Manual modelado de porticos de c.a. en sap2000

MANUAL: Modelado de Pórticos de Concreto Armado en SAP2000
Marzo, 2015
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Manual:
Modelado de Pórticos de
Concreto Armado en
SAP2000
Por. Ing. Gabriela Guzmán
Marzo, 2015.

Marzo, 2015
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CONTENIDO
PARTE 1. EJERCICIO PLANTEADO………………………………………………………….3
PARTE 2. EL MODELO………………………………………………………………………….4
1- Nuevo Modelo……………………………………………….…………………………………4
2- Personalización de la plantilla de pórticos planos………………………………………....4
3- Editar la Grilla……………………………………………………………………….………….5
4- Definir Secciones………………………………………………………………………………5
5- Definir Materiales………………………………………………………………………………6
6- Asignar secciones a vigas y columnas en plantilla………………………………………..11
7- Visualizar secciones asignadas en el modelo……………………………………………..12
8- Asignar secciones diferentes a vigas y columnas…………………………………………13
9- Visualizar orientación de columnas………………………………………………...……….14
10- Girar Columnas rotando sus ejes locales…………………………………………………16
11- Definir Patrones de Carga………………………………………………………………….16
12- Incluir el peso propio de los elementos en el caso CP…………………………...……..17
13- Crear Combinaciones de Carga……………………………………………………………18
14- Asignar carga distribuida CP, CV y CVt a vigas………………………………………….21
15- Asignar carga por sismo a juntas laterales……………………………………………….23
16- Asignar empotramientos a las juntas de la base…………………………………………24
PARTE 3. EL ANALISIS……………………………………………………………..…………25
17- Seleccionar los grados de libertad a analizar. …………………………………………..25
18- Correr el análisis del modelo. …………………………………………….……………….26
PARTE 4. RESULTADOS DEL ANALISIS……………………………………………..........26
19- Visualizar resultados en forma grafica…………………………………………………….26
20- Visualizar resultados en tablas…………………………………………………………….28
21- Exportar tabla de resultados a Excel………………………………………………………30
PARTE 5. INFORMACION ADICIONAL………………………………………………………30
22- Añadir volados al pórtico con el comando “Extrude” ……………………………………30
23- Revertir conectividad en elemento………………………………………………………...31

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PARTE 1. EJERCICIO PLANTEADO.

PARTE 2. EL MODELO
1- Para iniciar un nuevo modelo, se sigue la ruta:
File > New Model
1.1. Seleccionar unidades
de trabajo.
1.2. El tipo de
plantilla que
debemos
seleccionar es 2D
Frames.
2- Una vez seleccionada la plantilla se fijan los parámetros:
2.1. Se fijan las dimensiones del pórtico
• Numero de Pisos
• Numero de vanos
• Ancho de Vano
• Altura de Entrepiso
2.2. En caso de que se tengan
luces variables o alturas
variables en el pórtico, se
debe marcar la casilla y hacer
clic en el botón “Edit Grid”
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3- Para editar la grilla, cada letra representa un eje. Pueden editarse tanto el nombre de
los ejes estructurales como su ubicación sobre el eje global X. Se recomienda siempre
ubicar el primer eje estructural en X = 0 m.
3.1. Indicar la ubicación de cada línea de Grid sobre el
eje. La Ordenada es acumulativa.
4- Ingresar las secciones de vigas y columnas a utilizar en el modelo.
4.1. Hacer clic en el botón “+”
Para entrar al modulo de
definición de secciones.
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5- Definición de secciones a utilizar en el modelo.
5.1. Hacer clic en el
botón de agregar nueva
propiedad.
5.2. Seleccionar en
sección de tipo: Concreto
5.3. Hacer clic en la
sección rectangular.
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5.4. Indicar el nombre de
la sección (texto).
5.5 Como no se tiene aun,
debe crearse el material,
es decir, el concreto a
utilizar en el modelo,
haciendo clic en el botón
“+”.
5.6. Seleccionar:
agregar nuevo
material. “Add
New Material”
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5.8. Tipo de
material.
5.7. Indicar el nombre del
material (texto).
5.9. Peso especifico. 5.10. Unidades de
trabajo en la
ventana actual,
pueden
modificarse antes
de llenar
cualquier valor de
la ventana.
5.11. Modulo de elasticidad
5.12. Coeficiente de
Poisson
5.13. Resistencia
Cilíndrica del
Concreto.
5.14. Clic en “OK”
Finalmente, el material se crea y se añade a la lista de materiales en el modelo.
5.15. Clic en “OK”
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5.16. Seleccionar el
concreto creado.
5.17. Altura
de la sección.
5.18. Ancho
de la sección
5.20. Diseñar como viga.
5.19. Refuerzo
5.21. Recubrimiento al centro de
la barra longitudinal superior.
5.22. Recubrimiento al centro
de la barra longitudinal inferior.
En caso se tratarse de una viga, debe definirse la siguiente información:
5.23. Clic en OK
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5.24. Diseñar como columna.
5.26. Recubrimiento limpio
hasta las barras de
confinamiento.
5.27. Refuerzo a
ser diseñado.
En caso se tratarse de una columna, como queremos el diseño del acero y no un
chequeo, sólo debe definirse la siguiente información:
5.25. Barras de confinamiento:
estribos.
5.28. Clic en OK
5.29. Clic en OK
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Debe definirse tantas secciones diferentes como tenga nuestro pórtico, repitiendo el
procedimiento entrando a la opción “Add New Property”.
5.30. Clic en OK
6. Finalmente con las secciones creadas, llenar la siguiente información.
6.1 Indicar sección de viga.
6.2 Indicar sección de viga.
Nota: en caso de que el pórtico tenga secciones variadas en vigas y columnas, se
indicara en la ventana , la sección de viga y de columnas que mas se repitan en el
modelo y en un próximo paso se modificarán aquellas que tienen una sección diferente.
6.3 Marcar para que el programa asigne
restricciones.
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7.Para visualizar las secciones que fueron asignadas por el programa a cada elemento se
realiza el siguiente procedimiento.
7.1. Entrar al comando: opciones de
visualización.
7.2. Marcar la casilla de “Sections” para
visualizar las secciones de los elementos
tipo frame (vigas y columnas).
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A Continuación, muestra el modelo creado de manera rápida con la plantilla de “Pórtico
2D”. Resta personalizar el pórtico de acuerdo a lo requerido.
8. Para asignar una sección diferente a algún elemento, se debe seguir el siguiente
procedimiento:
8.1 Seleccionar el o los elementos a los que se les desea asignar la misma
sección.
8.2. Seguir la ruta: Assign > Frame > Frame Sections
8.3. Seleccionar la sección
que se desea asignar.
8.4. Clic en OK
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Para completar la geometría del pórtico del ejercicio se borran los elementos que no
deben ir en el modelo, quedando como se muestra:
9. Es importante verificar, en caso de tener columnas rectangulares, que las mismas
tengan la orientación deseada, para ello deben observarse los ejes locales.
Si se toma como regla general, en el dibujo de las secciones colocar en “altura” la
dimensión mayor de la columna, los ejes locales quedaran orientados de la siguiente
manera:
Se debe recordar, que en SAP2000 se
visualizaran los ejes locales 1, 2 y 3 sobre los
elementos del pórtico como:
Eje 1 = Color Rojo
Eje 2 = Color Blanco
Eje 3 = Color Azul
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Para visualizar los ejes locales, entrando a las opciones de visualización:
9.1. Marcar la casilla “Local Axes”
en la lista de Frames.
9.2. Clic en OK
De la siguiente figura puede interpretarse que la orientación de las columnas es la que se
muestra:
El eje 3 (azul) no se
observa en la imagen
ya que es perpendicular
al plano.
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10. Para cambiar la orientación de una columna, se debe:
10.1. Seleccionar la (s) columnas que se quieran rotar.
10.2. Seguir la ruta: Assign > Frame > Local Axes
10.4. Clic en OK
10.3. Introducir ángulo que
se desea girar los ejes
locales alrededor del eje 1
(axial). En caso de rotar la
columna debe especificarse
90°
11. Para definir los patrones de carga se debe seguir la ruta: Define > Load Patterns
El patrón de carga que se encuentra definido por defecto llamado DEAD, es un patrón en
el que el programa contabiliza el peso propio de la estructura, por esa razón tiene un
multiplicador de peso propio (Self weight multipier) igual a 1, solo este caso de carga
tendrá 1, el resto de los patrones debe tener un factor igual a 0.
Para definir el resto de los patrones que se necesitan se siguen los siguientes pasos:
11.1. Especificar un nombre para el patrón de carga.
11.2. Especificar un tipo de patrón de carga (Viva = Live,
Permanente = Super Dead, Viva de techo = Roof Live,
Sismo = Quake)
11.3. Multiplicador de Peso propio, se llena automáticamente.
11.4. Clic en
agregar para
que se añada
a la lista de
abajo.
Debe llenarse la lista con los patrones que se muestran en la imagen.
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12. En el caso de que no se haya contabilizado el peso propio de las vigas y columnas
de manera manual dentro de la carga CP, se debe obligar a que el programa incluya el
peso propio de los elementos calculado en el patrón DEAD. Para incluir DEAD dentro de
CP se debe seguir la siguiente ruta: Define > Load Cases
12.1. Seleccionar CP
12.2. Modificar/
Mostrar caso de carga.
12.3. Buscar el patrón
DEAD en la lista.
12.4. Indicar el factor
de escala igual a 1.
12.5. Clic en “Add” para incluir
el patrón dentro del caso.
12.6. Clic en OK
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13. Para crear combinaciones de carga, seguir la ruta: Define > Load Combinations
13.1. Clic en Agregar nueva
combinación “Add New Combo”.
13.2. Indicar el nombre de la
combinación (Texto) se
recomienda colocar lo que
contiene la combinación.
13.4. Buscar en la lista el caso de carga
13.5. Escribir El factor que acompaña
al caso en la combinación.
13.6. Clic en Agregar “Add” para
incluir el caso con su factor a la
combinación.
13.7. Clic en OK
Ejemplo: Combinación 1.4CP
13.3. Suma Lineal.
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Ejemplo: Combinación 1.2CP+γCV+S
Se debe crear todas las combinaciones necesarias para el diseño, por ejemplo:
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Para el diseño de vigas se requiere adicionalmente una combinación ENVOLVENTE de
las todas las combinaciones que especifica la norma:
13.8. Indicar el nombre del caso.
13.9. Tipo: Envolvente “Envelope”.
13.10. Agregar todas las
combinaciones con factor de escala 1
13.11. Clic en OK
En la siguiente imagen se muestran todas las combinaciones que debe contener el
modelo:
13.12. Clic en OK
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14. Para aplicar la carga distribuida a los elementos se debe realizar lo siguiente:
14.1. Seleccionar los elementos (vigas) con la misma carga distribuida.
14.2. Seguir la ruta: Assign > Frame Loads > Distributed
14.3 Seleccionar
Patrón de carga 14.4. Verificar
Unidades
14.5. El sistema de
coordenadas se deja
por defecto GLOBAL y
la dirección de la
carga es la de la
gravedad.
14.6. Indicar el valor de la carga
uniformemente distribuida.
14.7. Clic en OK
La sección “Trapezoidal Loads” permite cargar el elemento con carga no uniforme, ya
sea de forma trapezoidal o que solo exista en algún tramo de la viga, y no en toda su
longitud.
Solo debe introducirse para cada punto de la viga (1, 2, 3 y 4) la distancia medida desde
el extremo i, y el valor de la carga.
Se debe tener cuidado de no utilizar las dos secciones “Trapezoidal Loads” y Uniform
Load si no es lo que se quiere. En caso de llenar ambas secciones las cargas se
sumarán.
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Resultado de carga en los elementos para el patrón CP en Ton/m.
Resultado de carga en los elementos para el patrón CV en Ton/m.
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Resultado de carga en los elementos para el patrón CVt en Ton/m.
15. Las cargas laterales provenientes del caso de sismo deben ser aplicadas en las
juntas, con el siguiente procedimiento.
15.1. Seleccionar la junta de Nivel 1.
15.2. Seguir la ruta Assing > Joint > Loads Forces
15.3 Seleccionar
Patrón de carga 15.4. Verificar
Unidades
15.5. Indicar el
valor de la
fuerza lateral en
Dirección X
15.6. Clic en OK
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Se debe repetir el procedimiento anterior para cada nivel. El resultado de la carga para el
patrón S en Ton, se muestra en la imagen.
16. Finalmente para culminar la personalización del modelo según lo requerido por el
ejercicio, hace falta cambiar las restricciones en los nodos de la base a empotramientos.
Los pasos son los siguientes:
16.1. Seleccionar todas las juntas de la base del pórtico.
16.2. Seguir la ruta: Assign > Joint > Restraints
16.3. Clic en el empotramiento
16.4. Clic en OK
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El resultado al aplicar los empotramientos en la base del pórtico se muestra en la
siguiente figura.
PARTE 3. EL ANALISIS
A continuación se seleccionan los grados de libertad a analizar durante la corrida del
modelo.
17. Para seleccionar los GL en el análisis la ruta a seguir es: Analize > Set Analysis
Options
17.1 Clic en Plano XZ
17.2. Clic en OK
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18. Correr el modelo, haciendo clic en el botón de correr en la barra de herramientas.
18.1. Clic en “Run”
18.2. Clic en “Run Now”
PARTE 4. RESULTADOS DEL ANALISIS
Los resultados de la corrida, pueden visualizarse en forma manual o tabulada.
19. Para visualizar los resultados en forma grafica, se utiliza el comando que se muestra
en la imagen, el comando se ubica en la barra de herramientas:
19.1. Clic en “Frames/Cables”
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19.2. Seleccionar el caso o
combo que se quiera
visualizar
19.3. Seleccionar la
componente a graficar
referida a los ejes locales.
19.4. Clic en OK
Visualización de diagramas de momento sobre la estructura.
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Haciendo clic derecho sobre cualquier elemento se puede analizar con detalle el
diagrama, así como ubicar las solicitaciones máximas sobre el elemento.
20. Para visualizar los resultados en forma tabulada:
20.1. Seleccionar el (los) elementos, para los cuales queremos visualizar los
resultados.
20.2 La ruta a seguir es la siguiente: Display > Show Tables
20.3. Desplegar cada menú
hasta seleccionar esta tabla.
20.4.
Seleccionar
la (s)
combinación
(es) para
mostrar
resultados.
20.5. Clic en OK
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20.6. Combinaciones
de Interés para diseño
de columnas.
20.7. Combinación de
interés para diseño de
vigas.
20.8. Clic en OK
En la tabla de resultados se muestra la siguiente información:
Frame Text: Nombre del elemento (Etiqueta)
Station: Progresiva respecto al inicio de la viga (extremo izquierdo)
OutputCase: Combinación de carga.
Componente:
• Interés para diseño de vigas: M3 y V2
• Interés para diseño de columnas: P vs. M2, P vs. M3, V2, V3.
Para visualizar las etiquetas sobre los miembros, que es el nombre que asigna el
programa a cada elemento, puede realizarse a través de las opciones de visualización
marcando la casilla Label en el menú de frames.
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21. Para exportar la tabla de resultados a Excel, se sigue la ruta mostrada en la imagen a
continuación.
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PARTE 5. INFORMACION ADICIONAL.
22. Añadir volados al pórtico, eso puede realizar se con el comando extruir, con el
siguiente procedimiento.
22.1. Seleccionar la (s) junta (s) a extruir en línea para generar el volado.
22.2. Seguir la ruta: Edit > Extrude > Extrude Point to Frames/Cables.
22.3. Seleccionar la sección del volado.
22.4. Indicar la longitud del volado.
Signo Positivo: Dibujara el volado hacia la derecha.
Signo Negativo: Dibujará el volado hacia la izquierda.
22.5. Clic en OK

Es de resaltar, que al dibujar el volado hacia el lado izquierdo, el programa entenderá
como inicio de la viga el extremo derecho, y como final el extremo izquierdo. Esto hace
que las progresivas que se muestran en las tablas de resultados se encontraran medidas
desde el extremo derecho.
Para evitar confusiones se recomienda al lector, revertir la conectividad en el miembro y
de este modo trabajar con ejes locales uniformes en las vigas, sabiendo siempre, que en
las tablas de resultados el inicio de la progresiva esta el extremo izquierdo del elemento.
23. Para revertir la conectividad del elemento:
23.1. Seleccionar el (los) volado (s) dibujados hacia la izquierda.
23.2. Seguir la ruta: Assign > Frame > Reverse Connectivity
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23.3. Mantener las asignaciones en la
misma orientación global.
23.4. Clic en OK

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