y presionamos OK.

Figura 27.

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2.6.- Empotramiento de columnas:

En este punto de la modelación se proceden a empotrar las columnas a la base. Para lograrlo se procede a seleccionar las columnas que se deseen empotrar, una vez hecho esto usamos “Asignar” – “Nudo/Punto”-“Restricciones (Apoyo)”

Figura 28.

Para el caso de los muros se procede de manera análoga pero la restricción se especifica como apoyo fijo (Para efecto de la asignatura proyecto de estructuras)

2.7.- Unir losa con vigas, columnas y muros:

Ahora procedemos a unir las losas con las vigas, columnas y muros; para esto lo primero que debemos hacer es seleccionar todo luego seguimos el siguiente procedimiento “Asignar” – “Shell/Área”- “Restricción Automát. de Línea”

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Figura 29. 3.- Diafragma rígido:

Para lograr que las losas de nuestro edificio se comporten como diafragma rígido se debe seguir el siguiente procedimiento: Se selecciona el modo “All Stories” y se proceden a seleccionar todas las losas, una vez realizado esto se deben seguir los siguientes “Asignar”-“Shell/Area”-“Diaphragms”, lo cual despliega una nueva ventana en donde se debe seleccionar “D1” (figura 30) y “Modif./Show Diaphragms” esto despliega una nueva ventana (figura 31) en la cual debemos seleccionar “Rigid”, finalmente hacemos clic en “Ok” para confirmar la operación.

Figura 30

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Figura 31 Finalmente obtenemos lo siguiente:

Figura 32

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Sin embargo para fines estéticos y poder ver con mayor claridad los elementos estructurales utilizamos el comando “Estab. Opciones de Visualiz. del Edificio”, que se encuentra en la barras superior de comandos.

Figura 33 4.- Ingreso de Cargas:

CARGAS MUERTAS: Ahora procedemos a seleccionar todas las losas del edificio (En este caso vivienda) ya que todas presentan sobrecarga por peso propio, para esto seleccionamos “All Stories” (En el caso de edificios) y luego en la vista en planta seleccionamos todas las losas, una vez hecho esto seguimos los siguientes pasos “Asignar” - “Cargas de Superficie” – “Uniforme” y procedemos a asignar la carga muerta que se desee, seleccionando “DEAD” y en la ventana de carga uniforme se selecciona la magnitud.

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Figura 34. 5.- Ingreso de Sobrecargas: Se procede de manera similar al caso de las cargas muertas pero una vez que se ha desplegado la ventana que se mostró en la figura 33, en vez de seleccionar “DEAD” seleccionamos “LIVE” y le asignamos el valor que se desee, para nuestro caso utilizaremos una varga viva de 200kg/m2, es decir, 0.2 T/ m2, esto se puede ver en la figura 35.

Figura 35.

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Ya que en este caso tenemos el total de la carga muerta aplicada al multiplicador de peso propio le asignamos el valor cero, para esto vamos a “Definir” – “Casos de carga estáticos”

Figura 36. En esta misma sección agregamos la carga sísmica, ya que se realizara un análisis estático se selecciona “User Loads”, una vez que se tenga el peso sísmico de la estructura se incluirán estas cargas.

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6.- Ingreso de Combinaciones de carga: Para agregar la combinación se utilizará el comando “Definir”- “Combinaciones de carga”, inmediatamente se abrirá una ventana donde podemos agregar un nuevo combo, para luego definir los coeficientes de carga muerta (PP) y carga viva (SC). Presionando “Add” se van agregando los sumandos y luego se presiona OK.

Figura 37.

Figura 38.

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7.- Malla de elementos finitos: Para lograr compatibilidad entre la deformada de la losa y de las vigas, podemos crear una malla de elementos finitos mediante el siguiente procedimiento:

Primero seleccionamos todos los elementos con el botón “Seleccionar todo”

de la

barra de herramientas del costado izquierdo. A continuación seguimos la siguiente secuencia de opciones: “Assing” – “Shell/Area” – “Area Object Mesh Options”. Se abrirá una ventana donde seleccionaremos que los elementos área (muros y losas) se subdividan en elementos finitos que tengan un tamaño máximo de 1m. Luego presionamos OK.

Figura 39

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8.- Run: Finalmente solo falta hacer el análisis del modelo realizado anteriormente para el edificio asignado. Se puede hacer con el comando “Analizar” - “Correr Análisis”, inmediatamente aparece una ventana que muestra el análisis de la estructura.

Figura 38.

Figura 39.

Una vez que se ha finalizado el proceso de análisis el programa expone una vista de la estructura deformada.

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Figura 40. El análisis realizado proporciona las solicitaciones de cada elemento estructural, sus deformaciones, entre otros valores relevantes, sin embargo aquí expondremos solo los aspectos más relevantes.

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9.- Resultados: Una vez que se ha corrido el modelo se puede obtener los modos de vibrar , seleccionando el icono señalado se despliega la siguiente ventana, donde seleccionamos el modo de vibrar que se desea ver:

Figura 41. Lo que despliega el modo de vibrar seleccionado y su correspondiente periodo

Para obtener el centro de masa y rigidez nos dirigimos a “Mostrar” – “Show Tables” y se seleccionan las opciones mostradas a continuación

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Figura 42. Finalmente obtenemos la siguiente tabal de datos.

Figura 43.

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Ya que se contaba previamente con la SC y el PP, procedemos a obtener el peso sísmico mediante la combinación de carga: Psis = PP + 0.25 SC Ya que se cuenta con el total del PP, en proyecto de estructuras no se contara con este dato, por lo que el multiplicador de peso propio (Figura 36) tomara el valor 1 para considerar el PP de losas, columnas, muros, vigas etc, y el peso sísmico se obtiene mediante ETABS. Por lo antes expuesto para ESTE CASO obtenemos le peso sísmico como si fuera la resultante de la combinación de carga antes expuesta. Para esto seguimos el mismo procedimiento que para obtener el centro de masa y rigidez, pero en la figura 41 seleccionamos “Story Shear”

Figura 44. Con el peso sísmico obtenemos el corte, el cual se incluye en la carga sísmica (Figura 36), para lo cual seleccionamos la carga sísmica, y pulsamos la opción “Modif. Carga Lateral”

Figura 45.

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Lo que despliega una ventana donde se procede a incluir el corte y la correspondiente excentricidad, este procedimiento se realiza para el sismo en X e Y. (El sismo en x se debe incluir para X+ e X-, idem para sismo en Y)

Figura 46 Para obtener la reacción en los muros nos dirigimos a “Mostar” – “Show Tables” – “Wall Output” – “Fuerzas en muro” – “Table: Pier Forces”, lo que despliega la siguiente ventana.

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Figura 47

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