MANUAL GESTIÓN DE PROYECTOS
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Contenido I.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 4
II.
OBJETIVOS ..................................................................................................... 6
2.1.
MANUAL DE USO / GUIA DE USUARIO. ............................................................... 6
2.1.1.
Pantalla Inicial. .................................................................................................... 6
2.1.2.
Lista General de Menú en pantalla. ..................................................................... 6
2.1.3.
Descripción de Iconos en Pantalla. ...................................................................... 7
2.2.
2. Menú File: Menú Archivos. .................................................................................. 8
2.2.1.
New Model:.......................................................................................................... 9
2.2.2.
Design Data: .......................................................................................................10
2.2.3.
Initial Models: ......................................................................................................12
2.2.4.
Opción Blank: .....................................................................................................14
2.2.5.
Opción Grid Only: ...............................................................................................14
2.2.6.
Opción Flat Slab: ................................................................................................16
2.2.7.
Opción Flat Slab with Perimeter Beams: .............................................................18
2.2.8.
Two Way Slab: ...................................................................................................20
2.2.9.
Mat Slab: ............................................................................................................22
2.2.10.
Waffle Slab: .....................................................................................................24
2.2.11.
Ribbed Slab: ...................................................................................................26
2.2.12.
Single Footing: ................................................................................................28
2.2.13.
Combined Footing: ..........................................................................................29
2.2.14.
Definición de líneas de Grid. ...........................................................................30
2.2.15.
Import: .............................................................................................................31
2.2.16.
Export: ............................................................................................................31
2.2.17.
Print Graphics: ................................................................................................31
2.2.18.
Print Tables: ....................................................................................................32
2.2.19.
Report Setup: ..................................................................................................32
2.2.20.
Create Report:.................................................................................................33
2.2.21.
Advanced Report Writer: .................................................................................33
2.2.22.
Capture Picture: ..............................................................................................34
2.2.23.
Menú Edit: .......................................................................................................34
2.2.24.
Copy and Paste:..............................................................................................35
2.2.25.
Grid Data:........................................................................................................36
2.2.26.
Interactive Database Editing:...........................................................................36
III.
ANEXOS .......................................................................................................112
3.1.
LOSAS .................................................................................................................112
3.1.1.
Sistemas de Losas ...........................................................................................112
IV.
CIMENTACIONES ........................................................................................122
4.1.
INTRODUCCION .................................................................................................122
4.2.
CLASIFICACION DE LAS CIMENTACIONES ......................................................122
4.3.
ZAPATAS. CLASIFICACIÓN................................................................................125
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 y P/T). 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 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
En SAFE, el análisis está basado en 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 sobre 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
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 piso o cimentación para su diseño inmediato en el SAFE.
I.
INTRODUCCION
II. 2.1.
OBJETIVOS
MANUAL DE USO / GUIA DE USUARIO.
2.1.1. Pantalla Inicial. 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.
2.1.2. Lista General de Menú en pantalla.
2.1.3.
Descripción de Iconos en Pantalla.
2.2.
2. Menú File: Menú Archivos.
Al entrar al menú File, se presentan las siguientes opciones activas:
2.2.1. 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.
2.2.2. Design Data: Información para el Diseño
Project Information: Información del Proyecto
2.2.3. Initial Models: Modelos Predeterminados de Inicio.
A continuación, se presenta una breve descripción de cada tipo:
Blank: Pantalla en Blanco sin Grid
Flat Slab: Losas macizas de concreto sobre capiteles.
Flat Slab Perimeter Beams: Losas macizas de concreto sobre capiteles y vigas perimetrales.
Two Way Slab: Losas Macizas de concreto que distribuyen cargas en dos direcciones
Base Mat: Losa Maciza de concreto apoyada sobre el suelo utilizando módulo de balasto
Grid Only: Plantilla de Grid en el Plano o 3D.
Waffle Slab: Losa con nervios en ambas direcciones (Reticular) de concreto con Capiteles
Ribbed Slab: Losa nervada de concreto con nervios en una dirección.
Single Footing: Zapata o Cimentación Aislada Simple
Combined Footing: Zapata o Cimentación Combinada.
2.2.4. Opción Blank: Se nos presenta la pantalla de fondo blanco con la plantilla cuadriculada de fondo.
2.2.5. Opción 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.
2.2.6.
Opción Flat Slab:
Losa Maciza de concreto con Capiteles sin Vigas 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.
2.2.7. Opción Flat Slab with Perimeter Beams: Losa Maciza de concreto con Capiteles y Vigas Perimetrales. 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.
2.2.8.
Two Way Slab:
Losas macizas de concreto en dos direcciones. 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.
2.2.9. Mat Slab: Losa Maciza de concreto apoyada sobre el suelo utilizando módulo de balasto 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.
2.2.10. Waffle Slab: Losa de concreto con nervios en ambas direcciones. 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.
2.2.11. Ribbed Slab: Losa de concreto con nervios en una dirección. 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.
2.2.12. Single Footing: Zapata Aislada Sencilla 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 la zapata y el módulo de balasto.
2.2.13. Combined Footing: Zapata Combinada 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.
2.2.14. Definición de líneas de Grid. Para definir distancias y/o aplicaciones particulares entre los Grid (Ejes) en X e Y, se tiene el siguiente cuadro:
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.
2.2.15. Import: Importar.
2.2.16. Export: Exportar:
2.2.17. Print Graphics: Imprimir Gráficos.
2.2.18. Print Tables: Imprimir Tablas
2.2.19. Report Setup: Imprimir el Grafico de la ventana activa
2.2.20. Create Report: Crear Reporte
2.2.21. Advanced Report Writer: Escribir Reporte Avanzado.
2.2.22. Capture Picture: Capturar Imagen.
2.2.23. Menú Edit: Menú Edición
2.2.24. Copy and Paste: Copiar y Pegar Se selecciona Copiar y luego Pegar, en donde se obtiene la siguiente ventana:
2.2.25. Grid Data: Información del Grid
2.2.26. Interactive Database Editing: Edición de Base Interactiva de datos A continuación, se presenta una ventana donde se puede seleccionar cualquier ítem para visualizarlo en la base interactiva de datos.
Al seleccionar “To Excel” se envía la tabla a Excel de la siguiente forma
Los datos en la hoja de cálculo de Excel se pueden modificar. Ejemplo: Se modifica el espesor de la zapata de 45 a 50 cms.
Luego, se selecciona “From Excel” y se actualiza la tabla en el SAFE
Finalmente, se selecciona “Apply To Model” y “Done” y se aplican los cambios al modelo
Replicate: Réplicas Tipo lineal
Ejemplo: Consideremos tres (3) elementos lineales ubicados en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se seleccionan los mismos, y luego se sigue la ruta:
MENU EDIT / REPLICATE / LINEAR
Una vez establecida la opción correspondiente con los datos indicados, se obtiene lo siguiente:
Tipo: Radial.
Ejemplo: Consideremos un elemento lineal ubicado en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se selecciona dicho elemento y luego seguimos la ruta:
Una vez establecida la opción correspondiente con los datos indicados, se obtiene lo siguiente:
Tipo: Simetría.
Tipo: Simetría. Ejemplo: Consideremos un elemento lineal ubicado en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se selecciona dicho elemento y luego seguimos la ruta:
MENU EDIT / REPLICATE / MIRROR
Una vez establecida la opción correspondiente con los datos indicados, se obtiene lo siguiente:
Merge Points: Tolerancia para Unión de Puntos
Aligned Points/Lines/Edges: Alinear Puntos, Líneas y Ejes
Ejemplo 1: Consideremos dos elementos lineales ubicados en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se seleccionan ambos elementos y el nodo del extremo del elemento que se quiere extender hasta la otra línea, que en este caso es la junta número 2, y luego seguimos la ruta:
MENU EDIT / EDIT LINES / TRIM & EXTEND FRAMES
Una vez establecida la opción correspondiente con los datos indicados, se obtiene lo siguiente:
Move Points/Lines/Areas: Mover
Ejemplo: Consideremos un elemento lineal ubicado en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se seleccionan dicho elemento, y luego seguimos la ruta:
MENU EDIT / MOVE.
Edit Lines: Editar Líneas. Se nos presenta un Sub-Menú con las siguientes opciones:
Divide Lines: Dividir Líneas
Ejemplo 1: Consideremos un elemento lineal ubicado en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se selecciona dicho elemento, y luego seguimos la ruta:
MENU EDIT / EDIT LINES / DIVIDE FRAMES.
Ejemplo 2: Consideremos dos elementos lineales ubicados en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se selecciona dicho elemento, y luego seguimos la ruta:
MENU EDIT / EDIT LINES / DIVIDE FRAMES.
Join Lines: Unir Líneas Ejemplo: Consideremos dos elementos lineales ubicados en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se seleccionan ambos elementos, y luego seguimos la ruta: MENU EDIT / EDIT LINES / JOIN LINES.
Convert Beams to Slab Areas: Convertir Vigas en Areas Ejemplo: Consideremos un objeto lineal tipo Viga de sección 100x30 ubicada en el plano XY tal como se muestra en la figura. Se selecciona dicho elemento, y luego seguimos la ruta: MENU EDIT / EDIT LINES / CONVERT BEAMS TO SLAB AREAS
Menú View: Menú Ver.
Set 3D View: Vista en 3D
Set Plan View: Vista en Planta
Set Elevation View: Vistas en Elevación
Set Display Options: Opciones de Vista en Pantalla
Set Elevation View: Vistas en Elevación
Set Display Options: Opciones de Vista en Pantalla
En este caso se selecciona el ítem que se desea aplicar para observar en pantalla.
Menú Define: Menú Definir
Materials: Materiales.
Add New Material Quick: Agregar un Nuevo Material de forma Rápida.
Add New Material: Agregar un Nuevo Material General Ejemplo: Material Tipo “Rebar”.
Slab Properties: Propiedades de Areas (Losas)
Area tipo “SLAB” se utiliza para Losas Macizas de Entrepiso
Area tipo “DROP” se utiliza para Capiteles o Dentellones
Area tipo “STIFF” se utiliza para Pedestales
Area tipo “MAT” se utiliza para Losas de Fundación.
Area tipo “WAFFLE” se utiliza para Losas Reticulares (Nervios en Ambas Direcciones)
Overall Depht: Altura Total Slab Thickness: Espesor de la Loseta Stem Width at Top: Espesor de los Nervios en el Tope Stem Width at Bottom: Espesor de los Nervios en la parte Baj
Spacing of Ribs that are Parallel to Slab 1-Axis: Distancia entre Nervios que se encuentran paralelos a la dirección del eje Local 1 del Área
Spacing of Ribs that are Parallel to Slab 2-Axis: Distancia entre Nervios que se encuentran paralelos a la dirección del eje Local 2 del Área
Area tipo “RIBBED” se utiliza para Losas Nervadas en una Dirección
Overall Depht: Altura Total Slab Thickness: Espesor de la Loseta Stem Width at Top: Espesor de los Nervios en el Tope Stem Width at Bottom: Espesor de los Nervios en la parte Baja Rib Spacing (Perpendicular to Rib Direction): Distancia entre Nervios (Perpendicular a la dirección de los Nervios) Rib Direction is Paralell to Local 1 or Local 2: Distancia entre Nervios es paralela al Eje Local 1 o Eje Local 2
Area tipo “FOOTING” se utiliza para Zapatas
En resumen, tenemos:
Es importante destacar que los objetos de Area se definen tipo SHELL: Elementos de área de tres o cuatro nodos. En cada Nodo se obtienen 6 grados de libertad (tres traslaciones U1, U2 y U3 y tres rotaciones R1, R2, R3). Son estables de forma independiente ante cargas perpendiculares y en el plano del elemento, por lo que presentan fuerzas axiales, Corte y Momentos
Dependiendo de la relación longitud/espesor (L/t) de un elemento, la deformación por corte puede ser despreciable en comparación con la deformación a flexión Si L/t > 10, se trata de una placa delgada, y por lo tanto se aplica la formulación de Kirchoff (Donde: L = longitud global del elemento de área, t = espesor del elemento)
La formulación de Kirchoff fue creada para los casos donde la deformación a corte es despreciable en comparación a la deformación por flexión, lo cual permite un ahorro importante de tiempo y esfuerzo de cálculo.
Si L/t < 10, se trata de una placa gruesa (THICK PLATE), y por lo tanto se aplica la formulación de Reissner/Mindlin
La Formulación de Reissner/Mindlin se aplica en el caso de elementos de espesor considerable donde la deformación a corte no se puede despreciar en comparación con la deformación a flexión.
Tensiones de Membrana y de Flexión en elementos Shell de placa delgada: Los elementos SHELL tienen una cara superior ("top face") y una inferior ("bottom face"). Por lo general las tensiones en la cara superior son diferentes a las tensiones en la cara inferior, salvo que la estructura trabaje con cargas axiales puras (es decir, fuerzas de membrana puras). En flexión pura, tensiones en la cara superior e inferior son exactamente iguales en magnitud, pero tienen sentido diferente: una cara trabaja a compresión y la otra a tracción. Las tensiones en elementos SHELL FINOS (Teoría de Kirchoff) se pueden descomponer en tensiones membrana y en tensiones de flexión (las tensiones de cortadura se desprecian ya que el espesor del elemento es pequeño comparado con las otras dimensiones del elemento),
Beam Properties: Propiedades de Vigas
Reinforcing Bar Sizes: Dimensiones de las Barras de Refuerzo
Column Properties: Propiedades de Columnas
Soil Subgrade Properties: Propiedades del Módulo de Balasto del Suelo.
Point Spring Properties: Propiedades de Resortes aplicados a Puntos.
Line Spring Properties: Propiedades de Resortes aplicados a Líneas
Groups: Grupos
Mass Source: Fuente de Masa
Load Patterns: Patrones de Carga
Load Cases: Casos de Carga
Load Combinations: Combinaciones de Carga
Tipos de Combinaciones según el Análisis: Linear Add: Todos los resultados de los casos o combinaciones se multiplican por su factor y se suman incluyendo su signo. Envelope: Se evalúa una envolvente de máximos y mínimos de los casos de carga o combinaciones definidos para cada resultado de los elementos y puntos. Los casos de carga que dan los máximos y mínimos son usados para esta combinación, por lo que el combo de cargas tiene dos valores para cada resultado de los elementos y puntos. Este tipo de combinación puede usarse para cargas móviles y cualquier otro caso de carga donde se requiera que la carga produzca la fuerza o esfuerzo máximo o mínimo. SRSS. Todos los resultados de los casos o combinaciones se suman aplicando la raíz cuadrada de los valores al cuadrado. Absolute Add. Todos los resultados de los casos o combinaciones se suman siempre de manera positiva.
Range Add. Presenta un reporte “Máximo” proveniente de la suma de los valores máximos positivos que contribuyen (un caso con un valor Máximo Negativo no Contribuye). Por otra parte, presenta a su vez un reporte Mínimo negativo proveniente de la suma de los valores mínimos negativos (un caso con un valor Máximo Positivo no Contribuye).
Tipos de Combinaciones según el Diseño: Strength (Ultimate): Se utiliza para el Diseño por Resistencia en Condición Ultima Service (Initial): Se utiliza para la Revisión de la Condición de Servicio en la Etapa Inicial Service (Normal): Se utiliza para la Revisión de la Condición de Servicio en la Etapa de Uso de la Estructura Service (Long Term): Se utiliza para la Revisión de la Condición de Servicio a Largo Plazo con Inercia Agrietada
Add Default Design Load Combinations: Agregar Combinaciones de Diseño por Defecto.
Database Tables Named Set: Definir Nombres de Tablas en Base de Datos
Menú Draw: Menú Dibujar
EJEMPLOS Ejemplo 1: Diseño estructural bajo cargas de gravedad de una losa maciza de concreto armada en 2 direcciones
En la figura siguiente se muestra la planta de una losa de concreto de un edificio de un solo nivel. Existe un ducto que corresponde a la escalera interior. La losa tiene un espesor de 25cm y está apoyada sobre muros de 30cm de espesor, paneles de refuerzo de columnas de 40cm de espesor y vigas de sección rectangular de 45cmx60cm en 2 vértices del perímetro. Las columnas son cuadradas de 45cm de lado. Los paneles de refuerzo (para Punzonamiento) sobre las columnas tienen una forma cuadrada de 1,80m de lado.
La losa cuenta con las siguientes características: - La altura de piso es 3,65m, bajo la losa.
- Concreto: f’c = 280 kg/cm2 - Módulo de elasticidad del concreto: E = 2,5x106 kg/cm2 - Densidad del concreto: 2400 kg/m3
Las cargas de gravedad a considerar para la losa son:
Carga Muerta: - Peso propio de la losa - Piso terminado: 100 kg/m2
Carga Viva: - Sobrecarga típica: 250 kg/m2 Realizar el diseño estructural por cargas de gravedad, utilizando el concepto de franjas de diseño y el código de diseño ACI 318-08.
DISEÑO EN CONCRETO ARMADO
Diseño basado en el método de las franjas De manera similar al diseño de vigas (método convencional), el diseño por flexión de losas en SAFE involucra la definición de conjuntos de franjas en 2 direcciones (A y B) que no son necesariamente perpendiculares. Se calculan las resultantes de esfuerzos en estas secciones de franja para calcular los momentos y cortantes de diseño (método Wood-Armer). Luego se diseñó cada franja de acuerdo con los criterios del código seleccionado. Alternativamente, SAFE también permite hacer un diseño basado en elementos finitos, útil para losas irregulares en las cuales la definición de franjas no es adecuada.
Definición de las franjas de diseño En este procedimiento se agregarán franjas de diseño al modelo. Éstas se crearán como polilíneas con anchos definidos. Las franjas de diseño determinan la manera en que el refuerzo será calculado y colocado en la losa. Las fuerzas son integradas en la sección de las franjas de diseño y son usadas para calcular el refuerzo requerido de acuerdo al código de diseño seleccionado. Típicamente, las franjas de diseño son ubicadas en 2 direcciones principales: Capa A y Capa B. Al igual que en el procedimiento de análisis, se debe activar la vista en planta y la característica de “Snap to:” debe estar activa para “Points” y “Grid Intersections”. Esta configuración se obtiene con el comando: Draw ~ Snap Options... Franjas en la dirección X Para agregar las franjas de diseño en la dirección “X”, utilice el siguiente comando:
Edit ~ Add/Edit Design Strips ~ Add Design Strips...
En el área de opciones activa “Add Design Strips Along Cartesian Grid Lines” para agregar franjas de diseño a lo largo de los ejes cartesianos. Para incluir franjas medias activa la casilla “Include Middle Strips”. Selecciona la dirección X en la opción “Grid Direction”. Seleccione “A” en “Strip Layer” a fin de crear franjas en dirección principal “A”. Seleccione “Auto” de tal manera que las
franjas generadas tendrán anchos que se ajustarán automáticamente a franjas adyacentes. Luego que se hace click en “OK”, las franjas de diseño en la dirección “X”, se mostrarán como líneas sólidas.
Haga click izquierdo en las franjas que se ubican debajo del eje 3 para seleccionarlas. En la barra de estado se mostrará el mensaje “4 Design Strips selected” para indicar que han sido seleccionadas 4 franjas de diseño. Si cometió un error, utilice el comando Select ~ Clear Selection para borrar la selección e intente nuevamente.
Haga click izquierdo sobre la losa (en cualquier sitio excepto donde se ubique una columna, un panel, una viga o una franja de diseño) para seleccionarla. Haga click, además, en los extremos izquierdos de las 4 franjas seleccionadas. En la barra de estado se mostrará el mensaje “4 Points, 1 Areas, 6 Edges, 4 Design Strips selected” para indicar que se habrán seleccionado: 4 nudos, 1 área, 6 vértices y 4 franjas de diseño. Luego invoque el sgte. comando: Edit ~ Align Points/Lines/Edges...
Seleccione la opción “Trim Line/Edge/Tendon/Strip Objects” para recortar las franjas de diseño seleccionadas hasta el borde de la losa. Luego seleccione la franja de diseño ubicada en el eje 5. Presione la tecla “Suprimir” para borrarla.
Para dibujar la franja de columna que corresponde a este eje 5, utilicemos el sgte. comando: Draw ~ Draw Design Strips... Ingrese los datos que se muestran a la derecha para generar una franja de columna de tipo “A”. Luego haga click en las intersecciones A5 y C5 para dibujar la franja. Adicionalmente, también haga click en las intersecciones D5 y F5 para completar esta misma franja de columna. Presione Esc para salir del comando.
Franjas en la dirección Y Para agregar franjas de diseño en la dirección “Y” utilice el sgte. comando y las siguientes opciones: Edit ~ Add/Edit Design Strips ~ Add Design Strips... En el área de opciones activa “Add Design Strips Along Cartesian Grid Lines” para agregar franjas de diseño a lo largo de los ejes cartesianos. Para incluir franjas medias activa la casilla “Include Middle Strips”. Selecciona la dirección Y en la opción “Grid Direction”. Seleccione “B” en “Strip Layer” a fin de crear franjas en dirección principal “B”.Seleccione “Auto” de tal manera que las franjas generadas tendrán anchos que se ajustarán automáticamente a franjas adyacentes. Luego que se hace click en “OK”, las franjas de diseño en la dirección “Y”, se mostrarán como líneas sólidas
Haga click izquierdo en las franjas que se ubican a la izquierda del eje D para seleccionarlas. En la barra de estado se mostrará el mensaje “6 Design Strips selected” para indicar que han sido seleccionadas 6 franjas de diseño. Haga click izquierdo sobre la losa (en cualquier sitio excepto donde se ubique una columna, un panel, una viga o una franja de diseño) para seleccionarla. Haga click, además, en los extremos inferiores de las 6 franjas seleccionadas. En la barra de estado se mostrará el mensaje “6 Points, 1 Areas, 6 Edges, 6 Design Strips selected” para indicar que se habrán seleccionado: 6 nudos, 1 área, 6 vértices y 6 franjas de diseño. Luego invoque el sgte. comando: Edit ~ Align Points/Lines/Edges...
Seleccione la opción “Trim Line/Edge/Tendon/Strip Objects” para recortar las franjas de diseño seleccionadas hasta el borde de la losa. El recorte de las franjas solo sirve para propósitos de visualización. El programa ignorará automáticamente la porción de la franja que se extiende fuera del borde de la losa.
Ejecución del análisis y diseño Run ~ Run Analysis & Design... Cuando el análisis y diseño han sido ejecutados, el programa automáticamente muestra la forma deformada.
Resultados del diseño Display ~ Show Slab Design...
Display ~ Show Beam Design...
Ejecución del detallado Detailing ~ Detailing Preferences...
Detailing ~ Slab/Mat Reinforcing Preferences...
Detailing ~ Drawing Sheet Setup...
Detailing ~ Drawing Format Properties...
Run ~ Run Detailing... Run ~ Show Detailing...
DISEÑO DE LOSAS NERVADAS Las losas nervadas se pueden considerar como losas que contienen viguetas de sección trapezoidal y que pueden orientarse en una dirección (ribbed) o en 2 direcciones (waffle). SAFE calcula la rigidez equivalente de la losa considerando la presencia de los nervios o viguetas. También se puede realizar un diseño basado en franjas para este tipo de losas.
LOSAS TIPO WAFFLE Este tipo de losa es adecuado cuando el concreto es relativamente costoso, las luces son generosas o cuando no es crítico seleccionar espesores delgados de losa. Eventualmente, también se pueden construir estas losas con un sistema de postensado. Generalmente, se disponen los “waffles” en zonas interiores de la losa, dejando regiones de losa maciza alrededor de los apoyos con las columnas
La sección que tienen los nervios que conforman este sistema de losa, pueden ser de forma trapezoidal, tal como se muestra a continuación:
A continuación, vemos que la mejor manera de generar estos modelos es utilizando una plantilla. Primero veamos el caso de una losa tipo Waffle:
La nomenclatura utilizada es la sgte.: Left Edge Distance: Distancia en voladizo en el borde izquierdo de la losa
Right Edge Distance: Distancia en voladizo en el borde derecho de la losa
Number of Spans: Número de tramos
Spacing: Espaciamiento entre ejes de cada tramo
Top Edge Distance: Distancia en voladizo en el borde superior de la losa
Bottom Edge Distance: Distancia en voladizo en el borde inferior de la losa
Slab Thickness: Espesor de la losa Column size (square): Dimensión del lado de la columna cuadrada Colum Height Below: Altura de la columna en el piso inferior Rib Dimensions: Depth: Peralte del nervio (incluyendo la losa) Rib Dimensions: Width Top: Ancho superior del nervio (se considera de sección trapezoidal) Rib Dimensions: Width Bottom: Ancho inferior del nervio (se considera de sección trapezoidal).
LOSAS TIPO RIBBED Ahora veamos el caso de una losa tipo Ribbed:
La nomenclatura utilizada es básicamente la misma que en el caso anterior.
Ejemplo 2: Análisis estructural de una platea de cimentación
En la figura siguiente se muestra la planta de una platea de cimentación de 1,50m de peralte. Se considera que la platea está apoyada sobre 2 tipos de suelos, uno rígido y otro flexible. El coeficiente de balasto del suelo rígido es de 2000 Tonf/m3 y el del suelo flexible es 1200 Tonf/m3. La platea está sometida a un momento flector de 1200 Tonf-m, proveniente de un muro de 3m de altura (entre los ejes C y D).
La platea cuenta con las siguientes características: - La altura del muro es de 3m, sobre la platea. - Concreto: f’c = 210 kg/cm2 - Módulo de elasticidad del concreto: E = 2,2x106 kg/cm2 - Densidad del concreto: 2400 kg/m3 Las cargas a considerar para la platea son: Carga Muerta: - Peso propio de la losa Carga de Sismo: - Momento flector: 2000 Tonf-m Realizar el análisis estructural considerando un posible levantamiento de la platea debido a la acción sísmica.
Edición de líneas guía File ~ New Model Seleccionamos la plantilla “Base Mat” y utilizamos los siguientes. Parámetros
Se corrige la ubicación el último eje, haciendo click derecho en los nudos. Luego en la lengüeta “Geometry” se editan manualmente las coordenadas de los nudos. La posición de este eje, luego es corregida, con el comando usual de Sistema de Coordenadas.
Define ~ Materials...
Definición de la sección de la platea de cimentación Define ~ Slab Properties...
Hay que tener en cuenta que SAFE incluye las deformaciones por fuerza cortante que son importantes en plateas de cimentación.
Definición de las propiedades de muros Define ~ Wall Properties...
Luego, se dibujan el muro entre los ejes C y D, con las siguientes propiedades:
Definición de la rigidez del suelo (coeficiente de balasto) Define ~ Soil Subgrade Properties...
Asignación de las propiedades del suelo Estratégicamente para aplicar diferentes propiedades al único objeto modelado que representa la platea se procede de la sgte. manera: - Se le aplica una propiedad nula de suelo al elemento actual de losa.
- Se dibujan 2 elementos de losa que no tienen propiedades (NONE). La primera se dibuja haciendo click en las intersecciones D4-E4-E3-D3 y el segundo en las intersecciones A4-D4-D3-E3-E1-A1.
- A la losa inferior de le asigna la propiedad de coeficiente de balasto “RÍGIDO” y a la losa de la derecha, la propiedad “FLEXIBLE”, tal como se muestra en la figura.
Eliminación de las restricciones del muro Se seleccionan los nudos superiores del muro y luego con el sgte. comando se retiran los apoyos: Assign ~ Support Data ~ Point Restraints...
Definición de los Patrones de Carga Define ~ Load Patterns... Se definen los patrones de carga utilizar en el modelo. Normalmente para que el patrón de carga muerta tome en cuenta el peso propio de la se debe utilizar un valor unitario para el parámetro “Self Weight Multiplier”.
Definición de los Estados de Carga Define ~ Load Cases... En los estados de carga se define el tipo de análisis. Cada estado de carga está asociado a patrones de carga (que pueden, inclusive, escalarse). Los tipos de análisis que se pueden realizar incluyen: estático, modal o hiperestático. Además, el análisis puede ser lineal o no-lineal. En este caso utilizaremos los 2 casos no-lineales siguientes:
Aplicación del patrón de carga sísmica Seleccionando las esquinas inferiores, y con el siguiente comando, aplicamos el par de fuerzas que representan un momento flector de 1200 Tonf-m. Assign ~ Load Data ~ Point Loads...
Ejecución del análisis y revisión de resultados Para ejecutar el análisis estructural: Run ~ Run Analysis... Para mostrar la deformada de la losa: Display menu ~ Show Deformed Shape... Se observa que en ningún caso existen esfuerzos en tracción en el suelo.
PATRONES DE CARGA VIVA (AUTOMÁTICOS) EN LOSAS
III. 3.1.
ANEXOS
LOSAS
3.1.1. Sistemas de Losas Tipos de losas armadas en 2 sentidos
Tipos de losas armadas en 2 sentidos
Losas armadas en 2 direcciones
Ábacos o paneles
Diseño a la rotura en la cual la losa se considera dividida en franjas medias y franjas de columnas. La sección crítica para el momento máximo negativo se ubica en la cara de las vigas, y para momento máximo positivo, al centro de los paños.
DISEÑO DE LOSA SOBRE PANELES Y COLUMNAS
Sistemas de Losas que trabajan en dos direcciones Con el paso del tiempo y la evolución de la tecnología, las vigas sobre las líneas que unen las columnas comenzaron a desaparecer gradualmente. El sistema de losa resultante, compuesto por losas macizas apoyadas directamente sobre columnas, se denomina placa plana (Figura 18-1(b)). La placa plana en dos direcciones es un sistema muy eficiente y económico, y en la actualidad es el sistema más utilizado para construcciones de múltiples pisos
tales como, hoteles, dormitorios, edificios de departamentos y hospitales. En comparación con otros sistemas de entrepiso/cubierta de hormigón, las placas planas se pueden construir en menos tiempo y con menores costos de mano de obra debido a que el sistema utiliza los encofrados y disposiciones de armadura más simples posibles. El uso de las placas planas también representa otras importantes ventajas económicas. Por ejemplo, debido a la escasa altura del sistema de entrepiso, la altura de piso se reduce automáticamente, lo cual da por resultado tabiques exteriores y conductos para tuberías y servicios de menor altura total; tabiques no estructurales de menor altura; una reducción de las longitudes de las tuberías para instalaciones sanitarias y sistemas contra incendio; y otros múltiples componentes que afectan el costo de una construcción. En ciudades como Washington D.C., donde existen limitaciones sobre la altura máxima de las construcciones, la escasa altura de las placas planas permite construir el mayor número de pisos posible para una altura dada. Las placas planas también permiten la mayor flexibilidad en la disposición de columnas, tabiques, pequeñas aberturas, etc. Otra ventaja de las placas planas que no se debe despreciar es su resistencia al fuego. En la mayoría de los casos, la altura de losa requerida por motivos estructurales proveerá la resistencia al fuego requerida por el código de construcción general, sin necesidad de rociar compuestos de protección contra el fuego. Esto es particularmente importante cuando las condiciones en obra permiten la aplicación directa del acabado del cielorraso sobre el intradós de las placas planas, eliminando la necesidad de instalar cielorrasos suspendidos. Como se puede ver, con las placas planas se pueden lograr ahorros tanto en los costos como en los tiempos de construcción.
Control de las flechas – Altura mínima de una losa En los diseños rutinarios, minimizando la relación altura/luz el diseñador podrá evitar cálculos de flechas extremadamente complejos. No es necesario calcular las flechas de las losas en dos direcciones si la altura total de la losa satisface los requisitos mínimos. En la Tabla se resumen las alturas mínimas para placas planas, losas planas y losas nervuradas, junto con las alturas mínimas para losas en dos direcciones. En esta tabla ℓn es la longitud de la luz libre en la dirección mayor de un panel de losa en dos direcciones. Los valores tabulados corresponden a las alturas mínimas determinantes determinadas para paneles interiores, de borde o de esquina, suponiendo una altura de losa constante para todos los paneles que componen el sistema de losa. Habitualmente con las dimensiones típicas de las vigas de borde se obtendrán relaciones de rigidez viga-losa α mayores que el valor mínimo especificado de 0,8. En la Figura siguiente a la tabla, se ilustra un ábaco de dimensiones normales o "estándar" que permitiría reducir la altura mínima requerida de un sistema de entrepiso compuesto por losas planas. Observar que si fuera necesario se puede utilizar un ábaco de mayores dimensiones en planta y altura para proveer resistencia al corte; sin embargo, no está permitido disminuir la correspondiente altura de la losa a menos que se realice el cálculo de las flechas.
DEFINICIONES Franja de Diseño: Para analizar un sistema de losas en dos direcciones ya sea mediante el Método de Diseño Directo o mediante el Método del Pórtico Equivalente, el sistema de losas se divide en franjas de diseño que consisten en una franja de columna y la mitad de una o dos franjas intermedias. La franja de columna se define como una franja que tiene un ancho igual a la mitad de la luz transversal o longitudinal, cualquiera sea el valor que resulte menor. La franja intermedia es una franja limitada por dos franjas de columna. El motivo por el cual se especifica que la franja de columna se debe basar en la menor de las longitudes ℓ1 o ℓ2 es para tomar en cuenta la tendencia que tienen los momentos de concentrarse alrededor de la línea de columnas cuando la longitud de la franja de diseño es menor que su ancho.
Para los sistemas de losas con vigas entre sus apoyos, las vigas deben incluir partes de la losa a modo de alas, como se ilustra en la figura siguiente. Las constantes de diseño y los parámetros de rigidez utilizados con el Método de Diseño Directo y el Método del Pórtico Equivalente se basan en las secciones de viga efectivas ilustradas.
ARMADURA DE LAS LOSAS El área mínima de armadura en cada dirección para los sistemas de losas que trabajan en dos direcciones = 0,0018bh (b = ancho de la losa, h = altura total) para barras de acero Grado 60, tanto para la armadura superior como para la armadura inferior
La máxima separación de las barras es 2h, pero esta separación no debe ser mayor que 18 in.
En la Figura se indican las prolongaciones mínimas para las armaduras en las losas sin vigas (placas planas y losas planas)
ABERTURAS EN LOS SISTEMAS DE LOSAS El Código permite que en un sistema de losas haya aberturas de cualquier tamaño, siempre que se realice un análisis que demuestre que se satisfacen tanto los requisitos de resistencia como los requisitos de comportamiento en servicio. Para las losas sin vigas, está permitido obviar el análisis, cuando se satisfacen los requisitos establecidos. En el área común de dos franjas intermedias que se intersecan, se permiten aberturas de cualquier tamaño. En el área común a dos franjas de columna que se intersecan, el tamaño máximo permitido para las aberturas es un octavo del ancho de la franja de columna en cualquiera de los dos tramos. En el área común a una franja de columna y una franja intermedia, el tamaño máximo permitido para las aberturas está limitado de manera tal que solamente se puede interrumpir, como máximo, un cuarto de la armadura de la losa en cualquiera de las franjas.
Es necesario mantener la cantidad total de armadura requerida para el panel sin aberturas, en ambas direcciones; por este motivo en los lados de la abertura se debe agregar una cantidad de armadura equivalente a la interrumpida por la misma. En la Figura se ilustran los requisitos para losas en las cuales se verifica ℓ2 > ℓ1. En la que se presenta una discusión del efecto de las aberturas sobre la resistencia al corte del hormigón en losas sin vigas.
Corte en los sistemas de losas que trabajan en dos direcciones Si los sistemas de losas que trabajan en dos direcciones están apoyados sobre vigas o tabiques, es poco frecuente que el corte en la losa sea un factor crítico para el diseño, ya que el esfuerzo de corte correspondiente a las cargas mayoradas generalmente está muy por debajo de la resistencia al corte del hormigón. Por el contrario, si las losas en dos direcciones apoyan directamente sobre las columnas como en el caso de las placas planas o las losas planas, el corte alrededor de las columnas constituye un factor crítico. La resistencia al corte de las uniones losa-columna exterior (sin viga de borde) es particularmente crítica ya que la totalidad del momento exterior negativo de la losa se debe transferir directamente a la columna. El diseñador no debe tomar a la ligera este aspecto del diseño de las losas en dos direcciones. Los sistemas de losas que trabajan en dos direcciones generalmente son bastante "tolerantes" si se comete un error en la distribución o incluso en la cantidad de armadura de flexión, pero no habrá tolerancia si no se provee la resistencia al corte requerido.
Ubicaciones críticas para la resistencia al corte de una losa
IV. 4.1.
CIMENTACIONES
INTRODUCCION
Los cimientos son los responsables de transmitir las cargas de las diferentes estructuras al terreno. Generalmente se construyen de hormigón armado, salvo obras de pequeña importancia, en las que puede ser más rentable emplear hormigón en masa. Todo proyecto de cimentación debe incluir un Estudio Geotécnico (estudio de las características del terreno) ya que la cimentación es la encargada de garantizar la estabilidad de la estructura que soporta a lo largo de la vida útil de la misma A partir del Estudio Geotécnico podremos conocer las propiedades del suelo (tensión admisible del terreno a las distintas cotas en Kg/cm2, densidad de la tierra, profundidad del nivel freático, posible asiento, ángulo de rozamiento del terreno, cohesión aparente, expansividad, etc.) Así, para la elección del tipo de cimentación, debe tenerse en cuenta, por una parte, la estructura que soporta, y por otra, las características del terreno en que se sitúa, teniendo en cuenta que una vez alcanzado un nivel de seguridad adecuado para la misma, ésta debe de ser lo más económica posible.
4.2.
CLASIFICACION DE LAS CIMENTACIONES
Las cimentaciones se clasifican en superficiales (zapatas y losas y profundas (pilotes), entre ambos casos podríamos considerar una solución intermedia que serían los pozos de cimentación.
a) Cimentaciones superficiales Resultan adecuadas para cimentar en zonas en que el terreno presente unas cualidades adecuadas en cotas superficiales, es decir, en zonas próximas a la parte inferior de la estructura. Las cimentaciones superficiales se clasifican en zapatas y losas. Zapatas: es el tipo de cimentación superficial más común. Se emplean cuando el terreno alcanza a cotas poco profundas la
resistencia adecuada en relación a las cargas a transmitir y además es lo suficientemente homogéneo como para que no sean de temer asientos diferenciales. Losas: a título general, podría decirse que ésta sería la solución adecuada, desde el punto de vista económico, para una cimentación superficial, cuando la superficie necesaria de zapatas supere el 50 % de la superficie en planta que ocupa la estructura (mayor facilidad de ejecución, menos encofrados, excavación menos dificultosa, etc). Se emplean cuando las cargas transmitidas al terreno con respecto a la planta a cimentar son elevadas (grandes silos, depósitos elevados, etc..), cuando la cimentación se encuentra por debajo del nivel freático, cuando la resistencia del terreno es baja, cuando las estructuras son poco deformables con objeto de disminuir los asientos diferenciales en terrenos poco homogéneos, etc.
b) Cimentaciones profundas Se construyen empleando pilotes de cimentación. Se adopta ésta solución cuando el terreno adecuado para cimentar se encuentra a cotas profundas, caso en el que la excavación necesaria para una cimentación a base de zapatas o losas sería antieconómica y dificultosa.
c) Pozos de cimentación Solución intermedia entre las cimentaciones superficiales y las cimentaciones a base de pilotes. Su empleo puede resultar interesante en aquellos casos en que la cota del terreno en que éste adquiere la resistencia necesaria para cimentar se encuentra a niveles intermedios.
Tipo de cimentación adecuada según la cota de Cimentación
Principales tipos de zapatas
Losas de Cimentación
Cimentación con pilotes 4.3.
ZAPATAS. CLASIFICACIÓN
a) Por su forma de trabajo: - Aisladas: si soportan un solo pilar. - Combinadas, si soportan dos o más pilares, en número reducido. Se emplean en medianerías para evitar la carga excéntrica sobre la última zapata, o cuando dos pilares están muy próximos entre sí, o, en general, para aumentar la superficie de carga o reducir asientos diferenciales.
-
Continuas o corridas bajo pilares, para soportar varios pilares alineados; se emplean en circunstancias parecidas a las zapatas combinadas.
Continuas o corridas bajo muros, para soportar muros. De medianería o esquina, Cuando se descentra soporte, suelen ir unidas mediante vigas riostra con el fin de mejorar la estabilidad del elemento de cimentación. Arriostradas, cuando varias zapatas se unen por medio de vigas riostras, para dar mayor rigidez al conjunto, en suelos mediocres, o cuando existen acciones horizontales. b) Por la relación entre sus dimensiones (lo que condiciona su forma de trabajo), pueden ser Rígidas: Relación vuelo/canto menor que 2.
Flexibles: Relación vuelo/canto mayor de 2
Preferentemente se emplearán zapatas aisladas para cimentar soportes, éstos se dispondrán centrados excepto en las zapatas de medianería y esquina. Las dimensiones en planta de la zapata se obtienen del cálculo de la estabilidad del elemento de cimentación (comprobación a hundimiento y asientos del terreno, estabilidad a vuelco y estabilidad a deslizamiento), mientras que el canto es un criterio del cálculo estructural (dimensionamiento de la zapata como elemento de hormigón armado). Se recomienda que el canto total h no sea inferior a 0,30 m, salvo casos excepcionales Las zapatas de medianería y esquina se proyectan preferentemente con viga centradora.
Los soportes están muy próximos y las zapatas aisladas, incluso rectangulares, son inviables por interferir entre sí. El plano de apoyo de la cimentación debe ser horizontal o ligeramente escalonado, suavizando los desniveles bruscos de la construcción. Es conveniente que las instalaciones queden por encima del plano de cimentación, no intersecando con zapatas o vigas centradoras. A partir del Estudio Geotécnico obtenemos la profundidad a la que el terreno alcanza la resistencia adecuada para cimentar. Se debe tener en cuenta que el terreno situado por debajo de la cimentación no debe verse afectado por las alteraciones del nivel freático. En proximidad de vías o corrientes de agua el plano de apoyo debe quedar más profundo que el nivel más bajo del agua. La cimentación se debe disponer sobre un
terreno de características geotécnicas homogéneas. Si el terreno de apoyo presenta discontinuidades o cambios sustanciales en sus características, se fraccionará el conjunto de la construcción de manera que las partes situadas a uno y otro lado de la discontinuidad constituyan unidades independientes.
En el proceso de dimensionamiento de la zapata en planta se siguen los siguientes pasos: 1. Predimensionamiento de la zapata en planta. 2. Cálculo de la distribución de presiones sobre el terreno. 3. Comprobación de que las presiones sobre el terreno no superan la tensión admisible del mismo. También se comprueba que éstas no sean inferiores en exceso, ya que estaríamos sobredimensionando. En caso de que no sean adecuadas las dimensiones en planta, vuelta a dimensionar. 4. Comprobación de la estabilidad a vuelco, y redimensión si fuese necesario. 5. Comprobación de la estabilidad a deslizamiento, y redimensión en su caso. 6. Cálculo de los asientos del terreno y comprobación de que los asientos no superan los admisibles; reajuste si fuese necesario.
Acciones a considerar en Zapatas
Distribución de tensiones bajo el terreno
Deformación del elemento de cimentación con distribución de tensiones bajo el terreno uniformes o trapezoidales.
Deformación del elemento de cimentación con
distribución de tensiones triangular.
Ejemplo de armado de zapata bajo Junta de dilatación.
Presiones admisibles en suelos arenosos. Fuente: J. Montoya
Presiones admisibles en suelos arcillosos. Fuente: J. Montoya
LOSAS DE CIMENTACION Las losas de cimentación son zapatas de gran tamaño encargadas de repartir lo más uniformemente posible las cargas al terreno. Sus principales características pueden ser: espesor reducido en función de sus otras dimensiones. Son útiles cuando la suma de las superficies de la zapata > 50% de la superficie de la edificación. Se trata de una solución cara por lo que su uso será en terrenos con baja resistencia pues en terrenos heterogéneos reducen asientos diferenciales
