Manual Safe 2014 - Sesion 01

Al terminar la sesión el participante estará en Capacidad de:

Introducción al Entorno del Programa SAFE 2014  Introducción al SAFE  Aplica Herramientas Básicas  Inicio del programa

DISEÑO DE LOSAS Y CIMENTACIONES CON SAFE 2014

SESIÓN Nº 1

I.- INTRODUCCIÓN SAFE es un programa desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures, Inc. En Berkeley, California, EEUU. Se presenta en varias versiones (Standard, Plus y Advanced). Es un programa especializado que automatiza el análisis y diseño de simple a complejas plateas y cimentaciones de concreto usando avanzados sistemas de modelación. El programa puede analizar y diseñar losas y plateas de cimentación o plateas de formas arbitrarias y de espesor variable, de paneles desnivelados, con aberturas, vigas de borde y discontinuidades.

Las cimentaciones pueden ser combinaciones de plateas, franjas de cimentación o cimentaciones corridas, aisladas. SAFE, es una programa que aplica el método de elementos finitos, una moderna y consistente teoría el cual contempla la variación de las propiedades por los efectos de los momentos torsores. El enmallado es automático y está basado en parámetros especificados por el usuario. Las cimentaciones son modeladas como placas gruesas sobres cimentaciones elásticas, donde solamente la rigidez a la compresión del suelo es automáticamente discretizados basados en el módulo de la reacción de la sub-base que es especificada para cimentación.

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SAFE, proporciona las disposiciones del refuerzo y evalúa los efectos de corte por punzonamiento alrededor de la base de la columna. Entre sus opciones, se puede incluir características del agrietamiento en el modelo de elemento finito, basados en el refuerzo proporcionado a la losa. Además, una opción comprensiva de exportación está disponible en el ETABS, que automáticamente crea modelos completos de cualquier entrepiso o cimentación para su diseño inmediato en el SAFE. SAFE, realiza el diseño de cimentaciones o fundaciones con la forma real (sin aproximar la geometría). Cimientos aislados (circulares, rectangulares, irregulares,etc.), de borde, de esquina, combinados, sobre pilotes. Plateas con diferentes espesores, sobre distintos terrenos (en un mismo sistema de cimentaciones), con huecos, etc. Se pueden definir las condiciones de frontera que el usuario indique (Naturales o Impuestas). Refinamiento automatico de mallas. Exportación al autocad de la planta general de fundaciones. Cuantificación instantánea de materiales a utilizar. Análisis estructural normal o iterativo, diseña el concreto armado.

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PRESENTACIÓN Y USO DE NORMAS TÉCNICAS DE EDIFICACIONES EN EL PROGRAMA SAFE NORMA E020 - CARGAS: Artículo 1.- ALCANCES Las edificaciones y todas sus partes deberán ser capaces de resistir las cargas que se les imponga como consecuencia de su uso previsto. Estas actuarán en las combinaciones prescritas y no deben causar esfuerzos ni deformaciones que excedan los señalados para cada material estructural en su Norma de diseño específica. En ningún caso las cargas empleadas en el diseño serán menores que los valores mínimos establecidos en esta Norma. Las cargas mínimas establecidas en esta Norma están dadas en condiciones de servicio. Esta Norma se complementa con la NTE E.030 Diseño Sismorresistente y con las Normas propias de diseño de los diversos materiales estructurales.

Artículo 2.- DEFINICIONES

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Carga: Fuerza u otras acciones que resulten del peso de los m ateriales de construcción, ocupantes y sus pertenencias, efectos del m edio am biente, m ovim ientos diferenciales y cambios dim ensionales restringidos. Carga M ue rta: Es el pes o de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques y otros elem entos soportados por la edificación, incluyendo su peso propio, que sean perm anentes o con una variación en su m agnitud, pequeña en el tiem po. Carga Viv a: Es el pes o de todos los ocupantes, m ateriales, equipos, m uebles y otros elementos m ovibles soportados por la edificación.

NORMA E030 – DISEÑO SISMORRESISTENTE: Artículo 1.2.- ALCANCES Esta Norma establece las condiciones mínimas para que las edificaciones diseñadas tengan un comportamiento sísmico acorde con los principios señalados en numeral 1.3. Se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, al reforzamiento de las existentes y a la reparación de las que resultaran dañadas por la acción de los sismos. El empleo de sistemas estructurales diferentes a los indicados en el numeral 3.2, deberá ser aprobado por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, y

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demostrar que la alternativa propuesta produce adecuados resultados de rigidez, resistencia sísmica y ductilidad. Para estructuras tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisión, muelles, estructuras hidráulicas y todas aquellas cuyo comportamiento sísmico difiera del de las edificaciones, se podrá usar esta Norma en lo que sea aplicable. Además de lo indicado en esta Norma, se deberá tomar medidas de prevención contra los desastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento sísmico: tsunamis, fuego, fuga de materiales peligrosos, deslizamiento masivo de tierras u otros.

Artículo 1.3.- FILOSOFÍA Y PRINCIPIOS DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE La filosofía del diseño sism orresistente consiste en: a. Evitar pérdidas de vidas b. Asegurar la continuidad de los servicios básicos c. Minim izar los daños a la propiedad. Se reconoce que dar protección com pleta frente a todos los sismos no es técnica ni económ icam ente factible para la m ayoría de las estructuras. En concordancia con tal filosofía se establecen en esta Norm a los siguientes principios para el diseño: a. La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las personas, aunque podría presentar daños importantes, debido a movimientos sísmicos calificados como severos para el lugar del proyecto. b. La estructura debería soportar movimientos del suelo calificados como moderados para el lugar del proyecto, pudiendo experimentar daños reparables dentro de los límites aceptables.

c. Para las edificaciones esenciales, definidas en la Tabla Nº 5, se tendrán consideraciones especiales orientadas a lograr que permanezcan en condiciones operativas luego de un sismo severo.

Artículo 1.4.- CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE Debe tomarse en cuenta la importancia de los siguientes aspectos:

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- Simetría, tanto en la distribución de masas como de rigideces. - Peso mínimo, especialmente en los pisos altos. - Selección y uso adecuado de los materiales de construcción. - Resistencia adecuada frente a las cargas laterales. - Continuidad estructural, tanto en planta como en elevación. - Ductilidad, entendida como la capacidad de deformación de la estructura más allá del rango elástico. - Deformación lateral limitada. - Inclusión de líneas sucesivas de resistencia (redundancia estructural). - Consideración de las condiciones locales. - Buena práctica constructiva y supervisión estructural rigurosa.

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NORMA E050 – SUELOS Y CIMENTACIONES 1.1 OBJETIVO El objetivo de esta Norma es establecer los requisitos para la ejecución de Estudios de Mecánica de Suelos (EMS), con fines de cimentación, de edificaciones y otras obras indicadas en esta Norma. Los EMS se ejecutarán con la finalidad de asegurar la estabilidad y permanencia de las obras y para promover la utilización racional de los

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recursos. 1.2 ÁMBITO DE APLICACIÓN El ámbito de aplicación de la presente Norma comprende todo el territorio nacional. Las exigencias de esta Norma se consideran mínimas. La presente Norma no toma en cuenta los efectos de los fenómenos de geodinámica externa y no se aplica en los casos que haya presunción de la existencia de ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. En ambos casos deberán efectuarse estudios específicamente orientados a confirmar y solucionar dichos problemas. 1.3 OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS 1.3.1 Casos donde existe obligatoriedad Es obligatorio efectuar el EMS en los siguientes casos: a) Edificaciones en general, que alojen gran cantidad de personas, equipos costosos o peligrosos, tales como: colegios, universidades, hospitales y clínicas, estadios, cárceles, auditorios, templos, salas de espectáculos, museos, centrales telefónicas, estaciones de radio y televisión, estaciones de bomberos, archivos y registros públicos, centrales de generación de electricidad, sub-estaciones eléctricas, silos, tanques de agua y reservorios, empresas prestadoras de servicios públicos, entidades públicas y privadas e instalaciones militares en general. b) Cualquier edificación no mencionada en a) de uno a tres pisos, que ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2 de área techada en planta. c) Cualquier edificación no mencionada en a) de cuatro o más pisos de altura, cualquiera que sea su área. d) Edificaciones industriales, fábricas, talleres o similares. e) Edificaciones especiales cuya falla, además del propio colapso, represente peligros adicionales importantes, tales como: reactores atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo.

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f) Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes, pilares o plateas de fundación. g) Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad. En los casos en que es obligatorio efectuar un EMS, de acuerdo a lo indicado en este numeral, el informe del EMS correspondiente deberá ser firmado por un Profesional Responsable (PR). En estos mismos casos deberá incluirse en los planos de cimentación una transcripción literal del “Resumen de las Condiciones de Cimentación” del EMS (Ver 2.4.1.a) 2.4.1 MEMORIA DESCRIPTIVA a) Resumen de las Condiciones de Cimentación Descripción resumida de todos y cada uno de los tópicos principales del informe: - Tipo de cimentación. - Estrato de apoyo de la cimentación. - Parámetros de diseño para la cimentación (Profundidad de la Cimentación, Presión Admisible, Factor de Seguridad por Corte y Asentamiento Diferencial o Total). - Agresividad del suelo a la cimentación. - Recomendaciones adicionales.

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NORMA E060 – CONCRETO ARMADO Artículo 1.1.- ALCANCES 1.1.1 Esta Norma fija los requisitos y exigencias mínimas para el análisis, el diseño, los materiales, la construcción, el control de calidad y la supervisión de estructuras de concreto armado, preesforzado y simple. 1.1.2 Los planos y las especificaciones técnicas del proyecto estructural deberán cumplir con esta Norma. 1.1.3 Lo establecido en esta Norma tiene prioridad cuando está en discrepancia con otras normas a las que ella hace referencia. 1.1.4 Para estructuras especiales tales como arcos, tanques, reservorios, depósitos, silos, chimeneas y estructuras resistentes a explosiones, las disposiciones de esta Norma regirán en lo que sean aplicables. 1.1.5 Esta Norma no controla el diseño e instalación de las porciones de pilotes de concreto, pilas excavadas y cajones de cimentación que quedan enterrados en el suelo, excepto en lo dispuesto en el Capítulo 21. 1.1.6 Esta Norma no rige el diseño y la construcción de losas apoyadas en el suelo, a menos que la losa transmita cargas verticales o laterales desde otras partes de la estructura al suelo. 1.1.7 El diseño y construcción de losas de concreto estructural, vaciadas sobre moldes permanentes de acero consideradas como no compuestas, están regidos por esta Norma. 1.1.8 Esta Norma no rige para el diseño de losas de concreto estructural vaciadas sobre moldes permanentes de acero consideradas como compuestas. El concreto usado en la construcción de tales losas debe estar regido por los Capítulos 1 a 7 de esta Norma, en lo que sea aplicable. ANÁLISIS Y DISEÑO — CONSIDERACIONES GENERALES 8.1 MÉTODOS DE DISEÑO 8.1.1 Para el diseño de estructuras de concreto armado se utilizará el Diseño por Resistencia. Deberá proporcionarse a todas las secciones de los elementos estructurales Resistencias de Diseño (ØRn) adecuadas, de acuerdo con las Propiedad Intelectual del Autor: Ing. Luis A. Alcántara Ocas

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disposiciones de esta Norma, utilizando los factores de carga (amplificación) y los factores de reducción de resistencia, Ø, especificados en el Capítulo 9. Se comprobará que la respuesta de las elementos estructurales en condiciones de servicio (deflexiones, agrietamiento, vibraciones, fatiga, etc.) queden limitadas a valores tales que el funcionamiento sea satisfactorio. REQUISITOS DE RESISTENCIA Y DE SERVICIO 9.1 GENERALIDADES 9.1.1 Las estructuras y los elementos estructurales deberán diseñarse para obtener en todas sus secciones resistencias de diseño (ØRn) por lo menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para las cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en esta Norma. En todas las secciones de los elementos estructurales deberá cumplirse: Ø Rn ≥ Ru 9.1.2 Las estructuras y los elementos estructurales deberán cumplir además con todos los demás requisitos de esta Norma, para garantizar un comportamiento adecuado bajo cargas de servicio. PARTE 1 - REQUISITOS GENERALES DE RESISTENCIA 9.2 RESISTENCIA REQUERIDA 9.2.1 La resistencia requerida para cargas muertas (CM) y cargas vivas (CV) será como mínimo: U = 1,4 CM + 1,7 CV

(9-1)

9.2.2 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de viento (CVi), además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como mínimo: U = 1,25 ( CM + CV + CVi )

(9-2)

U = 0,9 CM ± 1,25 CVi

(9-3)

9.2.3 Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de sismo (CS), además de lo indicado en 9.2.1, la resistencia requerida será como mínimo: U = 1,25 (CM + CV) ± CS U = 0,9 CM ± CS

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(9-4) (9-5)

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II.- HERRAMIENTAS BASICAS DEL ENTORNO SAFE 2014 2. INTERFAZ PRINCIPAL Al entrar al programa se nos presenta una pantalla de fondo blanco con dos ventanas separadas verticalmente. Allí en la parte superior izquierda se encuentra activo el menú File donde se puede abrir o importar un modelo existente, o bien, generar un nuevo modelo. Por otra parte, en la parte superior se encuentra el menú Help.

Figura 1. Interfaz del SAFE

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2.1. LISTA GENERAL DE MENÚ EN PANTALLA

Figura 2. Lista de Barra de Menús Predeterm inadas

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2.2. DESCRIPCIÓN DE ICONOS EN PANTALLA

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Figura 3. Lista de Iconos de Menús Predeterm inadas

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2.3. MENÚ FILE: MENÚ ARCHIVOS. Para acceder a las plantillas o m odelos genéricos de análisis, guardar, im portar y exportar, hacer click en el m enú file. Al entrar al menú File, se presentan las siguientes opciones activas:

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2.3.1. New Model: Inicio de un Nuevo Modelo. Al seleccionar la opción “New Model” se nos presentan las diferentes estructuras predeterminadas y los datos para el diseño.

BARRA DE HERRAMIENT AS

VENTANA DE TRABAJO

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2.3.1.1 Design Data: Información para el Diseño. a) Design Preferences: Preferencias de Diseño

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b) Project Information: Información del Proyecto.

c) Units (Currently Metric): Unidades. Definir el Sistema de Unidades con el que se desea trabajar, para ello en la esquina inferior derecha de la pantalla se busca la opción Units, aparece la ventana y en ella se elige la opción Consistent Units

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En el cuadro de diálogo se elige el Sistema de Unidades a usar, para este análisis se usarán: Tonf, m, C como se observa en la imagen luego click en OK.

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2.3.1.2 Initial Models: Modelos Predeterminados de Inicio.

Figura 4. Plantillas Predeterm inadas A continuación se presenta una breve descripción de cada tipo:

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A.- PANTALLA SIN DEFINICIONES – OPCIÓN BLANK Se nos presenta la pantalla de fondo blanco con la plantilla cuadriculada de fondo, sin ningún tipo de definiciones, en blanco sin Grid.

B.- LOSA MACIZA DE CONCRETO CON CAPITELES SIN VIGAS – OPCION FLAT SLAB Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de los capiteles, espesor de los capiteles, dimensiones de las columnas y las cargas gravitacionales. Losas macizas de concreto sobre capiteles.

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C.- LOSA MACIZA DE CONCRETO CON CAPITELES Y VIGAS PERIMETRALES – OPCION FLATSLAB WITH PERIMETER BEAMS Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de los capiteles, espesor de los capiteles, dimensiones de las columnas, dimensiones de las vigas perimetrales y las cargas gravitacionales.

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D.- LOSAS MACIZAS DE CONCRETO EN DOS DIRECCIONES – OPCION TWO WAY SLAB Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de las columnas, dimensiones de las vigas y las cargas gravitacionales.

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E.- LOSAS MACIZAS DE CONCRETO APOYADA SOBRE EL SUELO UTILIZANDO MODULO DE BALASTO – OPCION BASE MAT Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de las columnas, el módulo de balasto y las cargas puntuales gravitacionales.

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F.- PLANTILLA DE GRID EN EL PLANO O 3D – OPCION GRID ONLY Al entrar se nos presenta una ventana donde se pueden definir las líneas de Grid para un Sistema de Coordenada Cartesiano o Cilíndrico.

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G.- LOSA DE CONCRETO CON NERVIOS EN AMBAS DIRECCIONES – OPCION WAFFLE SLAB Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de las columnas, dimensiones de nervios y las cargas gravitacionales.

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H.- LOSA DE CONCRETO CON NERVIOS EN UNA DIRECCION – OPCION RIBBED SLAB Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir el número de tramos, longitud de los tramos, longitud de los volados, espesor de la losa, dimensiones de las columnas, dimensiones de los nervios y las cargas gravitacionales.

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I.- ZAPATA AISLADA SENCILLA – OPCION SINGLE FOOTING Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir las dimens iones de la zapata, las cargas gravitacionales (axiales y momentos), la dimensión de la carga para el punzonado, el espesor de la zapata y el módulo de balasto.

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J.- ZAPATA COMBINADA – OPCION COMBINED FOOTING Al entrar se nos presenta una ventana donde se puede definir las dimensiones de la zapata, las cargas gravitacionales (axiales y momentos), la dimensión de la carga para el punzonado, el espesor de las zapatas, distancia entre ejes y el módulo de balasto.

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2.3.1.3 Definición de Líneas Grid: Para definir distancias y/o aplicaciones particulares entre los Grid (Ejes) en X e Y, se tiene el siguiente cuadro.

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_ Grid ID: Identificación del Grid. _ Visibility: Permite definir si el Grid se quiere mostrar en el modelo estructural. (Show: Mostrar; Hide: Ocultar) _ Bubble Loc: Permite cambiar la orientación del Eje. _ Bubble Size: Tamaño de los Ejes. _ Grid Color: Permite asignarle a cada Eje un color particular. _ Hide All Grid Lines: Ocultar todos los ejes. _ Reorder Ordinates: Reordenar Coordenadas.

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